🗊 Вітряки

Вітряки

Історія виникнення та розвитку вітроенергетики Сила вітру – це одне з найстародавніших використовуваних людством джерел енергії. Мореплавці використовували силу вітру для морських подорожей під вітрилами ще за 3500 років до нової ери. Прості вітряки були широко поширені в Китаї 2200 років тому. На Середньому Сході, в Персії, близько 200 року до н.е. почали використовуватися вітряки з вертикальною віссю для перемелювання зерна. Перші персидські вітряки виготовлялися з в'язанок очерету, які прикріплялися до дерев'яної рами, що оберталася, коли дув вітер; стіна навколо вітряка спрямовувала потік вітру проти лопатей.

В XI столітті в Європі почали поширюватися вітряки, що завозилися мандрівними купцями та лицарями з хрестових походів. Ці перші млини постійно вдосконалювалися, спочатку голландцями, потім англійцями, і врешті набули конструкції з горизонтальною віссю. Жителі Голландії виявили, що вітром дуже зручно користуватися для відкачування води, щоб осушити землю, що для цієї країни, яка розташована в низинах і тому потерпає від повеней, є дуже актуальним. Найбільш активно в допромисловій Європі вітряки використовувались у XVІІІ столітті, коли лише в одній Голландії їх було понад сто тисяч. З їхньою допомогою мололи зерно, качали воду й пиляли дрова. Згодом більшість вітряків, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, було замінено паровими двигунами. Однак і сьогодні вітряки використовуються досить широко. В XI столітті в Європі почали поширюватися вітряки, що завозилися мандрівними купцями та лицарями з хрестових походів. Ці перші млини постійно вдосконалювалися, спочатку голландцями, потім англійцями, і врешті набули конструкції з горизонтальною віссю. Жителі Голландії виявили, що вітром дуже зручно користуватися для відкачування води, щоб осушити землю, що для цієї країни, яка розташована в низинах і тому потерпає від повеней, є дуже актуальним. Найбільш активно в допромисловій Європі вітряки використовувались у XVІІІ столітті, коли лише в одній Голландії їх було понад сто тисяч. З їхньою допомогою мололи зерно, качали воду й пиляли дрова. Згодом більшість вітряків, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, було замінено паровими двигунами. Однак і сьогодні вітряки використовуються досить широко.

В історії Сполучених Штатів вітряки відіграли дуже важливу роль в освоєнні Заходу Америки наприкінці XIX століття. Вони були життєво необхідні першим поселенцям Великих рівнин. Вітряки поставляли воду на залізницю та пасовища, в місця, віддалені від рік і джерел води. Пізніше вітряки стали використовувати у віддалених від населених пунктів господарствах для вироблення електричної енергії. За останні 100 років американці створили понад 8 мільйонів вітрових установок для водопідняття, призначених у більшості випадків для пасовищ і худоби. В історії Сполучених Штатів вітряки відіграли дуже важливу роль в освоєнні Заходу Америки наприкінці XIX століття. Вони були життєво необхідні першим поселенцям Великих рівнин. Вітряки поставляли воду на залізницю та пасовища, в місця, віддалені від рік і джерел води. Пізніше вітряки стали використовувати у віддалених від населених пунктів господарствах для вироблення електричної енергії. За останні 100 років американці створили понад 8 мільйонів вітрових установок для водопідняття, призначених у більшості випадків для пасовищ і худоби.

У старих вітряків лопаті були дерев'яними і могли використовувати близько 7% енергії вітру. Завдяки новаторській праці Томас Перги, який наприкінці XIX століття провів близько 5000 експериментів з різними видами "колеса" (тобто ротора), дерев'яні лопаті поступилися місцем лопатям з вигнутого металу, що збільшило ефективність установок вдвічі – до 15%. У старих вітряків лопаті були дерев'яними і могли використовувати близько 7% енергії вітру. Завдяки новаторській праці Томас Перги, який наприкінці XIX століття провів близько 5000 експериментів з різними видами "колеса" (тобто ротора), дерев'яні лопаті поступилися місцем лопатям з вигнутого металу, що збільшило ефективність установок вдвічі – до 15%.

Перша в Радянському Союзі вітроелектростанція потужністю 8 кВт була побудована в 1929-1930 р. біля Курська, згідно проекту інженерів А. Г. Уфімцева і В. П. Ветчинкіна. Через рік в Криму була побудована велика ВЕС потужністю 100 кВт., яка була для тої епохи найбільшою вітроелектростанцією в світі. Вона успішно проробила 1942 р., втім в епоху війни була зруйнована. Разом з цим широко використовувалися невеликі вітрогенератори, потужністю до декількох кіловат. Річне виробництво вітродвигунів потужністю до 5 кВт на Херсонському заводі сільськогосподарських машин досягало 2 тисяч в рік. Взагалі ж в 30-х роках розвитку вітроенергетики в Радянському Союзі приділялася значна увага, досліджувалися і розроблялися нові типи вітродвигунів. Але в 40-х роках навчилися використовувати атомну енергію, в 1954 році під Москвою була побудована перша в світі атомна електростанція, і в цій ейфорії нових можливостей про використання енергії вітру забули на 40 років. Перша в Радянському Союзі вітроелектростанція потужністю 8 кВт була побудована в 1929-1930 р. біля Курська, згідно проекту інженерів А. Г. Уфімцева і В. П. Ветчинкіна. Через рік в Криму була побудована велика ВЕС потужністю 100 кВт., яка була для тої епохи найбільшою вітроелектростанцією в світі. Вона успішно проробила 1942 р., втім в епоху війни була зруйнована. Разом з цим широко використовувалися невеликі вітрогенератори, потужністю до декількох кіловат. Річне виробництво вітродвигунів потужністю до 5 кВт на Херсонському заводі сільськогосподарських машин досягало 2 тисяч в рік. Взагалі ж в 30-х роках розвитку вітроенергетики в Радянському Союзі приділялася значна увага, досліджувалися і розроблялися нові типи вітродвигунів. Але в 40-х роках навчилися використовувати атомну енергію, в 1954 році під Москвою була побудована перша в світі атомна електростанція, і в цій ейфорії нових можливостей про використання енергії вітру забули на 40 років.

В кінці 80-х років, в умовах після Чорнобильської катастрофи і одночасно наростаючої енергетичної кризи, зростає статус вітроенергетики в світі як екологічно чистого джерела енергії. В Радянському Союзі оновилися роботи над створенням ефективних вітрогенераторів потужністю 30, 60, 100, 250, 1000 і навіть 1500 кВт. В кінці 80-х років, в умовах після Чорнобильської катастрофи і одночасно наростаючої енергетичної кризи, зростає статус вітроенергетики в світі як екологічно чистого джерела енергії. В Радянському Союзі оновилися роботи над створенням ефективних вітрогенераторів потужністю 30, 60, 100, 250, 1000 і навіть 1500 кВт.

Вітровий потенціал України. Перспективи розвитку української вітроенергетики Україна здатна ефективно використовувати енергію вітру в окремих зонах при середньорічній швидкості вітру понад 4-5 м/с. Такі швидкості, достатні для будівництва ВЕС мають: Хмельницька і Волинська області, Азово-Чорноморське узбережжя (Донецька і Херсонська), зони на Кіровоградщині та Дніпропетровщині, вітрові зони в Харківській області, Криму (Керченський і Тарханкутський півострови, окрайка Ай-Петринської яйли, повернута до Чорного моря), Карпатах.

До речі, реальний вітропотенціал України вдалося встановити завдяки дослідженням інститутів НАНУ. Складений навіть прогноз підвищення цього потенціалу на території країни, який цілком підтверджує доцільність розпочатої програми будівництва ВЕС. До речі, реальний вітропотенціал України вдалося встановити завдяки дослідженням інститутів НАНУ. Складений навіть прогноз підвищення цього потенціалу на території країни, який цілком підтверджує доцільність розпочатої програми будівництва ВЕС. У світі Україна займає 14 місце за встановленою потужністю вітроагрегатів. Тоді як Росія - лише 34-те. У переліку вітроагрегатів, що використовуються в Росії, залежно від їхніх споживчих якостей перше місце займають агрегат USW 56-100 (виготовляється на Південному машинобудівному заводі (ПМЗ)) і АВЕ-250С (спільна українсько-російська розробка, виробництво - ПМЗ). Росія поки що не поспішає будувати ВЕС з агрегатами більшої потужності, і для цього існує ряд об'єктивних причин.

На думку голови спостережної ради ВАТ «Львівобленерго» Ярослава Шпака, вітроенергетику слід розвивати за розробленою програмою – будівництво ВЕС, які виробляються в Україні, незалежно, власної розробки чи ліцензійної, та освоєння нових типів розробок потужністю 1500, 2000 кВт. Паралельно з цим, за рахунок централізованого фонду розвитку електроенергетики (сьогодні спеціальний фонд Держбюджету) треба виділити суму до 10 млн євро на рік для фінансування (до 30%) разом з комерційними кредитами будівництва пілотних ВЕС потужністю до 5 МВт зі зразків імпортного обладнання потужністю 1500, 2500, 3000 кВт в різних зонах України для освоєння різних видів вітроустановок і оцінки ефективності їх роботи. Масове будівництво ВЕС в Україні, за словами Шпака, слід розпочинати з 2020 року. На думку голови спостережної ради ВАТ «Львівобленерго» Ярослава Шпака, вітроенергетику слід розвивати за розробленою програмою – будівництво ВЕС, які виробляються в Україні, незалежно, власної розробки чи ліцензійної, та освоєння нових типів розробок потужністю 1500, 2000 кВт. Паралельно з цим, за рахунок централізованого фонду розвитку електроенергетики (сьогодні спеціальний фонд Держбюджету) треба виділити суму до 10 млн євро на рік для фінансування (до 30%) разом з комерційними кредитами будівництва пілотних ВЕС потужністю до 5 МВт зі зразків імпортного обладнання потужністю 1500, 2500, 3000 кВт в різних зонах України для освоєння різних видів вітроустановок і оцінки ефективності їх роботи. Масове будівництво ВЕС в Україні, за словами Шпака, слід розпочинати з 2020 року.

Львівська область має добрі перспективи розвитку вітроенергетики. У гірській частині середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м становить 5,5-6 м/с; технічно досяжний потенціал вітру на висоті 30 м – 620 кВт / год / кв. м, на висоті 100 м – 1150 кВт / год. / кв. м. Це підтверджує також робота збудованої 1997 року Трускавецької вітроелектростанції на горі Бухів (Східницька ВЕС) потужністю 750. Перспективними вважають також рівнинні території Яворівського, Мостиського та Золочівського районів (середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м – 4,5 м / с). Перспективними планами використання відновлювальних та нетрадиційних джерел енергії на Львівщині до 2020 року передбачається будівництво вітрових електростанцій загальною потужністю 400 МВт. Львівська область має добрі перспективи розвитку вітроенергетики. У гірській частині середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м становить 5,5-6 м/с; технічно досяжний потенціал вітру на висоті 30 м – 620 кВт / год / кв. м, на висоті 100 м – 1150 кВт / год. / кв. м. Це підтверджує також робота збудованої 1997 року Трускавецької вітроелектростанції на горі Бухів (Східницька ВЕС) потужністю 750. Перспективними вважають також рівнинні території Яворівського, Мостиського та Золочівського районів (середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м – 4,5 м / с). Перспективними планами використання відновлювальних та нетрадиційних джерел енергії на Львівщині до 2020 року передбачається будівництво вітрових електростанцій загальною потужністю 400 МВт. Щодо територій, на яких будівництво ВЕС мало б найбільшу ефективність, то це райони Орівського гірського хребта (Сколівський район) – 25...30 МВт, села Рибник (Дрогобицький район) – 4 МВт, села Опака (Дрогобицький район) – 6 МВт, села Ісаї (Турківський район) – 14 МВт, села Явора (Турківський район) – 35 МВт, Оровий та Верхній Оровий хребти (Старосамбірський район) – 65 МВт, а також пагорби в Золочівському районі.

Енергія вітру Енергія вітру вічно поновлювана й невичерпна, поки гріє Сонце. Вітер утворюється на землі в результаті нерівномірного нагрівання її поверхні Сонцем. Повітря над водною поверхнею впродовж світлої частини доби залишається порівняно холодним, оскільки енергія сонячного випромінювання витрачається на випаровування води та поглинається нею. Над сушею повітря нагрівається завдяки тому, що вона поглинає сонячну енергію менше, ніж поверхня води. Нагріте повітря розширюється і піднімається вгору, а його заміняє холодне повітря від поверхні води. Вночі суша охолоджується швидше, ніж вода, і температура над водою буде вище, ніж над сушею. Тому вітри міняють свій напрямок, і холодне повітря суші витісняє нагріте повітря водної поверхні. Аналогічно відбуваються зміни напрямку вітрів у гірській місцевості, де протягом дня тепле повітря піднімається вздовж схилів, а вночі холодне повітря спускається в долини.

Повітря циркулює й внаслідок обертання Землі: рух відбувається в напрямку, протилежному напрямку руху годинникової стрілки в північній півкулі, та за напрямком руху годинникової стрілки – в південній. Повітря циркулює й внаслідок обертання Землі: рух відбувається в напрямку, протилежному напрямку руху годинникової стрілки в північній півкулі, та за напрямком руху годинникової стрілки – в південній. Вітер є незвичайним енергоносієм, невичерпним, але який має безліч складних і слабо передбачених фізичних параметрів для кожного окремо взятого географічного місця. У опис вітру, окрім середньорічної і максимальної швидкостей, слід взяти до уваги характеристики що враховують внутрішню структуру повітряного потоку такі як: «троянда вітрів», поривчасту, щільність повітря, турбулентність, температуру і різновекторні течії по висоті.

Вітроенергетичні установки (ВЕУ) Вітроенергетична установка (ВЕУ, або вітряк) – технічна конструкція, поперетворює енергію рухомих повітряних мас в електричну. Під поняттям «вітрова електростанція» розуміють же систему з таких установок. Є дві принципово різні конструкції вітроустановок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. Найбільшого поширення в світі набула конструкція вітрогенератора із трьома лопатями і горизонтальною віссю обертання (мал. 1), хоча подекуди ще зустрічаються і дволопастні. Були розроблені і впроваджені в електроенергетику вертикально-осьові (ортогональні) вітряки. Відмітна особливість таких вітростанцій – вертикальні вони здатні вловлювати вітер з будь-якого боку без врахування складності вітрового потоку, яких-небудь пристосувань до напрямку і типу вітру. Це дозволяє не враховувати при експлуатації станції «троянду вітрів» і інші параметри, а тільки енергетичний потенціал вітру. Вважається, що такі вітряки мають перевагу у вигляді дуже малої швидкості вітру, необхідної для пуску роботи вітрогенератора. Головна проблема таких генераторів - механізм гальмування. Через цю і деяких інших технічних проблем ортогональні вітрові електростанції не набули практичного поширення у вітроенергетиці.

Конструкції вітроустановок :

Побутові вітрові електростанції Сучасні вітроенергетичні установки (вітряки) діляться на два класи: потужні, в сотні тисяч кіловат, називаються мережевими тому, що при безвітряній погоді забезпечення споживача енергією йде з мережі; і автономні, працюючі в парі з акумулятором. Як правило, потужність автономних вітряків не перевищує 5-10 кВт. Вони називаються: вітроелектричні установки малої потужності (ВЕУМП). На цей унікальний клас вітряків звернув увагу німецький учений і практик Хайнц Шульц. Він і запровадив термін "Kleine Windkraftanlage", тобто "малі вітроенергетичні установки". "Існує думка, - писав Х. Шульц, - що в областях із середньорічними швидкостями вітру менше 4 м/с використання енергії вітру невигідне. Проте це твердження не поширюється на малі вітросилові установки для зарядки акумуляторів і багатопелюсткові установки, що легко розганяються, для водопідйому. Заселення американських і австралійських внутрішніх територій, де більшість областей мають середньорічні швидкості вітру менше 2 м/с, було б без них неможливо".

Вітрові електростанції нового типу

Недоліки вітроенергетики :