Марш до ветру

КРУГОВОРОТ - ЛАДЫ В ПРИРОДЕ

Очевидно, что с точки зрения экологии 100–200 лет назад экологическая обстановка была более благоприятная, чем сегодня. Технологии повышают качество нашей жизни. Однако одновременно с этим в долгосрочной перспективе несут в себе угрозу. Хозяйственная деятельность, как правило, немыслима без использования энергии.

Традиционные источники энергии – невозобновляемые, к ним относят газ, нефть, уголь, уран. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них исчерпаемы. К постоянным возобновляемым источникам можно отнести энергию солнца, ветра, получаемую на ГЭС и т.д. 

Из данных, приведенных в таблицах, можно прийти к выводу, что если использовать 6-7% энергии ветра, то человечество вполне способно себя обеспечить необходимым количеством энергии.

Безусловно, это хорошая новость, есть основания считать, что усилия человечества должны быть направлены на поиск технических решений для скорейшего решения проблемы выброса углекислого газа в атмосферу в результате сгорания нефти, газа и угля.

Наивысшие показатели потенциальной мощности имеются у солнечной энергии. Идея использования энергии солнца выглядит очень привлекательно, но если мы говорим о снабжении энергией многомиллионного города, а не коттеджного поселка, расположенного в регионе, где большое количество солнечных дней в году, то мы сталкиваемся с проблемами: где расположить солнечные батареи, как транспортировать энергию на значительные расстояния. При транспортировке энергии энергопотери составляют 20–30% от объема выработанной электроэнергии, кроме того, сезонность оказывает сильное влияние на объемы выработки энергии. Скажем так, мы пока еще не нашли способ получать энергию солнца в достаточном объеме, который позволит отказаться от энергии углеводородов.

Энергия рек достаточно хорошо проработана, но, возводя плотины, мы сильно влияем на природный баланс. ГЭС наносят колоссальный ущерб экологии. Затопляются леса, которые являются средой обитания множества различных организмов, сокращается биологическое разнообразие, утрачиваются возможности рыболовства, снижается качество воды в реках и т.д. Помимо экологического, необходимо учитывать социальный и культурный вред. Люди вынуждены менять место жительства из-за того, что были затоплены и стали непригодны для жизни огромные территории. ГЭС также является источником техногенного риска. За 50 последних лет было зарегистрировано 300 аварий по всему миру.

И, наконец, ветроэнергетика является относительно постоянным способом получения энергии. С восходом солнца поверхность планеты нагревается, с заходом — остывает, это постоянный непрерывный процесс. Воздушные массы вследствие неравномерной температуры начинают смешиваться, эти движения мы и называем ветром.

Следует, по-видимому, считать, что до того момента, пока мы не нашли доступный способ собирать солнечную энергию в достаточном объеме, ветроэнергетика представляется наиболее перспективным способом получения возобновляемой энергии.

На сегодняшний день в промышленной ветроэнергетике имеют место определенные проблемы, такие как: необходимость дополнительных исследований, связанных, в частности, с постоянством и силой ветра; определение места возможного расположения ветрогенератора; проблемы, связанные с большим весом вспомогательного оборудования; проблема передачи энергии к потребителю на достаточно большие расстояния; ну и, пожалуй, самая главная проблема – объем производимого шума (до 70 децибел). При вращении лопасть горизонтального ветрогенератора развивает скорость до 240 км/ч.

Обратимся к перспективным разработкам, выполняемым в разных странах (на основе открытых данных Википедии).

Турбина под названием Hywind, разработанная Siemens Renewable Energy, весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалеку от юго-западного берега Норвегии. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора – до 120 метров.

Компания Magenn разработала специальный аппарат с установленным на нём ветрогенератором, который сам поднимается на высоту 120–300 метров. Нет необходимости строить башню и занимать землю. Аппарат работает в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Аппарат может перемещаться в ветряные регионы или быстро устанавливаться в местах катастроф.

В конце 2010 года испанские компании Gamesa, Iberdrola, Acciona Alstom Wind, Tecnicas Reunidas, Ingeteam, Ingeciber, Imatia, Tecnitest Ingenieros и DIgSILENT Iberica создали группу для совместной разработки ветрогенератора мощностью 15,0 МВт.

Евросоюз создал исследовательский проект UpWind для разработки оффшорного ветрогенератора мощностью 20 МВт.

МЕНЯЙ ОРИЕНТАЦИЮ!

В рамках данной статьи предлагается ознакомиться с авторской разработкой вертикального (карусельного) тихоходного парусного ветроэлектрогенератора, расчетная мощность которого, по предварительным авторским расчетам, может составить порядка 25–30 МВт.

Такую мощность планируется получить с 10 000 м2 рабочей поверхности ветряка, т.е. общая площадь всех парусов (лопаток) составит порядка 60000–80000 м2, а рабочая, та, на которую будет иметься постоянное воздействие ветра, будет 10000 м2. Конечно же, потребуются мощные конструкции для сдерживания такого объема «парусов», так почему бы не использовать для этого высотные здания?!

По прогнозам ООН, до 2025 года население городов возрастет на 1,5 миллиарда человек. Получается, будущий строительный объем для расселения такого количества людей равен порядку ста городов, таких как Москва. Строиться будет очень много, а необходимое количество потребляемой энергии в ближайшие 10 лет возрастет, по некоторым прогнозам, в два раза.

Кроме важного экологического фактора, данная идея имеет и ряд других совокупных преимуществ в сравнении с аналогичными способами получения электрической энергии. А именно:

1) Такая конструкция имеет возможность быть абсолютно бесшумной (вспомните, много ли шума от танка, спускающегося на парашюте?), вопросы вибрации и прочего также легко разрешимы (к сожалению, пока озвучить их здесь нельзя, так как каждое сказанное предложение о тонкостях работы этого устройства имеет потенциал получить патент на изобретение).

2) Такой ветроэлектрогенератор будет работать в любой климатической зоне, ему безразлично направление ветра, он будет работать даже при скорости ветра три метра в секунду. 

3) Выгодное расположение «парусов» (лопаток) генератора от 20 до 300 метров от уровня земли.

4) Близость до потребителя, отсутствие потерь при передаче электроэнергии на расстояние. Экономия на прокладке линий электропередачи и трансформаторных подстанций.

5) При расположении такого ветроэлектрогенератора, например, между четырьмя жилыми башнями (домами) высотой в 90 этажей на 35000 жителей потребление энергии на собственные нужды и содержание самих зданий не будет превышать 4–6 МВт, а объем произведенной энергии составит порядка 25–30 МВт. Следовательно, излишек порядка 19–24 МВт можно будет реализовывать соседним зданиям.

6) Сами башни можно расположить подобно «воронке», таким образом получаем поток ветра в два три раза больше, чем попадало бы на рабочую поверхность «паруса» (лопатки) в случае свободного размещения.

7) Малый вес конструкции (в 200-300 раз) относительно горизонтального ветряка.

ПРИВАТТНАЯ ВЫГОДА

Таким образом, совместив вертикальный ветроэлектрогенератор с многоэтажным зданием, получаем первое в мире здание, полностью автономное в вопросе электроэнергии, а значит, потенциально автономное во всех аспектах его функционирования.

Собственник квартиры в таком здании в случае, когда установка по производству энергии будет принадлежать всем собственникам здания, уже никогда не будет оплачивать полученную энергию (в пределах общественного лимита).

Стоимость электроэнергии в мире получается в среднем 5-10 руб. за киловатт. 

Например, один киловатт-час электроэнергии для населения Дубай стоит при потреблении

от 0 до 2000 кВт*ч – 23 филса,

от 2001 до 4000 кВт*ч – 28 филсов,

от 4001 до 6000 кВт*ч – 32 филса,

свыше 6001 кВт*ч – 38 филсов

Для справки: 1 дирхам = 100 филсов = 15.76 руб.

В Малайзии цена также зависит от потребления и составляет от 0.21 PM (2.8 рубля) до 0.45 PM (6 рублей).

В Китае стоимость 1 кВт*ч – 0.7-0.8 юаня (5.95 — 6.8 рублей). 

Проведя нехитрые расчеты, найдем «излишне» произведенную энергию ветроэлектрогенератором в денежном выражении. Допустим это 20 МВт*ч (мегаватт*час) или 20000 кВт*ч. Умножаем на 0.1 евро за киловатт, получаем порядка 2000 евро. Таков объем произведенной энергии в час. Две тысячи евро в час в перерасчете на год получаем порядка 17 млн. 280 тысяч евро. Учитывая среднюю стоимость строительства такого здания (около 700 миллионов евро, стоимость зависит от климатических условий) появляется возможность вернуть вложенные денежные средства в среднем за 30-50 лет.

Первое в мире здание, которое полностью обеспечивает себя устойчивой «зеленой энергией», а полученный доход от продажи электроэнергии собственник помещения может вложить в оплату счетов от управляющей компании и уже никогда не получать счета к оплате. Одним словом, устройство ветроэлектрогенераторов имеет большие перспективы.

Предполагается, что специалисты по ветроэнергетике, объединенные Евросоюзом для создания исследовательского проекта UpWind с целью разработки оффшорного ветрогенератора мощностью 20 МВт, удивятся такому простому решению, которое способно выдать даже больше на 5–10 МВт установленной ими планки (которая пока и не достигнута) в отсутствии проблемы шума и расстояний передачи электроэнергии. А после возведения такой конструкции и снятия уже физических показателей, предполагается мировой рекорд с занесением в книгу рекордов Гиннеса. В настоящий момент мировой рекорд, насколько известно, зафиксирован на отметке 8 мегаватт.

по материалам: Д. Тяглина