В Германии построили самую высокую ветряную электростанцию в мире

Ветряные электростанции в Германии и их популярность.

Кто, как не внимательные и рачительные немцы, знают толк в современных технологиях? Именно в Германии рождаются самые качественные и надежные автомобили. А правительство всерьез беспокоится насчет финансовых затрат своих граждан. Так, в 2018 году Германия заняла 3 место (после Соединенных Штатов Америки и Китая) по выработке электричества с помощью…ветра! Немцы пропагандируют идею использования ветряных мельниц для получения электроэнергии уже не первый год. Маленькие и большие, высокие и низкие, их размещают по всей территории страны и позволяют государству отказаться от строительства более вредных и опасных электростанций.

Цифры и подробности

На севере Германии установлена целая долина ветряных электростанций, которую видно за много километров. Гигантские ветрогенераторы отличаются экологичностью и производительностью, недорогим обслуживанием и по праву считаются источником энергии будущего. Мощность оборудования напрямую зависит от его высоты! Чем выше находится турбина, тем большее количество электрической энергии она изготавливает. Именно поэтому разработчики не останавливаются на достигнутом: недавно в небольшом городе Хайдорф установили новый ветрогенератор с максимальной высотой в целых 247 метров! Кроме основной турбины, на электростанции установлено 3 дополнительных в 152 метров высотой каждая. В совокупности их мощности хватает для того, чтобы полноценно обеспечивать электричество целую тысячу домов.

Новая конструкция также отличается инновационной технологией хранение электричества. Практичные и умные немцы используют вместительные резервуары с запасом чистой воды, которые предупреждают падение мощности в случае отсутствия ветреной погоды. Технология будущего считается невероятно перспективной, поэтому многие страны пытаются брать пример с Германии. Однако перегнать эту страну вряд ли получится… На сегодняшний день мощность всех установленных ветрогенераторов превышает 56 ГВт, что составляет более 15% от общей доли ветроэнергетики на планете. По всей Германии можно насчитать более 17 000 ветряных мельниц, а их производство давно поставлено на конвейер.

Будущее – за силой ветра?

Впервые правительство Германии задумалось над установкой ветряных электростанций после страшной катастрофы, произошедшей в Чернобыле в 1986 году. Разрушение гигантской атомной электростанции, которое повлекло за собой ужасные последствия, заставило многих руководителей государств в мире задуматься над изменениями в сфере электроэнергетической промышленности. На сегодняшний день более 7% электроэнергии в Германии вырабатывается электрогенераторами.

Руководители страны также активно развивают оффшорную электроэнергетику. Первая ветряная турбина, расположенная в море, появилась у немцев еще 12 лет назад. Сегодня в Балтийском море действует полноценный, коммерческий ветропарк, а в ближайшее время запланировано открытие еще двух ветрополигонов на территории Северного моря.

Впрочем, не все так просто, как кажется на первый взгляд. Даже у такого экологически чистого метода получения электричества находятся ярые противники. Среди их основных аргументов – высокая стоимость подобных конструкций, что негативно влияет на состояние государственного бюджета. А еще их неэстетический внешний вид. Да-да, вы не ослышались! Некоторые люди считают, что установленные ветрогенераторы мешают им наслаждаться живописной красотой природы, что куда хуже по их мнению, чем отравление этой самой экологии обычными источниками электроэнергии. Есть и еще один аргумент у “недоброжелателей” ветряных станций! Их шумный гул мешает спокойной жизни людей, чьи дома расположены в непосредственной близости к полигонам.

Как бы то ни было, невозможно оспорить популярность ветряных станций в Германии и тенденцию к увеличению их количества. Правительство уверенно двигается в заданном направлении, планируя развивать как обычную, так и оффшорную ветроэнергетику.

Также интересно:

Ложные теории

Самые распространенные мифы про ветроэнергетику:

1. Ветряки убивают птиц. Сложно отрицать, что птицы иногда врезаются в лопасти или мачту ветрогенератора и погибают. Но не меньше птиц погибает от электропроводов. По статистики больше всего умирает птиц из-за нападения кошек.
2. Самый распространенная ложная теория — это то, что шум от ветряного генератора может негативно сказаться на здоровье человека, в том числе дать осложнения на органы слуха.
3. Не экологичный источник, так как рост количества ВЭС увеличивает выброс углекислого газа. Да, но в сравнение с угольными или газовыми электростанциями этот показатель в 50 раз меньше.
4. Безработица. Ходит мнение, что получение энергии таким способом сократит рабочие места, однако этот миф легко развеять. В любом развивающемся секторе не может возникнуть безработица, так как ветроэнергетика всегда нуждается в новых кадрах — исследователи, разработчики.

Ложные теории появляются из-за незнания тема, однако все их легко опровергнуть, что было сделано многократно.

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18) , №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47), №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

Технические характеристики

Размеры таких турбин впечатляют:

• размах лопастей — 154 м (длина одной лопасти у турбины Vestas V-164 составляет 80 м)
• высота конструкции — 220 м (при вертикально поднятой вверх лопасти), у Энеркон Е-126 высота от земли до оси вращения 135 м
• число оборотов ротора в минуту — от 5 до 11,7 в номинальном режиме
• общий вес турбины составляет около 6000 т, в т.ч. фундамент — 2500 т, опорная (несущая) башня — 2800 т, остальное — вес генераторной гондолы и ротора с лопастями
• скорость ветра, при которой происходит запуск вращения лопастей — 3-4 м/с
• критическая скорость ветра, при которой производится остановка ротора — 25 м/с
• количество производимой энергии в год (планируемое) — 18 млн кВт

Необходимо учитывать, что мощность этих сооружений нельзя рассматривать как нечто постоянное и неизменное. Она целиком зависит от скорости и направления ветра, который существует по своим законам. Поэтому общая выработка энергии намного меньше, чем максимальные значения, полученные для определения возможностей турбин. И, тем не менее, крупные комплексы (ветропарки), состоящие из десятков турбин, объединенных в единую систему, способны обеспечивать электроэнергией потребителей в масштабах достаточно большого государства.

Сравнение с традиционными электростанциями, стоит ли ожидать перехода на ветровую энергетику?

Переход на ветровую энергетику возможен там, где для нее не имеется достойной альтернативы. Если для стран Западной Европы создание гидроэлектростанций затруднено или вовсе невозможно, то, естественно, им приходится искать выход из положения, используя альтернативные источники энергии.

Атомные электростанции подвергаются постоянной критике за использование «грязных» источников, создающих опасность распространения радиационного заражения. Кроме того, отходы ядерной энергетики требуют соответствующей утилизации или хранения, для чего в перенаселенной Европе нет места или условий. Для государств, расположенных на побережье Атлантического океана использование крупных ветряков является необходимостью, тем более, что такой способ получения энергии для них вполне подходит.

Исключением могут стать районы Крайнего Севера, отдаленные регионы Сибири или Дальнего Востока, где поблизости не имеется источников энергии. При этом, сложность климатических условий ставит под вопрос саму возможность применения таких больших механизмов, обслуживание которых при температурах в -40° попросту нереально. Поэтому на ближайшее время вопрос о переходе на ветроэнергетику не стоит.

Другое дело, что развивать и продвигать это начинание необходимо, особенно в относительно небольших, местных масштабах. Возможность получения энергии при небольших вложениях весьма привлекательно для жителей таких регионов, заставляет внимательнее рассматривать ветроэнергетику как один из возможных источников.

Самая мощная в мире ВЭС

Видимо, бакинский опыт оказался вполне успешным, так как работы продолжились, в ЦАГИ под руководством Григория Харлампиевича Сабинина была создана уникальная ветросиловая лаборатория, а в 1931 году в Балаклаве (Крым) был введен в строй первый экспериментальный ветроагрегат мощностью 100 кВт — самый мощный в мире на тот момент. 

Ротор для этого аппарата был разработан Сабининым и Красовским на основе точных вычислений и экспериментальных исследований в ветросиловой лаборатории ЦАГИ; Опорную конструкцию спроектировал знаменитый архитектор Владимир Шухов (создатель легендарной башни), а аппаратную часть — талантливый инженер Юрий Кондратюк. Интересно, что Кондратюк во время утверждения проекта был в ссылке, поэтому документ подписывал Николай Никитин, который позже спроектирует Останкинскую башню. До самой войны эта огромная ветроустановка весом в 9 тонн и диаметром лопастей в 30 метров давала электричество для трамвайной линии Балаклава–Севастополь, но боевые действия на полуострове, увы, не пережила. 

Уже в 1932 году Наркомтяжпром объявил конкурс на проект Крымской ветроэлектростанции, которая должна была обеспечивать электроэнергией все южное побережье полуострова. Проект выиграл Кондратюк — башня должны была достигать высоты 165 метров и обладать двумя 80-метровыми ветроколесами, размещенными на двух уровнях. Проект поддержал нарком Орджоникидзе и работы даже начались, в 1936 году для ветрогенератора на 12 000 кВт был построен фундамент возле горы Ай Петри. Однако вскоре после смерти наркома масштабы проекта были сокращены, а уже в 1938 году проект и вовсе свернули и воплощения он так и не получил.  

Тогда же было налажено серийное производство ветрогенераторов малой мощности (3–4 Квт), использовавшиеся в сельском хозяйстве и кустарной промышленности, преимущественно в отдаленных районах. Например, в родном стойбище чукотского писателя Юрия Рытхэу Улак, электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках. Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера. Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

Какой ветрогенератор самый большой

Самым большим ветрогенератором в мире на сегодняшний день считается детище немецких инженеров из Гамбурга Энеркон Е-126. Запуск первой турбины был осуществлен в Германии в 2007 году, неподалеку от Эмдена. Мощность ветряка составляла 6 Мвт, что на тот момент являлось максимумом, но уже в 2009 году была произведена частичная реконструкция, в результате которой мощность возросла до 7, 58 Мвт, что вывело турбину в мировые лидеры.

Это достижение было весьма значимым и поставило ветровую энергетику в ряд полноценных лидеров в мире. Отношение к ней изменилось, из разряда довольно робких попыток получить серьезные результаты отрасль перешла в категорию крупных производителей энергии, заставляя подсчитывать экономический эффект и перспективы ветроэнергетики в ближайшее время.

Пальму первенства перехватила MHI Vestas Offshore Wind, чьи турбины имеют заявленную мощность 9 Мвт. Установка первой такой турбины была закончена в конце 2021 года с рабочей мощностью 8 Мвт, но уже в 2021 году был зафиксирован 24-часовой режим работы на мощности в 9 Мвт, полученной на турбине Vestas V-164.

Такие ветряки имеют поистине колоссальные размеры и устанавливаются, чаще всего, на шельфе западного побережья Европы и в Великобритании, хотя отдельные экземпляры имеются и на Балтике. Объединенные в систему, такие ветрогенераторы создают суммарную мощность в 400-500 Мвт, составляя значительную конкуренцию гидроэлектростанциям.

Установка подобных турбин производится в местах с преобладанием достаточно сильных и ровных ветров, и таким условиям в максимальной степени соответствует морское побережье. Отсутствие естественных преград для ветра, постоянный и стабильный поток позволяют организовать наиболее благоприятный режим функционирования генераторов, повышая их эффективность до наиболее высоких значений.

Ветроэнергетика США

США – один из лидеров мировой ветроэнергетики как по размерам имеющихся ветряных электростанций (40 ГВт), так и по темпам роста установленных мощностей. Pacific Northwest Laboratory в 2001 г. оценила потенциал ветроэнергетики 20 штатов США на уровне 10 777 млрд кВт·ч электроэнергии в год, что в три раза больше потребления США в 2001 г.

Основным толчком к реализации программы, направленной на развитие ветроэнергетики в США, стало введение в 1973 г. эмбарго на нефть.

Попытки использовать энергию ветра для производства электроэнергии предпринимались и раньше. В 1940 г. в штатах построили ветроагрегат мощностью в 1250 кВт, через 5 лет одна из его лопастей получила повреждение. По экономическим расчетам заниматься ремонтом было невыгодно, и взамен ВЭУ построили обычную дизельную электростанцию. В дальнейшем развитием ветроэнергетики в США стала заниматься компания Westinghouse Electric, которая первой разработала электрогенерирующие установки мощностью 200 кВт.

Коммерческое развитие ветроэнергетической промышленности США началось после принятия в 1978 г. государственного акта по регулированию политики страны в области коммунального хозяйства (PURPA) и введенных налоговых льгот для инвесторов в производство ВЭУ. В результате только за период 1981-1984 гг. в Калифорнии было установлено 6870 ветряков. Однако после 31 декабря 1985 г., когда закончилось предоставление налоговых льгот, а цена на нефть упала до 10 долл. США за баррель, множество мелких компаний – производителей ветряков исчезло с рынка. Смогли «выжить» только наиболее надежные и перспективные.

Интерес к ветроэнергетике в США возобновился лишь в 1998 г. В представленном на рассмотрение американскому Конгрессу бюджете на 2000 г. администрация Клинтона предложила увеличить расходы на финансирование различных программ развития альтернативных источников энергии, а также энергосбережения. Федеральное правительство начало предоставлять кредиты, налоговые льготы, однако происходило это неравномерно, с долгими перерывами, что привело к столь же неравномерному приросту мощностей: 400 МВт в 2002 и 2004 гг. и приблизительно 1700 МВт в 2001 и 2003 гг. Это, в свою очередь, препятствовало вливанию в отрасль долгосрочных инвестиций.

В августе 2005 г. в США был принят закон «Об энергетической политике». Закон установил приоритет ВИЭ и вопросам энергетической эффективности, ввел значительные налоговые льготы для поощрения мер в области энергосбережения. Принятые меры вызвали очередной подъем активности: в 2005 г. в стране были установлены рекордные 2431 МВт новых ветроэнергетических мощностей, таким образом, США впервые за последние десять лет удалось выйти в мировые лидеры по этому показателю.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу на 1800 тонн СО₂, 9 тонн – SO₂, 4 тонны – оксидов азота. По оценкам Global Wind Energy Council, к 2050 г. мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО₂ на 1,5 млрд тонн.

В 2007 г. ветряные электростанции США выработали более 48 млрд кВт·ч электроэнергии, что составило примерно 1% от всей электроэнергии, произведенной в США за 2007 г.

По данным Американской ассоциации ветряной энергетики (AWEA) в 2008 г. США вышли на первое место в мире по мощностям построенных ветряных электростанций. За год было построено 8358 МВт новых ВЭС. На конец 2008 г. суммарные мощности ВЭС США составляли 25170 МВт.

Новая ветряная электростанция в США получает налоговые льготы в размере 0,015 долл. США за каждый произведенный кВт·ч электроэнергии. Налоговая льгота действует в течение 10 лет. Государство субсидирует только исследовательские работы и производство оборудования для ветряной энергетики.

Американские фермеры, предоставившие часть земли под размещение ВУ получают ежегодно 3000-5000 долл. США арендных платежей за одну установку, построенную на их участке. Некоторые фермы от сдачи земли в аренду ветряным электростанциям получают доходов больше, чем от основной деятельности.

Американская ветроэнергетическая ассоциация (AWEA) прогнозирует, что к 2020 г. суммарная мощность малой ветроэнергетики США вырастет до 50 ГВт, что составит около 3% от суммарных мощностей страны.

В индустрии малой ветроэнергетики будут заняты 10 тыс. человек. Они ежегодно будут производить продукции и услуг на сумму более чем 1 млрд долл. США.

Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов

Одной из серьезных проблем эксплуатации промышленных ветрогенераторов является обледенение лопастей генератора при отрицательных температурах окружающей среды, ведь сильное обледенение может значительно увеличить массу лопастей, что приведет к падению производительности, и повышению нагрузок на ротор ветроэлектрической установки.

Шум и вибрацию можно назвать второй по значимости проблемой эксплуатации ветряков — в непосредственной близости от ветрогенератора уровень громкости может превышать 100 дБ для промышленной ВЭУ. Например, в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты отдельные законы, ограничивающие уровень шума для ветряных электростанций до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью, при этом законодательство этих стран регулирует и минимальное расстояние от промышленного ветряка до жилых домов — оно не может быть меньше 300 метров.

Береговая ветроэнергетика

С 1995 года береговая ветроэнергетика является важной и крупной отраслью в Германии. В 1995 году валовая выработка энергии ветра на суше составила 1 530 ГВтч. К 2019 году валовая продукция наземной ветроэнергетики составила более 101000 ГВтч, что позволило Германии вырабатывать около пятой части страны за счет ветра.В настоящее время ведутся работы над более крупными береговыми установками, которые, возможно, позволят увеличить долю энергии ветра в Германии. Германия также примечательна наличием там некоторых крупных производителей ветряных турбин, таких как Enercon в Аурих, Сенвион в Гамбург, и Nordex в Росток

Ветровые электростанции преимущества и недостатки

Преимущества установки ветровых электростанций:

1. Экологичность. Сегодня этот фактор играет большую роль. А добыча энергии с помощью ветряков это экологичный способ, который никак не влияет на окружающую природу.
2. Экономичность. По сравнению с другими источниками получения энергии, ветровые станции в строительстве обходятся намного экономичнее.
3. Нескончаемый источник энергии.
4. Эффективность работы — электростанция вырабатывает в 80 раз больше энергии, чем потребляет.
5. Местоположение. Ветряк можно поставить в любом месте, в отличие от традиционных станций.
6. Современные ветряки могут работать при скорости от 3,5 м/с.
7. Технологическое развитие.

Минусы ветроэнергетики:

1. Работа ветряка зависит от силы потока ветра, которого может и не быть.
2. Изменение ландшафта местности из-за строительства ветряных парков.
3. Затраты на поиск и изучение местности для ветряков и их строительство.
4. Турбины станций создают низкочастотные шумы, которые оказывают негативное влияние на человека.
5. Создают опасность для птиц.
6. Менее продуктивны по сравнению с другими станциями.

У ветроэнергетики есть свои сторонники, которые считаю применение ветрогенераторов экологичным способом решения проблемы с энергетикой. Но также есть люди, которые выступают против строительства ветряных парков, так как они приносят вред здоровью человека, птицам. Недостатки ветроэнергетики не сопоставимы с большим потенциалом, который кроется в этой отрасли.

Самые большие ветряки в мире

Огромные ветрогенераторы можно классифицировать как по геометрическим размерам, так и по величине вырабатываемой мощности, ведь самый большой еще не означает самый мощный!

Ветрогенератор Enercon E-126 — диаметр лопастей 126 м

Высота башни этого огромного ветрогенератора Enercon E-126 составляет 135 метров, при этом диаметр размаха лопастей составляет 126 метров при общей высоте почти 200 метров над землей.

При оптимальном ветре промышленный ветрогенератор Enercon E-126 способен вырабатывать до 7,58 мегаватт электроэнергии.

Первый такой внушительный ветряк был установил еще в 2007 году в Германии. Стоит Enercon E-126 в районе 14 миллионов долларов (не считая стоимость доставки, монтажа и пусконаладочных работ).

Ветрогенератор Siemens SWT-6.0 — диаметр лопастей 154 метров

Огромный ветрогенератор Siemens SWT-6.0-154 при идеальной скорости ветра (13-15 м/с) способен генерировать мощность до 6 МВт.

На текущее время Siemens выпустил обновленную версию этой ВЭУ с таким же диаметром лопастей в 154 метра, но 1 мегаватт большей мощности.

Интересно, что при оптимальном ветре лопасти этого ветряка вращаются со скоростью всего лишь 5-11 оборотов в минуту.

Ветрогенератор LM 88.4 P — диаметр лопастей 180 метров

Огромный ветрогенератор LM 88.4 P разработан несколько лет назад в Голландии и при оптимальных условиях производит 8 мегаватт электроэнергии.

Заявленный срок службы одного комплекта лопастей этого ветряка составляет 25 лет. Такая установка способна в течении почти четверте века обеспечивать электроэнергией больше 10 000 частных домов.

При транспортировке лопастей для монтажа первого ветрогенератора LM 88.4 P привлекались корабли и огромные плавающие краны, с помощью которых эти морские ветряки устанавливаются в прибрежных водах.

Для создания ветрогенератора LM 88.4 P компания LM Wind Power воспользовалась разработками производителя ветрогенерационной техники Adven — именно турбина Adven AD8-180 (одну из самых крупнейших в мире) устанавливается на ветряке LM 88.4 P.

Ветрогенератор Haliade-X — диаметр лопастей 220 метров

А теперь расскажем про рекордсмена — самый большой в мире ветрогенератор Haliade-X 12 MW, создание которого было анонсировано американской корпорацией General Electric в 2021 году для британской компании Offshore Renewable Energy (ORE) Catapult.

В США для британских заказчиков General Electric начал создавать серию самых больших в мире ветряков, которые в количестве 24 штук способны генерировать до 288 мегаватт электроэнергии в сутки при оптимальной скорости ветра.

Уже в 2021 году GE планирует провести все необходимые тесты и получить сертификат на работу ветряной электростанции на базе 24 самых больших в мире ветряков Haliade-X 12 MW.

При этом General Electric уже сейчас анонсировал разработку еще более мощного ветрогенератора 13 MW GE Haliade-X. Планируется, что эти самые мощные в мире ветряки будут использованы для оснащения электростанции Dogger Bank Wind Farm в 2023 году.

Характеристики самого большого и мощного в мире ветрогенератора:

• Диаметр лопастей — 220 метров;
• Общая высота ветрогенератора — 260 метров;
• Генерируемая мощность — 13 мегаватт;
• Годовой объем генерируемой энергии — 71 гигаватт;
• Коэффициент использования установленной мощности — 60-64%.