Глава 1. Исследование основ ветроэнергетики

1. Анализ современного состояния ветроэнергетики в мире

На данный момент самообеспеченность традиционными топливно-эне­р­ге­тическими ресурсами большинства Европейских стран, а также США, Японии и др. находится на низком уровне.

Повышение эффективности использования потенциала различных видов возобновляемых источников энергии в развитых странах с ограниченными первичными энергетическими ресурсами возможно, прежде всего, за счет ветроэнергетики.

В 2005 году исследования, проведенные американскими учеными Кристиной Л. Арчер и Марком З. Джекобсоном из Стэнфордского университета, показали, что ветры определенной скорости (8,6 м/с над поверхностью океана и 4,5 м/с над землей) достаточно сильны для недорогого крупномасштабного коммерческого производства электроэнергии. Согласно полученным данным коэффициент мощности был неоправданно высок (48 %). Проанализировав все эти показатели, ученые пришли к выводу, что, применяя глобальную энергию ветров на высоте 80 м в местах, где среднегодовая скорость равна или превышает 6,9 м/с, можно было бы генерировать до 630 ПВт*ч энергии, что соответствовало бы мощности 72 ТВт.

Однако существуют известные региональные различия в распределении ветровой энергии – например, атлантическое побережье Европы и Великие равнины Северной Америки имеют лучшие условия для генерирования электричества.

Еще недавно считалось, что преобразование не менее 20 % потенциальной энергии ветра в электричество смогло бы полностью удовлетворить мировые энергетические потребности. Например, по расчетам американских ученых в 2008 году объем мирового потребления всех первичных видов ископаемого топлива, гидроэлектричества и ядерной электроэнергии составил 11,3 млрд нефтяного эквивалента или около 1/5 от общего объема, который теоретически может быть произведен при помощи ветра.

И данное утверждение стало иллюстрацией значимости роли ветра как возможного спасителя для мировой энергетики, более того, что ветроэнергетика способна удовлетворить все энергетические нужды США.

Через четыре года ученые получили еще более весомый аргумент в пользу своих исследований. С помощью построения моделей глобальных ветров и турбин мощностью 2,5 МВт они получили еще более высокий потенциал энергии ветра для всех континентов на уровне 680 ПВт×ч (эквивалент мощности в 78 ТВт) при средней мощности 20 %.

Согласно этим исследованиям, США обладают огромным потенциалом выработки, который превышает современные объемы выработки электроэнергии почти в 20 раз. Исходя из предоставленных результатов потенциал США превышает возможности Китая в 60 раз.

Однако, несмотря на эти весьма оптимистичные прогнозы, при более детальном анализе выяснилось, что ветровое электричество не будет доминировать на мировом рынке спроса в ближайшие 10, 20 или 25 лет.

Несомненно, в глобальном масштабе ветер является бесконечным возобновляемым ресурсом, но до недавнего времени его преобразование осуществлялось при помощи весьма неэффективных машин - ветряных мельниц. Энергия, производимая ими, была незначительна в масштабах планеты, но достаточно заметна на региональном уровне.

Еще до 1990-х гг. начался взлет преобразования энергии ветра в электричество, особенно в Европе. Ветер стал главным претендентом на роль источника энергопоставок для мира, в котором сокращается количество ископаемых видов топлива. Эта тенденция развивалась благодаря стремительному росту ветровых электромощностей. Мощность обычной турбины выросла с менее чем с 50 кВт до более чем 2 МВт к 2008 г. Крупнейший прототип ветряной машины (немецкий ENERCON E-126) обладал мощность 6 Мвт, а самой большой машиной, стала модель ENERCON E-82 с мощностью 2 Мвт. Общая установленная мощность ветроэлектростанций в мире выросла с 4,8 ГВт до 120,791 ГВт менее чем за 15 лет. Лидерами в сфере ветроэнергетики на данный момент являются Германия и Испания, а также Дания, намного опередившая любые другие страны.