I vissa länder har vindkraftverk redan ersatt mer traditionella energikällor. Vad väntar vi på?
Vindkraftverk i Ryssland
Väderkvarnar över hela världen genererar nu mer el än hela kraftindustrin i Ryssland - och till ett pris har deras produktion redan blivit lika med värmekraftverk. Och detta trots att ryska krafttekniker och tjänstemän för tio år sedan ansåg att möjligheterna för deras utveckling var uttömda, och vindkraftsparkerna själva var för dyra. Nu har allt vänt upp och ner: det ryska statliga företaget investerar tiotals miljarder för att komma ikapp västvärlden inom vindkraftverk. Varför blev inte tidigare prognoser från ryska experter uppfyllda, vilket vi inte tog hänsyn till? Och finns det utsikter för Rosatoms försök att slösa bort pengar?
Historiens vind
När folk först funderade på att använda vind är det en knepig fråga. Det finns indirekta bevis för att Homo erectus eller neandertalare kunde ha seglat. Moderna försök att övervinna sundet mellan Kreta och fastlandet - och för 130 tusen år sedan uppträdde plötsligt stenverktyg på denna ö - har visat att det är orealistiskt att göra detta på åror - strömmen i denna sund är för stark. Hällristningar, som exakt bekräftar användningen av segel, är flera tusen år gamla.
Kampanjvideo:
De första mekaniska maskinerna, som drivs av vindens kraft, uppfanns av Heron of Alexandria, under 1000-talet f. Kr. (han skapade också det första provet på en turbin som roterar under bränsleförbränning). Det är sant att hans väderkvarn inte löste ett praktiskt problem utan ett underhållande. Det var ett slags musikinstrument som fungerade med hjulets rotation av den mötande vinden.
Cirka 400 e. Kr. visas väderkvarnar med en vertikal rotationsaxel - bönmaskiner - i buddhistiska tempel i Indien. Det är lätt att märka deras grundläggande skillnad från Herons plan - den buddhistiska versionen av väderkvarnen är "på sin sida."
En praktisk tillämpning av vindmaskiner hittades på 800-talet i Iran (beskrivningar av Abu Ishaq al-Istakhri). Men de hade inget att göra med de vi är vana vid. Dessa var torn, runt deras omkrets fanns maskstrukturer täckta med tyg. Vinden roterade dem, och en speciell mekanism omvandlade rotationen av den vertikala axeln till rörelse av kvarnstenar eller drift av en vattenlyftanordning.
Från Iran nådde nyheten Indien och Kina, men inte Europa, som sedan lånade väldigt lite tekniska innovationer.
1185 nämndes den första väderkvarnen i Yorkshire (England), och denna första västra väderkvarn var redan av den välbekanta typen - med en horisontell rotationsaxel, på vilken vertikalt roterande blad är monterade. Som vi kan se, redan från 1100-talet, var de västra och östra infallsvinklarna motsatta.
Fördelarna med det östra systemet framför det västra är uppenbara. En vindturbin med vertikal axel fungerar oavsett vindriktningen, så kineserna och iranierna kan lämna den utan uppsikt och gå för att göra viktigare saker. Dessutom, i den östra versionen, med lika kraft, är vindens struktur mycket högre, varför den börjar fungera även med en svag vind.
Å andra sidan har den västra vindturbinen med horisontell axel sina egna styrkor. Ja, det måste "hållas medvind", men dess blad påverkas alltid av vinden från endast en sida, vilket ökar deras energiproduktion. Den östra, med varje revolution, upplever ett ögonblick när knivarna vänder och vinden "träffar" dem från andra sidan. Det finns tillräckligt med tröghet för att strukturen ska kunna rotera ytterligare, men masten skakar våldsamt och en del av rotationsenergin går för att kompensera för "stöten". På grund av dessa variabla belastningar måste masten eller tornet göras starkare och mer massiv. Resultaten är uppenbara: den västra vindkraftverket är svårare att använda, men effektivare och billigare.
Väderkvarnar var extremt utbredda i Europa upp till ångmotorer och el. De krävde nästan inte personal, kraftledningar (vilket är viktigt på landsbygden) och var mindre bullriga. Tja, versionen av en väderkvarn som höjer vatten från en brunn är fortfarande extremt populär i den tredje världen, där elektrifiering fortfarande inte har påverkat mer än en miljard människor.
Försök att få vänner med vind och el gjordes mycket tidigt. Den första vindkraftverket som producerade el byggdes 1890 i Danmark. I väst nådde deras dimensioner i början av 1900-talet 25 meter i höjd och bladets spännvidd var 23 meter. Ack, allt förstördes av problemet med föränderlig vind. El behövdes även när det inte blåste, och dieselgeneratorer och kraftledningar var ganska billiga. Så väderkvarnarna pressades in i avlägsna fält, där de arbetade för bevattning. Men bara ett tag!
Vindens förändring i Sovjetunionen
När västvärlden började bli av med vindkraftverk på grund av elektrifiering, tog vårt land en helt annan väg - "medvind". Som kompensation för bristen på termiska kraftverk skapade Central Aerohydrodynamic Institute på 1920-talet en serie små vindkraftverk med en kapacitet på upp till 30 kilowatt och försåg dem med en hydraulisk ackumulator. Med ett överskott av generation höjde vindturbinen vattnet till mastens höjd, och när det inte var vind tappade det tillbaka vattnet, det vände vattenturbinen, som gav ström. De användes i Buryatia och andra platser utan kraftledningar. Systemet är förresten extremt rimligt - i år byggdes ett helt kraftverk i Tyskland enligt samma koncept, bara mycket kraftfullare.
I Sovjetunionen, före upptäckten av sibiriska olje- och gasfält, utvecklades alternativa energikällor aktivt av strategiska skäl. 90 procent av sovjetoljan producerades i Kaukasus, och det var uppenbart att fienden i varje krig skulle försöka slå där. Detta är vad den franska luftfarten planerade att göra 1940. Endast Hitler förstörde tredje republiken förhindrade detta. Hitler själv ville göra detta, men han lyckades inte heller. För att skydda sig själv uppmuntrade den sovjetiska regeringen en mängd olika alternativ - från en och en halv på vedeldade gasgeneratorer till … vindkraftverk med svänghjulslagring.
Ja, just ett sådant mirakel lanserades i Kursk 1931. Med en kapacitet på endast 35 kilowatt var den utrustad med en "lagringsskiva" (en tredjedel ton) som roterade i en behållare från vilken luft evakuerades för att minska friktionen. Vindkraftverket till uppfinnaren Ufimtsev belyste sitt hus och matade verkstaden även när det inte var vind. Men 1936 dog han och sedan dess har stationen (den står fortfarande) aldrig lanserats.
Men även utan lagringsenheter var sovjetiska vindkraftverk bland ledarna. År 1931, nära Balaklava, byggdes världens mest kraftfulla vindgenerator med 100 kilowatt (bladspänning - 30 meter). Det är intressant att tyskarna, som nu ligger i framkant för utvecklingen av vindenergi, sedan behandlade vindkraftsparkerna ganska oförskämt. 1941 satte deras beskjutning den största väderkvarnen på planeten ur spel. Kanske var det en fråga om avund - deras egna vindkraftverk gav då inte mer än 70 kilowatt och var mycket mindre. 1950-1955 producerade Sovjetunionen 9000 vindkraftverk per år - med en kapacitet på upp till hundratals kilowatt. Hur skulle annars jungfru länder och norr kunna få energi innan dieselgeneratorer?
Vind av självständighet
Sovjetisk vindkraft dödades av efterkrigstiden i billiga flytande bränslen, medan den västra återupplivades av oljekrisen på 1970-talet. Då mognade tanken på energioberoende från de nervösa och benägna att en monopolkonspiration från de östra levererande folken på bekostnad av vindenergi.
Vid första anblicken står vi inför en tydlig regression. Varför byta från stabila energikällor till de som bokstavligen beror på vinden? Dessutom berättade ryska tjänstemän för några år sedan att vindkraftverk i Europa producerar dyr energi. Låt oss försöka lista ut det.
Dagens väderkvarn med horisontell axel är faktiskt inte så beroende av de minsta svängningarna i vindhastigheten. Vestas V164 är 220 meter hög (en och en halv pyramider av Cheops) och blad med en svängning på 164 meter (mer än 50 våningar). Den totala vikten på dess glasfiberblad är 100 ton. Faktum är att en sådan design har sin egen lagringsskiva, bara dess massa är 300 gånger större än Ufimtsevs.
Samtidigt förväntas en ytterligare höjning av vindkraftverkens höjd och bladens spännvidd, vilket innebär att de är ännu mindre hotade av små stopp. Man tror att det är vettigt att öka dimensionerna åtminstone till höjder på 300-400 meter och en bladspännvidd på upp till 300 meter.
Från och med Siemens Enercon E-126 finns det redan en metod för att skapa sådana kolossala blad - de består av två sektioner som sätts in i varandra. Ett antal tillverkare planerar att öka antalet till och med till tre.
Kraften hos samma Vestas V164 har redan överskridit 9 megawatt, och en fördubbling av dess blad kommer att öka vindkraftens kraft till 40 megawatt. Ännu viktigare, med var hundra meter höjd ökar den genomsnittliga årliga vindhastigheten markant. Med riktigt stora strukturer är det vettigt att bygga vindkraftparker även i skogsområden där vindhastigheten vanligtvis är ganska låg nära marken.
På grund av den kontinuerliga tillväxten av vindkraftverkens storlek sjunker energikostnaderna hela tiden. Döm själv: människor vet hur man bygger billigt till och med 828 meter stora byggnader, och med tillväxten av deras höjd växer kostnaderna linjärt. Men väderkvarnens produktion med varje fördubbling av höjden växer redan i kvadrat. Stordriftsfördelar är mycket märkbara i vindkraft.
Till och med för fem år sedan, 2012, producerade vindkraftverk i väst mer än 10 cent per kilowattimme. I dag har dock denna siffra, som noterats av US Department of Energy, sjunkit till 4-5 cent per kilowattimme. Till och med nya havsbaserade vindkraftverk, som vanligtvis är dyrare än land, tillhandahåller energi för 6-7 cent per kilowattimme, och detta pris sjunker ännu snabbare än på land. Anledningen är att till sjöss kan du bära blad minst 200 meter långa, eftersom det finns mycket utrymme på havets "vägar" och det finns ingen trängsel.
Okej, säger du. Men hur är det med perioder av lugn när det inte finns någon stark vind på flera veckor? Det är därför de bygger vindkraftverk till havs i Europa. Ovanför havet finns "passager" där det nästan inte finns någon lugn. Lyckligtvis för européer är de nära dem och ofta på grunt vatten. Till exempel är hela Nordsjön ganska grund, liksom förresten de flesta vattnen utanför USA: s östkust. Dessutom drogs världens första flytande vindkraftverk i drift med tiotals megawatt i år. Dess väderkvarnar är förankrade och arbetsdjupet för dem är upp till 800 meter. Havets totala yta med sådant djup är sådant att det från dem är möjligt att förse hela världen med energi många gånger. Förluster i högspännings DC-överföringsledningar har nu sjunkit under 3 procent per tusen kilometer - det vill säga "marin" vindenergi når även inlandet.
Samtidigt bör vindkraftsparkernas hållbarhet inte idealiseras. Ja, de kan ge energi året runt, och på vintern kommer samma vindkraftverk till havs att ge mer energi än på sommaren - vinterstormar hjälper. Men de klarar inte heller morgon- och kvällskonsumtionstopparna - vinden blåser ungefär densamma kl 19:00 och kl 03:00. Därför tror man i väst att flera procent av den totala årliga produktionen kommer att fortsätta att tillhandahållas av "topp" värmekraftverk. Samtidigt kommer de att konsumera mycket mindre bränsle än idag, när matriserna för vindkraftverk till havs ännu inte har byggts. Men det är värt att komma ihåg att detta knappast kommer att behöva vänta länge.
Idag producerar vindenergi mer än en biljon kilowattimmar per år - mer än hela energisektorn i Ryssland. Och om elproduktionen i vårt land inte har ökat sedan 1990 (på grund av ungefär samma volym industriproduktion), kan detta inte sägas om vindkraftverk. För bara tio år sedan gav de inte ens en tiondel av den nuvarande produktionen. Vi kan med säkerhet säga att om tio år kommer WEC på planeten att ge mycket mer än de gör nu. Dessutom byggs mest av alla vindkraftverk för närvarande av Kina, och där vet de hur man använder riktigt massproduktion.
borta med vinden
Ryssland kan skryta med den mest oväntade pirouetten på mänsklighetens väg mot vindenergi. När WPP var impopulära i väst ökade de i vårt land. När de började utvecklas aktivt i världen dök massor av experter från energiindustrin upp i landet som påpekade: "Platsen för vindkraftverk i Europa är över." Det är sant att sedan vi började säga detta har vindkraftverkens kapacitet bland européerna ökat tio gånger och fortsätter att växa. Uppenbarligen överlämnades inte våra experters yttrande till dem.
Tja, 2016 ändrade vi oss plötsligt igen, så att säga, vi återvände till Dorezhnev Sovjetunionen. Rosatom var den första som sa sitt viktiga ord på statsnivå. Dess biträdande generaldirektör Vyacheslav Pershukov noterade ärligt: efter att ha uppfyllt befintliga order för byggandet av nya kärnkraftverk utomlands kan Rosatom lämnas utan utländska byggprojekt, eftersom denna marknad snabbt krymper. Kärnkraftsproduktionen utanför Ryssland är verkligen i nedgång och inga utsikter för en väg ut ur det syns.
Huvudskälet är enkelt: västbyggd kärnkraft är dyr. Energin från ryskbyggda kärnkraftverk är billigare, men fortfarande inte lika mycket som för nya västra vindkraftverk. Ja, för att kompensera för deras inkonsekvens behöver du några gaseldade termiska kraftverk, men kärnkraftverk behöver dem också. När allt kommer omkring ger reaktorn alltid samma effekt och människor konsumerar mycket mer under dagen än på natten. Med lika pris och lika problem kommer den västerländska köparen, som alltid är under press från de “gröna”, aldrig att välja kärnkraftsproduktion.
Här säger Pershukov också: möjligheterna att bygga nya stora kärnkraftverk utomlands är praktiskt taget uttömda.”Vi borde inte tjäna pengar på kärnteknikmarknaden. Allt. Annars fungerar det inte, konstaterar han korrekt.
Naturligtvis, om du först överger vissa affärer i ett decennium och sedan tar på dig det när konkurrenter redan har tekniker som har utarbetats i flera år, så borde du inte räkna med ledarskapspositioner direkt. Därför följde Rosatom den väg som Peter I redan slog och började lära sig en ny (eller snarare en gammal, väl glömd i vårt land) från holländarna. Genom ett dotterbolag bildade han ett partnerskap med Lagerwey. Fram till 2020 planerar det statliga företaget att bygga 26 små vindkraftsparker med 610 megawatt - med början i Ulyanovsk-regionen 2018. Ja, det här är mindre än en hundradel av den årliga globala insatsen, men Rosatom lär sig av dessa smulor. Dessutom planeras 2020 att producera vindkraftverk i Ryssland med 65 procent.
Det blir svårare senare, när du måste gå i stor skala. Det är omöjligt att producera vindkraftverk med en total kapacitet på bara hundratals megawatt per år med vinst. Detta är ett stort företag, utan massproduktion kommer det inte att finnas något lågt pris i det. Därför är det nödvändigt att utöka både konstruktionen av vindkraftverk i vårt land och gå in på världsmarknaden. Det blir dock mycket svårt att tävla här.
Jättar som Vestas har spenderat årtionden på att perfektera sin teknik och byggt helt unika faciliteter. Till exempel en anläggning för produktion av titanblad i tiotals ton, placerad på ön speciellt för att göra det lättare att exportera en sådan svår last för landsvägar. Var Rosatom kommer att bygga detta och om det kommer att kunna hålla jämna steg med den ständigt förbättrade marknaden för vindkraftverk är en fråga och inte en lätt fråga.
I en kommentar till KP noterade Rosatoms representant Andrei Ivanov att NovaWind, Rosatoms division som ansvarar för projekt inom den "nya energin", hade gått med på att inrätta ett joint venture med Lagerwey - Red Wind BV. Det kommer att hantera lokalisering av vindkraftproduktion i Ryssland och mer specifikt - i Volgodonsk, nära de befintliga anläggningarna i Rosatom. Vindkraftverk med 2,5 och 4,5 megawatt kommer att byggas i vårt land. Totalt kommer Red Wind att leverera 388 sådana vindkraftverk fram till 2022, varav de första 60 endast kommer att monteras i Ryssland - från Lagerwey-komponenter - och först då kommer det att finnas”lokala” vindkraftverk med så imponerande dimensioner.
Det var mycket lättare för honom med kärnkraftverket. När allt kommer omkring skapades de inte bara i Sovjetunionen utan de slutade inte bygga och förbättra i vårt land. Att vara den första i det du är pionjär inom är mycket lättare än där du måste lära av andra. Låt oss hoppas att statsjätten kommer att lyckas, särskilt eftersom den har bra ingenjörspersonal.
Framtidens vind
Låt oss inse det: vindkraftverk kommer sannolikt inte att bli den viktigaste energikällan för mänskligheten under de kommande decennierna. Ja, i Danmark levererar de redan huvuddelen av el, och i USA tillhandahåller de mer än vattenkraftverk. Men i länder där det fortfarande finns många klara dagar utvecklas solenergi nu mycket snabbare än vind. Priserna för el som erhålls med dess hjälp sjunker ännu snabbare än för vindkraftsparker. Redan i början av 2020-talet kommer den att komma över vindkraftverk i produktionen och bli den viktigaste ram som förstör kol- och kolvätenergi.
Men för länder med norra territorier kan vinden spela en annan roll - huvudgeneratorn. Det är osannolikt att detta händer i Ryssland, och inte bara för att vi söder om Samara har mycket sol. Ännu viktigare, vi kan inte lämna varken kärnenergi eller gasenergi på grund av den enorma infrastrukturen som byggdes för dem. Och ändå kommer vindkraftverk 2030 att bli frekventa element i ryska landskap - som de är nu i Tyskland eller Storbritannien.
