Введение
Энергетика является важнейшей составляющей материальнотехнической базы сельского хозяйства, ее сердцевиной, определяющей эффективность развития производства, уровень производительности труда, качество производимой продукции, социальные условия жизни населения, быт и стабильность функционирования сельских поселений.
Развитие экономики каждой из страны мира сопряжены с увеличением потребления энергетических ресурсов используемых для совершенствования технологий и объемов производства промышленной и сельскохозяйственной продукции, улучшение бытовых и социальных условий жизни, замещения ручного труда машинным.
Ограниченность природных запасов топлива для традиционной энергетики и в связи с этим практически ежегодное повышение тарифов на электроэнергию, а также отрицательные экологические последствия традиционных источников энергии раскрывают широкие перспективы по применению возобновляемых источников энергии (ВИЭ), и, прежде всего, ветроэлектрических станций (ВЭС) или ветроэлектрических установок (ВЭУ) в том числе и на территории Российской Федерации [1, 2].
Энергия ветра наиболее быстро растущий источник электроэнергии в мире. Общая установленная мощность всех ветрогенераторов составляет 432 гигаватта, что соответствует 3% всей произведенной энергии.
Использование энергии от ветра и превращение её в возобновляемые источники электроэнергии имеет много преимуществ. И хотя энергия ветра имеет долгую историю, начиная от 5000 до н.э., технология никогда не была более рентабельной, чем в настоящее время.
В самом деле, в последние месяцы многие государства используют этот способ получения электроэнергии.
В Дании это 42 % всего производимого электричества;
в Португалии — 27 %;
в Никарагуа — 20 %;
в Испании — 19 %.
Ветер является источником экологически чистой энергии, которая практически не имеет загрязняющих свойств или побочных эффектов.
Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 миллиардов кВт•ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд. кВт•ч/год, то есть около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями России.
Энергия ветра является одним из самых доступных видов электроэнергии сегодня. Это возобновляемый источник энергии. Во многих случаях это дешевле, чем традиционные виды топлива. Себестоимость этой энергии – копейки за киловатт-час, цена, которая является конкурентоспособной с новыми газовыми электростанциями. Энергия ветра также производится без выбросов или отходов и используется, если нет воды, что делает её главным выбором для нового производства электроэнергии.
Особенности ветроэнергетики
В энергетической сфере сейчас происходят глобальные изменения. Человечество осознало опасность ядерной, атомной и гидроэнергетики, и сейчас ведутся разработки станций, на которых используются возобновляемые источники энергии. По прогнозам экспертов к 2020 году не менее 20% от всего количества энергоресурсов возобновляемых источников будет составлять энергия, полученная с помощью ветра.
Польза ветроэнергетики заключается в следующем:
• энергия ветра позволяет сберечь окружающую среду;
• сокращается использование традиционных энергоресурсов;
• уменьшается количество вредных выбросов в биосферу;
• при работе агрегатов, вырабатывающих энергию, не появляется смог;
• использование ветровой энергии исключает возможность выпадения кислотных дождей;
• отсутствие радиоактивных отходов.
Это лишь небольшой перечень достоинств использования энергии ветра. Стоит учесть, что устанавливать ветряные мельницы вблизи населенных пунктов запрещается, поэтому их чаще можно встретить на открытых ландшафтах степей и полей. В результате определенные территории будут абсолютно непригодными для проживания людей. Также эксперты отмечают, что при массовой эксплуатации ветряков возникнут некоторые климатические изменения. Например, из-за изменения воздушных масс, климат может стать сухим.
Скорость ветра необходимая для выработки электроэнергии должна быть, по крайней мере, 2,5–3 м/с и не более 10–15м/с. Многие районы Земли не пригодны для размещения ветровых установок, и почти такое же количество районов характеризуется средней скоростью ветра в диапазоне (3–4,5м/с), что может быть привлекательным вариантом для производства электроэнергии [3]. Однако значительная часть поверхности Земли характеризуется среднегодовой скоростью ветра, превышающей 4,5 м/с, когда энергия ветра наверняка может быть экономически конкурентоспособной.
Оценка ветровых ресурсов конкретной территории является сложной задачей, которая требует многообъемлющих данных. В целом, доступность и надежность данных о скорости ветра крайне низка во многих регионах мира. В общих чертах, потенциал производства ветровой электроэнергии зависит от следующих четырех факторов:
• широта и преобладающие режимы ветра
• рельеф и высота
• водоемы
• растительность и застройка территории
Скорость ветра, преобладающую в регионе, можно определить исходя из глобальной модели (низко- и высокоширотные восточные, среднеширотные западные, и маловетреные тропические зоны конвергенции). Кроме того, в прибрежных районах часто наблюдаются морские и наземные бризы, а высотные районы могут усиливать воздушные возмущения, вызванные тепловыми циклонами.
Технология ветротурбин
Возможность производства электроэнергии определяется конструкцией ветровых турбин. Все ветровые турбины состоят из лопастей, которые вращают ось, соединенную с генератором, который и производит электрический ток.
Ветровые турбины могут быть расположены практически везде, где есть ветер, например, на море, на суше и в застроенном месте.
Ветровые турбины имеют различные размеры и номинальную мощность. Самая большая турбина имеет лопасти с размахом большим, чем длина футбольного поля, высоту 20-этажного здания и производит электроэнергию достаточную для электроснабжения 1400 зданий. И, наоборот, ветровая турбина размером с небольшой дом имеет лопасти диаметром от 2,4 до 8 метров, высоту — свыше 9 метров, и может обеспечивать электроэнергией полностью электрифицированное здание или малое предприятие.
Размер и мощность ветровых турбин колеблется в широких пределах. Выделяются три основных типа ветровых турбин: с горизонтальной осью, с вертикальной осью и канальные [9].