Tenaga Angin

Tenaga Angin

Alexander Solovyov, doktor sains fizikal dan matematik,
Kirill Degtyaryov,
Makmal Penyelidikan Sumber Tenaga Boleh Diperbaharui di Fakulti Geografi, Universiti Negeri Moscow M. V. Lomonosova
"Sains dan Kehidupan" №7, 2013

Angin merujuk kepada sumber tenaga boleh diperbaharui atau alternatif. Kelebihannya adalah jelas: angin bertiup selalu dan di mana-mana, ia tidak perlu "ditambang". Jumlah rizab tenaga angin di dunia dianggarkan sebanyak 170 trilion kWh, atau 170 ribu jam terawatt (TWh) setahun, iaitu lapan kali lebih tinggi daripada penggunaan elektrik semasa global. Maksudnya, secara teori, semua bekalan kuasa di dunia dapat diberikan hanya dengan mengorbankan tenaga angin. Dan jika anda ingat bahawa penggunaannya tidak mencemarkan suasana, hidrosphere dan tanah, maka sumber tenaga ini nampaknya sempurna. Tetapi, sayangnya, segala-galanya mempunyai sisi flip, dan kuasa angin tidak terkecuali.

Gambar oleh Igor Konstantinov.

Penggunaan tenaga angin adalah cerita panjang: berapa umur kincir angin dan kapal layar? Ya, dan tenaga angin mula dibina pada awal abad yang lalu. Harus diingat bahawa salah seorang pemimpin dalam bidang ini pada tahun 1930-1950 adalah Uni Soviet.Kembali pada tahun 1931, stesen janakuasa angin telah ditugaskan di Crimea, berhampiran Balaklava, yang beroperasi hingga tahun 1941. Semasa pertempuran untuk Sevastopol, ia telah dimusnahkan sepenuhnya. Struktur pendukung turbin angin (tiang) telah direka oleh Vladimir Grigorievich Shukhov. Turbin angin dengan diameter roda 30 m dan penjana 100 kW adalah pada masa itu yang paling berkuasa di dunia. Turbin angin di Denmark dan Jerman pada masa itu mempunyai diameter roda sehingga 24 m, dan kuasa mereka tidak melebihi 50-70 kW.

Ladang angin perindustrian, yang dibina pada tahun 1931 di Crimea, telah direka di TsAGI dan pada masa itu adalah yang terbesar di dunia – kuasanya adalah 100 kW. Semasa Perang Dunia II, ia telah musnah.

Pada tahun 1950-1955 dalam pemasangan angin USSR 9000 dibuat setiap tahun. Semasa pembangunan tanah dara di Kazakhstan, kilang kuasa angin berbilang unit pertama dibina, bekerja seiring dengan enjin diesel dengan jumlah kapasiti 400 kW, yang menjadi prototaip taman angin moden Eropah dan sistem angin-diesel. Fakta yang menarik diberikan dalam trilogi autobiografi penulis Chukchi Yuriy Rytkheu "masa salji". Dalam khemah asalnya, Ulak, lampu elektrik muncul pada akhir 1930-an tepat kerana turbin angin yang menyediakan stesen kutub jiran dengan kuasa elektrik.

Walau bagaimanapun, pembangunan kuasa angin yang aktif di dunia bermula hanya pada 70-an abad yang lalu. Prasyarat untuk itu diperbaiki masalah alam sekitar (pencemaran udara akibat operasi loji janakuasa haba, hujan asid, dan lain-lain), digabungkan dengan kenaikan harga minyak dan keinginan untuk melemahkan pergantungan negara-negara Barat mengenai bekalan hidrokarbon dari USSR dan negara-negara dunia ketiga. Krisis minyak 1973-1974 memberikan rangsangan tambahan kepada tenaga angin dan membawa persoalan perkembangannya ke tahap politik negara.

Walau bagaimanapun, sikap terhadap kuasa angin adalah (dan kekal) samar-samar, bersama-sama dengan semangat ada keraguan dan ketidakpuasan, termasuk, anehnya, berkaitan dengan aspek alam sekitar. Berikut adalah satu contoh yang ditulis oleh akhbar asing mengenai perkara ini pada tahun 1994: "Terdapat juga keadaan paradoks yang tidak menyenangkan apabila orang tidak berpuas hati dengan pembinaan stesen angin dan seringkali menghalangnya atas alasan alam sekitar – kumpulan stesen mencipta bunyi dan pencemaran visual di kawasan itu."

Kadar pertumbuhan kapasiti pemasangan ladang angin.

Tuntutan serupa terhadap turbin angin dibuat, misalnya, di Belanda,di mana ladang angin, menurut orang awam, melanggar penampilan tradisional wilayah itu, dan tidak ada tempat untuk menempatkan beribu-ribu turbin di negara yang mempunyai kepadatan penduduk yang tinggi.

Sejak itu, jumlah kapasiti pemasangan loji kuasa angin di dunia telah meningkat 60-75 kali. Pembinaan besar muncul, meningkat hingga ketinggian ratusan meter. Kuasa penjana angin individu mencapai beberapa megawatt, ladang angin gigawatt adalah setanding dengan objek terbesar "tradisional" tenaga – terma, nuklear dan kuasa hidro.

Pada tahun 2012, kapasiti pemasangan loji kuasa angin di dunia mencapai 282 GW, yang melebihi kapasiti keseluruhan semua loji janakuasa Rusia dan setanding dengan kapasiti semua loji kuasa nuklear di planet ini. Walau bagaimanapun, mereka hanya memberi kira-kira 2.4% daripada elektrik dunia, walaupun di sesetengah negara Eropah, misalnya, di Denmark atau Sepanyol, bahagian mereka mendekati 20%. Iaitu, kuasa angin tidak menjadi dominan dalam keseluruhan sistem penjanaan kuasa di dunia. Ya, dan semua sumber tenaga konvensional yang tidak boleh diperbaharui, termasuk tenaga pasang surut dan surut, matahari, tenaga panas bumi, menyumbang hanya 3.7%.

Pertumbuhan kapasiti pemasangan loji kuasa angin di kawasan utama. Sumber: Majlis Tenaga Angin Global.

Selepas beberapa dekad pertumbuhan, maklumat yang kuat dan sokongan kewangan untuk tenaga boleh diperbaharui, gambar itu mungkin lebih mengesankan. Sesungguhnya, di Eropah dan AS, pengeluar tenaga "hijau" dikekalkan di peringkat negeri. Khususnya, portfolio syarikat jualan tenaga harus mempunyai bahagian mandatori tenaga boleh diperbaharui – hanya dalam kes ini jualan dijamin. Selain itu, di banyak negara, terdapat pengecualian cukai untuk pengeluar tenaga boleh diperbaharui. Sementara itu, selepas pertumbuhan pesat dalam bilangan penjana kuasa angin dalam dekad lalu setengah, terdapat perlambatan sedikit: pada 2011-2012, kadar pentauliahan kapasiti dipasang stesen janakuasa angin adalah yang paling rendah dalam 16 tahun lepas.

Ini amat ketara di Eropah. Mungkin kelembapan itu berkaitan dengan pecahnya krisis ekonomi, tetapi satu lagi sebab juga mungkin – "sumber" wilayah Dunia Lama hampir habis, iaitu, tidak ada tempat untuk membina loji kuasa angin di Eropah. Menurut agensi itu Bloomberg New Energy FinancePada tahun 2012, pelaburan dalam tenaga boleh diperbaharui di seluruh dunia merosot sebanyak 11%, sementara mereka terus berkembang di negara-negara Asia. Perlu ditambah 15 tahun yang lalu, lebih daripada separuh daripada semua kemudahan kuasa angin di dunia berada di Amerika Syarikat, maka Eropah tiba-tiba ditarik ke depan, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, China telah memimpin.

Ok ya tidak murah

Tumbuhan kuasa angin jelas ketinggalan di belakang loji kuasa nuklear dan loji kuasa hidro dari segi penggunaan kapasiti terpasang. Jika ia 84% untuk loji kuasa nuklear, 42% untuk loji kuasa hidroelektrik, ia hanya 20% untuk loji kuasa angin, yang disebabkan oleh sifat sumber tenaga itu sendiri: angin tidak selalu meniup dengan daya yang mencukupi. Iaitu, ladang angin adalah 2-4 kali kurang produktif daripada jenis loji janakuasa konvensional, dan untuk mendapatkan jumlah yang sama elektrik mereka perlu dibina 2-4 kali lebih banyak. Ini adalah kawasan tambahan dan bahan-bahan, yang bermaksud lebih banyak kerosakan alam sekitar (walau apa pun) dari segi kilowatt elektrik yang dihasilkan.

Menurut Persatuan Industri Angin Rusia (RAVI), keamatan logam dari 3 MW angin penjana angin moden mencapai 350 tan.Sekiranya TPP 1 GW memerlukan kawasan perintah beberapa hektar, maka beribu-ribu hektar perlu diberikan untuk ladang angin dengan kapasiti yang sama. Dan walaupun mungkin untuk menjalankan aktiviti ekonomi lain dan bahkan tinggal di wilayah taman angin, hubungan kekayaan berlaku – tebusan atau pajakan tanah besar diperlukan.

Kos membina ladang angin kira-kira 1500-2000 dolar per 1 kW kapasiti terpasang, yang boleh dibandingkan dengan kos pembinaan loji janakuasa nuklear dan beberapa kali lebih tinggi daripada kos pelaburan untuk membina loji tenaga haba. Unit kuasa tinggi – dengan ketinggian tiang yang besar dan diameter bilah yang besar, beroperasi di angin dan fros yang kuat, memerlukan kebolehpercayaan yang lebih tinggi, dan oleh itu memerlukan kos pembinaan dan penyelenggaraan tambahan.

Kos 1 kW elektrik yang dihasilkan di ladang angin juga tidak sifar dalam realiti. Pengalaman Eropah menunjukkan bahawa jumlah kos operasi 0.6-1 eurocent per 1 kW · h, dan untuk mesin dengan hayat perkhidmatan melebihi 10 tahun, kos meningkat kepada 1.5-2 eurocent setiap 1 kW · h. Oleh itu, ia adalah 24-40 dan 60-80 kopecks setiap 1 kW · h.Sebagai perbandingan, kos pengeluaran 1 kWh di loji kuasa hidroelektrik dan loji kuasa nuklear adalah atas perintah beberapa kopek, dan pada loji janakuasa terma, pada paras semasa harga hidrokarbon, ia adalah kira-kira 1 sapu / kWh.

Jadi bagaimana dengan "pembaharuan" sumber-sumber tertentu tenaga harus bercakap dengan syarat yang tinggi. Lagipun, bahan-bahan yang tidak boleh diperbaharui (khususnya, logam) perlu dibelanjakan untuk penciptaan kemudahan tenaga menggunakan sumber-sumber ini, pengekstrakan dan pemprosesan yang tidak selalu mesra alam.

Ladang angin luar pesisir di Denmark berhampiran Copenhagen. Menetapkan penjana angin di laut adalah penyelesaian yang baik untuk masalah kekurangan ruang untuk pembinaan loji kuasa angin yang kuat. Di samping itu, terima kasih kepada angin laut, kincir angin bekerja 97% pada masa itu.

Bagi pembangunan kuasa angin berskala besar, ia terhalang terutamanya kerana penggunaan logam tinggi yang disebutkan di atas, kerumitan reka bentuk loji kuasa angin, keperluan untuk kawasan besar, produktiviti yang rendah dan kestabilan kerja yang tidak mencukupi. Di samping itu, insentif untuk pembangunan tenaga angin, seperti keletihan rizab hidrokarbon dan pemanasan iklim antropogenik, mungkin berisiko.Terdapat banyak bukti bahawa rizab hidrokarbon adalah besar, dan peranan manusia dalam perubahan iklim global, dan memang perubahan iklim itu sendiri, boleh dibahaskan.

Ketinggian beberapa turbin angin mencapai beratus-ratus meter. Dalam gambar: pemasangan salah satu turbin turbin angin Bear Mountain (Beruang gunung) di wilayah British Columbia di Kanada. Satu turbin angin itu menyediakan elektrik kepada 300 isi rumah.

Walau bagaimanapun, angin, seperti sumber alternatif tenaga boleh diperbaharui yang lain, tetap menjanjikan. Benar, pakar-pakar meramalkan bahawa dalam dekad yang akan datang, "biola pertama" di sektor tenaga alternatif dunia akan mula bermain solar, bukan tenaga angin. Kelebihan tenaga solar adalah jelas – pada masa akan datang, sistem yang lebih padat dan kurang intensif bahan, dan matahari adalah sumber tenaga yang agak stabil dan boleh diramalkan.

Kincir angin – pada ekologi?

Alam sekitar membuat banyak tuntutan kepada tenaga angin. Ini adalah bunyi yang dihasilkan oleh operasi bilah, getaran inframerah dan getaran yang memberi kesan negatif terhadap orang, peralatan dan haiwan. Kincir angin tidak sekadar melanggar landskap yang biasa dan indah, bilah berputar yang besar menjejaskan jiwa manusia. Di kawasan ladang angin haiwan dan burung berhenti untuk menyelesaikannya.Terdapat risiko yang berkaitan dengan pemisahan bilah dan kemalangan lain di ladang angin besar. Di samping itu, apabila banyak turbin angin beroperasi di kawasan yang besar, pengurangan tenaga tempatan dan perubahan konfigurasi angin mungkin. Masalah tambahan adalah keperluan untuk mengitar semula bilah yang telah menghabiskan sumber mereka.

Tahap bunyi dari pelbagai sumber. Sumber: B.V Ermolenko, G.V Ermolenko, M.A. Ryzhenkov. Aspek Ekologi Tenaga Angin // Thermal Engineering, 2011, No.

Manakah antara kekurangan dan risiko ini adalah khayalan dan yang nyata, mencadangkan pengalaman dua puluh tahun menggunakan tenaga angin di Eropah yang padat penduduknya. Jadi, ketakutan yang berkaitan dengan infrasound dan bilah kerja tidak disahkan, seperti yang dibuktikan oleh bunyi dan kematian burung, yang menunjukkan bahawa bunyi pada jarak 350 m dari stesen angin hanya sedikit melebihi latar belakang. Dan bilangan burung yang dibunuh oleh perlanggaran dengan kincir angin adalah tiga setengah ribu kali kurang daripada, contohnya, dari pertemuan dengan kucing.

Anggaran tahunan kematian burung di Eropah. Sumber: Persatuan Tenaga Angin Eropah, 2010.

Sudah tentu, dalam anggaran tersebut terdapat nuansa: banyak bergantung kepada bilangan stesen janakuasa angin.Dengan jumlah kerosakan sedia ada yang benar-benar minimum, tetapi apa yang berlaku jika kuasa angin menjadi lebih banyak?

Di samping itu, apabila membandingkan bilangan burung yang mati, perlu mengambil kira spesies yang berkenaan. Kucing memburu passerine, dan dalam perlanggaran dengan loji kuasa angin di ketinggian yang agak tinggi, spesies burung yang lebih jarang dan berharga boleh mati. Kita tidak boleh mengabaikan pelanggaran laluan migrasi burung.

Walau bagaimanapun, jumlah kerosakan alam sekitar dari kuasa angin adalah jauh lebih rendah berbanding kaedah "tradisional" penjanaan tenaga. Di Eropah, kesan sosio-negatif negatif luaran* setiap 1 kWj yang dihasilkan elektrik dianggarkan pada 0.15 sen untuk kuasa angin, 1.1 sen untuk TPP gas dan 2.5 sen bagi arang batu.

Pengecualian adalah masalah bilah kitar semula pembina angin yang diperbuat daripada bahan komposit. Fakta adalah bahawa hayat perkhidmatan bilah adalah 20-25 tahun dan yang pertama yang telah dibina adalah dekat dengan membangunkan sumber. Terutama akut dengan masalah ini perlu dihadapi seawal tahun 2020, apabila jumlah jisim dibelanjakan di dunia akan menjadi 50,000 tan, dan menjelang tahun 2035 akan meningkat kepada 200,000 tan.

Pada masa ini, terdapat dua cara utama penggunaan bilah yang diperbuat daripada gentian kaca: mekanikal dan terma. Kaedah pertama melibatkan pengisaran mekanikal gentian dan granul yang membentuk bahan komposit bilah, yang kemudiannya digunakan sebagai bahan mentah untuk menghasilkan produk gred rendah. Walau bagaimanapun, dalam kebanyakan kes, turbin yang telah membangunkan sumber mereka tertakluk kepada rawatan haba, iaitu, mereka dibakar. Ini jelas merupakan kaedah pelupusan "bukan ekologi", yang kelihatan lebih tidak masuk akal terhadap latar belakang tuntutan kuasa "bersih" angin. Pada masa yang sama, kandungan abu jisim terbakar (bahagian sisa tak organik yang tidak mudah terbakar dalam jumlah jisim bahan) adalah kira-kira 60% dan abu yang dihasilkan memerlukan pelupusan.

Pakar pakar MUCTR mereka. DI Mendeleev percaya bahawa pirolisis lebih menjanjikan untuk pemprosesan bilah (pemanasan tanpa oksigen pada 500 ° C). Bahan yang dihasilkan (pirolisis) dapat digunakan untuk menghasilkan kaca busa dan blok kaca, dan gas yang dihasilkan semasa pirolisis dapat dibakar untuk menghasilkan tenaga listrik.

Perspektif Rusia

Pada masa ini, jumlah kapasiti pemasangan loji kuasa angin di Rusia tidak melebihi beberapa puluh megawatt,dan bahagian kuasa angin dalam jumlah pengeluaran elektrik diabaikan. Pada masa yang sama, beberapa projek berskala besar sedang dilaksanakan, terutamanya di kawasan padang rumput di selatan negara dan zon pantai. Mungkin, pada tahun-tahun akan datang, keadaan dengan tenaga angin mungkin berubah dengan ketara.

Ruang besar, ketumpatan penduduk yang agak rendah dan objek ekonomi dengan ketara mengurangkan risiko alam sekitar operasi ladang angin di Rusia berbanding dengan negara-negara Eropah. Pada masa yang sama, jarak jauh dan infrastruktur pengangkutan yang kurang maju menghalang perkembangan kuasa angin dan mewujudkan kesukaran tambahan dalam mengekalkan turbin angin dan ladang angin.

Alasan lain yang agak jelas bagi pembangunan kuasa angin yang lemah di Rusia adalah kehadiran rizab hidrokarbon yang besar dan bahan bakar tenaga yang lebih murah. Seperti yang disebutkan di atas, penemuan dan perkembangan medan minyak dan gas yang besar telah merosakkan USSR, yang merupakan salah satu daripada pemimpin dunia dalam tenaga angin, daripada insentif pembangunan di kawasan ini. Walau bagaimanapun, kebijaksanaan konvensional yang kita tidak perlukan tenaga alternatif (dan tenaga angin, khususnya) tidak mempunyai asas.Kelimpahan minyak dan gas negara kita tidak boleh dibesar-besarkan, dan tahap bekalan tenaga sekarang tidak mencukupi untuk pembangunan sosio-ekonomi penuh, yang memerlukan pencarian sumber tenaga baru. Pengguna Rusia dihadapkan dengan biaya tinggi untuk menyambung ke grid tenaga, dan lebih menguntungkan bagi mereka untuk menggunakan sumber daya terbarukan tempatan, termasuk tenaga angin. Di samping itu, lebih daripada 70% wilayah negara kita, di mana kira-kira 20 juta orang hidup, berada di luar sistem bekalan kuasa berpusat.

Kita tidak boleh menolak hakikat bahawa negara kita mempunyai potensi tenaga angin terbesar di dunia – kira-kira 40 bilion kWj tenaga elektrik setahun. Dan ini bermakna operasi loji kuasa angin besar dan terutama kecil di kawasan Rusia yang luas boleh menjadi lebih cekap. Wilayah Utara Rusia, dan khususnya Ob Bay, Semenanjung Kola, kebanyakan jalur pantai di Timur Jauh, mengikut klasifikasi dunia, tergolong dalam zon windiest. Kelajuan angin purata tahunan pada ketinggian 50-100 m, yang mana turbin angin moden dihasilkan, adalah 11-12 m / s, yang merupakan dua kali apa yang disebut ambang ekonomi kuasa angin yang berkaitan dengan pembayaran balik stesen janakuasa angin.


* Kos langsung dan tidak langsung tambahan yang ditanggung oleh kerajaan, entiti ekonomi lain, orang kerana aktiviti perusahaan ini, seperti pembersihan air dan udara, rawatan, dan sebagainya. Sudah tentu pengiraan sedemikian tidak mungkin sangat tepat, dan ada ruang untuk spekulasi dalam satu arah atau yang lain.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: