Инжиниринговые услуги по всей
России с 2004 года
Услуги компании DMSTR

Есть вопросы? Звоните!

+7 (495) 989-51-26 Обратный звонок

рус/eng

Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.

                            
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.
DMSTR - инжиниринговые услуги для бизнеса

«Дело сделано: ископаемые виды топлива выходят из употребления», – озвучили 200 представителей правительств, которые подписали Парижское соглашение по борьбе с изменением климата. Теперь инженеры в поиске, как ветер сможет компенсировать эту нехватку.

Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.

Некоторых раздражает как свист медленно поворачивающихся ветрогенераторов, так и тот факт, что они портят пейзаж. Однако, с усилением глобального потепления, таяния ледников и подъеме уровня моря, срочность перевода источников энергии на более чистые и зеленые становится очевидной.

Недавно опубликованное исследование предупреждает, что жизнь в океане может претерпеть самые непоправимые изменения уже через три миллиона лет, если выбросы углерода не будут резко сокращены.

Власти приняли этот сигнал и в декабре прошлого года договорились в Париже, после двух десятилетий переговоров, поэтапно сокращать использование ископаемых видов топлива с целью уменьшить выбросы парниковых газов. В связи с этим энергия ветра является одним из наиболее перспективных способов восполнения образовавшегося дефицита энергии.
Для начала отметим: ветер – ресурс безграничный, дешевый, чистый и широко распространённый.

Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

“Учитывая сокращение затрат, ветер готов вести нас в будущее в качестве самого дешевого источника энергии, доступного на Британских островах”,

- говорит Эми Камерон, участница британской кампании по борьбе с изменениями климата «10:10». “Ветер должен быть, без сомнения, одной из важнейших составляющих низкоуглеродной инфраструктуры, необходимой для удовлетворения юридически обязательных целевых показателей по выбросу углерода”.
Однако, чтобы повысить вклад ветра в энергобалансе, инженеры сперва должны сделать использование энергии ветра более эффективной, а также решить неотъемлемую проблему неоднородности подачи энергии в то время как скорость ветра увеличивается и уменьшается.
Одно из возможных решений – сделать ветряные турбины больше и выше. Но во многих странах турбинные башни не могут быть выше 125 метров, чтобы они не портили вид на море. Однако, поступают предложения увеличить высоту башен до 200 метров.
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.1

Высота повышает выработку электроэнергии. Шведское исследование показывает, что выходная мощность турбины на 5MВт может быть удвоена с 7,945 MВт/ч до 16,178MВт/ч в год за счет повышения ее высоты с 80 м до 125 м. Хотя эта модель имеет и недостатки: компоненты супер-размера необходимо транспортировать к местам установки, для этого требуются специальные грузовые автомобили и широкие дороги. Кроме этого, техническое обслуживание на такой высоте также является более трудным.
Другая идея заключается в том, что ветровая линза – коническая структура, которая окружает лопатки турбины – производит низкое давление и увеличивает скорость ветра. Команда разработчиков проектов в Университете Кюсю в Японии утверждает, что ветровые линзы турбины могут генерировать в два-три раза больше выходной мощности, по сравнению с традиционной турбиной, и параллельно снижать уровень шума. Две большие экспериментальные турбины на 100 КВт работают уже с 2011 года, и исследователи теперь строят версию 300 КВт турбины. Но и данный проект не обходится без изъянов: в какой-то момент он станет экономически не эффективным с учетом дополнительного материала, необходимого для объектива и опорной конструкции.

Именно поэтому исследователи ищут другие способы повышения эффективности работы турбин, чтобы лучше вписать их в ландшафт, уменьшить опасность столкновения с птицами, а также сократить шумовой фон.

 
Что касается последнего: сама природа показывает, как это можно сделать. Найджел Пик, эксперт по аэроакустике в Кембриджском университете, в прошлом году исследовал пух, который покрывает открытые поверхности маховых перьев совы. Он сглаживает прохождение крыльев птиц в воздухе, что значительно снижает уровень шума. Пик и его команда надеются перенести данный принцип сокращения шума на лопасти ветровых турбин, что позволит снизить уровень шума на 10 дБ, не затрагивая аэродинамику. Одним из дополнительных эффектов может быть повышение выработки энергии, так как в настоящее время скорость работы турбин зачастую искусственно тормозят, чтобы сдерживать их в шумовых пределах.
Другой вариант – это избавиться от свиста турбин полностью. Такие компании, как KiteGen Research в Италии, EnerKite в Германии и Kite Power Solutions в Великобритании работают над разработкой так называемых «энергетических воздушных змеев». По словам EnerKite, воздушный змей в 100КВт дает такое же количество электроэнергии, как турбина на 200КВт-300КВт, что означает получение более дешевой энергии. 

«Теоретически, они могут подхватывать ветры, которые проходят выше и менее изменчивы, чем те, которые ближе к земле», 

– говорит эксперт по вопросам ветроэнергии Саймон Уотсон из Университета Лафборо. 

Работа энергетических воздушных змеев основана на концепции управления огромными воздушными змеями при сильных встречных потоках воздуха, а также генерации мощностей путем поворота катушек, прикрепленных к ним. EnerKite обещает, что их турбина EK1M будет готова к 2018 году и что воздушный змей на привязи в 300 м может дать в два раза больше выходной энергии, чем 190-метровая традиционная турбина.
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.2

Другой подход заключается в перемещении всей турбины в воздух. Два года назад поисковой гигант Google купил энергетическую компанию Makani Power, занимавшуюся разработкой ветровых турбин, которые больше похожи на восемь воздушных винтов спортивного самолета, прикрепленных к док-станции. Планер и его турбины могут подняться до 450 м в воздух, где ветер заставит вращаться воздушные винты турбин и доставит около 600 КВт энергии вниз на землю.
Тем временем, американская фирма Altaeros Energies использует корпус, заполненный гелием, с большой, но легкой традиционной турбиной, которая находится в его центре. В этой конструкции мощность также передается через провод к наземной станции. «Воздушный шар» может быть увеличен или уменьшен с целью получения оптимальной скорости ветра. Компания утверждает, что их изобретение производит в два-три раза больше выходной мощности, по сравнению со стандартной турбиной, на фоне сокращения расходов на установку и транспортировку на 90%.
Компания LTA Windpower, расположенная в Канаде, работает над аналогичной концепцией, но с использованием дирижабля, который будет содержать водород.

«С точки зрения выхода энергии, это перспективные решения, но должно пройти какое-то время, прежде чем они поднимутся в воздух», 

– говорит Уотсон. Прежде всего, инженеры должны преодолеть серьезные технические проблемы для обеспечения прочности и надежности систем контроля движения и поднятия кабелей, а также избежания износа материалов. Хотя он считает, что это не будет непреодолимой задачей.

Кому нужны лопасти
Наиболее реалистичным для внедрения является скорее житейский подход, который делает ставку на турбины без лопастей. Одной из компаний, работающих по данной концепции, является компания Vortex Bladeless (Испания). Вместо того чтобы «оседлать» ветер через воздушный винт, их турбины полагаются на «вихри»: возникает аэродинамический эффект, когда ветер сталкивается с твердой структурой, таким образом и происходят закрученные вихревые потоки. Инженеры, как правило, стараются избегать завихренности, например, в высотных зданиях, которые не должны качаться слишком сильно.
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.3

Для «завихренности» турбин – это совсем другое дело. Они похожи на перевернутые конусы, изготовленные из стекловолокна и углеродного волокна, и построены для максимального движения, в то время как вихри сталкиваются синхронно по всей их длине. Два кольца магнитов вблизи основания поддерживают это первоначальное движение независимо от скорости ветра; каждый взмах мачты отталкивается от магнита, усиливая обратные колебания.
«Классический воздушный винт турбины работает еще лучше при захвате энергии ветра, покрывая более широкие области пространства», – говорит Дэвид Суриол, исполнительный директор Vortex Bladeless. Но в два раза больше турбин компании Vortex вписываются в пространство, занимаемое одним воздушным винтом турбины, увеличивая эффективность. Другим преимуществом является отсутствие зубчатых колес или подшипников, а это означает, как отсутствие какого-либо шума, так и отсутствие потребности в смазочных материалах. «Это может превратить завихренности турбины в "панели солнечных батарей для энергии ветра"», – говорит Суриол, – «что делает их гораздо более подходящими для жилых районов, а также обеспечивает значительную экономию средств».
Тем не менее, Уотсон не уверен, что эти заявления будут приняты во внимание. «Эффективная площадь поперечного сечения, из которого устройство извлекает энергию, очень мала, по сравнению с областью, охваченной обычной лопастной турбиной», – говорит он.

Несмотря на это, Vortex планирует выпустить свою первую отечественную модель в течение года. Высотой в три метра, она будет комбинироваться с солнечными батареями для питания бытовой техники. 

К 2018 году компания намерена построить 149-метровое сооружение, которое сможет обеспечить мощностью 400 домов. «Такая высота, однако, может значительно погнуть турбины», – говорит Уотсон. «Трудно себе представить, как эти машины будут выживать долгое время».
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.4

Вот почему продолжаются инвестиции в проверенный и испытанный вариант с ветряным двигателем для турбин, особенно вблизи берегов, где ветры на 90 процентов сильнее, чем на суше – согласно исследованию и оценке энергии глобальных ветров, проведенному в 2005 г. В прошлом году более 3000 мегаватт береговой ветряной энергии были подключены к одной только европейской сети, что вдвое больше, чем в 2015 году. «Прибрежная ветровая промышленность в последние годы усилила попытки уменьшить стоимость электроэнергии», – говорит Фергал Бреннан, эксперт в области энергетики Университета Кранфилд.
Традиционно прибрежные турбины были установлены на морском дне, но теперь пытаются облегчить установку с помощью плавучих платформ: таких, как проект Hywind, который в скором времени будет установлен в Северном море у города Питерхед. Небольшой массив будет состоять из пяти турбин, построенных норвежской энергетической компанией Statoil. Турбины будут стоять на платформе, привязанные к морскому дну через расширенное трехбалльное швартование и анкерную систему. Электричество будет транспортироваться с помощью кабеля, и проект сможет обслуживать до 19900 домов.
В августе прошлого года Япония построила крупнейшую прибрежную плавающую ветровую турбину. Это 7-мегаваттная машина, высотой 105 метров, отягощенная четырьмя 20-тонными якорями. Цепи ослаблены так, что сооружение может выдержать штормы и даже цунами. Внедрение данного проекта – через четыре года после ядерной катастрофы на Фукусиме – это частичные попытки Японии направить имеющуюся энергетическую смесь в сторону возобновляемых источников энергии.

Потребность в сохранении
Тем не менее, основным препятствием для долгосрочного успеха всех этих возобновляемых источников энергии является тот факт, что предложение никогда не может быть до конца гарантировано. Для того чтобы уровнять притоки с горных вершин и впадин, когда дует ветер, компании разрабатывают решения для сохранения энергии, в том числе и для дома.
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.5

Одним из решений является недорогой домашний батарейный блок «PowerWall», разработанный электрическим автопроизводителем Tesla. Кроме того, разработкой решений для сохранения домашней энергии занимается калифорнийская компания SimpliPhi Power. «Существует острая необходимость устранить прерывистость таким образом, чтобы мощность была доступна даже тогда, когда солнце не светит, а ветер не дует», – говорит исполнительный директор Катерина фон Бург. «В США почти полмиллиона людей страдают от перебоев питания каждый день, и такие сокращения всегда сопровождаются количественными экономическими последствиями – $150 млрд. в 2014 году», – добавляет она.

Проекты по установке хранилищ энергии в домах и офисах стремительно распространяются по всему миру, о чем говорится в докладе Citigroup. 

Общий объем сохранения энергии, за исключением электрического автомобильного рынка, может достигнуть 240 гигаватт к 2030 году, с элементами питания, которые являются основой технологии.
Чаще всего в настоящий момент используются щелочные, свинцово-кислотные и литий-ионные батареи. Но новаторы изучают другие подходы, например, аккумуляторы потока, которые хранят электричество в двух резервуарах с жидкостью, разделенных мембраной. Это позволит сохранить большое количество энергии в течение длительного периода времени, хотя они и более громоздкие, чем литий-ионные батареи.
Компания Primus Power, находящаяся в Калифорнии, разработала несколько иные конструкции батарей потока: с одним баком вместо двух, и с использованием титана вместо пластика для его электродов, что увеличивает таким образом производительность энергии. Недавно компания выиграла контракт с крупнейшей компанией электроэнергии Казахстана «Samruk-Energy».
Исследователи работают также над тем, чтобы найти более дешевые и менее токсичные материалы для производства батарей потока, заменяя ванадий, железо, цинк и бром. В Гарвардском университете ученые создают батарею из нетоксичных органических материалов, которые могли бы заменить ванадий, что в то же время сократило бы затраты, но сделало бы её экологически чистой и неагрессивной для среды.
Другая фирма, которая разрабатывает решения для хранилищ энергии, является Good Energy. «Мы рассматриваем и возможность проверки схемы энергии “равный-равному”, которые помогут нам раскрыть потенциал», – говорит Уилл Вут, глава отдела инноваций. В одном испытании так называемые системные батареи Маслоу будут развернуты в 150 жилых домах. В другом исследовании, названные Piclo, они появятся впервые на рынке Великобритании, где как частные потребители, так и крупные производители электроэнергии, смогут покупать и продавать энергию друг другу.
Энергия ветра: сдувая ископаемые виды топлива прочь.6

В США компания Orison предлагает систему сохранения энергии «подключи и играй». Его внутренние устройства хранения заряжаются от сети в непиковые часы. «Независимо от того, какое решение для сохранения энергии выбирают домовладельцы, создание средств для накопления, сохранения и управления энергией из возобновляемых ресурсов на местном уровне обещает сократить расходы на электроэнергию, так же, как и значительно сократить выбросы парниковых газов», – говорит Катерина фон Бург.
Тем не менее, успех всех этих энергетических инноваций, в конечном счете, сводится к общественной поддержке, говорит участница кампании «10:10» Эми Кэмерон. 

«Ветер должен, без сомнения, быть одним из основных компонентов низкой углеродной инфраструктуры, необходимым для достижения обязательных целевых показателей углерода. Но если мы видим ветер в качестве основного ресурса в движении к будущему с низкоуглеродной инфраструктурой, то нам нужно большее признание общественной популярности и экономического потенциала».


Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

Поделиться статьей в социальных сетях

Количество просмотров
1515

Техническое обследование

  • Проведем требуемые работы по обследованию для получения достоверной информации о техническом состоянии объекта.

Комплексное проектирование

  • Разработаем проектную и рабочую документацию для реализации инвестиционного проекта.

Технический Заказчик

  • Технический заказчик на всех этапах, от выбора земельного участка до ввода объекта в эксплуатацию.