В ветряной электростанции, первичным источником энергии является воздух (ветер), который в конечном итоге является результатом солнечного излучения, а электроэнергия получается в качестве вторичного источника энергии. Кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Ветер известен человечеству как источник энергии на протяжении многих веков в виде ветряных мельниц для помола зерна и привода насосов для полива полей.
Но в 1973 году ветер оказался в центре внимания как поставщик энергии для производства электроэнергии. С тех пор продвигается развитие ветряных электростанций, которые используют вращение своих лопастей ротора для привода генератора, вырабатывающего электрический переменный ток.
Интересный факт: Архитекторы древних цивилизаций применяли естественное передвижение масс воздуха для обеспечения вентиляций зданий.
Преимущества этого метода производства энергии очевидны: сырье не сжигается, экономятся невозобновляемые запасы сырья, отсутствуют эксплуатационные загрязнители и отходы. В частности, таким образом можно в значительной степени избежать выброса углекислого газа, вызывающего парниковый эффект.
С другой стороны, существует ряд проблем, оценка которых весьма противоречива. Например, из-за низкой плотности энергии ветра, которая не позволяет использовать системы с выходной мощностью, значительно превышающей несколько мегаватт, необходимо установить большое количество ветряных электростанций, чтобы можно было внести значительный вклад в источник питания.
Интересный факт: Первые простейшие ветродвигатели стали применять уже в Древнем Египте. В IV веке появились горизонтальные мельницы в Китае. В VII веке нашей эры персы начали строить ветряные крыльчатые мельницы. В Европе мельницы стали использовать несколько позднее: примерно в XII веке.
Например, только избранные ветреные места на побережьях и на горных хребтах низкогорных хребтов подходят для установки ветряных роторов, и там тоже подача ветра очень сильно меняется во времени почти непредсказуемым образом, так что только часть времени в году может быть использована для производства электроэнергии. Это одна из причин, почему энергия ветра в настоящее время все еще относительно дорогая.
Будет ли бум ветровой энергии продолжаться, в конечном итоге будет политическим решением, которое будет принято за или против чистой, но не беспроблемной альтернативы обычным электростанциям сжигания.
Интересный факт: Первый ветродвигатель с цилиндрами на четырех крыльях был установлен в 1926 году в Берлине на башне высотой 15 метров.
Структура и режим работы ветряной электростанции
Важнейшими частями ВЭУ являются ротор, который соединен с генератором валом, а иногда и редуктором. Также имеется механизм регулировки лопастей и отслеживание направления ветра. Оба используются для автоматической установки наилучших условий в зависимости от силы и направления ветра.
Ротор приводится в движение ветром. В настоящее время используются роторы с горизонтальной осью и 2 или 3 лопастями, так как при такой компоновке достигается наивысший КПД. Движение ротора передается на ротор генератора через вал и, при наличии, через редуктор. Он преобразует энергию вращения в электрическую энергию.
Интересный факт: В 1931 году в СССР заработала крупнейшая на тот момент в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт.
Более крупные системы имеют максимальную мощность 500 кВт, хотя эта максимальная мощность достигается только при достаточно сильном ветре.
Условия и эффективность
Ветродвигатель эффективно работает только при среднегодовой скорости ветра не менее 5 м/с, которая имеет первостепенное значение для выработки мощности ветряной электростанции: мощность ветряной электростанции увеличивается с третьей степенью скорости ветра, но только линейно с площадью ротора, т. е. удвоение площади круга, которую проходит ротор, удваивает мощность, но удвоение скорости ветра ведет к восьмикратному увеличению.
