Вітроенергетика

 

 

 

 

 

 

 

Вітроенергетика — галузь альтернативної енергетики, яка спеціалізується на перетворенні кінетичної енергії вітру в електричну енергію.

Джерело вітроенергетики  - сонце, так як воно є відповідальним за утворення вітру. Атмосфера землі вбирає сонячну радіацію нерівномірно через неоднорідності її поверхні та різний кут падіння світла в різних широтах в різну пору року. Повітря розширюється та підіймається догори, утворюючи потоки. Там де повітря нагрівається більше ці потоки підіймаються вище та зосереджуються у зонах низького тиску, а холодніше повітря підіймається нижче, створюючи зони високого тиску. Різниця атмосферного тиску змушує повітря пересуватися від зони високого тиску до зони низького тиску з пропорційною швидкістю. Цей рух повітря і є тим, що ми називаємо вітром.

Щоб найкраще використати вітряну енергію, важливо досконало розуміти добові та сезонні зміни вітру, зміну швидкості вітру в залежності від висоти над поверхнею землі, кількість поривів вітру за короткі відрізки часу, а також статистичні дані хоча б за останні 20 років.

Енергія вітру використовується людством віддавна. Одним з найперших винаходів використання вітру було вітрило десь у п’ятому тисячолітті до н.е. У першому сторіччі до нашої ери давньогрецький вчений Герон Александрійський винайшов вітряк, що керував орга́ном.

Вітряні млини для переробки зерна винайдені ще у середньовіччі. Вважається, що перші вітряки були збудовані в Сістані, десь між сучасним Іраном та Афганістаном, між дев’ятим та сьомим сторіччами до н.е. Вони мали вертикальну вісь, від шести до дванадцяти крил з полотна або очерету та використовувались як млини та помпи для води.

В останні роки енергія вітру все більше використовується для одержання електроенергії. Створюються вітряки великої потужності і встановлюються на місцевості, де дмуть часті й сильні вітри. Кількість і якість таких двигунів зростає щорічно, налагоджене серійне виробництво.

Потенціал використання в Україні

Процес будівництва української вітроенергетики розпочався у 1996 році, коли була зпроектована Новоазовська ВЕС проектною потужністю 50 МВт. 1997 рік — запрацювала Трускавецька ВЕС. В 2000 році в Україні працювало вже 134 турбіни та закладено близько 100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт. У 1998-1999 роках розпочали роботу ще  три нові ВЕС.

Значне зростання будівництва вітроелектростанцій спостерігається з 2009 року, після запровадження Урядом України «Зеленого тарифу».

Інститутом відновлюваної енергетики НАН України складена карта вітроенергетичного потенціалу нашої країни. Найбільш привабливими регіонами для використання енергії вітру є узбережжя Чорного та Азовського морів, гірські райони тимчасово окупованої АР Крим, територія Карпатських гір, Одеська, Херсонська та Миколаївська області.

Станом на 01.01.15 в Україні встановлена потужність вітроелектростанцій (ВЕС) становила 514 МВт (лише 0,93% від загального обсягу генеруючих потужностей), якими вироблено понад 1171 мілн. кВт * г електроенергії у 2014 році.

Сучасний стан

Згідно звіту Світової вітроенергетичної асоціації потужність енергії вітру у світі сягнула 336 327 MВт на кінець червня 2014 р., з них 17 613 MВт були додані у першій половині 2014 р. Таке зростання було суттєвим у першій половині 2013 р. та у 2012 р., коли були додані відповідно 13,9 ГВт та 16,4 ГВт. Загальна встановлена потужність енергії вітру на середину 2014 р. складає близько 4% світової потреби в електроенергії. Світова потужність енергії вітру зросла на 5,5% протягом шести місяців (після 5% у такий же період 2013 р. та 7,3 % у 2012 р.) та на 13,5 % в розрахунку на рік (середина 2014 р. у порівнянні з серединою 2013 р.). Для порівняння річні темпи зростання у 2013 р. були нижчими на 12,8 %.

Причини позитивного розвитку світових ринків вітроенергетики, безумовно, включають економічні переваги енергії вітру та її зростаючу конкурентоспроможність по відношенню до інших джерел електроенергії, а також гостру необхідність реалізації технологій без викидів з метою пом'якшення наслідків зміни клімату та забруднення повітря.

Провідні ринки вітроенергетики у 2014 р.: Китай, Німеччина, Бразилія, Індія та США

П’ять традиційних країн вітроенергетики – Китай, США, Німеччина, Іспанія та Індія – разом представляють 72% світової потужності вітроенергетики. Що стосується нових доданих потужностей, частка Великої п’ятірки збільшилася з 57% до 62%.

Китайський ринок продемонстрував дуже високу ефективність та додав 7,1 ГВт, що значно більше, ніж у попередні роки. Китай досяг загальної потужності вітроенергетики у 98 ГВт у червні 2014 р. і перетнув на сьогодні позначку у 100 ГВт. Німеччина також показала хороші результати, додавши 1,8 ГВт за першу половину року. Цей новий рекорд без сумніву відображає очікування змін у законодавстві з вітроенергетики, що може призвести до сповільнення німецького ринку у найближчі роки.

Бразилія вперше увійшла до групи лідерів, ставши третім за розміром ринком нових вітротурбін  з новими потужностями у 1,3 ГВт, що складає 7% обсягів продажу нових вітротурбін. При цьому Бразилія змогла розширити своє безперечне лідерство в Латинській Америці.

Індія зберегла свої позиції другого номеру в Азії та п’ятого у світі з показником у 1,1 ГВт нових потужностей вітроенергетики.

Ринок США після свого розвалу у 2013 р. продемонстрував потужні ознаки відновлення, маючи розмір ринку 835 МВт, трохи випереджаючи Канаду (723 МВт), Австралію (699 МВт) та Великобританію, яка наполовину зменшила розмір свого ринку та встановила у першій половині 2014 р. 649 МВт.

Ринок Іспанії нічого не додав до загального зростання у 2014 р., оскільки на ньому відбувається фактичний застій, встановлено лише 0,1 МВт нових потужностей у першій половині 2014 р.

У 2013 р. чотири країни встановили більше 1 ГВт кожна у першій половині 2014 р.: Китай (7,1 ГВт нових доданих потужностей), Німеччина (1,8 ГВт), Бразилія (1,3 ГВт) та Індія (1,1 ГВт).

Перша десятка вітроенергетичних країн демонструє однакову картину у першій половині 2014 р., хоча й з трохи підвищеною ефективністю. П’ять країн працювали краще ніж у 2013 р.: Китай, США, Німеччина, Франція та Канада. У п’яти країнах відбувся спад ринку: Іспанія, Великобританія, Італія, Данія та, у меншій мірі, Індія. В Іспанії та Італії практично повне затишшя, там було встановлено лише відповідно 0,1 МВт та 30 МВт нових потужностей. Польща тепер входить до переліку перших 15 країн за встановленими потужностями, тоді як Японія вибула з цього переліку.

Великобританія та Німеччина в найближчий час планують стати лідерами розвитку вітроенергетики, розміщуючи вітроелектростанції у морі.

Технічні рішення (Технічні характеристики, обладнання, особливості встановлення та експлуатація, виробники, переваги та недоліки).

Особливості застосування вітроелектричних станцій (ВЕС):

  1. Паралельна робота з мережею. У цьому випадку електрична енергія, яку виробляє ВЕС, має відповідати вимогам якості електричної енергії у мережі. Мережа, у свою чергу, повинна мати можливість прийняти потужність від ВЕС (пропускна здатність ЛЕП, наявність відповідних лічильників електроенергії тощо) та вчасно реагувати на зміну її кількості.
  2. Автономна робота ВЕС. Для такої роботи ВЕС необхідне встановлення акумуляторних батарей, які накопичуватимуть електричну енергію, що виробляється вітроагрегатом за сприятливих погодних умов. Наявність акумуляторів значно збільшує загальну вартість системи. Тому для прийняття остаточного рішення необхідно проводити техніко-економічні розрахунки. Встановлення автономної ВЕС можливо в поєднанні з фотоелектричним модулем.
  3. Пряме перетворення електричної енергії в теплову. Електрична енергія, що виробляється ВЕС, перетворюється в теплову шляхом нагрівання об’єму води електричними ТЕНами. Тобто акумулятором тепла є вода. Таку схему можна використовувати для попереднього нагрівання води в системі гарячого водопостачання.

Основним недоліком вітроенергетики є несталість та нерегульованість вітрового потоку. Важливим є також питання економічної ефективності ВЕС.