Ветер — это движение больших масс воздуха, источники его энергии неисчерпаемы. Ветер может двигать судна, производить электроэнергию, приводить в движение механизмы.
Люди используют энергию ветра уже тысячи лет. Парусники бороздили реки и озера Древнего Египта еще 5500 лет назад. В 1340-х годах в Голландии впервые появились насосы для осушения земель с приводом от ветряных установок. Через века в Европе начали строить ветряные мельницы для помола зерна.
СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ
Количество ископаемого топлива, за счет которого человечество решает энергетические проблемы, на Земле постоянно уменьшается. Чем меньше остается его запасов, тем выше становится интерес к использованию энергии ветра.
На некоторых крупных судах для дополнительной помощи машине установили паруса, которыми управляет компьютер. Они позволяют экономить топливо.
ПОЧЕМУ ДУЕТ ВЕТЕР
Ветер — это поток воздуха, движущийся из зоны высокого давления в зону низкого давления. Места с низким атмосферным давлением размещены вдоль экватора, где Солнце сильнее нагревает воздух, делает его легче и заставляет подниматься вверх. Холодный воздух имеет меньшую плотность и опускается к земле. Эти нисходящие потоки создают зоны высокого давления вблизи Северного и Южного полюсов планеты.
Нагретый солнечной энергией воздух движется от экватора на юг и на север, охлаждается и опускается вниз. Вращение Земли вызывает дополнительное смещение воздуха вдоль экватора. Все это во взаимодействии приводит к тому, что Земля оказывается окруженной несколькими кольцами циркулирующего воздуха.
ПАРУСА
Масса каждого кубометра воздуха составляет 1, 3 кг. Когда дует ветер, поток воздуха имеет определенный импульс. Поток воздуха влияет с некоторой силой на все, встречающееся на пути. Паруса — это полотнища из плотной ткани, которые используют силу ветра для движения судна в нужном направлении.
В первых ветряных мельниц на центральном валу закрепляли треугольные паруса. Сила ветра заставляла их вращаться вместе с валом. От вала движение передавалось к водяным насосам или к жерновам.
ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
Паруса на ветряных мельницах работали не очень эффективно, забирая у ветра очень незначительную часть его энергии. Выгоднее применять колеса с лопастями, как для пропеллеров. Современные ветровые установки называют ветродвигателями и оснащают двумя или тремя лопастями длиной до 50 м.
Ветродвигатели приводят в движение электрические генераторы, установленные на опорах высотой более 100 м. В зависимости от силы и направления ветра по команде компьютера специальные двигатели меняют угол установки лопастей и положение пропеллера. При умеренном ветре ветродвигатели таких размеров развивают мощность около 300 кВт. Это примерно 0, 1 % мощности теплоэлектростанции, работающей на угле.
ВЕТРОВЫЕ СТАНЦИИ
Ветровые станции — это ветрогенераторы https://alteco.in.ua/solution/vetrogeneratory/vetrogenerator-dlya-doma-1 вырабатывающие электроэнергию для обеспечения местных потребностей. Ветровая станция Уинтек, вблизи калифорнийского города Палм-Спрингс состоит из 4 тыс. ветроэнергетических установок.
Общей мощности станции хватит, чтобы обеспечить электроэнергией такой город, как Сан-Франциско. Станция расположена в естественной котловине, что действует как огромный аккумулятор солнечной энергии. Воздух в ней интенсивно прогревается и поднимается вверх , открывая путь прохладному воздуху с тихоокеанского побережья. Между побережьем и котловиной лежит долина, по которой воздух движется как по туннелю, увеличивая при этом скорость. Поэтому в районе станции постоянно дуют сильные ветры, которые вращают роторы ветродвигателей.
Роторные ветродвигатели вращаются вокруг вертикальной оси. Для них не важно, откуда дует ветер. Изображенные на рисунке лопасти называются Сарториус — от названия мышцы, что позволяет сидеть, скрестив ноги.
ПРОЕКТЫ БУДУЩЕГО
Проблема использования энергии ветров заключается в их непостоянстве. Чтобы крутить ротор электродвигателя, скорость ветра должна быть не менее 20 км/час. Выход увидели в том, чтобы связать в единую энергосеть ветровые станции и потребителей на значительном расстоянии. Тогда безветренность в одном месте будет компенсироваться энергией других станций. Хотя энергия, поступающая от ветровых станций, сейчас покрывает совсем малую часть мировых потребностей, их вклад в обеспечение теплом и светом будет расти по мере уменьшения запасов ископаемого топлива.