В данной статье мы рассмотрим вопросы, связанные с принципом работы, строительством, преимуществами и недостатками ветряных электростанций.
Что такое ветряная электростанция
Ветряная электростанция (или ветропарк, ветровая электростанция) — представляет собой группу ветряных турбин, используемых для производства электроэнергии. Эти большие турбины похожи на сверхвысокие ветряные мельницы.
Размеры ветряных электростанций варьируются от небольшого числа ветротурбин до нескольких сотен ветряных турбин, занимающих обширную площадь. Ветряные электростанции могут быть как наземными, так и морскими.
Ветряные электростанции могут иметь от 5 ветряных турбин до 150.
Ветер вызван неравномерным нагревом атмосферы солнцем, колебаниями температуры земной поверхности и вращением Земли. Горы, водоемы и растительность также влияют на характер потоков ветра.
Типы ветряных электростанций
Наземные ВЭС
Данные установки более распространены на данный момент. Они располагаются на возвышенностях.
Прибрежные ВЭС
Эти ветряные электростанции устанавливают близ водоемов (морей, океанов). Днем воздух движется в направлении с воды на сушу, а в ночное время суток, наоборот, с побережья к водоему. Таким образом, электроэнергия вырабатывается без перерывов.
Оффшорные или шельфовые ВЭС
Оффшорные ветряные электростанции построены в водоемах, обычно в океане. Применяются они для производства электроэнергии из энергии ветра. По сравнению с сушей, над океанами доступны более высокие скорости ветра из-за отсутствия естественных преград. Поэтому выработка единицы электроэнергии оффшорной ветровой энергией на единицу установленную мощности выше чем у наземных аналогов. Мачты закрепляют на дне на небольшой глубине. Располагаются шельфовые ВЭС в море на расстоянии 10-15 км от берега. Однако, данные ВЭУ дорогие в строительстве.
Устройство ветряной электростанции
Ветряная турбина состоит из пяти основных и множества вспомогательных частей. Основными частями являются башня или мачта, ротор, ветроколесо, генератор и фундамент или основание.
При потоке ветра ветроколесо начинает вращаться. В этот момент кинетическая энергия ветра переходит в механическую энергию вращения ротора. Лопасти соединены с турбиной, которая, в свою очередь, соединена с низкооборотным валом. Вал вращается с той же скоростью, что и лопасти. Трансмиссия увеличивает эту скорость и передает крутящий момент на высокоскоростной вал. Этот вал совершает более 1500 оборотов в минуту. Затем мощность передается на вал ротора генератора. В электрогенераторе происходит процесс преобразования механической энергию в электрическую.
Достоинства и недостатки ветряной электрической станции
Для начала рассмотрим плюсы ветряков:
- Энергия ветра является возобновляемой, неограниченной и экологически чистой.
- ВЭС снижают потребление ископаемого топлива, что помогает предотвратить изменение климата и перейти к «зеленой энергетике».
- ВЭС практически не производят отходов, токсичных газов, радиации.
Недостатки ВЭС:
- Зависимость от потока ветра, который непостоянен
- Установки издают шум, создают помехи радиосигналам
- Занимают большую территорию
- Дороговизна строительства
- Могут нанести вред птицам
Географическое положение ВЭС
При принятии решения о том, где построить ветроэлектростанцию, следует учитывать несколько факторов:
- Воздействие на окружающую среду.
- Энергетический потенциал района.
- Изменения ветра с годами.
- Геологические и инженерно-геологические условия участка.
- Экологическая обстановка и доступность местоположения.
Выбирая территорию под строительство ветряной электрической станции необходимо учитывать рельеф местности. Холмы, леса, горы, а также океаны, моря и озера оказывают влияние на местный ветровой климат. Также необходимо учитывать траектории движения самолетов и птиц, а для морских установок учитываются судоходные пути.
Большинство из этих подходящих мест, как правило, находятся в отдаленных районах далеко за пределами городов и поселков, в сельской местности или на шельфе. Из-за такого расстояния необходимо строить новую инфраструктуру, такую как линии электропередач, чтобы подключить ветряную электростанцию к электросети. Это может быть дорогостоящим и нанести некоторый вред окружающей среде.
Например, путем вырубки деревьев, чтобы освободить место для линий электропередач.
Существуют метеорологические инструменты и модели, которые позволяют определить наилучшие места для установки ветряных турбин и оценить их производственную мощность на протяжении всего срока службы, прежде чем ветряная электростанция будет построена.
Чем плотнее воздух, тем больше энергии получает турбина. Плотность воздуха меняется в зависимости от высоты и температуры:
- на больших высотах воздух менее плотный, чем на уровне моря,
- теплый воздух менее плотный, чем холодный.
При прочих равных, турбины будут вырабатывать больше мощности на меньших высотах и в местах с более низкими средними температурами.
Экономическая выгода применения данного альтернативного источника.
Если учитывать строительство, применяемые материалы (сталь, алюминий, пластик), спецтехнику, замену аккумуляторов, смазочные материалы, то на протяжении 20 лет ветрогенератор «отобьёт» 80% затрат на строительство монтаж, эксплуатацию и ремонт.
То есть, экономическая выгода появится лишь более чем через 20 лет.
Сравнение ветровой энергии с другими альтернативными источниками
Ветер является более эффективным источником энергии, чем солнечная энергия. По сравнению с солнечными батареями ветряные турбины выбрасывают в атмосферу меньше CO2, потребляют меньше энергии и в целом производят больше энергии. Фактически, одна ветряная турбина может вырабатывать столько же электроэнергии кВт-ч, сколько около 48704 солнечных панелей.
Известно, что геотермальная энергия имеет много преимуществ по сравнению с солнечными и ветровыми системами. Эти преимущества включают:
- защиту от атмосферных воздействий,
- высокую стабильность и постоянство генерации энергии
- высокую тепловую эффективность.
Однако общая установленная мощность геотермальной энергии намного меньше, чем солнечной и ветровой.
Вывод
Энергия ветра — это экологически чистая энергия. Все больше стран мира заинтересованы в развитии применения альтернативных источников энергии, в том числе ветряной энергии.
Эффективность ветряных турбин при преобразовании ветра в энергию составляет от 20% до 40%. Как и все варианты энергоснабжения, энергия ветра может оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Кроме того, вращающиеся лопасти турбины могут представлять угрозу для летающих диких животных, таких как птицы и летучие мыши. Например, в настоящее время в США ежегодно от ветряных турбин погибает около 681 000 птиц.
