Вітроенергетика
Значення слова "Ветроенергетика" у Великій Радянській Енциклопедії
Вітрова енергія, поряд із сонячною і водною, належить до постійно відновлюваних і, у цьому сенсі, вічних джерел енергії, зобов'язаних своїм походженням діяльності Сонця. Внаслідок нерівномірного нагрівання сонячними променями земної поверхні та нижніх шарів земної атмосфери, у приземному шарі, а також на висотах від 7 до 12 км5 виникають переміщення великих мас повітря, тобто народжується вітер. Він несе колосальну кількість енергії: 96-10 21дж(26,6-10 15квт-ч),що становить майже 2% енергії всієї сонячної радіації , що потрапляє на землю. Сила вітру, що залежить від його швидкості, змінюється в дуже широких межах — від легкого подиху до урагану, швидкість якого досягає 60—80 м/сек. Потенційні ресурси вітрової енергії на всій території СРСР визначені в 10,7 5>Гвт (млрд.квт) з можливою річною віддачею 65-10 18дж(18-10 12квт-ч).Використовуючи навіть кілька відсотків цієї енергії, можна задовольнити значну частину потреб країни. З господарських, вітрових та інших. зональних умов, визначають тип застосовуваної вітроустановки та її економічні показники.
До переваг вітрової енергії, перш за все, слід віднести доступність, повсюдне поширення і практично невичерпність ресурсів. Джерело енергії не потрібно видобувати та транспортувати до місця споживання: вітер сам надходить до встановленого на його шляхувітродвигуна.Ця особливість вітру надзвичайно важлива для важкодоступних (арктичних, степових, пустельних, гірських тощо) .п.) районів, віддалених від джерел централізованого енергопостачання, і щодо дрібних (потужністю до 100квт)споживачів енергії, розосереджених на просторах. Основна перешкода для використання вітру як енергетичного джерела — зміна його швидкості, а отже, і енергії в часі. Вітер має не тільки багаторічну та сезонну мінливість (рис. 1 ), але також змінює свою активність протягом доби (рис. 2 ) і за дуже короткі проміжки часу (миттєві пульсації швидкості та пориви вітру) (рис. 3 ). Потенціал вітрової енергії залежить від значень середньорічної або середньоперіодної швидкості та повторюваності різних швидкостей вітру. Його оцінюють кількістю енергії, яку за допомогою вітродвигуна можна отримати у цій місцевості. У зонах з помірним вітровим режимом (середньорічна швидкість вітру 5м/сек) на 1км 2можна отримати річне вироблення електроенергії близько 3,6Мдж(1 млнквт-ч,або 1Гвт-ч).Потужність вітрового потоку пропорційна кубу швидкості вітру. Тому навіть відносно невеликі його зміни призводять до значних коливань потужності, що розвивається вітродвигуном, в діапазоні швидкостей від мінімальної робочої, при якій вітродвигун починає виробляти корисну потужність до розрахункової, якій відповідає встановлена потужністьвітроенергетичної установки. 6> Конструкції та способи регулювання частоти обертання і потужності вітродвигунів забезпечують їх надійну роботу при бурових швидкостях вітру (40-50м/сек) і обмеження потужності, що розвивається таким чином, що максимальна потужність перевищує встановлену зазвичай не більше ніж на 15-20%. Щоб зменшити коливання потужності або уникнути їх, вітрову енергію в періоди, коли є надмірна потужність, акумулюють і потім використовують у періоди безвітря абонедостатніх швидкостей вітру. Специфічністю акумулювання значною мірою пояснюються проблеми утилізації вітрової енергії та причини ще недостатнього її практичного використання.
Коротка історія розвиткуВетроенергетика З найдавніших часів людина використовувала енергію вітру спочатку в судноплавстві, а потім для заміни своєї м'язової сили. Перші найпростіші вітродвигуни застосовували в давнину в Єгипті та Китаї. У Єгипті (біля м. Олександрії) збереглися залишки кам'яних вітряків барабанного типу, побудованих ще в 2-1 ст. до зв. е. У 7 ст. н. е. перси будували вітряки вже досконалішої конструкції — крильчасті. Дещо пізніше, мабуть у 8—9 ст., вітряки з'явилися на Русі та в Європі. Починаючи з 13 ст, вітродвигуни набули широкого поширення в Західній Європі, особливо в Голландії, Данії та Англії, для підйому води, розмелювання зерна та приведення в рух різних верстатів. До Великої Жовтневої соціалістичної революції в селянських господарствах України налічувалося близько 250 тис. вітряків, які щорічно перемелювали половину врожаю (близько 33 млн. т, або 2 млрд. пудів зерна). З винаходом парових машин, а потім двигунів внутрішнього згоряння та електродвигунів старі примітивні вітряні двигуни та млини були витіснені з багатьох галузей і залишилися головним чином у сільському господарстві. На початку 20 ст. український учений М. Є. Жуковський розробив теорію швидкохідного вітродвигуна та заклав наукові засади створення високопродуктивних вітродвигунів, здатних ефективніше використовувати енергію вітру. Вони були побудовані його учнями після організації в 1918 р. Центрального аерогідродинамічного інституту (ЦАГІ). Радянські вчені та інженери теоретично обґрунтувалипринципово нові схеми та створили досконалі за конструкцією вітроенергетичні установки тавітроелектричні станції(ВЕС) різних типів потужністю до 100 кВт для механізації та електрифікації процесів с.-г. виробництва та ін цілей. Великі заслуги у створенні основВітроенергетика та вітровикористання мають радянські вчені Н.Вітроенергетика Красовський, Г. Х. Сабінін, Є. М. Фатєєв та ін. Промисловий випуск вітродвигунів для механічного приводу машин був налагоджено на початку 20 ст., а електричних вітроагрегатів з генераторами невеликої потужності — приблизно у 20-х роках. У 40—50-х роках. в СРСР і за кордоном набуло інтенсивного розвитку будівництво ВЕС. Так, у Данії в період 2-ї світової війни працювали кілька десятків ВЕС, вироблення яких перевищило 80 млн.квт-челектроенергії. За роки Радянської влади налагоджено серійне виробництво спеціалізованих та універсальних вітродвигунів потужністю від 0,7 до 11квт(від 1 до 15 л.с.),головним чином , з механічними та електричними трансмісіями. У післявоєнний період було випущено понад 40 тис. вітродвигунів, переважно типів ТВ-8, ТВ-5, Д-12, ВЕ-2, які з великою ефективністю застосовувалися в колгоспах та радгоспах.
СтанВітроенергетика до кінця 60-х років. 20 ст. У СРСР створені нові типи досконаліших уніфікованих швидкохідних вітроенергетичних агрегатів (ВБЛ-3, ВПО-4, «Беркут», «Вітерець» та ін.), в яких використовуються нові типи насосів і генераторів, пневматичні, електричні та ін. Найдосконаліші системи регулювання. Більшість вітродвигунів застосовують для механізації підйому води, особливо на пасовищах та віддалених фермах у Поволжі, на Алтаї та Чорних землях, у Казахській, Туркменській, Узбецькій РСР та ін.де вони працюють 250-300 днів на рік. Розробка теоретичних основ та створення нових конструкцій вітроенергетичних агрегатів різного призначення проводяться в Радянському Союзі (Всесоюзний НДІ електрифікації сільського господарства, Всесоюзний НДІ електромеханіки, ЦАГІ та ін.), ФРН (Штутгартська школа вітроенергетиків), США, Великій Британії, Франції, Да. . У країнах світу, де широко розвиненаВетроенергетика, використовуються (за неповними даними) понад 600 тис. вітроенергетичних установок (за матеріалами ЮНЕСКО за 1967). У 1968 в Австралії експлуатувалося понад 250 тис. вітроустановок, переважно насосних. У СРСР кількість експлуатованих вітродвигунів (без саморобних) становить 8-9 тис.
Перспективи розвитку. РольВетроенергетика у Радянському Союзі зростає при реалізації великої програми з обводнення та меліорації земель та вирішення найважливіших завдань розвитку механізації тваринництва та електрифікації сільського господарства. Вітроенергетичні установки з успіхом можуть бути застосовані для механізації водопостачання споживачів, осушення заболочених ділянок і дрібно-оазисного зрошення баштанних, кормових і городних культур у пустельних і напівпустельних зонах, що знову освоюються, для енергопостачання віддалених об'єктів і ін. Для цих цілей передбачається застосувати. що у кілька разів знизить витрати на водопідйом. Це з'явиться, як писав ще в 30-х роках. 20 ст. відомий український вчений К. А. Тімірязєв, ідеальним вирішенням питання боротьби із посухою. Перші досліди показали, що вітроелектричні агрегати також доцільно застосовувати для живлення енергією установок з опріснення мінералізованих ґрунтових вод, для так званого катодного захисту трубопроводів та морських споруд від корозії, а ветропневматичні.установки-для аерації водойм у зимовий час закачуванням повітря під лід. Вивчається можливість створення більших ВЕС (зокрема, на Філіппінах — до 5МВт) для енергопостачання ізольованих споживачів у важкодоступних районах (арктичних, гірських та ін.) та на островах, куди доставка палива складна та дорога. Найбільш перспективним є застосування таких ВЕС для паралельної або спільної роботи з ін. електричними станціями. У більш віддаленій перспективі — застосування висотних ВЕС потужністю до 3—5 МВт, що використовують енергію повітряних потоків у тропопаузі.
Лит.:Питання вітроенергетики, [Зб. ст.], М., 1959; Красовський Н.Ветроенергетика, Сабінін Р. Х., Проблеми використання енергії вітру, М., 1923; Красовський Н.Вітроенергетика, Як використовувати енергію вітру, М. — Л., 1936; Шефтер Я. І., Вітровикористання та його роль в енергетиці сільського господарства, «Наукові праці з електрифікації сільського господарства», 1967, т. 20; Шефтер Я. І. [уклад.]. Стан, науково-технічні та економічні основи розвитку вітроенергетики та рекомендації щодо застосування вітродвигунів, М., 1966; Сабінін Р. Х., Фатєєв Є. М., Проблема використання енергії вітру в СРСР, стан та перспективи, «Ізв. АН СРСР. Відділення технічних наук. Енергетика та автоматика», 1960 № 6; Колодін М.Вітроенергетика, Вітер і вітротехніка, Аш., 1957; Тажієв І. Т., Енергія вітру, як енергетична база електрифікації сільського господарства Казахстану, А.-А., 1949: Gliding Е. W., Створення електроенергії wind power, L., 1955.
М.Вітроенергетика Колодін, Я. І. Шефтер.