Бегство от “пика ветра”: плавучие ветряки

[mikhai1-t.livejournal.com]

Куда податься фанату и стратегу возобновляемой энергетики? Солнечная энергетика прибавляет по 35-40 ГВт в год и на данный момент занимает около 1% в мировой электрогенерации. В три раза лучше обстоят дела с “ветром” - лидер определён? Ситуация зависит от горизонта планирования. Например, самый знаменитый мировой фантаст спокойно размышляет о человечестве через двенадцать тысяч лет, но можно с уверенностью сказать, что ветряной энергетике места в таком обществе не найдётся. На сегодня передовым “ветряным” государством является Дания, которая вырабатывает из “ветра” почти половину собственной электроэнергии, но обычно умалчивают, что для этого в государстве площадью 40 тыс. км2 пришлось поставить 5000 ветряков. То есть, на каждый ветряк, в среднем, приходится квадрат 3х3 км:

Схема расположения ветряков в Дании

Потенциал ветроэнергетики

При этом, хотелось бы удовлетворять свои потребности “ветром” на все 100% и не экономить электроэнергию для нужд общества - застолбить всю страну ветряками? Вдобавок, Дания имеет максимально удобное для ветряков расположение - находится фактически в море, а что делать менее везучим странам? Давайте для примера возьмём Китай. Исходные данные таковы:

• Текущая электрогенерация в Китае составляет около 4*10^15 Ватт*час за год (4  ПетаВатт*ч)




• Территория Китая 10 млн км2

На квадрат 3х3 км поставим по мегаваттному ветряку, как в Дании, и получим 1000 ГВт ветряков, генерирующих 1,5 ПетаВатт*часа. То есть, в данном сценарии удовлетворено лишь 37% потребностей в электроэнергии. Это специально упрощённый расчёт для понимания, а любители строгого научного подхода могут изучить вопрос тут или тут - результаты аналогичны.

Поэтому можно сделать вывод, что через N десятков лет ветряная энергетика повторит энергетическую историю гидроэнергетики развитых стран и неминуемо остановится в своём развитии. Электроэнергия ГЭС самая дешёвая и выгодная, но реки, на которых можно поставить плотину ГЭС, имеют свойство заканчиваться.

Вопрос удобно рассматривать на примере США - там эти события уже свершились и можно не гадать и теоретизировать, а просто посмотреть как было. Уже в конце XIX века в США работало несколько сотен ГЭС, а к 1970-м годам гидроэнергетика США вышла на “плато воды”:

Это был “пик” по рентабельности и другим ограничениям (экологическим, социальным и т.п.) - строить ГЭС было уже негде. Даже без учёта этих факторов, чисто технический потолок гидроэнергетики для США всего лишь в полтора раза выше, то есть вместо текущих 100 ГВт - 150 ГВт, а вместо доли в 6% - 9%.

Или, например, электрогенерация Волжско-Камского Каскада ГЭС. Она эквивалентна 1% электропотребления Китая и 15% его территории. А ведь вода для каскада аккумулируется с площади всего бассейна Волги и ещё чаще ставить ГЭС бесполезно... Аналогично всё и для “ветра”, отличия только в том, что мировой ветроэнергетический потенциал лишь в 15 раз выше гидроэнергетического, что в масштабе современного человечества не так уж много, а относительно будущих потребностей - ещё меньше. В общем, дешёвую и возобновляемую энергию “ветер” предоставит, достаточную и безграничную - нет.

Иллюстрация из научно-популярной книги “Искусственное Солнце” о безграничных возможностях термоядерной энергетики. 1959 год.

Итак, “ветер” отпадает и вариантов для фанатов возобновляемого энергетического изобилия остаётся не так уж и много - замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ), термояд и солнечная энергетика.

История ходит по кругу

Не хотелось бы ограничиваться негативными тезисами, а предложить что-нибудь конструктивное. Быть может, где-то эта проблема уже появлялась и решалась? И действительно, в 1970-х мировой нефтянке уже пришлось массово выходить на морской шельф для продолжения роста добычи. Далее последовал выход на глубоководный шельф и сейчас проходит стадия сверхглубоководной разработки - свыше 1,5 км морской толщи. По понятным причинам, к сверхглубоководной нефти перешли не от хорошей жизни - мелководный шельф не резиновый. В случае ветряков упомянутое аналогично распространению офшорных ветряных электростанций (9 ГВт в мире) на глубинах до 40 метров, когда ветряк устанавливается на морское дно и выход на более глубокий шельф уже при помощи плавучих ветряков. Технология установки ветряков на мелководье уже отработана, а плавучих - в процессе шлифовки. На данный момент уже функционируют несколько парков, одобряются новые проекты.

Концепты плавучих ветряков

Человечество не стоит на месте и не ограничивается сушей, что увеличивает доступный потенциал ветряной энергетики. Таким образом, альтернативная энергетика, как и остальная промышленность, выходит в море, не отставая от плавучих АЭС, плавучих СПГ-терминалов, дата-центров и даже плавучих государств.

Ценовой вопрос

Возможности отдалить “пик нефти”, “плато воды” или “плато ветра” пропорциональны затратам. Лёгкая в добыче нефть уже разработана, удобные места под ГЭС освоены, для установки плавучих ветряков тоже придётся несколько разориться:

Серым цветом справочно приведён диапазон себестоимости традиционной энергетики

Да, пока дороговато. Но есть и плюсы: плавучие ветряки проще в обслуживании чем обычные морские - на ремонт и обслуживание их можно буксировать в порт. Во-вторых, в море ветер в среднем в два раза сильнее и ветряки смогут достигать высокого коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), к которому уже не придерутся противники альтернативной энергетики - более 50%. Вполне стандартное значение, например, для ГЭС. В третьих, ветряк в 50 км от берега всегда приятнее, чем под окном.

Пока идут дискуссии между сторонниками и противниками, отрасль бурно развивается и современные ветряки представляют из себя эффективные циклопические сооружения высотой до 160 метров, с диаметром ротора до 130 метров и турбинами в десяток МВт, что аналогично позволяет расширить ресурсную базу потенциально доступной энергии:

На данный момент, конечно, ветряная энергетика далека от своего предела. Учитывая низкую цену ветряной энергетики на суше и субсидии с перспективами для морской, можно быть уверенным, что в ближайшие пару-тройку десятилетий “ветер” займёт свою весомую нишу в энергобалансе. Но ограниченный потенциал не позволит опереться на него нашим внукам и правнукам, как это уже случилось, например, с гидроэнергетикой.

источник

Comments

[boris-kokotov.livejournal.com]

Человечество ищет пути. Иногда удачно, иногда нет.

[terraon.livejournal.com]

Практически всегда фанаты возобновляемой и "чистой" энергетики рассказывают о своих кумирах только с положительной стороны, умалчивая (а может не зная или даже не задумываясь) у этих якобы "чистых" технологий есть и "грязная часть".

Например, солнечная энергия "чистая", но оборудование для ее получения (полупроводниковые панели) в производстве очень "грязное" и крайне энергоемкое. Т.е. закон сохранения работает - если где-то хотим чистую энергию, то придется другое место засрать отходами полупроводникового производства.

С ветряной энергией также не все просто. В сыром виде она малопригодна для применения поскольку имеет нестабильное напряжение и частоту. Поэтому в дешевом виде она хороша только для нагрева воды. А вот если нужна качественная энергия то тут требуется преобразователь-инвертор который сразу сильно влияет на цену и также содержит полупроводниковые элементы с "грязным" циклом производства. Поэтому ветряная энергетика всегда будет лишь дополняющей частью обычной.

[igorbasic.livejournal.com]

при большой распределенности ветряков энергия получится уже весьма качественная. а для солнечной энергетики не обязательно используются панели

[Макс (from livejournal.com)]

естественно, чтобы произвести панель нужно затратить энергию и материалы. однако солнечная энергетика в любом случае чище традиционной энергетики, основанной на сжигании ископаемого топлива.

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

Например, солнечная энергия "чистая", но оборудование для ее получения (полупроводниковые панели) в производстве очень "грязное" и крайне энергоемкое

Отходы аналогичны микроэлектронной промышленности.
Что вы имеете ввиду под "крайне энергоёмкое"?

А вот если нужна качественная энергия то тут требуется преобразователь-инвертор который сразу сильно влияет на цену
В статье есть ссылка на цену ветряной энергетики в сравнении с другими ИЭ и что-то там всё по-другому...

[vlkamov.livejournal.com]

> Например, солнечная энергия "чистая", но оборудование для ее получения (полупроводниковые панели) в производстве очень "грязное" и крайне энергоемкое.

Какую-то дрянь на помойке подобрал и в рот тащит.

[kozodaevroman.livejournal.com]

Например, солнечная энергия "чистая", но оборудование для ее получения (полупроводниковые панели) в производстве очень "грязное" и крайне энергоемкое.

Плюс не стоит забывать, что на производствах трудятся нищие китайцы, которых держат на положении рабов, да и электричества для производства панелей надо больше, чем она сможет выработать за 20 лет работы. Ну и наконец, зимой панели практически не работают. Если бы не дотации государства и не пузырь доллара, никакой бы "зелёной" энергетики бы не было.

[alex-farrier.livejournal.com]

Тезис, что надо любой ценой удовлетворять постоянно растущие потребности в энергии и рост будет продолжаться, на мой взгляд, неверен. Мы уже наблюдаем массовые "отказы и поломки" в биосфере. И дальше эти явления будут только нарастать. Человечество уже превысило в два-три раза относительно безопасный уровень своего воздействия на биосферу. Если не будет найдено стратегии управляемой депопуляции и антироста, то не помогут никакие технические решения.

[fiksabulta.livejournal.com]

Золотой миллиард потребителей ныне вполне успешно депопулируется и без видимых стратегий управления. Наврядли растущие потребности в энергии можно обозначить как зло, растущие же потребности потреблять - да. Вот в этот стратегический тезис и направить бы умы, сердца и ресурсы, чем возводить моднополитические леса ветрогенераторов, из которых явственно торчат уши частной корысти и денежной наживы.

[kozodaevroman.livejournal.com]

Поломки вызваны как раз тем, что человечество использует устаревшие технологии. Один Китай чего стоит. В ЕС с биосферой всё в порядке.

[liendain.livejournal.com]

А что с экологическими последствиями? Ведь, в принципе, ветряки, отбирая энергию ветра, замедляют движение воздушных масс, и если вдоль побережья их станет очень много - это может привести к увеличению континентальности климата, в частности, более холодным зимам, что будет требовать больше энергии на отопление. Или в обозримом будущем этот эффект останется настолько незначительным, что им можно пренебречь?

[plaksiva9tr9pka.livejournal.com]

Или в обозримом будущем этот эффект останется настолько незначительным, что им можно пренебречь?
Судя по всему, именно так.

[rusec.livejournal.com]

КИУМ КИУМу рознь.
Гидростанция простаивает, когда электричество не нужно. А когда нужно - работает.
Она может и 100% КИУМ дать, просто не нужно, весь смак в регулируемости.
Ветряк работает когда ветер дует с нужной силой. Если слабее или сильнее - не работает. И если водяные 50% лучше 100, то ветряные - сильно хуже.

Пока не научились энергию хранить - ветряки зло.

[vlkamov.livejournal.com]

Научились.

[ashi-solo.livejournal.com]

"Валить надо с этой планеты..." (с). Чем больше читаю про экологически чистую энергию - тем больше пессимизма. Термояд - еще может быть. Ветряки, конечно, красивые, но всё свободное место ими не затычешь. А проблема с загрязнением окружающей среды уже не то что бы налицо, она уже тут. Я мелким по три месяца на санках катался. Теперь не знаю как малому буду это рассказывать. Не поверит. Угрохаем мы свою планету, причем очень быстро. Вспоминается кусок из повести Булычева, о том как люди в прошлое мотали. Нам бы реально в космос ломиться, осваивать его, а мы тут курим и пытаемся убить одного таракана, чтоб спасти крошку хлеба... С учетом того, какие проекты последнее время осуществлялись, можно уже задуматься о межпланетных поездках. А опыт и практика - дадут надежность и прикладное применение технологий. Чего-то мы не туда свернули все после 61-го.

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Освоение Солнечной системы при капитализме при существующих технологиях нерентабельно, увы. Только орбита Земли и исследовательские полеты.

[matabuba.livejournal.com]

Не печальтесь, часто жизнь оказывается богаче наших представлений о ней.
http://wemuwiki.ru (http://wemuwiki.ru)
https://sites.google.com/site/wemuwiki/prilozenia/graficeskie-materialy (https://sites.google.com/site/wemuwiki/prilozenia/graficeskie-materialy)

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Ветрогенераторы все равно не в силах обеспечить даже текущие потребности цивилизации в элетроэнергии. Но они могут занять свою нишу в ряде регионов.
Задача инженеров - работать над перспективными источниками (даже и возобновляемыми), а не хвататься за тупиковые технологии. Это экстенсивный путь развития - даже поставив ветряки по всей суше и океану мы не сможем добиться замены ископаемому топливу.
И да, птичек жалко...гибнут они от лопастей. И насекомые - тоже. Так что это НЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАЦИИ

[zaiats-2k.livejournal.com]

>>На квадрат 3х3 км поставим по мегаваттному ветряку, как в Дании, и получим 1000 ГВт ветряков, генерирующих 1,5 ПетаВатт*часа. То есть, в данном сценарии удовлетворено лишь 37% потребностей в электроэнергии.

3х3км это магическая цифра какая-то? Или просто это текущее состояние ветроэнергетики в Дании, а через 10 лет там их будет в пять раз больше? И в чём проблема поставить ветряк на квадрат 100х100 метров?

[geotales.livejournal.com]

Диаметр лопастей 130 м. При квадрате 100 на 100 они будут задевать.

[artinventor.livejournal.com]

Есть еще энергия морских волн.
И геотермальная. Тепловые насосы это только начало её освоения.
Впрочем, даже в ветроэнергетике существуют совершенно свободные перспективные ниши, которые вообще еще никто не освоил.

[koldoblin.livejournal.com]

А ещё есть потенциальная энергия шишек на ёлках. По всей стране огромная величина.. Вопрос не в том, можно ли её преобразовать в электричество, а сколько это будет стоить.

[mechrazum.livejournal.com]

Реальный, но пока никоим образом не реализуемый способ добычи электрич. энергии это атмосферное электричество.
Даже не знаю ведутся ли какие ни будь работы на этом поле или нет.

[mamonino.livejournal.com]

Приливные электростанции обладают значительно большим потенциалом

[005-kefir.livejournal.com]

Спасибо!

[nicka-startcev.livejournal.com]

>смогут достигать высокого коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), к которому уже не придерутся противники альтернативной энергетики - более 50%. Вполне стандартное значение, например, для ГЭС.

только вот ГЭС дает энергию когда надо потребителю и сколько надо портебителю, а ветряк - в зависимости от чего попало, а не желания потребителя. то есть, в комплекте с ветряками надо сразу оценивать и некие резервные аккумуляторы и толстые-толстые кабели для переброски энергии к ним и от них.

[сергей соляник (from livejournal.com)]

Электросеть придумана давно. Ну хоть чуток головой работайте прежде чем клавиатуру давить.

[cat-miaow.livejournal.com]

Термоядерный синтез должен рано или поздно покориться.

[wolf-gray.livejournal.com]

Разговоры о планете, сплошь покрытой ветряками и солнечными батареями, напоминают английское пророчество столетней давности: "через 100 лет все улицы Лондона" будут покрыты слоем лошадиного дерьма в пол-метра."

Как инженер, считаю, что солнце и ветер - это путь в никуда. Ресурсы эти ограничены и непредсказуемы. Кстати, как повлияют миллиарды ветряков и солнечных панелей на климат? Думаю, что эти эксперименты нужно оставить странам, которых не жалко.

[сергей соляник (from livejournal.com)]

А как влияют миллионы зданий и сооружений инженерство думать не дает.
Задуматься над тем, что ветряки стоят в тонком приземном слое , в котором появление листвы весной влияет гораздо больше.
Вот такие сейчас инженеры.

[jerald.livejournal.com]

Не подскажете? Как рассчитать силу, действующаю на турбину, и вырабатывающую N-е к-во энергии?

[tnenergy.livejournal.com]

Начните с уравнения M*r = P, где P - мощность в ватах, r - скорость вращения ротора ветряка в радианах в секунду, а M - момент вращения. Момент в среднем приложен к точке 0,7-0,8 длины лопасти. Так можно посчитать силу.