2.3. Вітроенергетика

Енергія вітру використовувалася вже за 3000 років до н.е., для приведення в рух вітрильників у Єгипті і Китаї. Ймовірно в той же самий час були побудовані перші вітряки. Вони мали барабанну або карусельну конструкцію (рис. 2.9) і були досить громіздкими. Використовувались на рівнинній місцевості з переважно незмінним напрямком вітру. В середньовічному рукописі 1270 р. [18, 20] зберігся опис подібних пристроїв.

У Європі вітряні двигуни з'явилися в ХІІ в. - в 1105 р. був виданий дозвіл монастирю на будівлю вітряка. Але знайомий нам вигляд – колесо з лопатями, що обертається у вертикальній площині (рис. 2.10) - вітряки отримали значно пізніше. Особливо широко подібні пристрої “класичної” схеми використовувалися в Голландії для приводу водяних насосів осушення низовин. Вітряні двигуни розповсюджувалися в першу чергу там, де не було рік і не можна було поставити водяне колесо - на рівнинах Німеччини, Італії, України, Голландії. Удосконалювання лопатевих вітряків привело до появи конструкцій двох типів - козлового і шатрового. У машини козлового типу вся вежа повертається на опорному стовпі. В шатровій конструкції вежа нерухома, а повертається верхня частина - намет з вітровим колесом. Звичайно козлові вітряки мають колесо діаметром 8...10 м і потужність до 6 к.с. Шатрові - колесо до 25 м і потужність до 25 к.с.

У звязку з тим, що сила вітру змінюється протягом доби і сезону, вітряки в якості привода придатні лише для незалежних робочих механізмів. Проте, і в XX в. вони експлуатувалися досить широко. Так, у Росії в 1914 р. працювало 250000 селянських вітряків загальною потужністю близько 1,4  10⁶ кВт. У 20 - 30 рр. М.Є. Жуковським (1847 - 1921 рр.) була розроблена теорія вітродвигунів. Він довів, що їх максимальний ККД не може перевищувати 59,3%.

В роки, що передували Великій Вітчизняній війні, в СРСР широко використовувалися багатолопатеві вітродвигуни з діаметром колеса до 18м і потужністю до 30 кВт. У зв'язку з електрифікацією села в 60-х рр., вироб-

ництво вітрової енергії в СРСР в основному припинилося. Енергетична криза 70-х рр. примусила повернутися до вітродвигунів.

В даний час вважається, що енергію вітру доцільно використовувати там, де його середньорічна швидкість не нижча 3 м/с. Оптимальною швидкістю вважається 5 м/с.

Починаючи з 1979 р. у СРСР випускалися вітродвигуни, дані яких приведені в табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Технічні дані автономних вітроенергетичних установок

Параметр	Тип установки
	АВЭУ-6	АВЭУ-12	АВЭУ-18	АВЭУ-24
Номінальна потужність, кВт	1...4	1...16	16...33	60...100
Робоча швидкість вітру, м/с	3...9	3,5...10	3,5...9,5	5...12
Конструктивні параметри: висота, м	7	12,5	16,5	24
діаметр колеса, м	6	12	18	24
число лопатей, шт.	2	2	3	3

Роботи зі створення вітроелектростанцій (ВЕС) ведуться в багатьох країнах. У США в 1979 р. у Клейтоні (штат Нью-Джерсі) побудована ВЕС з діаметром колеса 40 м і потужністю 20 кВт. В Канаді тоді ж ввійшла в лад ВЕС з роторним двигуном висотою 50 м і потужністю 200 кВт, схема якого показана на рис. 2.11. У Данії на півострові Ютландія споруджена ВЕС з колесом діаметром 60 м. У США розроблені проекти ВЕС з колесом діаметром 100 м і потужністю 2,5 тис. кВт. У Німеччині працює ВЕС "Гровіан - II" потужністю 5 тис. кВт. Випускаються також ВЕС на 1,5 кВт індивідуального використання.

У СРСР розроблялися роторні ВЕС потужністю до 30 тис. кВт.

Існує також ряд екзотичних проектів вітродвигунів - повітряно-турбінні з вітряним ежектором (рис. 2.12), аеростатні ВЕС, що працюють на висоті 8...10 км і т.п. Проте, сучасні ВЕС поки що не конкурентноздатні з електростанціями, в яких розробляються інші види джерел енергії. Необхідно підвищувати ККД вітродвигунів, знижувати їх металоємність і вирішувати проблему акумулювання енергії.