Использование энергии ветра

В 2011 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 237227 МВт. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

Таблица 10. Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики.

Страна	2005 г., МВт.	2006 г., МВт.	2007 г., МВт.	2008 г. МВт.	2009 г. МВт.	2010 г. МВт.	2011 г. Мвт.
Австралия	579	817	817,3	1306	1668	2020	2224
Австрия	819	965	982	995	995	1011	1084
Бельгия	167,4	194	287	384	563	911	1078
Болгария	14	36	70	120	177	375	612
Бразилия	29	237	247,1	341	606	932	1509
Великобритания	1353	1962	2389	3241	4051	5203	6540
Венгрия	17,5	61	65	127	201	329	329
Германия	18428	20622	22247	23903	25777	27214	29060
Греция	573	746	871	985	1087	1208	1629
Дания	3122	3136	3125	3180	3482	3752	3871
Индия	4430	6270	7580	9645	10833	13064	16084
Ирландия	496	746	805	1002	1260	1748	1631
Испания	10028	11615	15145	16754	19149	20676	21674
Италия	1718	2123	2726	3736	4850	5797	6737
Канада	683	1451	1846	2369	3319	4008	5265
Китай	1260	2405	6050	12210	25104	41800	62733
Литва	7	48	50	54	91	154	179
Нидерланды	1224	1558	1746	2225	2229	2237	2328
Норвегия	270	325	333	428	431	441	520
Польша	73	153	276	472	725	1107	1616
Португалия	1022	1716	2150	2862	3535	3702	4083
Россия	14	15,5	16,5	16,5	14	15,4
США	9149	11603	16818	25170	35159	40200	46919
Турция	20,1	50	146	433	801	1329	1799
Украина	77,3	86	89	90	94	87	151
Финляндия	82	86	110	140	146	197	197
Франция	757	1567	2454	3404	4492	5660	6800
Чехия	29,5	54	116	150	192	215	217
Швеция	510	571	788	1021	1560	2163	2907
Эстония	33	32	58	78	142	149	184
Япония	1040	1394	1538	1880	2056	2304	2501

Таблица 11. Суммарные установленные мощности ветроэнергетики, МВт.

1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011
7475	9663	13696	18039	24320	31164	39290	47686	59004	73904	93849	120791	157000	196630	237227

В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2 % от всей произведённой в Германии электроэнергии^[.

В 2009 году 19,3 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии . 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны .

Типы и конструкции ветроэнергетических установок

Ветроэнергетические установки классифицируют по двум основным признакам – геометрическим характеристикам ветроколеса (ВК) и его положению относительно направления ветра.

В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению ветрового потока ВЭУ можно классифицировать следующим образом:

- с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока (типа ветряных мельниц);

- с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (типа водяного колеса);

- с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (ротор Дарье).

По мощности ВЭУ условно делят на:

установки малой мощности (до 100 кВт);

средней мощности (100 – 1000 кВт);

большой мощности мегаваттного класса (от 1 МВт и выше).

По областям применения или по назначению ВЭУ можно разделить на три группы:

установки, работающие автономно, обеспечивающие электроэнергией автономного потребителя или выполнение какой-либо механической работы (насос);

установки, работающие параллельно с источниками энергии соизмеримой мощности для обеспечения бесперебойного питания потребителя энергии и экономии топлива (дизель);

установки, работающие параллельно с мощной энергосистемой для обеспечения максимально возможной мощности сети при сохранении устойчивой работы ветроагрегата.

Классификация ВЭУ по областям применения Таблица 12

Режим работы	Мощность ВЭУ, кВт
Автономная работа	Менее 20
Параллельная работа с источниками соизмеримой мощности (дизель-генераторы, малые ГЭС и др.)	Менее 250
Параллельная работа с мощной электроэнергетической системой	Более 250

Для ВЭУ всех назначений широкое применение получили как синхронные так и асинхронные генераторы. При этом для автономных ВЭУ и работающих параллельно с источниками соизмеримой мощности, асинхронные генераторы снабжаются системами самовозбуждения. Синхронные генераторы могут быть различного типа, но, как правило, являются бесконтактными.

В настоящее время наибольшее распространение получили промышленные ВЭУ двух основных типов:

- с горизонтальной осью вращения – трехлопастные с горизонтально-осевой турбиной (ветроколесом);

- с вертикальной осью вращения – с вертикально-осевой турбиной (ротором).

ВЭУ с горизонтальной осью вращения выполняются в виде ветроколеса с различным числом лопастей (1-12 и более), расположенных по радиусам и под некоторым углом к плоскости вращения. Рабочий момент на ветроколесе создается под действием аэродинамических сил, возникающих на лопастях, имеющих специальный аэродинамический профиль. Эти ВЭУ снабжены системами ориентации ВК по направлению ветра: у небольших ВЭУ обычно используется хвостовое «оперение», а у больших – сервосистемы. Частоту вращения ВК при большой скорости ветра ограничивают различными способами, в том числе установкой лопастей во флюгерное положение, применением клапанов, размещенных на лопастях или вращающихся вместе с ними; выводом ВК «из-под ветра» с помощью бокового плана, расположенного параллельно плоскости вращения ВК.

Ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения (роторы) имеют важные преимущества по сравнению с крыльчатым ветроколесом с горизонтальной осью, так как для них отпадает необходимость в использовании устройств для ориентации относительно направления ветра. Кроме того, упрощаются их конструкция и монтаж, более удобным становится расположение генератора и редуктора, что важно при эксплуатации. Снижаются также дополнительные напряжения в лопастях, системе передач и других элементах крыльчатых установок, вызванные гироскопическими нагрузками.

Основные недостатки, препятствующие широкому внедрению ВЭУ с вертикальной осью вращения, следующие: гораздо большая подверженность их усталостным разрушениям из-за более часто возникающих автоколебательных процессов, большая пульсация момента, приводящая к пульсации напряжения, мощности и др.

Существует много типов ветроколес с вертикальной осью, но для энергетики наиболее перспективным является ротор Дарье. Такой ротор образуется двумя, тремя, и четырьмя изогнутыми в вертикальной плоскости лопастями, имеющими в поперечном сечении профиль крыла. Ротор имеет сравнительно небольшой начальный момент, но большую быстроходность, следовательно, относительно большую удельную мощность, отнесенную к его массе или стоимости. Такие роторы имеют различную форму (Ф, Δ, 0, Υ – образную) и одну, две или большее число лопастей. На таких лопастях возникает подъемная сила, создающая вращающий момент на оси ВЭУ аналогично тому, как это происходит на ветроколесе с горизонтальной осью.

Ветроустановка включает в себя следующие основные подсистемы и узлы: - ветроколесо, которое преобразует энергию ветра в энергию вращения вала; - гондолу (кабину), в которой обычно расположен редуктор (некоторые турбины работают без редуктора), генератор и другие системы; – башню, которая поддерживает ротор и кабину; - электрическое и электронное оборудование: панели управления, электрические кабели, оборудование заземления и оборудование для подключения к сети, систему молниезащиты и др.

Диаметр ветроколеса ВЭУ по мере возрастания ее мощности от 1 до 3000 кВт увеличивается от 2 до 100 м, в то же время высота башни повышается от 8 до 100 м. За последние 5 лет в мире преимущественно устанавливались ВЭУ с ветроколесом диаметром 60 - 90 м.