În unele țări, turbinele eoliene au înlocuit deja surse de energie mai tradiționale. Ce asteptam?
Turbine eoliene în Rusia
Morile de vânt din întreaga lume generează acum mai multă energie electrică decât întreaga industrie energetică din Rusia - și la un preț, generarea lor a devenit deja egală cu centralele termice. Și acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că în urmă cu zece ani inginerii și oficialii ruși din domeniul energiei considerau că posibilitățile de dezvoltare a acestora erau epuizate, iar parcurile eoliene erau prea scumpe. Acum totul s-a dat peste cap: corporația de stat rusă investește zeci de miliarde pentru a ajunge din urmă în Occident în domeniul turbinelor eoliene. De ce nu s-au împlinit previziunile anterioare ale experților ruși, pe care nu le-am luat în considerare? Și există perspective pentru încercările lui Rosatom de a risipi bani?
Vântul istoriei
Când oamenii s-au gândit prima dată să folosească vântul, este o întrebare dificilă. Există dovezi indirecte că Homo erectus sau neanderthalieni ar fi putut naviga. Încercările moderne de a depăși strâmtoarea dintre Creta și continent - și acum 130 de mii de ani au apărut brusc instrumente de piatră pe această insulă - au arătat că este nerealist să faci asta la vâsle - curentul din această strâmtoare este prea puternic. Sculpturile în rocă, care confirmă cu exactitate utilizarea pânzelor, au o vechime de câteva mii de ani.
Video promotional:
Primele mașini mecanice, conduse de forța vântului, au fost inventate de Heron din Alexandria, în secolul I î. Hr. (el a creat și primul eșantion al unei turbine care se rotește în timpul arderii combustibilului). Este adevărat, moara lui de vânt nu a rezolvat o problemă practică, ci una de divertisment. Era un fel de instrument muzical, care acționa cu rotirea roții de vântul care venea.
În jurul anului 400 d. Hr., morile de vânt cu o axă de rotație verticală - aparate de rugăciune - apar în templele budiste din India. Este ușor de observat diferența lor fundamentală față de schema lui Heron - versiunea budistă a morii de vânt este „așezată pe partea sa”.
O aplicație practică a mașinilor eoliene a fost găsită în secolul al IX-lea în Iran (descrieri ale lui Abu Ishaq al-Istakhri). Cu toate acestea, nu aveau nimic de-a face cu cele cu care suntem obișnuiți. Acestea erau turnuri, în jurul căror perimetru erau structuri de plasă acoperite cu țesături. Vântul le-a rotit și un mecanism special a transformat rotația axei verticale în mișcarea pietrelor de moară sau în funcționarea unui dispozitiv de ridicare a apei.
Din Iran, noutatea a ajuns în India și China, dar nu și în Europa, care a împrumutat apoi foarte puține inovații tehnice.
În 1185, prima moară de vânt a fost menționată în Yorkshire (Anglia), iar această primă moară de vânt occidentală era deja de tipul familiar - cu o axă de rotație orizontală, pe care sunt montate lame rotative pe verticală. După cum putem vedea, încă din secolul al XII-lea, abordările vestice și estice ale turbinelor eoliene erau opuse.
Avantajele schemei estice asupra celei occidentale sunt evidente. O moară de vânt cu axă verticală funcționează indiferent de direcția vântului, astfel încât chinezii și iranienii ar putea să o lase nesupravegheați și să meargă să facă lucruri mai importante. În plus, în versiunea estică, cu putere egală, vântul structurii este mult mai mare, motiv pentru care începe să funcționeze chiar și cu un vânt slab.
Pe de altă parte, turbina eoliană occidentală cu axă orizontală are propriile sale puncte forte. Da, trebuie „ținut în direcția vântului”, dar palele sale sunt întotdeauna afectate de vântul dintr-o singură parte, ceea ce le mărește puterea de energie. Cea de est, cu fiecare revoluție, trăiește un moment în care lamele se întorc și vântul le „lovește” de cealaltă parte. Există suficientă inerție pentru ca structura să se rotească mai departe, dar catargul tremură violent, iar o parte din energia de rotație merge pentru a compensa „impactul”. Datorită acestor sarcini variabile, catargul sau turnul trebuie să fie mai puternice și mai masive. Rezultatele sunt evidente: turbina eoliană occidentală este mai dificil de operat, dar mai eficientă și mai ieftină.
Morile de vânt erau extrem de răspândite în Europa până la motoarele cu aburi și electricitatea. Aproape că nu aveau nevoie de personal, de linii electrice (ceea ce este important în zonele rurale) și erau mai puțin zgomotoase. Ei bine, versiunea unei mori de vânt care ridică apă dintr-o fântână este încă extrem de populară în lumea a treia, unde electrificarea nu a afectat încă mai mult de un miliard de oameni.
Încercările de a ne împrieteni cu vântul și electricitatea s-au făcut foarte devreme. Prima turbină eoliană care a produs electricitate a fost construită în Danemarca în 1890. În Occident, dimensiunile lor la începutul secolului al XX-lea ajungeau la 25 de metri înălțime, iar lățimea lamei era de 23 de metri. Din păcate, totul a fost stricat de problema vântului schimbător. Electricitatea era necesară chiar și atunci când nu sufla, iar generatoarele diesel și liniile electrice erau destul de ieftine. Așadar morile de vânt au fost împinse în câmpuri îndepărtate, unde au lucrat pentru irigații. Dar doar pentru o vreme!
Vântul schimbării din URSS
Când lumea occidentală a început să scape de turbinele eoliene din cauza electrificării, țara noastră a luat o cale complet diferită - „în vânt”. Compensând deficitul de centrale termice, Institutul Aerohidrodinamic Central din anii 1920 a creat o serie de mici turbine eoliene cu o capacitate de până la 30 kilowați, alimentându-le cu un acumulator hidraulic. Cu un exces de generație, turbina eoliană a ridicat apa la înălțimea catargului și, când nu a existat vânt, a drenat apa înapoi, a rotit turbina de apă, ceea ce a dat curent. Au fost folosite în Buriatia și în alte locuri fără linii electrice. Apropo, schema este extrem de rezonabilă - anul acesta a fost construită o întreagă centrală electrică în Germania, conform aceluiași concept, doar mult mai puternică.
În URSS, înainte de descoperirea câmpurilor de petrol și gaze siberiene, surse alternative de energie au fost dezvoltate activ din motive strategice. 90 la sută din petrolul sovietic a fost produs în Caucaz și era evident că în orice război inamicul va încerca să lovească acolo. Aceasta este ceea ce planifica aviația franceză în 1940. Numai distrugerea celei de-a treia republici de către Hitler a împiedicat acest lucru să se întâmple. Hitler însuși a vrut să facă acest lucru, dar nici nu a reușit. Pentru a se proteja, guvernul sovietic a încurajat o varietate de alternative - de la o jumătate la generatoarele de gaz pe lemne până la … turbine eoliene cu depozitare de volante.
Da, doar un astfel de miracol a fost lansat la Kursk în 1931. Cu o capacitate de numai 35 kilowați, acesta a fost echipat cu un „disc de stocare” (o treime de tonă) care se rotea într-un container din care a fost evacuat aerul pentru a reduce frecarea. Centrala eoliană a inventatorului Ufimtsev și-a luminat casa și a alimentat atelierul chiar și atunci când nu era vânt. Cu toate acestea, el a murit în 1936 și, de atunci, stația (încă mai există) nu a fost niciodată lansată.
Cu toate acestea, chiar și fără dispozitive de stocare, turbinele eoliene sovietice erau printre lideri. În 1931, lângă Balaklava, a fost construit cel mai puternic generator eolian din lume, cu 100 de kilowați (lungimea lamei - 30 de metri). Este interesant faptul că germanii, care sunt acum în fruntea dezvoltării energiei eoliene, au tratat apoi fermele eoliene destul de grosolan. În 1941, bombardamentele lor au distrus cea mai mare turbină eoliană de pe planetă. Poate că era o chestiune de invidie - propriile lor turbine eoliene nu dădeau atunci mai mult de 70 de kilowați și erau mult mai puțini. În 1950-1955, URSS a produs 9.000 de turbine eoliene pe an - cu o capacitate de până la sute de kilowați. Ei bine, cum altfel ar putea fi alimentate cu energie pământurile virgine și nordul înainte de generatoarele de motorină?
Vânt de independență
Energia eoliană sovietică a fost ucisă de boom-ul postbelic al combustibililor lichizi ieftini, în timp ce cea occidentală a fost reînviată de criza petrolului din anii 1970. Apoi, ideea independenței energetice față de conspirația nervoasă și predispusă la monopolul popoarelor furnizoare din est în detrimentul energiei eoliene s-a maturizat acolo.
La prima vedere, ne confruntăm cu o regresie clară. De ce să treceți de la surse stabile de energie la cele care depind literalmente de briză? Mai mult, în urmă cu câțiva ani, oficialii ruși ne-au spus că turbinele eoliene din Europa produc energie costisitoare. Să încercăm să ne dăm seama.
Moara de vânt cu ax orizontal de astăzi, de fapt, nu este atât de dependentă de cele mai mici fluctuații ale vitezei vântului. Vestas V164 are o înălțime de 220 de metri (o piramidă și jumătate de Cheops) și lame cu leagăn de 164 metri (clădire de peste 50 de etaje). Greutatea totală a lamelor sale din fibră de sticlă este de 100 de tone. De fapt, un astfel de design are propriul său disc de stocare, doar masa sa este de 300 de ori mai mare decât cea a lui Ufimtsev.
În același timp, este de așteptat o creștere suplimentară a înălțimii turbinelor eoliene și a paletei acestora, ceea ce înseamnă că sunt și mai puțin amenințate de opriri mici. Se crede că este logic să se mărească dimensiunile cel puțin la înălțimi de 300-400 de metri și o lățime de până la 300 de metri.
Începând cu Enercon E-126 de la Siemens, există deja o metodă pentru crearea unor astfel de lame colosale - acestea sunt alcătuite din două secțiuni care sunt inserate una în cealaltă. Un număr de producători intenționează să își mărească numărul chiar și la trei.
Puterea aceluiași Vestas V164 a depășit deja 9 megawați, iar dublarea duratei palelor sale va aduce o creștere a puterii turbinei eoliene la 40 megawați. Mai important, cu fiecare sută de metri de altitudine, viteza medie anuală a vântului crește semnificativ. Cu structuri cu adevărat mari, este logic să construim parcuri eoliene chiar și în zone împădurite unde viteza vântului este de obicei destul de mică în apropierea solului.
Datorită creșterii continue a dimensiunii turbinelor eoliene, costul energiei lor scade tot timpul. Judecați singuri: oamenii știu cum să construiască ieftin chiar și clădiri de 828 de metri, iar odată cu creșterea înălțimii lor, costurile cresc liniar. Dar ieșirea morii de vânt cu fiecare dublare a înălțimii crește deja la pătrat. Economiile de scară sunt foarte vizibile în energia eoliană.
Într-adevăr, chiar și acum cinci ani, în 2012, turbinele eoliene din Vest produceau electricitate cu mai mult de 10 cenți pe kilowatt-oră. Cu toate acestea, astăzi această cifră, după cum a menționat Departamentul de Energie al SUA, a scăzut la 4-5 cenți pe kilowatt-oră. Chiar și noile turbine eoliene offshore, care sunt de obicei mai scumpe decât cele terestre, furnizează energie pentru 6-7 cenți pe kilowatt-oră, iar acest preț scade chiar mai repede decât pe uscat. Motivul este că pe mare poți purta lame cu o lungime de cel puțin 200 de metri, deoarece există mult spațiu pe „drumurile” mării și nu există aglomerare.
Bine, zici. Dar ce zici de perioadele de calm, când nu există vânt puternic săptămâni întregi? Ei bine, de aceea construiesc turbine eoliene offshore în Europa. Există „pasaje” peste mare, unde practic nu există calm. Din fericire pentru europeni, ei sunt aproape de ei și adesea în ape puțin adânci. De exemplu, întreaga Marea Nordului este destul de superficială, la fel ca, de altfel, majoritatea apelor de pe coasta de est a Statelor Unite. În plus, anul acesta a fost pusă în funcțiune prima centrală eoliană plutitoare din lume, cu zeci de megawați. Morile sale de vânt sunt ancorate, iar adâncimile de lucru pentru acestea sunt de până la 800 de metri. Suprafața totală a mărilor de o astfel de adâncime este de așa natură încât, de la ele, este posibil să furnizăm lumii întregi energie de multe ori. Pierderile din liniile de transmisie DC de înaltă tensiune au scăzut acum sub 3 la sută la mia de kilometri - adică energia eoliană „marină” va ajunge chiar și spre interior.
În același timp, durabilitatea parcurilor eoliene nu ar trebui idealizată. Da, pot furniza energie pe tot parcursul anului, iar în timpul iernii, aceleași mori eoliene offshore vor da mai multă energie decât vara - furtunile de iarnă vor ajuta. Cu toate acestea, nici nu pot face față vârfurilor de consum dimineața și seara - vântul bate cam la fel la 19:00 și la 03:00. Prin urmare, în Occident, se crede că câteva procente din producția anuală totală vor continua să fie furnizate de centralele termice cu gaz „de vârf”. În același timp, vor consuma mult mai puțin combustibil decât astăzi, când matrițele de turbine eoliene offshore nu au fost încă construite. Dar merită să ne amintim că acest lucru va trebui cu greu să aștepte mult.
Astăzi, energia eoliană produce mai mult de un trilion de kilowatti-oră pe an - mai mult decât întregul sector energetic din Rusia. Și dacă producția de energie electrică în țara noastră nu a crescut din 1990 (datorită aproximativ același volum de producție industrială), atunci acest lucru nu se poate spune despre turbine eoliene. Cu doar 10 ani în urmă, nu au dat nici măcar o zecime din producția curentă. Putem spune cu încredere că peste zece ani WEC-urile planetei vor da mult mai mult decât fac acum. Mai mult, majoritatea turbinelor eoliene sunt în prezent construite de China și acolo știu cum să desfășoare cu adevărat producția de masă.
pe aripile vantului
Rusia se poate lăuda cu cea mai neașteptată piruetă pe calea omenirii către energia eoliană. Când WPP-urile erau nepopulare în Occident, erau în creștere în țara noastră. Când au început să se dezvolte activ în lume, au apărut în țară mulțimi de experți din industria energetică, care au subliniat: „Locul pentru turbine eoliene în Europa s-a încheiat”. Este adevărat, de când am început să spunem acest lucru, capacitatea centralelor eoliene dintre europeni a crescut de zece ori și continuă să crească. Se pare că părerea experților noștri nu le-a fost adusă.
Ei bine, în 2016, ne-am răzgândit brusc din nou, ca să spunem așa, ne-am întors în URSS Dorezhnev. Rosatom a fost primul care și-a spus cuvântul greu la nivel de stat. Directorul general adjunct al acestuia, Vyacheslav Pershukov, a remarcat sincer: după îndeplinirea comenzilor existente pentru construcția de noi centrale nucleare în străinătate, Rosatom ar putea rămâne fără proiecte de construcții străine, deoarece această piață scade rapid. Generarea nucleară în afara Rusiei este într-adevăr în declin și nu există perspective pentru o ieșire din ea.
Motivul principal este simplu: energia nucleară construită de Vest este costisitoare. Energia centralelor nucleare construite în Rusia este mai ieftină, dar totuși nu la fel de mare ca cea a noilor turbine eoliene occidentale. Da, pentru a compensa neconcordanța lor, aveți nevoie de câteva centrale termice pe gaz, dar și centralele nucleare au nevoie de ele. La urma urmei, reactorul dă întotdeauna aceeași putere, iar oamenii consumă mult mai mult în timpul zilei decât noaptea. Cu un preț egal și probleme egale, cumpărătorul occidental, care este întotdeauna sub presiunea „verdelor”, nu va alege niciodată producția nucleară.
Aici Pershukov mai afirmă: posibilitățile de a construi noi centrale nucleare mari în străinătate sunt practic epuizate. „Nu ar trebui să câștigăm bani pe piața tehnologiei nucleare. Toate. Altfel nu funcționează”, notează corect.
Desigur, dacă renunți mai întâi la o activitate pentru un deceniu și apoi o asumi atunci când concurenții au deja tehnologii care au fost elaborate de ani de zile, atunci nu ar trebui să te bazezi pe poziții de conducere imediat. Prin urmare, Rosatom a urmat calea deja bătută de Petru I și a început să învețe un nou (sau mai bine zis, unul vechi, bine uitat la noi în țară) de la olandezi. Prin intermediul unei filiale, a format un parteneriat cu Lagerwey. Până în 2020, corporația de stat intenționează să construiască 26 de parcuri eoliene mici cu 610 megawatti - începând din regiunea Ulyanovsk în 2018. Da, aceasta este mai puțin de o sutime din aportul global anual, dar Rosatom învață din aceste firimituri. În plus, în 2020, este planificată localizarea producției de turbine eoliene în Rusia cu 65%.
Va fi mai dificil mai târziu, când va trebui să mergi pe scară largă. Este imposibil să se producă turbine eoliene cu o capacitate totală de numai sute de megawați pe an, cu profit. Aceasta este o afacere mare, fără producție de masă, nu va exista un preț scăzut în ea. Prin urmare, este necesar să extindem construcția de turbine eoliene în țara noastră și să intrăm pe piața mondială. Cu toate acestea, va fi foarte dificil să concurezi aici.
Giganți precum Vestas și-au petrecut decenii perfecționând tehnologiile și au construit facilități complet unice. De exemplu, o fabrică pentru producția de lame titanice de zeci de tone, situată pe insulă în special pentru a facilita exportul unei încărcături atât de dificile pentru drumurile terestre. Unde Rosatom va construi acest lucru și dacă va fi capabil să țină pasul cu piața de turbine eoliene în continuă îmbunătățire este o întrebare și nu una ușoară.
Într-un comentariu adresat KP, reprezentantul Rosatom, Andrei Ivanov, a menționat că NovaWind, divizia Rosatom responsabilă pentru proiectele „noii energii”, a fost de acord să creeze o societate mixtă cu Lagerwey - Red Wind BV. Se va ocupa de problemele legate de localizarea producției de turbine eoliene în Rusia., și mai precis - în Volgodonsk, lângă facilitățile existente ale Rosatom. La noi vor fi construite turbine eoliene cu 2,5 și 4,5 megawați. În total, Red Wind va furniza 388 de astfel de turbine eoliene până în 2022, dintre care primele 60 vor fi asamblate doar în Rusia - din componente Lagerwey - și abia apoi vor exista turbine eoliene „locale” de dimensiuni atât de impresionante.
Îi era mult mai ușor cu centrala nucleară. La urma urmei, acestea nu au fost create doar în URSS, dar nu au încetat să construiască și să se îmbunătățească în țara noastră. A fi primul în ceea ce ești pionier este mult mai ușor decât în cazul în care trebuie să înveți de la alții. Să sperăm că gigantul de stat va reuși, mai ales că are un personal bun ingineresc.
Vântul viitorului
Să recunoaștem: este puțin probabil ca turbinele eoliene să devină principala sursă de energie pentru umanitate în deceniile următoare. Da, în Danemarca furnizează deja cea mai mare parte a energiei electrice, iar în SUA furnizează mai mult decât centrale hidroelectrice. Dar în țările în care există încă multe zile senine, energia solară se dezvoltă acum mult mai repede decât vântul. Prețurile pentru energia electrică obținută cu ajutorul său scad chiar mai repede decât cele ale parcurilor eoliene. Deja la începutul anilor 2020, va depăși turbinele eoliene în producție și va deveni principalul berbec care distruge energia cărbunelui și a hidrocarburilor.
Dar pentru țările cu teritorii nordice, vântul poate juca un rol diferit - principalul generator. Este puțin probabil ca acest lucru să se întâmple în Rusia și nu numai pentru că la sud de Samara avem mult soare. Mai important, nu putem lăsa nici energia nucleară, nici cea gazoasă din cauza infrastructurii uriașe care a fost construită pentru ei. Și totuși, până în 2030, turbinele eoliene vor deveni elemente frecvente în peisajele rusești - așa cum sunt acum în Germania sau Marea Britanie.
