Сегодня, когда экологические проблемы постепенно становятся одной из главных забот человечества, использование разных источников энергии рассматривается не только с точки зрения их мощности и экономичности, но и влияния на окружающую среду.
На первый взгляд ветровая энергия абсолютно чиста экологически и не наносит ущерба природе и людям. Но это не совсем так. Мощные ветровые электростанции с сотнями и тысячами ветровых турбин приносят немало проблем: они производят невообразимый шум, могут служить помехой для радио- и телетрансляций. Кроме того, огромные вышки нередко препятствуют миграции птиц. Разумеется, по сравнению с тем огромным ущербом природе, который наносят тепловые электростанции, вред от ветрогенераторов почти незаметен, однако если мы хотим в будущем иметь абсолютно "чистую" энергетику, проблемы влияния ветроустановок на окружающую среду надо решать уже сейчас. Одним из таких решений - и наиболее перспективным - является установка ветрогенераторов в открытом море, на большом удалении от берегов. Это повысит не только безопасность, но и экономичность, так как на просторах Мирового океана ветры дуют с особой силой. Разумеется, установка ветрогенераторов в открытом море требует больших затрат, однако экологическая чистота стоит денег, затраченных на нее.
Первая ветряная электростанция в открытом море уже действует. Это установка Эбельтофф в Дании. 16 ее турбин производят 55 кВт электроэнергии - вполне хватает для полного снабжения поселка из 600 домов. Специалисты подсчитали, что только Западная Европа, береговая линия которой протянулась более чем на 20000 километров, в состоянии получать около триллиона киловатт-часов электроэнергии в год, если воздвигнуть ветрогенераторы вблизи от побережья. А возможности нашей страны в этом плане еще выше.
На сегодняшний день технология строительства платформ для ветрогенераторов в открытом море отработана (большую роль здесь сыграл опыт строительства морских скважин для добычи нефти) и уже применяется.
Как уже опмечалось, главной проблемой применения ветровой энергии является непостоянство ветра. Имеется несколько способов аккумулировать энергию на случай безветренных дней. Простейший из них - создать систему двух резервуаров, один из которых залегает ниже другого. В ветреные дни производимое электричество можно использовать для закачки воды из нижнего резервуара в верхний. А когда ветрогенератор бездействует, достаточно открыть перемычку - и вода устремится из верхнего резервуара в нижний, вращая по пути турбину, которая будет давать электроэнергию. Еще один способ аккумулирования - использование ветровой энергии для электролиза воды - получения водорода и кислорода из воды. Водород - идеальное топливо, которое может заменить любой тип горючего. Теплота его сгорания втрое выше, чем у бензина. Если в ветреные дни создать достаточный запас водорода, его можно транспортировать в любое место по газопроводам, а затем использовать в топливных элементах.
Ученые подсчитали, что общий ветроэнергетический потенциал земли приблизительно в 30 раз превосходит годовое потребление электричества во всем мире. Разумеется, весь этот запас энергии использовать не удастся. Для нормальной роботы ветроустсновок скорость воздушных потоков не должна в среднем за год падать меньше 4-5 м/с, и в то же время не должна превышать 50 м/с. Впрочем, максимальная скорость ветра может быть и выше. Американские инженеры создали генератор с вертикальными роторами, которые вращаются наподобие карусели. По своей эффективности он превосходит лопастные генераторы почти втрое и способен выдерживать даже ураганные ветры. Видимо, с развитием технологии появятся и более совершенные конструкции. Скорее всего, технология не пойдет по пути повышения размеров ветроустановок. Будущее принадлежит ветрогенераторам мощностью от 5 до 100 киловатт, которые будут обеспечивать нужды сельского хозяйства и небольших поселений. Впрочем, имеется возможность применения и более мощных (до 5 мегаватт) установок, которые будут вырабатывать электроэнергию в составе уже существующих энергетических систем. Кроме того, ветровая энергия может быть использована для производство удобрений, для получения сжатого воздуха, который будет направляться в водоемы для их аэрации - повышения содержания кислорода, необходимого для его обитателей. Разные отросли промышленности все активнее делают заявки на ветровую энергию.
Итак, что же такое ветер? Можно ли применять его энергию и рассчитывать на его помощь, если это едва ли не самое неустойчивое и мало предсказуемое явление природы? Как он зарождается, куда направлен, можно ли на него "положиться"? Ведь от того, насколько постоянна его природа, зависит эффективность работы любой ветроэнергетической установки.
Под лучами Солнца от нагретой поверхности Земли нагревается и воздух. Интенсивность его нагрева завсит в основном от состояния и свойств земной поверхности Так например, воздух в пустыне от раскаленного песка получает в 130 раз больше тепла, чем от морской поверхности на той же широте. Нагретый воздух уменьшает свою плотность - меняется атмосферное давление, при повышении температуры оно падает, при понижении - наоборот. Массы воздуха с большим давлением Двигаются туда, где давление ниже, появляется ветер. На широте экватора вследствие сильного нагрева поверхности Земли образуется устойчивая зона пониженного давления. В нее стекаются воздушные массы с севера и юга - создаются постоянные ветры одного преимущественного направления - пассаты. Под действием вращения Земли они немного отклоняются, в Северном полушарии вправо по ходу воздушных масс, в Южном - влево.
На высоте 5-7 км дуют ветры обратного направления - антипассаты. К северу и югу от экватора есть довольно узкая зона устойчивого затишья. Приблизительно на широте 30 градусов по обе стороны от экватора наблюдаются вторые зоны затишья, куда притекают и опускаются холодные потоки с экватора, прошедшие на высоте нескольких километров, - антипассаты. Появляется зона высокого давления, здесь зарождаются пассаты. Из этой же области дуют ветры по направлению к полюсам, так называемые преобладающие западные. По сравнению с пассатами они существенно более изменчивы. Это полоса между 30 и 60° к северу и югу издавна имеет худую славу у моряков и прозвана ревущими сороковыми. Район Бермудских островов на широте 30 , находящийся в зоне затишья, иногда называется конскими широтами. Это странное и немного мрачное название сохранилось со времен парусного флота. Многие корабли того времени перевозили из Европы в Вест-Индию лошадей. Попадая в зону безветрия, суда лишались возможности двигаться, обвисали паруса, таяли запасы пресной воды и продовольствия. Прежде всего при этом погибали лошади. Выброшенные за борт, их трупы еще долго носились по волнам.
На полюсах вследствие сильного охлаждения есть еще две области высокого давления, из которых к экватору дуют устойчивые полярные восточные ветры.
Под действием солнечных лучей суша нагревается и охлаждается быстрее, чем вода, вследствие этого в различное время года на побережьях морей и океанов образуются сезонные ветры, дующие на берег или с берега, - муссоны.
Итак, оказывается, ветры - явление не такое уж стихийное, как это может показаться с первого взгляда. На их постоянство можно рассчитывать, их энергию можно использовать, не боясь, что в один прекрасный, а точнее, совсем не прекрасный момент они исчезнут вовсе.
На земном шаре имеются огромные пространства, над которыми дуют ветры с постоянным преимущественным направлением и примерно одинаковой силой. Наша страна вследствие своего географического положения в этом плане находится в выгодных условиях. Она обладает неисчерпаемыми ресурсами энергии ветра. Имеются огромные области в Украине и России, где применять энергию ветра можно с максимальной эффективностью. Применять. Например, побережье Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Чукотки, севернее приблизительно шестьдесят седьмой параллели, и Камчатка. Длительность действия ветра в этих районах приблизительно 300-320 суток в году.
Какие же препятствия стоят на пути широкого использования ветра? Их в основном два: непостоянство его направления и силы и необходимость аккумулирования энергии на случай отсутствия ветра или малой его мощности. Прежде всего, видимо, надо рассматривать ветроэнергетические установки как один из путей получения дополнительной энергии, позволяющей сократить расход органического топлива.