1. Ресурси вітрової енергії

Вітри - це перебіг атмосферного повітря, що породжується нерівномірним нагрівом поверхні Землі сонячним випромінюванням. Вітрова енергія використовувалася людиною з незапам'ятних часів в парусному флоті і вітряних млинах. У Голландії вітряки більше 500 років відкачують воду з польдерів - обвалованих ділянок суші, що лежать нижче за рівень моря. Багатолопатеві вітряки в США широко застосовувалися для відкачування води з колодязів; у 30-ті роки XX століття їх налічувалося більше 6 млн.

З історії розвитку техніки добре відомо, що використання енергії вітру має старі традиції. Ще задовго до відкриття електрики в середині XIX ст. вітер служив джерелом енергії для судів і млинів. У XX ст., коли електроенергія стала грати домінуючу роль в енергобалансі, центр тяжіння був перенесений на такі енергетичні ресурси, як нафта і вугілля. Енергія вітру, по суті «безкоштовна», мінлива і не концентрована, що привело згодом до того, що застосування її стало обходитися все дорожче. До останнього часу вітроагрегати застосовувалися у віддалених важкодоступних районах. Підвищення цін на нафтовому ринку спричинило поновлення інтересу промислово розвинених країн до розробки як великих вітроелектричних станцій (ВЕС) (рис. 1.1), так і вітроенергетичних установок (ВЕУ) для місцевого енергопостачання (рис. 1.3).

Рисунок 1.1 – Фото вітроелектричної станції

У 1890 р. вперше в Данії вітроенергетичні установки (ВЕУ) використані для вироблення електроенергії. У 20...30-ті роки для енергопостачання віддалених від енергомереж споживачів в СРСР набули поширення ВЕУ, розроблені Центральним аерогідродинамічним інститутом (ЦАГИ). Вони використовувалися для зарядки акумуляторних батарей, які потім застосовувалися для освітлення і живлення радіоапаратури.

У наш час в Західній Європі відбувається бум в розвитку вітроенергетики. У Данії вироблення електроенергії на ВЕС досягає 12% від загального вироблення, в Голландії, північних землях Німеччини 10%. За два останні десятиліття тут змінилися 7 поколінь ВЕУ, одинична потужність вітроагрегатів досягла 4,5 МВт, діаметр вітроколеса найпотужнішої ВЕС складає 112 м. У 2002 р. зростання інвестицій у вітроенергетику склало 37%, обганяючи останні види енергетичних установок. У США тисячі ВЕУ з сумарною потужністю порядку 1 ГВт встановлені в Каліфорнії на схід від Сан-Франциско. Собівартість енергії, що виробляється на ВЕУ, впритул наблизилася до собівартості на традиційних електростанціях. Вітрова енергетика отримує державну підтримку у вигляді пільгових кредитів, податків, тарифів. У розробку ВЕУ включаються високотехнологічні наукоємні транснаціональні корпорації - Дженерал Електрик, Боїнг, Вестінгауз. За останніх 15 років в світі побудовано понад 100 тис. вітроустановок. Сумарна потужність ВЕС світу в 2001 році склала 24,8 ГВт, з них 70% доводиться на Європу. Широкого поширення набувають кооперативи дрібних власників (фермерів), які з використанням державних кредитів будують ВЕС і поставляють електроенергію в енергосистему.

Зроблено в Україні. Найпотужніша вітрова електростанція України

Виробництво електроенергії на ВЕУ безпосередньо залежить від сили вітру. Вони ефективно працюють при швидкостях вітру від 5 до 25 м/с (від 3 до 9 балів за шкалою Бофорта (рис. 1.2).

У штильову погоду і при слабких вітрах, при сильних штормах недовиробіток енергії повинен компенсуватися резервними потужностями традиційних електростанцій. На основі багатолітніх метеоспостережень під будівництво ВЕУ вибирають регіони із стійкими і досить сильними вітрами. Сила вітру зростає з висотою, тому ВЕУ розміщують на високих баштах. Німецька ВЕУ «Грові-ан-1» потужністю 3 МВт, побудована на березі Північного моря, має діаметр ротора 100 м, висота башти 100 м.

Європейські ВЕС розташовані в основному на побережжі Балтійського, Північного Морів і Атлантичного океану. Популярні морські (прибережні) ВЕУ - при установці віддалік від берега знімаються проблеми відчуження земель під будівництво, знижуються шумові навантаження. У протоці Ерезунд між Данією і Швецією споруджуються 20 установок з одиничною потужністю по 2 МВт. Собівартість вироблюваної на європейських ВЕС електроенергії за 20 років знизилася з 38 центів до 5...6 центів за кіловат (середня собівартість на ТЕС і АЕС США на початку XXI століття - близько 4,5 центів).

Рисунок 1.2 – Сила вітру по шкалі Бофорта та її вплив на ВЕУ

У Північно-західному регіоні Російської Федерації зони стійких і досить сильних вітрів розташовуються на побережжі Балтійського, Баренцева і Білого Морів. Перша сучасна ВЕУ потужністю 225 кВт, дарована урядом Данії, встановлена під Калінінградом. Підписана угода про будівництво в області Калінінграда ВЕС морського базування сумарною потужністю 50 МВт, проектна вартість станції $50 млн. Вітряки встановлюватимуться в 500 метрах від берега. Побудовані одиничні ВЕУ в інших суб'єктах федерації Північно-західного регіону. Розробляється проект спорудження ВЕС на Кольському півострові. У бідному енергоресурсами Далекосхідному регіоні, де енергопостачання доки майже цілком залежить від прибуття танкерів з дорогим мазутом, доцільне спорудження ВЕС біля берегів Японського, Охотського, Берингова Морів. Вітрові установки можуть використовуватися для механізації підйому води в відгінному тваринництві на посушливих землях, для опріснення солоних вод, для меліорації земель. Енергія ВЕС може запасатися виробництвом водню шляхом електролізу води.

Наводяться заперечення проти розвитку вітроенергетики. Вважають, що вітряки і лінії електропередачі псують пейзаж. На відстані до кілометра чутний шум, можливі інфразвукові коливання, можливі перешкоди телебаченню. Тому в Західній Європі все частіше будують ВЕС на мілководді, на деякій відстані від берега моря. Від лопатей вітродвигунів можуть страждати птиці. Замовникам ВЕУ судити, наскільки серйозні ці побоювання.

Перейти до початку посібника