Mõnes riigis on tuuleturbiinid juba asendanud traditsioonilisemad energiaallikad. Mida me ootame?
Tuulegeneraatorid Venemaal
Tuulikud kogu maailmas toodavad nüüd rohkem elektrit kui kogu Venemaa elektritööstus - ja hinnaga on nende tootmine juba jõudnud soojuselektrijaamade tasemele. Ja seda hoolimata asjaolust, et kümme aastat tagasi pidasid Vene energeetikud ja ametnikud oma arenguvõimalusi ammendatuks ning tuulepargid ise olid liiga kallid. Nüüd on kõik pea peale pööratud: Venemaa riigikorporatsioon investeerib kümneid miljardeid Läänele järele jõudmiseks tuulegeneraatorite valdkonnas. Miks ei täitunud Venemaa ekspertide varasemad prognoosid, mida me ei arvestanud? Ja kas Rosatomi raha raiskamise katsetel on väljavaateid?
Ajaloo tuul
Kui inimesed esimest korda mõtlesid tuule kasutamisele, on küsimus keeruline. On kaudseid tõendeid selle kohta, et Homo erectus või neandertallased oleksid võinud purjetada. Kaasaegsed katsed Kreeta ja mandri vahelise väina ületamiseks - ja 130 tuhat aastat tagasi ilmusid sellele saarele äkki kivitööriistad - on näidanud, et aerudel on seda teha ebareaalne - vool selles väinas on liiga tugev. Kaljunikerdused, mis täpselt kinnitavad purjede kasutamist, on mitu tuhat aastat vanad.
Reklaamvideo:
Esimesed tuule jõul liikuvad mehaanilised masinad leiutas Alexandria Heron, 1. sajandil eKr (ta lõi ka esimese turbiiniproovi, mis pöörleb kütuse põlemisel). Tõsi, tema tuuleveski ei lahendanud praktilist, vaid meelelahutuslikku probleemi. See oli omamoodi muusikariist, mis toimis vastutuleva tuule mõjul ratta pöörlemisega.
Umbes 400 pKr ilmuvad India budistlikesse templitesse vertikaalse pöörlemisteljega tuuleveskid - palvemasinad. Nende põhimõttelist erinevust Heroni skeemist on lihtne märgata - budistlik tuulevariant on "külili pandud".
Tuulemasinate praktiline rakendus leiti 9. sajandil Iraanist (Abu Ishaq al-Istakhri kirjeldused). Neil polnud aga midagi pistmist harjumuspärasega. Need olid tornid, mille ümbermõõdul olid kangaga kaetud võrkkonstruktsioonid. Tuul pööras neid ja spetsiaalne mehhanism muutis vertikaaltelje pöörlemise veskikivide liikumiseks või veetõsteseadme tööks.
Iraanist jõudis uudsus Indiasse ja Hiinasse, kuid mitte Euroopasse, mis toona laenas tehnilisi uuendusi väga vähe.
1185. aastal mainiti esimest tuulikut Yorkshire'is (Inglismaal) ja see esimene lääne tuuleveski oli juba tuttavat tüüpi - horisontaalse pöörlemisteljega, millele on paigaldatud vertikaalselt pöörlevad labad. Nagu näeme, olid alates 12. sajandist tuuleturbiinide lääne- ja idapoolsed lähenemisviisid vastupidised.
Idakava eelised lääne ees on ilmsed. Vertikaalteljel töötav tuulegeneraator töötab tuule suunast olenemata, nii et hiinlased ja iraanlased võiksid selle jätta järelevalveta ja minna tegema tähtsamaid asju. Lisaks on idaversioonis võrdse võimsusega konstruktsiooni tuulekogus palju suurem, mistõttu see hakkab töötama ka nõrga tuulega.
Teisalt on horisontaalteljel läänetuulel oma tugevused. Jah, seda tuleb "hoida allatuult", kuid selle labasid mõjutab tuul alati ainult ühest küljest, mis suurendab nende energiatoodangut. Idapoolne pöörab igal pööretel hetke, kui terad pöörlevad ja tuul neid teiselt poolt "tabab". Konstruktsiooni edasiseks pöörlemiseks on piisavalt inertsi, kuid mast raputab ägedalt ja osa pöörlemisenergiast läheb "löögi" kompenseerimiseks. Nende muutuvate koormuste tõttu tuleb mast või torn muuta tugevamaks ja massiivsemaks. Tulemused on ilmsed: lääne tuulikut on keerulisem kasutada, kuid see on tõhusam ja odavam.
Tuuleveskid olid Euroopas äärmiselt laialt levinud kuni aurumasinate ja elektrini. Nad ei vajanud peaaegu personali, elektriliine (mis on maapiirkondades oluline) ja olid vähem lärmakad. Noh, tuuliku versioon, mis tõstab vett kaevust, on endiselt äärmiselt populaarne kolmandas maailmas, kus elektrifitseerimine pole ikka veel mõjutanud rohkem kui miljardit inimest.
Tuule ja elektriga üritati sõbruneda väga varakult. Esimene elektrit tootev tuulegeneraator ehitati Taanis 1890. aastal. Läänes ulatusid nende mõõtmed 20. sajandi alguses 25 meetri kõrguseks ja tera laius oli 23 meetrit. Paraku rikkus kõik muutliku tuule probleem. Elektrit oli vaja ka siis, kui see ei puhunud, diiselgeneraatorid ja elektriliinid olid üsna odavad. Nii suruti tuulikud kaugetesse põldudesse, kus nad töötasid niisutamiseks. Kuid ainult mõnda aega!
NSV Liidu muutuste tuul
Kui läänemaailm hakkas elektrifitseerimise tõttu tuulikutest lahti saama, läks meie riik hoopis teisele teele - "allatuult". Soojuselektrijaamade puuduse kompenseerimiseks lõi 1920. aastatel Kesk-hüdrohüdrodünaamiline instituut seeria väiketuulikuid, mille võimsus oli kuni 30 kilovatti, varustades neid hüdroakumulaatoriga. Liigse põlvkonna korral tõstis tuuleturbiin vee masti kõrgusele ja kui tuult polnud, juhtis see vee tagasi, keeras veeturbiini, mis andis voolu. Neid kasutati Burjaatias ja mujal ilma elektriliinideta. Skeem, muide, on äärmiselt mõistlik - sel aastal ehitati Saksamaale sama kontseptsiooni järgi terve elektrijaam, ainult palju võimsam.
NSV Liidus arendati enne Siberi nafta- ja gaasimaardlate avastamist strateegilistel põhjustel aktiivselt alternatiivseid energiaallikaid. 90 protsenti Nõukogude naftast toodeti Kaukaasias ja oli ilmne, et igas sõjas üritab vaenlane seal lüüa. Seda kavatses Prantsuse lennundus 1940. aastal teha. Ainult kolmanda vabariigi hävitamine Hitleri poolt takistas selle toimumist. Hitler ise tahtis seda teha, kuid ka see ei õnnestunud. Enda kaitsmiseks julgustas Nõukogude valitsus mitmesuguseid alternatiive - alates poolteist puuküttega gaasigeneraatoritel, kuni … hooratastega tuulikutega.
Jah, just selline ime käivitati Kurskis 1931. aastal. Vaid 35 kilovattise võimsusega oli see varustatud "salvestuskettaga" (kolmandik tonnist), mis pöörles anumas, kust hõõrdumise vähendamiseks õhk evakueeriti. Leiutaja Ufimtsevi tuuleelektrijaam valgustas tema maja ja söötis töökoda ka siis, kui tuult polnud. Kuid 1936. aastal ta suri ja sellest ajast alates pole jaama (see püsib praegugi) kordagi käima lükatud.
Kuid isegi ilma salvestusseadmeteta olid liidrite hulgas Nõukogude tuulegeneraatorid. 1931. aastal ehitati Balaklava lähedal maailma võimsaim tuulegeneraator 100 kilovattiga (tera laius - 30 meetrit). Huvitav on see, et sakslased, kes täna on tuuleenergia arengus esirinnas, suhtusid tuuleparkidesse siis üsna ebaviisakalt. 1941. aastal lõi nende mürsk planeedi suurima tuuliku välja. Võib-olla oli see kadeduse küsimus - nende endi tuulikud andsid siis mitte rohkem kui 70 kilovatti ja palju vähem. Aastatel 1950-1955 tootis NSV Liit 9000 tuulikut aastas - võimsusega kuni sadu kilovatti. Noh, kuidas muidu saaks neitsi maid ja põhjapoolseid energiaid enne diiselgeneraatoreid varustada?
Iseseisvuse tuul
Nõukogude tuuleenergia tappis sõjajärgne odavate vedelkütuste buum, läänepoolse taaselustas 1970. aastate naftakriis. Siis küpses seal tuuleenergia arvelt energia sõltumatuse idee idapoolsetest rahvastest närvilistest ja monopoolsele kokkumängule kalduvast.
Esmapilgul seisame silmitsi selge taandarenguga. Miks minna stabiilsetest energiaallikatest üle neile, mis sõltuvad sõna otseses mõttes tuulest? Veelgi enam, mõni aasta tagasi ütlesid Venemaa ametnikud meile, et tuuleturbiinid toodavad Euroopas kallist energiat. Proovime sellest aru saada.
Tänane horisontaalteljeline tuuleveski ei sõltu tegelikult niivõrd vähimatest tuule kiiruse kõikumistest. Vestas V164 on 220 meetrit kõrge (poolteist Cheopsi püramiidi) ja 164 meetri kiigega labad (enam kui 50-korruseline hoone). Selle klaaskiudterade kogumass on 100 tonni. Tegelikult on sellisel kujundusel oma salvestusketas, ainult selle mass on 300 korda suurem kui Ufimtsevil.
Samal ajal on oodata tuulegeneraatorite kõrguse ja nende labade ulatuse edasist kasvu, mis tähendab, et väiksemad peatused ohustavad neid veelgi. Arvatakse, et on mõistlik suurendada mõõtmeid vähemalt kõrguseni 300–400 meetrit ja tera ulatust kuni 300 meetrini.
Alustades Siemensi Enercon E-126-st, on juba olemas meetod selliste kolossaalsete terade loomiseks - need koosnevad kahest üksteise sisse sisestatud osast. Mitmed tootjad plaanivad oma arvu suurendada isegi kolmele.
Sama Vestas V164 võimsus on juba ületanud 9 megavatti ja selle labade ulatuse kahekordistamine suurendab tuuliku võimsust 40 megavatini. Veelgi olulisem on see, et iga saja meetri kõrgusel kasvab aasta keskmine tuule kiirus märkimisväärselt. Tõeliselt suurte konstruktsioonide korral on mõttekas tuuleparke rajada ka metsastunud aladele, kus tuule kiirus on maapinna lähedal tavaliselt üsna madal.
Tuulikute suuruse pideva kasvu tõttu langeb nende energia maksumus kogu aeg. Otsustage ise: inimesed teavad, kuidas ehitada odavalt isegi 828-meetriseid hooneid ja nende kõrguse kasvades kasvavad kulud lineaarselt. Kuid tuuliku väljund iga kõrguse kahekordistumisega kasvab juba ruutu. Mastaabisäästu on tuuleenergias väga märgatav.
Tõepoolest, isegi viis aastat tagasi, 2012. aastal, tootsid tuulikud läänes elektrit üle 10 sendi kilovatt-tunni kohta. Kuid täna on see näitaja, nagu märkis USA energeetikaministeerium, langenud 4-5 sendini kilovatt-tunni kohta. Isegi uued avamere tuulikud, mis on tavaliselt kallimad kui maismaad, annavad energiat 6–7 senti kilovatt-tunni eest ja see hind langeb veelgi kiiremini kui maismaal. Põhjus on see, et merel saab vähemalt 200 meetri pikkuseid labasid kaasas kanda, kuna mere "teedel" on palju ruumi ja pole tunglemist.
Okei, ütlete. Aga kuidas on rahuliku perioodiga, kui nädalaid pole tugevat tuult? Noh, sellepärast ehitavad nad Euroopas avamere tuulikuid. Mere kohal on "käigud", kus pole praktiliselt mingit rahu. Eurooplaste õnneks on nad nende lähedal ja sageli madalates vetes. Näiteks kogu Põhjameri on üsna madal, nagu muide ka enamik USA idaranniku lähistel asuvatest vetest. Lisaks võeti tänavu kasutusele maailma esimene kümnete megavattidega ujuv tuuleelektrijaam. Selle tuulikud on ankurdatud ja nende töösügavus on kuni 800 meetrit. Sellise sügavusega merede kogupindala on selline, et nendest on võimalik kogu maailmale mitu korda energiat anda. Kõrgepinge alalisvooluliinide kaod on nüüd langenud alla 3 protsendi tuhande kilomeetri kohta - see tähendab, et "mere" tuuleenergia jõuab isegi sisemaale.
Samal ajal ei tohiks tuuleparkide jätkusuutlikkust idealiseerida. Jah, nad suudavad energiat anda aastaringselt ja talvel annavad samad avamere tuulikud rohkem energiat kui suvel - talvised tormid aitavad. Kuid nad ei tule toime ka hommikuste ja õhtuste tarbimistippudega - tuul puhub umbes sama kell 19:00 ja 03:00. Seetõttu arvatakse läänes, et mitu protsenti kogu aasta toodangust tagavad jätkuvalt gaasiterminali tipptasemel elektrijaamad. Samal ajal tarbivad nad palju vähem kütust kui täna, kui avamere tuulegeneraatorite massiive pole veel ehitatud. Kuid tasub meenutada, et seda ei pea vaevalt kaua ootama.
Täna toodab tuuleenergia aastas üle triljoni kilovatt-tunni - rohkem kui kogu Venemaa energiasektor. Ja kui meie riigis pole elektritootmine alates 1990. aastast kasvanud (umbes sama suure tööstustoodangu mahu tõttu), siis seda tuuleturbiinide kohta öelda ei saa. Vaid 10 aastat tagasi ei andnud nad isegi kümnendikku praegusest toodangust. Võime kindlalt öelda, et kümne aasta pärast annavad planeedi WEC-id palju rohkem kui praegu. Pealegi ehitab kõige enam tuulikuid praegu Hiina ja seal nad teavad, kuidas juurutada tõeliselt masstoodangut.
tuulest viidud
Venemaa võib kiidelda kõige ootamatuma piruetiga, mis on inimkonna teel tuuleenergia poole liikunud. Kui WPP-d olid läänes ebapopulaarsed, olid need meie riigis tõusuteel. Kui neid hakati maailmas aktiivselt arendama, ilmusid riiki energiatööstuse eksperdid, kes tõid välja: "Tuuleturbiinide koht Euroopas on läbi." Tõsi, sellest ajast peale, kui seda ütlema hakkasime, on tuuleenergiajaamade võimsus eurooplaste seas kümnekordistunud ja kasvab jätkuvalt. Ilmselt ei edastatud neile meie ekspertide arvamust.
Noh, 2016. aastal muutsime järsku taas meelt, nii-öelda naasesime Dorežnevi NSV Liitu. Rosatom ütles esimesena oma kaaluka sõna osariigi tasandil. Selle peadirektori asetäitja Vjatšeslav Pershukov märkis ausalt: pärast olemasolevate uute tuumaelektrijaamade ehitamise tellimuste täitmist välismaal võib Rosatom jääda ilma välismaa ehitusprojektideta, kuna see turg kahaneb kiiresti. Tuumaenergia tootmine väljaspool Venemaad on tõepoolest languses ja väljapääsu sellest välja näha pole.
Peamine põhjus on lihtne: läänes ehitatud tuumaenergia on kallis. Venemaal ehitatud tuumaelektrijaamade energia on odavam, kuid siiski mitte nii palju kui uute lääne tuulikutel. Jah, nende ebajärjekindluse kompenseerimiseks vajate mõnda gaasiküttel töötavat soojuselektrijaama, kuid ka tuumajaamad vajavad neid. Lõppude lõpuks annab reaktor alati sama väljundi ja inimesed tarbivad päeval palju rohkem kui öösel. Võrdse hinna ja võrdsete probleemide korral ei vali lääneriikide ostja, kes on alati "roheliste" surve all, kunagi tuumaenergia tootmist.
Siinkohal nendib Pershukov ka: võimalused uute suurte tuumaelektrijaamade ehitamiseks välismaale on praktiliselt ammendatud. Me ei tohiks tuumatehnoloogia turul raha teenida. Kõik. Muidu see ei toimi,”märgib ta õigesti.
Muidugi, kui kõigepealt loobute mõnest ettevõttest kümnendiks ja võtate selle siis, kui konkurentidel on juba aastaid välja töötatud tehnoloogiaid, siis ei tohiks te kohe juhtpositsioonidele loota. Seetõttu läks Rosatom seda teed, mille Peter I juba võitis, ja hakkas hollandlastelt õppima uut (õigemini vana, meie riigis hästi unustatud). Tütarettevõtte kaudu sõlmis ta partnerluse Lagerweyga. Kuni 2020. aastani plaanib riigikorporatsioon ehitada 26 väikest tuuleparki 610 megavatiga - alustades Uljanovski oblastist 2018. aastal. Jah, see on vähem kui sajandik aastasest globaalsest panusest, kuid Rosatom õpib nendest purudest. Lisaks on plaanis 2020. aastal Venemaal tuuleturbiinide tootmist 65 protsenti lokaliseerida.
Hiljem, kui peate minema suures plaanis, on see raskem. On võimatu toota kasumit tootvaid tuulikuid, mille koguvõimsus on vaid sadu megavateid aastas. See on suur äri, ilma masstootmiseta ei ole selles madalat hinda. Seetõttu on vaja laiendada nii tuulikute ehitamist meie riigis kui ka siseneda maailmaturule. Siin võistelda on aga väga raske.
Hiiglased, nagu Vestas, on aastakümneid oma tehnoloogia täiustanud ja täiesti ainulaadseid rajatisi ehitanud. Näiteks kümnete tonnide titaanist labade tootmise tehas, mis asub saarel spetsiaalselt selleks, et hõlbustada nii keerulise lasti maismaateedele eksportimist. Kuhu Rosatom selle ehitab ja kas ta suudab pidevalt paraneva tuuleturbiinide turuga sammu pidada, on küsimus ja mitte lihtsalt.
Rosatomi esindaja Andrei Ivanov märkis KP-le antud kommentaaris, et "uue energia" projektide eest vastutav Rosatomi osakond NovaWind oli kokku leppinud Lagerwey - Red Wind BVga ühisettevõtte asutamises. See tegeleb tuuleturbiinide tootmise lokaliseerimisega Venemaal. ja täpsemalt - Volgodonskis, Rosatomi olemasolevate rajatiste lähedal. Meie riigis ehitatakse 2,5 ja 4,5 megavatise võimsusega tuulikud. Kokku tarnib Red Wind aastaks 2022 388 sellist tuuleturbiini, millest esimesed 60 pannakse kokku ainult Venemaal - Lagerwey komponentidest - ja alles siis on nii muljetavaldavate mõõtmetega „kohalikud” tuulikud.
Tema jaoks oli tuumaelektrijaamaga palju lihtsam. Lõppude lõpuks ei loodud neid mitte ainult NSV Liidus, vaid nad ei lakanud meie riigis ehitamast ja täiustamast. Esimeseks saamine selles, kus te olete pioneer, on palju lihtsam kui see, kus peate teistelt õppima. Loodame, et riiklik hiiglane õnnestub, eriti kuna sellel on hea inseneritöötaja.
Tuleviku tuul
Olgem ausad: tuuleturbiinidest ei saa lähikümnenditel tõenäoliselt inimkonna peamist energiaallikat. Jah, Taanis tarnivad nad juba suurema osa elektrist ja USA-s rohkem kui hüdroelektrijaamad. Kuid riikides, kus on veel palju selgeid päevi, areneb päikeseenergia nüüd palju kiiremini kui tuul. Tema abiga saadud elektrihinnad langevad veelgi kiiremini kui tuuleparkide omad. Juba 2020. aastate alguses ületab see tootmises olevad tuuleturbiinid ja saab peamiseks oinaks, mis hävitab söe ja süsivesinike energiat.
Kuid põhjapoolsete territooriumidega riikide jaoks võib tuul mängida teist rolli - peamist generaatorit. Venemaal seda tõenäoliselt ei juhtu ja mitte ainult sellepärast, et Samarast lõuna pool on meil palju päikest. Veelgi olulisem on see, et me ei saa jätta tuuma- ega gaasienergiat neile ehitatud tohutu infrastruktuuri tõttu. Sellest hoolimata muutuvad tuulikud 2030. aastaks Venemaa maastikul sagedaseks elemendiks - nagu praegu Saksamaal või Suurbritannias.
