Все выше и выше: перспективы высотной ветроэнергетики
|Ветроэнергетика хорошо зарекомендовала себя как коммерчески выгодная технология. Современные ветровые турбины достигают высоты 100-120 метров, а единичная установленная мощность доходит до 3 МВт и больше. Есть ли перспективы дальнейшего развития?
Конечно есть и не в последнюю очередь тем, что наземное расположение ветроустановок накладывает ряд ограничений:
- на приземные воздушные потоки серьезно влияет рельеф, подстилающая поверхность и препятствия. ВЭУ, расположенная в неудачном месте, не будет работать эффективно. Проблема частично решается увеличением высоты башни, но здесь есть предел;
- количество пригодных земельных участков сокращается. Не всякий участок пригоден для установки с точки зрения геологии. Да и не всегда местные жители рады видеть рядом с домом постоянно работающую машину.
Каков выход? Один из перспективных путей — использование энергии высотных воздушных течений. Исследования с обобщением по специальным программам сведений полученных в прошлые десятилетия, привели к следующему выводу. Это большой источник энергии течений в атмосфере до высот 20 км и более, их мощность составляет 870 ТВт (терават), что значительно больше, чем 17 ТВт — текущий глобальный спрос на энергию. Использовав всего ~2% от этого потенциала, и потребляемая мощность увеличится в два раза. Экспериментальные исследования на Западе уже ведутся на высотах, где скорость потоков 15-30 и даже 40 м/с. Большой потенциал мощности несут струйные течения (СТ).
Это потоки шириной от 300 до 3000 км, вертикальной протяженностью 8-12 км. В длину они простираются на несколько тысяч километров, а иногда опоясывают весь земной шар. Скорость потока в них составляет в среднем 45-55 м/с, а на высоте ~10 км максимальная скорость может достигать ~100 м/с и более.
Если сравнить мощность наземных ветростанций Украины, где среднегодовая скорость ветра 6,5м/с и скорость потока на Н=8000 м V=40 м/с, то мощность на высоте с учетом падения плотности воздуха будет больше в 100 раз. Второй существенной особенностью сильных воздушных ветров и, в т.ч. и струйных течений, исследователи указывают на их высокую стабильность. Это важно как для оценок объемов выработки электроэнергии, так и для надежности работы систем, которые поддерживают ветроэлектрическую установку (ВЭУ) на высоте. Эти оценки в виде доступности (по времени или ровно % времени) к плотности энергии ветра (кВт/м2) в зависимости от высоты над уровнем моря, построены на Западе для разных городов как например для Нью-Йорка, Сеула и др.
Системные исследования подобного плана в Украине, судя по всему, не проводились. Предварительные сведения о воздушных течениях над территорией Украины дают обнадеживающие результаты. Так, например, над Одессой установлено формирование струйных течений низких уровней (СТНУ) на высоте в пределах 200-1500 м. Чаще всего низкая струя располагается на высоте 400-500 м, в зависимости от рельефа местности. Скорость ветра низкой струи колеблется летом на высоте 200-300 м с интенсивностью 16–17 м/с, зимой на высоте 500-600 м (18–19 м/с). По принятой выше оценке эта мощность в 12 раз больше «земной», однако при учете вероятностей доступностей к этим ветрам это отличие несколько уменьшится. Зарубежные исследователи с учетом вероятностных характеристик называют показатель в 8 раз.
Зарубежные специалисты, создавая и испытывая «летающие турбины» утверждают: использование больших энергий высотных потоков доступно через использование известных технологий, т.е. не требуется никаких фундаментальных научных крупных достижений.
Высотная ВЭУ или «летающий генератор» (FEG) – это генерирующий узел: винт, генератор и оборудование, установленные на крыло, дирижабль, воздушный шар и даже высотный змей. Такая система привязана к земле тросом, который передает электроэнергию на «землю». Уже разработаны волокна с высокой электропроводностью, которые допускают максимальное напряжение 3500 кг/мм2, с плотностью 35 г/см3. Разрабатываются нормативные документы совместной работы «летающих» ВЭУ и даже ветроэлектрических станций (ВЭС) мегаваттного класса в «содружестве» с самолетами и вертолетами.
Ниже приведены примеры летающих генераторов, разработанных за рубежом.
Винтокрыл-генератор Sky Windpower связанный с землей кабелем. Испытания натурных моделей показали, что «самолет» на привязи Sky Windpower на высоте 15 000 футов (4600 м) и выше может генерировать до 40 МВт. Такие FEGs уже предусмотрены для коммерческого производства электроэнергии мощностью в диапазоне 3-30 МВт. Корпорация Sky заявляет что, после полного развития этой технологии, производимая этой системой энергия может стоить по два цента за кВт*час или меньше.
Makani Airborne Wind Turbine — высотная ВЭУ представляет привязное крыло и может летать на высоте между 250 и 600 метров (800 и 1,950 футов). На Makani установлены ветроприемные устройства по типу маленьких паровых турбогенераторов, их суммарная мощность равна 600 кВт. Технология Makani получила поддержку американского правительства, а компания Google приобрела ее для питания собственного оборудования.
Бортовая ветротурбина Joby Energy мощностью 5 МВт будет летать на высоте около 2000 футов (600м) и производить мощность, которая будет передаваться на землю через привязь.
Конечно, для широкого использования этой технологии предстоит решить ряд проблем. Таких как, например, безопасность эксплуатации высотных ветроагрегатов и передача/аккумуляция энергии.
Попадался еще такой вариант ветровой станции: http://www.membrana.ru/particle/16484
Большая коммерческая глупость из-за одного ветряка тратится. Миру в основном нужны конструкции ветроэнергетики, дающие промышленные объемы электроэнергии. Нужно делать стационарный вертикальные ветропарки. Нигде нет информации, сколько квтчас выработали горизонтальные ветровые ветропарки. Мое предложение очень простое. Должна быть вертикальная конструкция ветропарка длиной 1000-1500 метров. тросами с разных сторон прикреплена к земле кучами бетона. Все ветряки должны аккумулировать энергию ветра в энергию сжатого воздуха. Вертикальный ветропарк может давать не меньше АЭС. Для этого нужны инвесторы, желающие давать всему миру экологически чистую энергию и свой карман не обидеть.