Vēja enerģija par centiem

Jaunākā vēja turbīna, kas atrodas Rocky Flats Kolorādo, ASV Enerģētikas departamenta vēja enerģijas tehnoloģiju izmēģinājumu poligonā, izskatās līdzīgi jebkuram citam vēja enerģijas ieguves aparātam: kārbveida turbīna atrodas virs tērauda torņa, kas izstiepj divus dzenskrūves lāpstiņas. kopā 40 metri - gandrīz puse no futbola laukuma garuma. Vējš steidzas garām, lāpstiņas griežas un plūst elektrība. Bet ir būtiska atšķirība. Šim prototipam ir elastīgi, šarnīrveida asmeņi; stiprā vējā tās griežoties nedaudz atliecas atpakaļ. Nejaušam novērotājam izliekums ir tikko pamanāms, taču tā ir radikāla novirze no esošo vēja turbīnu darbības, un tā vienkārši var mainīt vēja enerģijas likteni.

Patiešām, Rocky Flats prototipa panākumi nāk vēja enerģijas evolūcijas izšķirošajā brīdī. Vēja ģeneratori joprojām ir nišas tehnoloģija, kas ražo mazāk nekā vienu procentu no ASV elektroenerģijas. Taču pagājušajā gadā Amerikas Savienotajās Valstīs tika uzstādīta jauna vēja jauda 1700 megavatu vērtībā, kas ir pietiekami, lai darbinātu 500 000 māju, un tas gandrīz dubulto valsts vēja enerģijas jaudu. Un vēl ir ceļā. Kopš 1980. gada ražotāji ir četrkārtīgi samazinājuši lieljaudas vēja turbīnu izmaksas, un šīs milzīgās iekārtas tagad ir pietiekami uzticamas un efektīvas, lai tās varētu būvēt jūrā. 80 turbīnu un 245 miljonu dolāru vērtais vēja parks, kas tiek būvēts pie Dānijas krastiem, būs pasaulē lielākais, un izstrādātāji sāk kolonizēt arī Vācijas, Nīderlandes un Lielbritānijas ūdeņus. Ziemeļamerikā spekulanti paredz masīvus jūras vēja parkus netālu no Britu Kolumbijas un Nantucket, MA.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Bet pār šo šķietami saulaino scenāriju joprojām lidinās melns mākonis. Vēja turbīnu būvniecība joprojām ir dārga, bieži vien pārmērīgi. Vidēji vēja turbīnu parka būvniecība izmaksā aptuveni 1 miljonu USD par megavatu, salīdzinot ar aptuveni 600 000 USD par megavatu parastai ar gāzi darbināmai elektrostacijai; Energokompāniju ekonomiskajos aprēķinos fakts, ka vējš ir brīvs, šo plaisu nemazina. Īsāk sakot, vēja enerģijas būvniecības cenai ir jāsamazinās, ja tā kādreiz būs vairāk nekā tikai nišas tehnoloģija.

Šeit tiek izmantots Rocky Flats prototips. Tā lāpstiņu elastība ļaus turbīnai būt par 40 procentiem vieglākai nekā mūsdienu nozares standarts, bet tikpat spējīga pārdzīvot postošas ​​vētras. Un šis vieglākais svars varētu nozīmēt mašīnas, kas ir par 20 līdz 25 procentiem lētākas nekā mūsdienu lielās turbīnas.

Agrākie centieni radīt vieglākas konstrukcijas bija universālas kļūmes — tos dažu nedēļu laikā iznīcināja pats vējš. Ņemot vērā šīs neveiksmes, vēja eksperti ir saprotami piesardzīgi attiecībā uz jaunāko vieglā dizaina kadru. Taču lielākā daļa piekrīt, ka vieglās vēja turbīnas, ja tās darbosies, mainīs ekonomisko vienādojumu. Jautājums būtu: kā iegūt pārvades jaudu pietiekami ātri, lai neatpaliktu no izaugsmes,” saka Vords Māršals, vēja enerģijas izstrādātājs Kolumbusā, OH bāzētajā American Electric Power, kurš ir American Wind direktoru padomē. Enerģētikas asociācija, tirdzniecības grupa. Jums būs daudz cilvēku, kas vēlas reģistrēties.

Un, pēc ekspertu domām, Rocky Flats prototips, ko izstrādājusi Wind Turbine of Bellevue, WA, ir labākā cerība uz vieglu konstrukciju, kas beidzot izdosies. Es varu diezgan nepārprotami teikt, ka šis ir dramatisks solis vieglo [vēja turbīnu] tehnoloģijā, saka Bobs Trešers, Rocky Flats Nacionālā vēja tehnoloģiju centra direktors. Neviens cits nav uzbūvējis mašīnu, kas būtu elastīga un ļāvusi tai darboties.

Stabila kā viņa pūš

Vēja turbīnas ir kā milzu ventilatori, kas darbojas atpakaļgaitā. Ar dzinēju darbināmu lāpstiņu vietā, kas spiež gaisu, tie izmanto gaisa spārnus, kas uztver vēju un griež ģeneratoru, kas izsūknē elektrību. Daudzas mūsdienu turbīnas ir mamuta mašīnas ar trīs lāpstiņu rotoriem, kas ir par 80–20 metriem garāki nekā Boeing 747 spārnu platums. Un tajā slēpjas tehnoloģiju izaicinājums. Lai komerciālās vēja turbīnas varētu ekonomiski konkurēt, ir nepieciešams milzīgs izmērs, jo enerģijas ražošana pieaug eksponenciāli līdz ar lāpstiņu garumu. Taču šīm milzīgajām konstrukcijām ir jābūt pietiekami izturīgām, lai tās izturētu vētras un ārkārtēju nemierīgumu.

1970. un 80. gados ASV vēja enerģijas pionieri veica pirmos nopietnus centienus cīnīties ar šiem spēkiem ar vieglām, elastīgām mašīnām. Vairāki jaunuzņēmumi uzstādīja tūkstošiem šādu vēja turbīnu; vairums bija burtiski brāzmās saplosīti vai invalīdi. Izmantojot vieglus eksperimentus līdz galējībām, General Electric un Boeing uzbūvēja daudz lielākus prototipus-behemotus ar 80, 90 un pat 100 metrus gariem asmeņiem. Tie arī izrādījās pakļauti sadalījumam; dažos gadījumos to asmeņi saliecās atpakaļ un faktiski atsitās pret torņiem.

Kopumā ASV uzņēmumi un Enerģētikas departaments šiem neveiksmīgajiem eksperimentiem astoņdesmitajos gados un deviņdesmito gadu sākumā iztērēja simtiem miljonu dolāru. Amerikāņu modelis vienmēr ir virzījies uz gaismu, izsmalcinātību un lietām, kas nedarbojās, saka Džeimss Menvels, mehānikas inženieris, kurš vada Masačūsetsas Universitātes atjaunojamās enerģijas pētniecības laboratoriju Amherstā, MA.

Šajās tehnoloģijās kritās pētnieki no Dānijas Ris National Laboratory un Dānijas uzņēmumiem, piemēram, Vestas Wind Systems. Pēdējo divu desmitgažu laikā viņi pilnveidoja vēja turbīnas lieljaudas versiju, un tā ir kļuvusi par vēja enerģijas nozares Microsoft Windows. Mūsdienās šis dāņu dizains veido gandrīz visu vēja saražoto elektroenerģiju visā pasaulē. Iespējams, atspoguļojot nacionālās tieksmes, šiem izturīgajiem dāņu dizainparaugiem bija maz agrāko ASV vēja turbīnu aerodinamiskā uzplaiksnījuma; tie tika vienkārši nostiprināti pret vēju ar smagākiem, biezākiem tērauda un kompozītmateriāliem. Viņi bija skarbi, izturīgi — un strādāja.

Turklāt pēdējos gados jaudas elektronika un digitālie silīcija slēdži, kas masē elektrības plūsmu no iekārtas, ir vēl vairāk uzlabojuši pamata dizainu. Iepriekš turbīnas rotors tika turēts nemainīgā griešanās ātrumā, lai tā maiņstrāvas izvade būtu sinhronizēta ar elektrotīklu; jaunās ierīces uztur sinhronizāciju, vienlaikus ļaujot rotoram brīvi paātrināties un palēnināt ar vēju. Ja jūs saņemat brāzmas, rotors var paātrināties, nevis vienkārši sēdēt un uztvert nežēlīgo vēja spēku, saka Menvels.

Šādu celmu apgūšana ļāva dāņu dizainam kļūt arvien lielākam un lielākam. Tā kā astoņdesmito gadu sākumā tipiskas komerciālas mašīnas lāpstiņu garums bija 12,5 metri un tā varēja ražot 50 kilovatus — pietiekami apmēram duci māju, mūsdienu lielākie lāpstiņas stiepjas 80 metrus un izspiež divus megavatus; viena mašīna var darbināt vairāk nekā 500 mājas.

Jaunākais izaicinājums, ar ko saskaras dāņu dizains, ir atrast veidus, kā tas izturēt korozīvo un bīstamo ārzonas vidi, kurā var paiet mēneši, pirms mehāniķis var droši iekāpt turbīnā un salabot to. Vestas, piemēram, aprīko savas turbīnas ar sensoriem katrā to detaļā, lai noteiktu nolietojumu, un rezerves sistēmām, kas pārņems, piemēram, jaudas elektronikas kļūmes gadījumā.

Vestas pieeja šovasar tiek pārbaudīta, jo Dānijas elektroenerģijas piegādātājs sāk uzstādīt 80 Vestas mašīnas seklā ūdenī 14 līdz 20 kilometrus no Dānijas krasta līnijas. Tas būs pasaulē lielākais jūras vēja parks, kas apgādās pat 150 000 Dānijas mājsaimniecību.

Vēja ēnas

Šie uzlabojumi padarīs lielas, smagas turbīnas uzticamākas, taču tie nerada būtiskas izmaiņas vēja enerģijas ekonomikā. Tādas valstis kā Dānija un Vācija ir gatavas maksāt par vēja enerģiju daļēji tāpēc, ka Eiropā fosilais kurināmais ir daudz dārgāks, kur augstāki nodokļi sedz ar to dedzināšanu saistītās vides un veselības izmaksas. (Apmēram 20 procentus no Dānijas enerģijas iegūst no vēja.) Taču, lai vēja enerģija būtu patiesi izmaksu ziņā konkurētspējīga ar fosilo kurināmo Amerikas Savienotajās Valstīs, tehnoloģijai ir jāmaina.

Wind Turbine Rocky Flats konstrukcija ir ne tikai atkāpe no eņģēm, bet arī to orientācija pret vēju. Dāņu dizains ir vērsts pret lāpstiņām pret vēju un padara asmeņus smagus, lai tie nelocītu atpakaļ un neietriektos tornī. Vēja turbīnas konstrukcija nevar būt vērsta pret vēju — eņģes lāpstiņas skartu torni, tāpēc rotors ir novietots pa vējam. Visbeidzot, lai vēl vairāk samazinātu svaru, tajā tiek izmantoti divi asmeņi, nevis trīs tradicionālajā dizainā.

Tādu bīstamu spēku kā vibrācijas datormodelēšanas sasniegumi palīdzēja dizaina attīstībai. Elastīgie asmeņi piešķir mašīnas kustībai papildu dimensiju; tāpat arī tas, ka visa mašīna var brīvi grozīties ar vēju. (Tradicionālās konstrukcijas tiek virzītas pret vēju, pēc tam tiek fiksētas vietā.) Prognozēt, atklāt un novērst katastrofām līdzīgus strauji mainīgus vējus, kas rotoru virza pret vēju un sūta tā elastīgos lāpstiņus tornī – tas ir kontroles izaicinājums pat ar vislabāko dizainu. Ja jūs to neizpratīsit pareizi, mašīna var burtiski pieveikt sevi līdz nāvei, saka Kens Dīrings, Wind Turbine inženierzinātņu viceprezidents.

Pirms diviem gadiem, kad Rocky Flats tika uzcelts vēja turbīnas prototips, pastāvēja bažas, ka arī šī iekārta pārspēs sevi līdz nāvei. Thresher saka, ka daži viņa darbinieki baidījās, ka mašīna, tāpat kā tās 80. gadu priekšteči, ilgi neizbēgs no metāllūžņu kaudzes. Šodien, neskatoties uz nelielām neveiksmēm, šīs šaubas izgaist.

Savu agrīno panākumu iedrošināta, Wind Turbine netālu no Lankasteras, Kalifornijā, uzstādīja otru prototipu ar lielāku, 48 metru lāpstiņu laidumu. Līdz šī gada beigām uzņēmums plāno palielināt šīs mašīnas asmeņu garumu līdz 60 metriem pilnā komerciālā izmēra. Turklāt šim jaunajam prototipam ir plānāks tornis, kura mērķis ir samazināt trokšņaino dunku, kas pazīstams kā vēja ēna, kas var rasties ikreiz, kad lāpstiņa pūš cauri turbulentā gaisa zonai aiz torņa. Un, ņemot vērā tās vieglāko svaru, turbīnu var uzstādīt augstākos torņos, sasniedzot ātrāku vēju.

nomierinājās

Neatkarīgi no tehnoloģiju attīstības, vēja enerģijas nozare joprojām saskaras ar ievērojamiem šķēršļiem, sākot ar neskaidru politisko atbalstu Amerikas Savienotajās Valstīs. Eiropā vēja enerģija jau ir salīdzinoši viegli pārdodama. Bet Amerikas Savienotajās Valstīs vēja izstrādātāji paļaujas uz federālajām nodokļu kredītiem, lai gūtu peļņu. Šie būtiskie kredīti saskaras ar hronisku ietekmīgu naftas un ogļu lobiju pretestību un bieži vien zaudē spēku. Vēja enerģijas nozare sacentās, lai pieslēgtu savas turbīnas, pirms pagājušā gada beigās beidzās šo kredītu termiņš, bet pēc tam trīs mēnešus, kas bija nepieciešami ASV Kongresam, lai tos atjaunotu, beidzās. Kongress pagarināja kredītus līdz nākamā gada beigām, aizsākot to, kas, visticamāk, būs vēl viens sākuma un apturēšanas attīstības cikls.

Otrs šķērslis plašai ieviešanai ir pats vējš. Tas var būt bezmaksas un plaši pieejams, taču tas ir arī satraucoši nekonsekvents. Vienkārši pajautājiet jebkuram jūrniekam. Un šī nepastāvība izpaužas kā neregulāra elektroenerģijas ražošana. Jo vairāk turbīnu tiks uzbūvētas, jo vairāk to neregulāri apgrūtinās lielu enerģijas plūsmu plānošanu un pārvaldību reģionālajos un valsts elektrotīklos. Patiešām, Teksasas rietumos nesenais vēja turbīnu būvniecības uzplaukums noslogo reģiona pārvades līnijas un arī ražo elektroenerģiju, kas nav sinhronizēta ar vietējām vajadzībām: vējš pūš vēsās naktīs un apstājas karstās dienās, kad cilvēkiem visvairāk nepieciešama elektrība.

Teksasas komunālie uzņēmumi novērš problēmu, paplašinot pārvades līnijas. Taču, lai patiesi aptvertu vēja enerģijas vērtību plašā mērogā, ir vajadzīgas jaunas pieejas vēja enerģijas uzglabāšanai, kad tā tiek ražota, un atbrīvot to, kad nepieciešams. Elektroenerģijas pētniecības institūts, komunālo pakalpojumu finansēts pētniecības un izstrādes konsorcijs Palo Alto, Kalifornijā, veic pētījumus par to, kā labāk prognozēt vēja prognozi vienai dienai. Vēl svarīgāk ir tas, ka tiek pētīti veidi, kā uzglabāt enerģiju, kad vējš pūš. Mums ir jādomā par elektriskās sistēmas darbību, nevis jākoncentrējas tikai uz vēja turbīnām, saka Čaks Makgovins, institūta vēja enerģijas tehnoloģiju vadītājs. Noliktavas ļautu efektīvāk izmantot to, kas mums ir, paaugstināt tā vērtību.

Amerikas Savienoto Valstu ziemeļrietumos viena uzglabāšanas iespēja, ko izstrādā Portlenda, OR bāzētā Bonneville Power Administration, līdzsvaro vēja enerģiju ar hidroelektrostaciju. Ideja ir vienkārša: kad pūš vējš, neļaujiet ūdenim iziet cauri hidroelektrostaciju turbīnām; mierīgās dienās atveriet vārtus. Un Tenesī ielejas pārvalde pat eksperimentē ar enerģijas uzglabāšanu milzu kurināmā elementos; Misisipi štatā tiek būvēta izmēģinājuma rūpnīca.

Vēja enerģija saskaras ar daudziem šķēršļiem, taču ir vairāk iemeslu nekā jebkad agrāk uzskatīt, ka šie šķēršļi tiks pārvarēti. Bažas par fosilā kurināmā dedzināšanas ietekmi uz vidi un politiskās bažas par pārmērīgu atkarību no naftas veicina vēja turbīnu būvniecības uzplaukumu. Taču tieši tehnoloģijas sasniegumi, ko radījuši nepārtraukti spēcīgi pētniecības centieni, varētu sniegt viskritiskāko stimulu palielinātai vēja enerģijas izmantošanai.

Rocky Flats četras rindas pētniecisko turbīnu — kopā ducis iekārtu, sākot no 400 vatu akumulatoru lādētājiem līdz 600 kivatu elektrotīklam gatavām iekārtām, atrodas laukakmeņiem klātā 115 hektāru platībā. Ar Klinšu kalniem kā fonu, to asmeņi sitās pret vējiem, kas pūš no Eldorado kanjona uz rietumiem. Vismaz viņi to dara lielu daļu laika. Mums ir daudz mierīgu dienu, jo īpaši vasarā, un testēšanas vietai ir labi, ja ir maisījums, saka Trešers.

Mierīgas dienas var būt piemērotas vēja turbīnu izpētei, taču tās joprojām ir vienas no lielākajām bažām, kas vajā vēja turbīnu komercializāciju. Lai gan neviena tehnoloģija nevar likt vējam pūst, šķiet, ka lētākas, uzticamas tehnoloģijas ir gatavas pārņemt tā nepastāvību. Un tas varētu nozīmēt, ka vēja turbīna drīz uzdīgs virs vējainā kalna netālu no jums.

paslēpties