Общие положения. Ветер является одним из наиболее мощных возобновляемых источников и может использоваться в народном хозяйстве России в значительно больших масштабах

Ветер является одним из наиболее мощных возобновляемых источников и может использоваться в народном хозяйстве России в значительно больших масштабах, чем в настоящее время.

К главным факторам, определяющим возможность использования энергии ветра, относятся метеорологические условия, выбор оптимального расположения ветроэнергетической установки (ВЭУ), метод преобразования кинетической энергии ветра в электрическую, ее использование в общей системе энергоснабжения и, кроме того, экономическая эффективность [4].

Важнейшими характеристиками, определяющими энергетическую ценность ветра, являются его скорость и направление. Эти величины зависят от влияния сил, действующих как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях на движущиеся воздушные массы. В силу ряда метеорологических факторов (возмущения атмосферы, изменения солнечной активности, количества тепловой энергии, поступающей на Землю), а также вследствие влияния рельефных условий, непрерывная длительность ветра в данной местности, его скорость и направление изменяются по случайному закону. Поэтому мощность, которую способна выработать ВЭУ в различные периоды времени, можно предсказать с малой вероятностью. В то же время суммарная выработка агрегата, особенно за длительный промежуток времени, рассчитывается с высоким уровнем достоверности, так как средняя скорость ветра и частота распределения скоростей в течение года или сезона изменяются мало.

Причиной возникновения ветров являются поглощение солнечного излучения поверхностными слоями земли и дальнейшее нагревание и расширение воздуха в результате теплообмена с поверхностью грунта. В результате плотность воздуха уменьшается, он становится более легким, поднимается вверх в общей массе более холодного, а значит и более тяжелого воздуха. На место поднявшегося вверх воздуха, в результате создавшегося разрежения, из других местностей перемещаются новые воздушные массы, нагреваются и поднимаются вверх.

В глобальном масштабе на эти термические явления накладывается эффект вращения земли, приводящий к появлению преобладающих направлений ветра. Кроме этих общих закономерностей, многое в этих процессах определяется местными особенностями, обусловленными определенными географическими или экологическими факторами.

Скорость ветров увеличивается с высотой, а их горизонтальная составляющая становится значительно больше вертикальной.

Одно из основных условий при проектировании ветровых установок – обеспечение их защиты от разрушения очень сильными случайными порывами ветра: ветровые нагрузки пропорциональны квадрату скорости ветра, а раз в 50 лет бывают ветры со скоростью, в 5-10 раз превышающей среднюю, поэтому установки приходится проектировать с очень большим запасом прочности. Кроме того, скорость ветра очень колеблется во времени, что может привести к усталостным разрушениям, а для лопастей к тому же существенны переменные гравитационные нагрузки (порядка 10 циклов за 20 лет эксплуатации).

Для использования энергии ветра наиболее пригодны места, обладающие следующими метеорологическими характеристиками:

- высокой среднегодовой скоростью ветра как наиболее важным фактором, определяющим годовую выработку на одну ВЭУ;

- редко встречающимися условиями с высокой интенсивностью турбулентности воздушных потоков, т.е. в среднем незначительными изменениями направления и скорости ветра как предпосылкой работы ВЭУ без помех;

- наличием доминирующего направления основных потоков ветра, что позволяет уменьшить площадь, необходимую для размещения ВЭУ.

Кроме метеорологических характеристик, существенную роль в окончательном выборе места для использования энергии ветра играют следующие факторы:

- наличие электротранспортной сети и возможность включения в действующую энергосистему;

- экономические факторы (стоимость ВЭУ, стоимость земли, срок окупаемости);

- законодательные факторы, такие, как Закон об охране природы, правила безопасности полетов, охрана здоровья населения, непосредственно проживающего в данном районе;

- отрицательное воздействие на окружающую среду (шум, нарушение природного ландшафта и помехи для приема радио- и телепередач).

Достоинства использования энергии ветра: отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, отсутствие потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей, возможность преобразования в различные виды энергии (механическую, тепловую, электрическую). Недостатки использования энергии ветра: низкая плотность энергии, приходящаяся на единицу площади ветрового колеса; непредсказуемые изменения скорости ветра в течение суток и сезона, требующие резервирования ветровой станции или аккумулирования произведенной энергии; отрицательное влияние на среду обитания человека и животных, на телевизионную связь и пути сезонной миграции птиц.

Крупные ВЭУ влияют на телесигнал. На расстоянии до 0,5 км они вызывают помехи в телесигнале. Это связано с тем, что лопасти ветрового колеса ВЭУ отражают сигнал, вызывая помехи при передаче телевизионного сигнала. Вследствие работы крупных ВЭУ больше 20 кВт возникает достаточное количество инфразвука, влияющего на состояние человека и животных.

При работе крупных ВЭУ возникает и естественный шум от работы ветрового колеса. Размещение ВЭУ мощностью выше 10 кВт нежелательно в пределах черты города.