Файл: Содержание Введение Альтернативные источники энергии Солнечная энергия.docx
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 26
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, построенные в 2–1 веках до н.э. В 7 веке уже н.э. на территории современного Ирана применялись более совершенные конструкции — крыльчатые установки с горизонтальной осью вращения. В Западную Европу и Русь ветряные мельницы пришли позже, а в 18 веке они достигли своего расцвета.
Ветер помогал транспортной «отрасли» — гнал паруса судов, промышленности — поднимал воду, и малому бизнесу — молол зерна. Кстати, в некоторых странах посадки деревьев рядом с «ветряками» были запрещены — чтобы обеспечить максимально «свободный ветер».
Высочайшего мастерства в умении «укрощать» ветер достигли голландцы. Крупные ветряные мельницы заводского изготовления при больших скоростях могли развить мощность до 66 кВт. В середине 19 века в Голландии работали около 9 тыс. ветродвигателей разного типа. Кто знает — если бы не паровые машины, энергетика Европы была бы уже зеленой на 100%. Однако с началом промышленной революции использование ветра для нужд домохозяйств и промышленности резко пошло на спад.
Ветряные мельницы возле озера в Нидерландах.
Ветроэлектростанция Джеймса Блита.
Тем не менее, энтузиасты не оставляли попыток использовать ветер для нужд домохозяйств. В 1887 году профессор Джеймс Блит создал в Шотландии первую ветряную турбину, которая предназначалась для выработки электричества. Установка высотой 10 метров использовалась для обеспечения дома ученого светом. В 1888 опыт повторили в США: изобретатель Чарльз Бруш с помощью ветрогенератора провел электричество в свой особняк.
Полноценный возврат к теме ВЭУ на Западе случился примерно в 50-х годах 20 века. В 1950 году компания Vorth Scotland Hydroelectric Board разработала экспериментальный ветродвигатель, который был установлен на Оркнейских островах в Шотландии. ВЭУ была рассчитана на мощность 100 кВт при скорости ветра 15,6 м/с. Она работала в связке с дизельной электростанцией, но проект скоро свернули из-за трудностей при эксплуатации.
В 50-60-х годах несколько крупных ветрогенераторов работало и во Франции. Так, три установки с горизонтальной осью вращения трехлопастного ветроколеса крыльчатого типа функционировали недалеко от Парижа. В авангарде проектирования ветроустановок в то время была и Германия. В стране активно эксплуатировали легкие ветроколеса с постоянной частотой вращения и системой регулирования поворотом лопастей, которые изготавливали из стеклопластика и пластика. Наибольшая из ВЭУ, развивавшая 100 кВт при скорости ветра 8 м/с, успешно работала с 1957 года на протяжении 11 лет.
Первый ветропарк появился в США в 1975 году. Он обеспечивал чистой энергией порядка 4 000 домов.
Ветроэнергетика в России: от трудов Жуковского до самого мощного ветрогенератора в мире
До Великой Октябрьской социалистической революции в крестьянских хозяйствах России насчитывалось около 250 тыс. ветряных мельниц. Ежегодно они перерабатывали почти половину урожая, а это около 33 млн тонн зерна. С изобретением паровых машин, а потом и двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей старые примитивные ветряные двигатели и мельницы, как и в Европе, оказались на обочине прогресса.
Николай Жуковский.
Тем не менее, в первой половине 20 века СССР стал одним из лидеров в сфере ветроэнергетики. В начале прошлого века великий русский ученый Николай Жуковский разработал теорию быстроходного ветродвигателя и заложил научные основы создания высокопроизводительных ветродвигателей, способных более эффективно использовать энергию ветра. Они были построены его учениками после организации в 1918 г. Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ).
В 1925 году в ЦАГИ был создан отдел ветряных двигателей.
Заведующий отделом, Николай Красовский, опытный летчик, участник Первой мировой войны, начал эксперементы с ветром в 1919 году с американского ветряка, установленного на крыше Аэродинамического института в Кучине. Плоды своей работы его команда представила в 1923 году на Первой сельскохозяйственной выставке в Москве. Ученые показали новый ветрогенератор с динамо-машиной, установленной на 25-метровой башне. Диаметр лопастей установки составил 6 метров.
Для пилотного проекта были выбраны Бакинские нефтепромыслы. Под руководством Красовского на нефтяной вышке установили ветрогенератор с диаметром лопастей уже 14 метров.
Вот как это предприятие описывалось в литературе: «Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть рабочие, увлекая их своим примером. <…> Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести спартанский образ жизни. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью
, с которой он не расставался».
Разработка ветряков продолжилась вЦАГИ под руководством другого советского ученого и инженера — Григория Сабинина. Он создал уникальную ветросиловую лабораторию, а в 1931 году в Балаклаве ввели в строй первый экспериментальный ветроагрегат мощностью 100 кВт. На тот момент это был самый мощный ветрогенератор в мире. Годовая выработка энергии составляла около 280 тыс. кВт/ч. Генератор и регулирующие устройства были установлены на вершине башни высотой 30 м.
Частота вращения ветроколеса регулировалась путем поворота лопастей. Башня имела наклонную опору, установленную на тележке, которая перемещалась по кольцевой направляющей для ориентации ветроколеса на ветер. Ротор для агрегата разработали Сабинин и Красовский, опоры для проекта создал знаменитый инженер и архитектор, «русский да Винчи» Владимир Шухов, а аппаратную часть — талантливый инженер Юрий Кондратюк.
Сам Кондратюк во время утверждения проекта находился в ссылке, поэтому документ подписывал Николай Никитин, который позже спроектирует знаменитую Останкинскую башню. До войны гигантская ветроустановка весом в 9 тонн и диаметром лопастей в 30 метров подавала электричество для трамвайной линии Балаклава-Севастополь. Во время боевых действий на острове ветрогенератор был разрушен.
Шедевр Уфимцева
Ветрогенератор Уфимцева в Курске, сентябрь 2007 г
Другое неоспоримое достижение советской ветроэнергетики 1930-х годов — ветроэлектростанция в Курске мощностью 7 кВт. Ее построил знаменитый советский изобретатель-самоучка Анатолий Уфимцев, которого Максим Горький называл «поэтом в области научной техники». За свою жизнь он получил 68 патентов, в том числе на новаторские конструкции самолетов и двигателей. Курская ВЭС была первой в мире установкой с аккумулятором для равномерной отдачи энергии ветродвигателя и поворотными лопастями. Высота станции составляла 42 метра, а диаметр лопастей — 9 метров.
ВЭС обеспечивала электричеством дом Уфимцева, его мастерскую и еще несколько домов на той же улице. Его проект проработал почти 20 лет, пережив войну, оккупацию и своего создателя. В 1957 году ВЭС была остановлена для ремонта
, но без технической документации инженеры не смогли разобраться в конструкции, и станция так и не вернулась к работе.
Тем не менее, ветроэнергетика в СССР набирала обороты. До войны в стране было налажено серийное производство ветрогенераторов малой мощности (3–4 Квт) для нужд сельского хозяйства и кустарной промышленности, в основном в отдаленных районах. Уже тогда власти понимали, как важно электрифицировать изолированные территории, используя новые технологии. Так, в родном поселке чукотского писателя Юрия Рытхэу Улак, электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электричеством не только жителей, но и соседнюю полярную станцию.
Со второй половины прошлого века СССР и Запад поменялись местами. Если в мире ветроэнергетика вышла на новую ступень после нефтяного кризиса 1972— 1973 годов, когда развитые страны впервые осознали свою зависимость от импорта арабской нефти, то в СССР ветер задвинули на второй план.
Причиной стало открытие в 1960-е годах нефтяных и газовых запасов Сибири. Дальнейшую судьбу энергетики диктовала экономика: ископаемая энергия оказалась дешевле. Гвоздь в крышку гроба советской ветроэнергетики заколотил мирный атом. Союз сделал ставку на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС, а ветряки просто не смогли выдержать конкуренцию с энергогигантами из единой национальной сети. В 60-х годах производство ВЭУ закрыли.
О ветре на высшем уровне вспомнили во время перестройки, в условиях крайнего дефицита. Был даже согласован проект по модернизации и развитию ветроэнергетики, а МКБ «Радуга» Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР к 1990 году организовали серийное производство современных ветроэнергетических установок мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Началось создание первых крупных системных ВЭС: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной в Воркуте. Однако вскоре «зеленые» проекты были заморожены: конец СССР был уже близок. Возрождение ветроэнергетики в стране будет отложено еще почти на 20 лет.
Российский ветер: за чем будущее
Если в прошлом веке упор на ветроэнергетику делался в связи с проблемами с подвозом топлива на основе нефти, то позже в повестку прочно вошли вопросы изменения климата и как следствие — зеленой энергетики. В 2021 году европейские страны поставили новый рекорд по скорости развертывания ветряных электростанций: ветроэнергетическая мощность Европы выросла на 17,4 ГВт. Всего в мире ветроэнергетика выработала 1814 ТВт/ч в 2021 году. Более того, по итогам прошлого года общий мировой объем солнечной и ветровой генерации впервые обошел атомную энергетику.
В России спрос на зеленую энергию растет, однако у страны в силу ее территории и природных богатств — особый энергетический путь. Такое мнение в ходе ПМЭФ-2022 высказал председатель правления ПАО «Газпром» Алексей Миллер. По его словам, зачастую зеленая энергетика оказывается менее щадящей для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива в силу более «грязного» производства комплектующих для ВЭС и СЭС, а также сложностей с их утилизацией.
«Это пластиковые свалки, тяжелые металлы, электромобили, в результате так называемый углеводородный след больше, чем в традиционной энергетике. Поэтому сказать, что это ВИЭ — это спасательная соломинка — глубокая ошибка. А самое главное, что люди которые занимаются ВИЭ, понимают, что нужно стопроцентное резервирование мощностей», — отметил председатель правления ПАО «Газпром».
По мнению эксперта РАНХиГС Татьяны Ланьшиной, наиболее перспективными нишами в России станут внедрение ветрогенераторов на изолированных территориях, использование ветроустановок средней мощности (менее 1 МВт). Также, по словам эксперта, в тренде — поставки ветровой энергии на розничные рынки в энергодефицитных и изолированных районах. Это особенно актуально, учитывая, что 70% территории России находится в зоне децентрализованного энергоснабжения с огромными ветроресурсами. Речь о таких регионах, как Камчатка, Магадан, Чукотка, Сахалин, Якутия, Таймыр и др
Ветер помогал транспортной «отрасли» — гнал паруса судов, промышленности — поднимал воду, и малому бизнесу — молол зерна. Кстати, в некоторых странах посадки деревьев рядом с «ветряками» были запрещены — чтобы обеспечить максимально «свободный ветер».
Высочайшего мастерства в умении «укрощать» ветер достигли голландцы. Крупные ветряные мельницы заводского изготовления при больших скоростях могли развить мощность до 66 кВт. В середине 19 века в Голландии работали около 9 тыс. ветродвигателей разного типа. Кто знает — если бы не паровые машины, энергетика Европы была бы уже зеленой на 100%. Однако с началом промышленной революции использование ветра для нужд домохозяйств и промышленности резко пошло на спад.
Ветряные мельницы возле озера в Нидерландах.
Ветроэлектростанция Джеймса Блита.
Тем не менее, энтузиасты не оставляли попыток использовать ветер для нужд домохозяйств. В 1887 году профессор Джеймс Блит создал в Шотландии первую ветряную турбину, которая предназначалась для выработки электричества. Установка высотой 10 метров использовалась для обеспечения дома ученого светом. В 1888 опыт повторили в США: изобретатель Чарльз Бруш с помощью ветрогенератора провел электричество в свой особняк.
Полноценный возврат к теме ВЭУ на Западе случился примерно в 50-х годах 20 века. В 1950 году компания Vorth Scotland Hydroelectric Board разработала экспериментальный ветродвигатель, который был установлен на Оркнейских островах в Шотландии. ВЭУ была рассчитана на мощность 100 кВт при скорости ветра 15,6 м/с. Она работала в связке с дизельной электростанцией, но проект скоро свернули из-за трудностей при эксплуатации.
В 50-60-х годах несколько крупных ветрогенераторов работало и во Франции. Так, три установки с горизонтальной осью вращения трехлопастного ветроколеса крыльчатого типа функционировали недалеко от Парижа. В авангарде проектирования ветроустановок в то время была и Германия. В стране активно эксплуатировали легкие ветроколеса с постоянной частотой вращения и системой регулирования поворотом лопастей, которые изготавливали из стеклопластика и пластика. Наибольшая из ВЭУ, развивавшая 100 кВт при скорости ветра 8 м/с, успешно работала с 1957 года на протяжении 11 лет.
Первый ветропарк появился в США в 1975 году. Он обеспечивал чистой энергией порядка 4 000 домов.
Ветроэнергетика в России: от трудов Жуковского до самого мощного ветрогенератора в мире
До Великой Октябрьской социалистической революции в крестьянских хозяйствах России насчитывалось около 250 тыс. ветряных мельниц. Ежегодно они перерабатывали почти половину урожая, а это около 33 млн тонн зерна. С изобретением паровых машин, а потом и двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей старые примитивные ветряные двигатели и мельницы, как и в Европе, оказались на обочине прогресса.
Николай Жуковский.
Тем не менее, в первой половине 20 века СССР стал одним из лидеров в сфере ветроэнергетики. В начале прошлого века великий русский ученый Николай Жуковский разработал теорию быстроходного ветродвигателя и заложил научные основы создания высокопроизводительных ветродвигателей, способных более эффективно использовать энергию ветра. Они были построены его учениками после организации в 1918 г. Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ).
В 1925 году в ЦАГИ был создан отдел ветряных двигателей.
Заведующий отделом, Николай Красовский, опытный летчик, участник Первой мировой войны, начал эксперементы с ветром в 1919 году с американского ветряка, установленного на крыше Аэродинамического института в Кучине. Плоды своей работы его команда представила в 1923 году на Первой сельскохозяйственной выставке в Москве. Ученые показали новый ветрогенератор с динамо-машиной, установленной на 25-метровой башне. Диаметр лопастей установки составил 6 метров.
Для пилотного проекта были выбраны Бакинские нефтепромыслы. Под руководством Красовского на нефтяной вышке установили ветрогенератор с диаметром лопастей уже 14 метров.
Вот как это предприятие описывалось в литературе: «Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть рабочие, увлекая их своим примером. <…> Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести спартанский образ жизни. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью
, с которой он не расставался».
Разработка ветряков продолжилась вЦАГИ под руководством другого советского ученого и инженера — Григория Сабинина. Он создал уникальную ветросиловую лабораторию, а в 1931 году в Балаклаве ввели в строй первый экспериментальный ветроагрегат мощностью 100 кВт. На тот момент это был самый мощный ветрогенератор в мире. Годовая выработка энергии составляла около 280 тыс. кВт/ч. Генератор и регулирующие устройства были установлены на вершине башни высотой 30 м.
Частота вращения ветроколеса регулировалась путем поворота лопастей. Башня имела наклонную опору, установленную на тележке, которая перемещалась по кольцевой направляющей для ориентации ветроколеса на ветер. Ротор для агрегата разработали Сабинин и Красовский, опоры для проекта создал знаменитый инженер и архитектор, «русский да Винчи» Владимир Шухов, а аппаратную часть — талантливый инженер Юрий Кондратюк.
Сам Кондратюк во время утверждения проекта находился в ссылке, поэтому документ подписывал Николай Никитин, который позже спроектирует знаменитую Останкинскую башню. До войны гигантская ветроустановка весом в 9 тонн и диаметром лопастей в 30 метров подавала электричество для трамвайной линии Балаклава-Севастополь. Во время боевых действий на острове ветрогенератор был разрушен.
Шедевр Уфимцева
Ветрогенератор Уфимцева в Курске, сентябрь 2007 г
Другое неоспоримое достижение советской ветроэнергетики 1930-х годов — ветроэлектростанция в Курске мощностью 7 кВт. Ее построил знаменитый советский изобретатель-самоучка Анатолий Уфимцев, которого Максим Горький называл «поэтом в области научной техники». За свою жизнь он получил 68 патентов, в том числе на новаторские конструкции самолетов и двигателей. Курская ВЭС была первой в мире установкой с аккумулятором для равномерной отдачи энергии ветродвигателя и поворотными лопастями. Высота станции составляла 42 метра, а диаметр лопастей — 9 метров.
ВЭС обеспечивала электричеством дом Уфимцева, его мастерскую и еще несколько домов на той же улице. Его проект проработал почти 20 лет, пережив войну, оккупацию и своего создателя. В 1957 году ВЭС была остановлена для ремонта
, но без технической документации инженеры не смогли разобраться в конструкции, и станция так и не вернулась к работе.
Тем не менее, ветроэнергетика в СССР набирала обороты. До войны в стране было налажено серийное производство ветрогенераторов малой мощности (3–4 Квт) для нужд сельского хозяйства и кустарной промышленности, в основном в отдаленных районах. Уже тогда власти понимали, как важно электрифицировать изолированные территории, используя новые технологии. Так, в родном поселке чукотского писателя Юрия Рытхэу Улак, электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электричеством не только жителей, но и соседнюю полярную станцию.
Со второй половины прошлого века СССР и Запад поменялись местами. Если в мире ветроэнергетика вышла на новую ступень после нефтяного кризиса 1972— 1973 годов, когда развитые страны впервые осознали свою зависимость от импорта арабской нефти, то в СССР ветер задвинули на второй план.
Причиной стало открытие в 1960-е годах нефтяных и газовых запасов Сибири. Дальнейшую судьбу энергетики диктовала экономика: ископаемая энергия оказалась дешевле. Гвоздь в крышку гроба советской ветроэнергетики заколотил мирный атом. Союз сделал ставку на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС, а ветряки просто не смогли выдержать конкуренцию с энергогигантами из единой национальной сети. В 60-х годах производство ВЭУ закрыли.
О ветре на высшем уровне вспомнили во время перестройки, в условиях крайнего дефицита. Был даже согласован проект по модернизации и развитию ветроэнергетики, а МКБ «Радуга» Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР к 1990 году организовали серийное производство современных ветроэнергетических установок мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Началось создание первых крупных системных ВЭС: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной в Воркуте. Однако вскоре «зеленые» проекты были заморожены: конец СССР был уже близок. Возрождение ветроэнергетики в стране будет отложено еще почти на 20 лет.
Российский ветер: за чем будущее
Если в прошлом веке упор на ветроэнергетику делался в связи с проблемами с подвозом топлива на основе нефти, то позже в повестку прочно вошли вопросы изменения климата и как следствие — зеленой энергетики. В 2021 году европейские страны поставили новый рекорд по скорости развертывания ветряных электростанций: ветроэнергетическая мощность Европы выросла на 17,4 ГВт. Всего в мире ветроэнергетика выработала 1814 ТВт/ч в 2021 году. Более того, по итогам прошлого года общий мировой объем солнечной и ветровой генерации впервые обошел атомную энергетику.
В России спрос на зеленую энергию растет, однако у страны в силу ее территории и природных богатств — особый энергетический путь. Такое мнение в ходе ПМЭФ-2022 высказал председатель правления ПАО «Газпром» Алексей Миллер. По его словам, зачастую зеленая энергетика оказывается менее щадящей для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива в силу более «грязного» производства комплектующих для ВЭС и СЭС, а также сложностей с их утилизацией.
«Это пластиковые свалки, тяжелые металлы, электромобили, в результате так называемый углеводородный след больше, чем в традиционной энергетике. Поэтому сказать, что это ВИЭ — это спасательная соломинка — глубокая ошибка. А самое главное, что люди которые занимаются ВИЭ, понимают, что нужно стопроцентное резервирование мощностей», — отметил председатель правления ПАО «Газпром».
По мнению эксперта РАНХиГС Татьяны Ланьшиной, наиболее перспективными нишами в России станут внедрение ветрогенераторов на изолированных территориях, использование ветроустановок средней мощности (менее 1 МВт). Также, по словам эксперта, в тренде — поставки ветровой энергии на розничные рынки в энергодефицитных и изолированных районах. Это особенно актуально, учитывая, что 70% территории России находится в зоне децентрализованного энергоснабжения с огромными ветроресурсами. Речь о таких регионах, как Камчатка, Магадан, Чукотка, Сахалин, Якутия, Таймыр и др