Альтернативні джерела енергії: вітер

ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ

АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ: ВІТЕР

Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. Перелік таких забруднювачів на диво довгий, а їхні кількості надзвичайно величезні.

Цілком природно виникає питання, чи завжди використання енергії і виробництво електроенергії повинне супроводжуватися руйнуванням навколишнього середовища. І якщо правда, що будь-який вид людської діяльності неминуче впливає на природу, то ступінь цієї шкоди різний. Ми не можемо не впливати на середовище, у якій живемо, оскільки для підтримки життєвих процесів як таких необхідно поглинати і використовувати енергію.

Людина, безумовно, впливає на навколишню його середовище, однак у природі існують природні механізми, що врівноважують, що підтримують середовище і спільноти, що живуть у ній, у стані рівноваги, коли всі зміни відбуваються досить повільно. Проте в багатьох випадках господарська діяльність людини порушує рівновагу, підтримувану цими механізмами, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає величезні кількості забруднювачів води і повітря, — один з видів такої діяльності людини.

Дивно, що всього двісті років тому людство, крім енергії самої людини і тварин, володіло тільки трьома видами енергії. І джерелом цих усіх трьох видів енергії було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно чи ткали. Для того щоб можна було скористатися енергією води, необхідно, щоб вода бігла вниз до моря від вище розташованого джерела, де річка наповняється за рахунок дощів, що випадають.

За останнє десятиліття інтерес до цих джерел енергії постійно зростає, оскільки в багатьох відносинах вони необмежені. У міру того як постачання палива стає менш надійним і більш дорогим, ці джерела стають усе більш привабливими і більш економічними. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що ми знову звернули свою увагу на воду, вітер і Сонце.

ЕНЕРГІЯ ВІТРУ

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Вітер служив людству протягом тисячоліть, забезпечуючи енергію для вітрильних суден, для розмелу зерна і перекачування води. В даний час головне місце займає виробництво електроенергії. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2% потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Криму і Карпат. У нинішню епоху високих цін на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентноздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни.

Треба звернути увагу на те, що при швидкості вітру 33 км/год. подовження крила пропелера в 4 рази (з 15 до 60 м) збільшує виробництво енергії в 16 разів. Відмітимо також, що при довжині крила 30 м вітер зі швидкістю 50 кілометрів за годину забезпечує виробництво електроенергії у 26 разів більше, ніж вітер зі швидкістю 17 кілометрів за годину. Саме тому інженери схиляються на користь великих вітродвигунів і прагнуть перехопити вітер на великій висоті.

Більшість великих вітродвигунів, що споруджуються зараз чи уже діючих, розраховано на роботу при швидкостях вітру 17−58 кілометрів за годину. Вітер зі швидкістю менше 17 кілометрів за годину дає мало корисної енергії, а при швидкостях більш 58 кілометрів за годину можливе пошкодження двигуна.

Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів. Навіть якщо такий вітер забезпечує одержання набагато більше енергії, ніж слабкі вітри, він робить настільки сильний тиск на крила, що вся машина може бути зруйнована. Крім того, тривалість часу, коли дмуть штормові вітри, настільки мала, що внесок штормових вітрів у сумарне виробництво енергії незначний, і це робить подібний ризик безглуздим. Щоб усунути проблему штормових вітрів, крила вітродвигунів згинають так, щоб вони були злегка повернені в одну сторону для зменшення напору вітру; завдяки цьому повні удари сильних поривів не ушкоджують пропелер. Ця стара практика відома як «оперення». Щоб запобігти поломці крил, застосовують також нові матеріали, здатні протистояти великим навантаженням.

Інші проблеми в конструкції вітродвигунів обумовлені просто природою системи, необхідної для перехоплення енергії вітру. Двигуни звичайно встановлюють на високих вежах, щоб пропелери були відкриті більш сильним вітрам, що дмуть на великій висоті. Ближче до поверхні землі будинки, дерева, невеликі пагорби і т.п. стримують і послабляють вітер. Тому потрібні високі щогли. Однак важке устаткування — пропелер, коробка передач і генератор — повинні розміщатися на верхівці щогли, і це вимагає міцної конструкції.

Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах — від легкого подиху до могутніх поривів; у зв’язку з цим міняється і число обертів генератора за секунду. Для усунення цього перемінний струм, що виробляється при обертанні осі генератора, випрямляють, тобто перетворюють у постійний, що йде в одному напрямку. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм надходить в електронний перетворювач, що робить стабільний перемінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему. Невеликі вітродвигуни на кшталт тих, що використовують на ізольованих фермах чи на морських островах, подають випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Акумуляторні батареї необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер занадто слабшає для виробництва енергії.

Більш важка проблема регулювання всієї системи електростанцій. Тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії чи зовсім її не виробляють. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потреби в ньому.

ПРОБЛЕМИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

Чи викликає вітрова енергетика забруднення повітря? Ні. Чи вимагає вона води для охолодження і чи не викликає теплового забруднення? Ні. Чи споживає вона паливо? Ні. Але вона робить шум, вимагає земельної площі і матеріалів для конструкцій. Вона також робить візуальний вплив, але опори ліній далекої електропередачі мають висоту, близьку до висоти самого вітродвигуна з числа нині розроблювальних, а градирні теплових електростанцій бувають ще вище.

Є ще один вид впливу вітрової енергетики. Генератори великих вітродвигунів обертаються зі швидкістю близько 30 обертів за секунду. Це близько до частоти синхронізації телебачення. Тому великі вітродвигуни можуть заважати прийому передач на відстані до 1,6 км. При використанні крил пропелера зі скловолокна, що виявилися дешевше металевих, відстань перешкод зменшується приблизно вдвічі. Але так справа обстоїть лише з великими вітродвигунами, і можна чекати, що це не буде проблемою для менших двигунів.

Пропелери вітродвигунів можуть убити птахів, але важко передбачити, у яких масштабах це буде відбуватися. Безсумнівно, якийсь збиток навколишньому середовищу може наноситися також видобутком руди, виготовленням акумуляторних батарей і набагато більшою кількістю дротів і ліній передач, необхідних для збору електроенергії від її численних джерел. Але в цілому, якщо ми врахуємо усі витрати на охорону середовища, вони виявляться дуже малими. Отже, огляд різних альтернативних джерел енергії показує, що на порозі широкомасштабного промислового впровадження знаходяться вітротурбіни і сонячні батареї. Якщо додати до цього енергозбереження, є надія на вирішення енергетичних проблем, що встають; таким чином, будівництво нових атомних і теплових електростанцій зовсім не обов’язково. Однак їх прийдеться ще якийсь час зберегти в якості резервних для стабільного енергозабезпечення. Що ж стосується віддаленого майбутнього, то в першу чергу варто розробляти системи запасання енергії, вироблюваною сонячними і вітровими станціями.

З погляду навколишнього середовища і стійкого розвитку ці альтернативні джерела електрики цілком надійні. На жаль, вони ніяк не вирішують проблему скорочення запасів сирої нафти, що як і раніше необхідна для транспорту.

ЩО ВИ МОЖЕТЕ ЗРОБИТИ?

Добре інформовані й активні громадяни можуть багато чого зробити для підтримки і розвитку більш збалансованої й екологічно стійкої політики. Крім того, необхідно писати у відповідні органи, вимагаючи, щоб вони підтримали наступні заходи:

— фінансування в першу чергу не ядерної енергетики, а досліджень і технічних розробок в області використання сонячної енергії для одержання водню, дешевого виробництва сонячних батарей і легких недорогих акумуляторів з високою ємністю;

— перерозподіл асигнувань, що йдуть на прокладку автострад (що тільки стимулює витрату палива), на будівництво рейкових електротранспортних систем;

— поновлення економічного стимулювання енергозбереження і використання сонячних нагрівальних систем.

Вкладаючи гроші у ці перспективні напрямки, ми в кінцевому рахунку доможемося більшої економічної і політичної безпеки, ніж витрачаючи на заходи по охороні танкерів з нафтою.

Помітьте, що жоден з цих заходів не вимагає додаткових витрат; мова йде тільки про зміну пріоритетів, що могло б привести нас до стійкого суспільства.

Вивчайте і застосовуйте на практиці будь-які засоби, що дозволяють заощаджувати у Вашому власному будинку (зрозуміло, якщо вони не призводять до дискомфорту), поліпшуючи його теплоізоляцію і впроваджуючи, де це тільки можливо, сонячні системи опалення і гарячого водопостачання.

Нарешті, щоб захистити себе в майбутньому від нафтових криз, постарайтеся оселитися в такому місці, де користуватися автомобілем необов’язково.