Ветроэлектростанция (ВЭС) — несколько ветроэлектрических установок, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют ветряными парками (ветропарками).
История Первая ветровая электростанция — «мельница» англичанина Блита диаметром 9 метров — была построена в 1887 году на даче Блита в Мэрикирке (Великобритания). Блит предложил избыточную электроэнергию со своей «мельницы» жителям Мэрикирка для освещения главной улицы, но получил отказ, так как те считали, что электроэнергия — это «работа дьявола». В дальнейшем Блит построил ветровую турбину для подачи аварийного питания в местную больницу, сумасшедший дом и амбулаторию, однако технологию Блита сочли экономически нежизнеспособной и следующая ветроэлектростанция появилась в Великобритании только в 1951 году.
Первая автоматически управляемая ветровая установка американца Чарльза Браша появилась в 1888 году и имела диаметр ротора 17 метров.
Современная ветряная электроэнергетика начала своё развитие в 1980-е гг. с турбин мощностью всего около полусотни кВтThe Great California Wind Rush // drømstørre.dk.
В СССР в 1951 году Молотовский электромеханический завод "Урал" начал выпуск стандартных ветроэлектростанций для колхозовВетроэлектростанции для колхозных радиоузлов // "Известия", № 104 (10562) от 6 мая 1951 стр.1. В начале 1980х годов был разработан план строительства ветровых электростанций для обеспечения энергией автономных объектов на Крайнем Севере (постройкой которых должны были заниматься военные строители). В дальнейшем, опытное хозяйство с несколькими ветроустановками было построено на берегу реки Десна в Вышгородском районе Киевской области УССРВладимир Устинюк. Пейзаж с ветряками // "Вокруг света", № 12, 1984. стр.38-40.
В 1988 году в Голландии в районе города Медемблик была введена в эксплуатацию первая экспериментальная ВЭС принципиально нового типа - вместо ветродвигателя с лопастями оснащённая ветротурбинойВетер гудит в турбине // журнал "Знание - сила", N 7 (733) 1988. стр.46.
Типы ветровых электростанций
Наземная
Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.
Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.
Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.
Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Ганьсу, расположенная в провинции Ганьсу в городском округе Цзюцюань, КНР. Полная мощность — 7965 МВт.
Прибрежная
Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёмам.
Шельфовая Шельфовые ветровые электростанции строят в море, в 10—60 км от берега. Шельфовые ветроэлектростанции обладают рядом преимуществ: их практически не видно с берега; они не занимают землю; они имеют большую эффективность (точнее, коэффициент использования установленной мощности) из-за регулярных морских ветров.
Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям. Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.
Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.
В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт, а за 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей.
Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция (Дания) с установленной мощностью 40 МВт. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт.
Великобритания: 6 сентября 2018 года в 19 км от берегов Великобритании в Ирландском море на северо-западе Англии запущена в эксплуатацию офшорная ветроэлектростанция ; суммарная мощность её ветряков составляет 659 МВт; в июле 2020 года запущена ВЭС мощностью 714 МВт; три очереди ВЭС Hornsea (Hornsea Wind Farm): Hornsea Project 1 (мощностью 1,2 ГВт, запущена в 2020 году), Hornsea Project 2 (мощностью 1,4 ГВт (крупнейшая в мире морская, на данный момент), запущена в 2022 году) и Hornsea Project 3 (завершение в 2025 г.).
Плавающая
Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морской мили от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.
Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.
Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.
Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метровStatoil .
Парящая Парящей называют ветровую турбину, размещённую высоко над землёй для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером ЕгоровымЛетающая электростанция // «Бурят-Монгольская Правда», № 276, 2 декабря 1938 года.
Текущим рекордсменом считается Vestas V164-8.0-MW. Этот прототип совсем недавно был установлен в в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas - 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту - более 720 футов (220 метров).
Горная
Первая горная ВЭС на постсоветском пространстве мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году.
Планирование
Исследование скорости ветра Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — 4,5 м/с и выше.
Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.
Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов или в аэропортах.
Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады.
В 2005 году Программа развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.
Высота Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.
Преимущества и недостатки
Воздействие на сельское хозяйство ВЭС напрямую снижают площадь пригодных к использованию в сельском хозяйстве земель, так как сельскохозяйственная деятельность непосредственно под ВЭС невозможна. ВЭС неблагоприятно влияют на поведение крупного рогатого и другого скота на пастбищах, расположенных между ветряками.
Спорная экономическая эффективность В настоящее время ещё проводятся исследования, которые призваны разъяснить экономическую эффективность ВЭС. При серьёзных капиталовложениях срок окупаемости подобных инвестпроектов может оказаться ниже, чем проектов тепловой или атомной энергетики. Также надёжность генерации по сравнению с упомянутыми альтернативными способами находится под сомнением. В период морозов в США в 2020 году многие ветряные парки вышли из строя и генерация приостановилась на несколько месяцев, что исключает ВЭС из списка источников, пригодных в качестве основных, но позволяет рассматривать их в качестве дополнительных источников энергии.
Экологический эффект При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветроустановки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 метров.
Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.
В 2021 году Верховный суд Норвегии постановил, что две ветряные электростанции на полуострове Фосен наносят вред оленеводам из числа саамов, ограничивая доступ к их пастбищам, 151 турбина ВЭС может быть отключенаСуд Норвегии: ветряные электростанции наносят ущерб саамским оленеводам // 11 октября 2021.
Радиопомехи
Воздействие на здоровье человека
Галерея
ВЭС в мире
В апреле 2008 года представитель мэрии Рок-Порта заявил, что город стал первым населённым пунктом в Соединённых Штатах, чьи потребности в электроэнергии на 100 процентов покрываются ВЭС. Рок-Порт, потребляющий около 13 миллионов кВтч в год, получает электроэнергию от ветроэлектростанции Loess HillsMissouri Town Is Running On Vapor — And Thriving, Frank Morris, August 9, 2008, National Public Radio; accessed August 10, 2008. На станции установлены четыре ветротурбины Suzlon мощностью 1,25 мегаватт каждая. Излишки электроэнергии продаются компании Missouri Public Utility Alliance в КолумбииRock Port to become first American 100 percent wind powered community - Maryville Daily Forum - April 13, 2008.
ВЭС на полуострове Фосен на западе Норвегии состоит из 151 турбины, строительство которых было завершено в 2020 году, и является частью крупнейшей береговой ветряной электростанции в Европе.
в России
В 1931 году в году Курске была построена Ветроэлектростанция Уфимцева — первая в мире ветроэлектрическая станция с инерционным аккумулятором, изобретатель - А. Г. Уфимцев.
Вторая в СССР ветроэлектрическая станция была построена в 1931 году в Балаклаве на Караньских высотах. Мощностью 100 кВт, она на момент строительства являлась самой большой в Европе. Экспериментальный ветроагрегат был разработан коллективом специалистов ЦАГИ и Всесоюзного ветроэнергетического института под руководством изобретателя Ю. В. Кондратюка. До Великой Отечественной войны он вырабатывал электроэнергию для трамвайной линии Балаклава — Севастополь. После оккупации полуострова ВЭС была уничтожена немецко-румынскими оккупантамиА. Кучушев. Энергия ветра // газета "Известия", № 212 (19582) от 8 сентября 1980.