Мировая ветроэнергетика, развитие и перспективы энергии ветра

Периодическое отсутствие ветра или наличие нерегулярных ветров на практике означает, что, например, ветряная турбина мощностью 2 МВт по факту генерирует энергию, близкую всего к 0,6–0,8 МВт

Под чистой энергией можно понимать источники энергии, которые не выделяют загрязняющих веществ в окружающую среду и оказывают воздействие на природу только в месте их установки. К числу форм энергии, которые отвечают этим требованиям, относятся: энергия ветра, солнечная, приливная, геотермальная, гидравлическая энергии и энергия биомассы.

Все эти источники оказывают воздействие на окружающую среду, даже если они минимальны, но не влияют на глобальное загрязнение. Возобновляемые электростанции обладают наименьшим объемом выбросов СО₂.

Ветер - это воздух в движении. Поскольку воздух имеет массу (1,2 кг/м³ при 15 °C и 1 бар), он обладает кинетической энергией. Эта энергия может быть преобразована в электрическую, тепловую или механическую работу с помощью ветряных турбин.

Энергия ветра - это любая форма энергии, которая исходит от ветра, который использовался человеком с доисторического периода, например, для приведения в движение парусных кораблей. В древности около 200 г. до н. э. персы использовали ветряные мельницы для перекачивания воды с целью орошения плантаций и измельчения зерна.

С технологическим прогрессом ветряные машины стали генерировать большее количество энергии, пока не появились первые ветряные электростанции. Сегодня можно найти современные ветряные турбины, разбросанные по всему миру, с номинальной мощностью, превышающей 7 МВт на установку - этого достаточно для снабжения, например, по стандарту потребления в Бразилии более 10 000 домов.

Ветроэлектростанция считается источником выработки чистой энергии, занимает мало физического пространства, может производить энергию в отдаленных местах и в изобилии, потому что ветер доступен по всему земному шару. Он приносит доход землевладельцам от аренды земли для возведения башен, позволяя владельцу продолжать выращивать растения или разводить животных.

Считается, что использование земли для сельского хозяйства и животноводства не ставится под угрозу, потому что одна ветроэлектрическая установка занимает небольшой процент пространства. Однако многие ветряные электростанции расположены далеко от потребителей, и, хотя цены снижаются, электроэнергия, производимая ими, остается дороже, чем, например, гидроэлектроэнергия.

Хотя ветряные турбины компактны и имеют высоту в сотни метров, одна единица вырабатывает меньше электроэнергии, чем типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, поэтому ветряная электростанция требует много турбин для достижения того же результата.

Конечно, это неосуществимо, когда рассматривается консервативный уровень плотности размещения - 2 МВт/км². Также необходимо знание ветровых и погодных условий. Периодическое отсутствие ветра или наличие нерегулярных ветров на практике означает, что, например, ветряная турбина мощностью 2 МВт по факту генерирует энергию, близкую всего к 0,6–0,8 МВт.

Это означает, что для полной замены одной угольной электростанции мощностью 1000 МВт потребуется построить более 1200 ветровых турбин (каждая 2 МВт) - значительное промышленное предприятие. Тем не менее, современные ветроэлектрические системы могут быть согласованы или связаны с другими источниками возобновляемой энергии, чтобы минимизировать колебания и повысить надежность электроснабжения.

Хотя история ветроэнергетики насчитывает тысячи лет, первые попытки производства электроэнергии появились только в конце девятнадцатого века и стали реальной альтернативой после 1970-х годов, когда начался нефтяной кризис и впервые были применены технологии для строительства ветряных электростанций.

В 2000-х годах, когда во многих странах была принята политика концессий в области ветроэнергетики, ветровой рынок быстро развивался, а ветротурбинные технологии со временем претерпели значительные изменения. Несмотря на первоначальные новаторские разработки в Германии, США, Дании и Испании, такие страны, как Китай и Бразилия, в последние десятилетия предприняли значительные усилия для быстрого развития ветроэнергетики и сегодня находятся в числе лидеров.

В настоящее время глобальные поставки энергии ветра поступают в основном из наземных установок. Тем не менее, растет интерес и к морским электростанциям, так как ветер обычно более сильный и более равномерный именно в море.

Большие ветряные турбины, кажется, являются лучшим выбором для морских установок, но наибольшим барьером для их возведения остаются капитальные затраты. Разработка турбин большего размера позволит в дальнейшем снизить капитальные затраты, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание.

В 2017 году установленная мощность ветроэнергетики в мире составила 539,6 ГВт. На долю Китая пришлось 188,2 ГВт, за ней следуют США (89,1 ГВт), Германия (56,1 ГВт), Индия (32,9 ГВт), Испания (23,2 ГВт), Великобритания (18,9 ГВт) и Франция (13,8 ГВт). Бразилия заняла восьмое место (12,7 ГВт), опередив такие страны, как Канада и Италия.

Источник: Джулиана де Алмейда Янагуизава Лусена, Клайтон Анджело Азеведо Лусена, Энергия ветра в Бразилии: обзор и перспективы под тройным итогом, Чистая энергия, Том 3, Выпуск 2, июнь 2019 года, страницы 69–84, https://doi.org /10.1093/ce/zkz001