ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
В гл. 1 было показано, что 30 % всех 173 000 ТВт солнечного излучения, падающего на землю, за счет альбедо земли переизлучается обратно в космос. Из 121 000 ТВт оставшейся мощности 3 % (3600 ТВт) преобразуется в энергию ветров и из них 35 % (1200 ТВт) распределяется в нижних слоях атмосферы на высоте до 1 км. Современные потребности человечества в энергии составляют примерно 7 ТВт. Из этого следует, что потенциально энергия ветровых потоков может полностью удовлетворить все энергетические потребности человечества. Конечно, такая качественная оценка выглядит чрезмерно оптимистичной. Сложно представить себе, каким образом можно разместить ветроустановки повсюду на Земле, включая территорию морей и океанов. Если ветроустановки расположить всего на 10 % суши, то потенциально возможно получение мощности 40 ТВт. Однако, зная, что плотность мощности ветрового потока зависит от его скорости в третьей степени, легко понять, что большая часть энергии ветровых потоков приходится на высокоскоростные течения, такие как штормовые и ураганные ветры. В настоящее время не существует ветротурбин, которые способны были бы работать при штормовых скоростях ветра, поэтому использовать энергию этих потоков пока технически невозможно.
Еще одна проблема эффективного использования энергии ветра состоит в том, что плотность энергии ветрового потока распределена неравномерно: в нижних слоях атмосферы она растет с увеличением высоты. На высоте 10 м при оптимальных условиях расположения ветроколеса её значение в среднем составляет около 300 Вт/м2, тогда как на высоте 50 м — около 700 Вт/м2.
Необходимо также понимать, что утилизировать весь поток энергии, воздействующий на ветроколесо, невозможно. Как будет показано в п. 13.6.5, максимальное значение коэффициента использования энергии ветра ограничено отношением 16/27.
Поскольку по своей природе ветер постоянно изменяет скорость, ветроустановки либо должны иметь устройства, аккумулирующие электрическую энергию (для автономных энергоустановок небольшой мощности), либо должны быть подключены к электрической сети, что характерно для больших ветровых ферм.
Следует отметить, что на Земле есть и такие районы, где ветры дуют практически постоянно с одинаковой скоростью и в одном направлении. Использование там ветротурбин было бы весьма эффективным. Так, на всем северо-восточном побережье Бразилии дуют практически постоянные северо-восточные ветры со скоростью около 13 узлов (примерно 7 м/с). Плотность мощности при таких скоростях ветра составляет около 220 Вт/м2 т. е. с учетом предельного коэффициента использования энергии ветра 16/27 сім2 ометаемой ветроколесом площади может быть получено до 130 Вт полезной мощности. Практически постоянные направление и скорость ветра позволяют строить в этих местах ветротурбины,
которые не нужно систематически ориентировать на ветер. Поскольку в данном случае они могут быть установлены жестко, то для них имеется возможность создать концентраторы ветрового потока, что может позволить повысить выработку энергии в расчете на один ветроагрегат|).