При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органических топлив (уголь, нефть, газ) и атомной энергии, относящихся к невозобновляемым источникам энергии. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г.
может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии √солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков, относящихся к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии. Одним из наиболее используемых нетрадиционных источников энергии является ветровая энергия. Потенциальные возможности ветровой энергии в год составляют 1% от годовой солнечной энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Если даже использовать хотя бы 10% (что вполне реально и экономически оправдано) этой энергии, то это примерно равно количеству электроэнергии вырабатываемой на всем Земном шаре.
К стратегическим целям использования ветровых источников энергии и распространения ветрогенераторов являются:
сокращение потребления невозобновляемых ресурсов
снижение экологической нагрузки
увеличение числа децентрализованных потребителей
обеспечение децентрализованных потребителей
снижение расходов на дальнепривозное и сезонное топливо
Необходимость развития ветровой энергетики определяется ее ролью в решении следующих проблем:
обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения
обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений
снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
Известно, что основной причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание солнцем земной поверхности. Земная поверхность неоднородна: суша, океаны, горы, леса обусловливают различное нагревание поверхности под одной и той же широтой. Вращение Земли также вызывает отклонения воздушных течений. Все эти причины осложняют общую циркуляцию атмосферы. Возникает ряд отдельных циркуляции, в той или иной степени связанных друг с другом. В северном полушарии постоянные ветры приходят с северо-востока, в южном с юго-востока. Средняя скорость юго-восточных пассатов северного полушария у поверхности земли достигает 6-8 м/сек. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет от 3,5 до 6 м/сек. Среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 м/с.
Для преобразования ветрового потока в электрическую энергию используют ветродвигатели в соединении с электрогенератором (ветроэнергетические установки, ветрогенераторы). Принцип действия всех ветрогенераторов (ветродвигателей) один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу ветрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору. Чем больше диаметр ветроколеса ветрогенератора, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает ветрогенератор. Существующие системы ветродвигателей по схеме устройства ветроколеса и его положению в потоке ветра разделяются на три класса.
Первый класс включает ветрогенераторы, у которых ветровое колесо располагается в вертикальной плоскости; при этом плоскость вращения перпендикулярна направлению ветра, и, следовательно, ось ветроколеса ветрогенератора параллельна потоку. Такие ветродвигатели называются крыльчатыми.
Ко второму классу относятся системы ветродвигателей с вертикальной осью вращения ветрового колеса. По конструктивной схеме такие ветрогенераторы разбиваются на группы: Жиромилль и Дарье.
К третьему классу относятся ветродвигатели, работающие по принципу водяного мельничного колеса и называемые барабанными. У этих ветрогенераторов ось вращения горизонтальна и перпендикулярна направлению ветра.
Хорошие аэродинамические качества крыльчатых ветродвигателей и высокий коэффициент использования ветра по сравнению с ветрогенераторами других классов, конструктивная возможность изготовлять их на большую мощность, относительно лёгкий вес на единицу мощности √ основные преимущества ветродвигателей этого класса.