Joissakin maissa tuuliturbiinit ovat jo korvaaneet perinteisemmät energialähteet. Mitä me odotamme?
Tuulivoimalat Venäjällä
Tuulimyllyt ympäri maailmaa tuottavat nyt enemmän sähköä kuin koko Venäjän sähköteollisuus - ja hinnalla niiden tuotanto on jo tasaantunut lämpövoimalaitoksiin. Ja huolimatta siitä, että kymmenen vuotta sitten venäläiset sähköinsinöörit ja virkamiehet pitivät kehitysmahdollisuuksiaan loppuun käytettyinä, ja itse tuulipuistot olivat liian kalliita. Nyt kaikki on kääntynyt ylösalaisin: Venäjän valtionyhtiö investoi kymmeniä miljardeja länteen kiinni saamiseksi tuuliturbiinien alalla. Miksi venäläisten asiantuntijoiden aikaisemmat ennusteet eivät toteutuneet, joita emme ottaneet huomioon? Ja onko mahdollisuudet Rosatomin yrityksiin tuhlata rahaa?
Tuuli historiaa
Kun ihmiset ensin miettivät tuulen käyttöä, kysymys on vaikea. On epäsuoria todisteita siitä, että Homo erectus tai Neanderthals olisi voinut purjehtia. Nykyaikaiset yritykset Kreetan ja mantereen välisen salmen voittamiseksi - ja 130 tuhatta vuotta sitten tälle saarelle ilmestyi yhtäkkiä kivityökalut - ovat osoittaneet, että ei ole realistista tehdä tätä airoilla - tämän salmen virta on liian voimakas. Kallioperät, jotka tarkasti vahvistavat purjeiden käytön, ovat useita tuhansia vuosia.
Mainosvideo:
Ensimmäiset tuulivoiman käyttämät mekaaniset koneet keksivät Alexandrialainen Heron 1. vuosisadalla eKr. (Hän loi myös ensimmäisen näytteen turbiinista, joka pyörii polttoaineen palamisen aikana). Totta, hänen tuulimylly ei ratkaissut käytännön ongelmaa, vaan viihdyttävää. Se oli eräänlainen musiikki-instrumentti, joka toimi pyörän pyörimisen myötä tulevalla tuulella.
Noin 400 jKr. Intian buddhalaisissa temppeleissä esiintyy pystysuoran pyörimisakselin omaavia tuulimyllyjä - rukouskoneita. On helppo huomata heidän perustavanlaatuinen ero Heronin suunnitelmaan - tuulimyllyn buddhalainen versio on "asetettu kyljelleen".
Tuulikoneiden käytännön sovellus löydettiin 9. vuosisadalla Iranista (Abu Ishaq al-Istakhrin kuvaukset). Heillä ei kuitenkaan ollut mitään tekemistä niiden kanssa, joihin olemme tottuneet. Nämä olivat tornit, joiden kehän ympärillä oli kankaalla päällystettyjä verkkorakenteita. Tuuli kierteli niitä, ja erityinen mekanismi muutti pystysuoran akselin pyörimisen myllynkivien liikkeeksi tai veden nostolaitteen toiminnaksi.
Iranista uutuus saavutti Intian ja Kiinan, mutta ei Eurooppaa, joka lainasi sitten hyvin vähän teknisiä innovaatioita.
Vuonna 1185 ensimmäinen tuulimylly mainittiin Yorkshiressä (Englanti), ja tämä ensimmäinen läntinen tuulimylly oli jo tuttua tyyppiä - vaakasuoralla pyörimisakselilla, johon on asennettu pystysuoraan pyörivät terät. Kuten voimme nähdä, 1200-luvulta lähtien läntiset ja itäiset tuulivoimaloiden lähestymistavat olivat vastakkaisia.
Itäisen järjestelmän edut länsimaiseen nähden ovat ilmeisiä. Pystyakselinen tuulimylly toimii tuulen suunnasta riippumatta, joten kiinalaiset ja iranilaiset voivat jättää sen vartioimatta ja tehdä tärkeämpiä asioita. Lisäksi itäisessä versiossa, jolla on sama teho, rakenteen tuulenopeus on paljon suurempi, minkä vuoksi se alkaa toimia myös heikossa tuulessa.
Toisaalta vaaka-akselisella länsituuliturbiinilla on omat vahvuutensa. Kyllä, sitä on pidettävä "tuulessa", mutta tuuli vaikuttaa aina sen lapoihin vain yhdeltä puolelta, mikä lisää niiden energiantuottoa. Itäinen jokaisella kierroksella kokee hetken, kun terät kääntyvät ja tuuli "lyö" niitä toiselta puolelta. Rakenteen pyörimiseksi on tarpeeksi hitautta, mutta masto tärisee voimakkaasti, ja osa pyörimisenergiasta menee kompensoimaan "iskuja". Näiden muuttuvien kuormitusten vuoksi masto tai torni on tehtävä vahvemmaksi ja massiivisemmaksi. Tulokset ovat ilmeisiä: läntistä tuuliturbiinia on vaikeampaa käyttää, mutta tehokkaampaa ja halvempaa.
Tuulimyllyt olivat erittäin yleisiä Euroopassa höyrykoneisiin ja sähköön saakka. He melkein eivät tarvinneet henkilöstöä, sähkölinjoja (mikä on tärkeää maaseudulla), ja olivat vähemmän meluisia. No, tuulimyllyn versio, joka nostaa vettä kaivosta, on edelleen erittäin suosittu kolmannessa maailmassa, jossa sähköistys ei ole vieläkään vaikuttanut yli miljardiin ihmiseen.
Yritykset ystävystyä tuulen ja sähkön kanssa tehtiin hyvin aikaisin. Ensimmäinen sähköntuotantoturbiini rakennettiin Tanskassa vuonna 1890. Lännessä niiden mitat 1900-luvun alussa olivat 25 metriä korkeita ja terän kärkiväli 23 metriä. Valitettavasti kaikki pilasi muuttuvan tuulen ongelma. Sähköä tarvittiin silloinkin, kun se ei puhaltanut, ja dieselgeneraattorit ja voimajohdot olivat melko halpoja. Joten tuulimyllyt työnnettiin kaukaisiin kenttiin, missä ne työskentelivät kasteluun. Mutta vain hetkeksi!
Muutoksen tuuli Neuvostoliitossa
Kun länsimaailma alkoi päästä eroon tuulivoimaloista sähköistyksen vuoksi, maamme kulki täysin eri polkua - "myötätuulea". Lämpövoimalaitosten puutteen kompensoimiseksi Keski-Aerohydrodynaaminen instituutti loi 1920-luvulla sarjan pieniä tuuliturbiineja, joiden kapasiteetti on jopa 30 kilowattia, ja ne toimittivat niille hydraulisen akun. Ylimääräisen sukupolven myötä tuuliturbiini nosti veden maston korkeuteen, ja kun tuulta ei ollut, se valutti veden takaisin ja käänsi vesiturbiinin, joka antoi virtaa. Niitä käytettiin Burjaatiassa ja muissa paikoissa ilman sähkölinjoja. Järjestelmä on muuten erittäin kohtuullinen - tänä vuonna Saksalle rakennettiin koko voimalaitos saman konseptin mukaisesti, vain paljon voimakkaampi.
Neuvostoliitossa, ennen Siperian öljy- ja kaasukenttien löytämistä, vaihtoehtoisia energialähteitä kehitettiin aktiivisesti strategisista syistä. 90 prosenttia Neuvostoliiton öljystä tuotettiin Kaukasuksella, ja oli ilmeistä, että vihollinen yritti iskeä siellä missä tahansa sodassa. Tämän Ranskan ilmailu aikoi tehdä vuonna 1940. Ainoa kolmannen tasavallan tuhoaminen Hitlerin toimesta esti tämän tapahtumisen. Hitler itse halusi tehdä tämän, mutta hän ei myöskään onnistunut. Suojellakseen itseään Neuvostoliiton hallitus kannusti monenlaisia vaihtoehtoja - puolitoista puulämmitteisillä kaasugeneraattoreilla … tuuliturbiineille, joissa oli vauhtipyörät.
Kyllä, juuri sellainen ihme käynnistettiin Kurskissa vuonna 1931. Vain 35 kilowatin kapasiteetilla se varustettiin "varastolevyllä" (kolmasosa tonnista), joka pyörii astiassa, josta ilma poistettiin kitkan vähentämiseksi. Keksijän Ufimtsevin tuulivoimala valaisi taloa ja ruokki työpajaa silloinkin, kun tuulta ei ollut. Hän kuitenkin kuoli vuonna 1936, ja sen jälkeen asemaa (se on edelleen olemassa) ei ole koskaan käynnistetty.
Kuitenkin ilman tallennuslaitteita Neuvostoliiton tuuliturbiinit olivat johtajien joukossa. Vuonna 1931 lähellä Balaklavaa rakennettiin maailman tehokkain tuuligeneraattori 100 kilowatilla (terän kärkiväli - 30 metriä). On mielenkiintoista, että saksalaiset, jotka ovat nykyään tuulienergian kehityksen kärjessä, kohtelivat sitten tuulipuistoja melko röyhkeästi. Vuonna 1941 heidän laukauksensa kaativat planeetan suurimman tuuliturbiinin. Ehkä se oli kateuden kysymys - omat tuuliturbiinit antoivat sitten korkeintaan 70 kilowattia ja olivat paljon vähemmän. Vuosina 1950-1955 Neuvostoliitto tuotti 9000 tuuliturbiinia vuodessa - jopa satojen kilowattien kapasiteetilla. No, miten muuten neitsyt maille ja pohjoisille voitaisiin tarjota energiaa ennen dieselmoottoreita?
Itsenäisyyden tuuli
Neuvostoliiton tuulivoiman tappoi sodanjälkeinen halpojen nestemäisten polttoaineiden kasvu, kun taas länsimaiden elvytti 1970-luvun öljykriisi. Sitten kypsyi ajatus energiariippumattomuudesta itäosien toimittavien kansojen hermostuneesta ja altis monopoli-salaliitosta tuulienergian kustannuksella.
Ensi silmäyksellä meillä on selkeä taantuma. Miksi vaihtaa vakaista energialähteistä niihin, jotka kirjaimellisesti riippuvat tuulesta? Muutama vuosi sitten Venäjän viranomaiset kertoivat meille, että tuuliturbiinit tuottavat Euroopassa kallista energiaa. Yritetään selvittää se.
Tämän päivän vaaka-akselinen tuulimylly ei itse asiassa ole niin riippuvainen pienimmistäkin tuulen nopeuden vaihteluista: Vestas V164 on 220 metriä korkea (puolitoista Cheopsin pyramidia) ja 164 metrin kääntöterät (yli 50-kerroksinen rakennus). Lasikuituterien kokonaispaino on 100 tonnia. Itse asiassa tällaisella mallilla on oma tallennuslevy, vain sen massa on 300 kertaa suurempi kuin Ufimtsev.
Samaan aikaan tuuliturbiinien korkeuden ja niiden siipien välin odotetaan kasvavan edelleen, mikä tarkoittaa, että pienet pysähdykset uhkaavat niitä vielä vähemmän. Uskotaan, että on järkevää lisätä mittoja vähintään 300-400 metrin korkeuteen ja terän kärkiväli jopa 300 metriin.
Siemensin Enercon E-126: sta alkaen on jo olemassa menetelmä sellaisten valtavien terien luomiseksi - ne koostuvat kahdesta osasta, jotka on asetettu toisiinsa. Useat valmistajat aikovat lisätä lukumäärää jopa kolmeen.
Saman Vestas V164: n teho on jo ylittänyt 9 megawattia, ja sen siipien kaksinkertaistaminen kasvattaa tuuliturbiinin tehoa 40 megawattiin. Vielä tärkeämpää on, että sadan korkeusmetrin välein keskimääräinen tuulen nopeus kasvaa huomattavasti. Todella suurilla rakenteilla on järkevää rakentaa tuulipuistoja myös metsäalueille, joissa tuulen nopeus on yleensä melko matala maan lähellä.
Tuuliturbiinien koon jatkuvan kasvun vuoksi niiden energian hinta laskee koko ajan. Tuomari itse: ihmiset osaavat rakentaa edullisesti jopa 828 metrin rakennuksia, ja niiden korkeuden kasvaessa kustannukset kasvavat lineaarisesti. Mutta tuulimyllyn tuotos jokaisen korkeuden kaksinkertaistumisen myötä kasvaa jo neliöön. Mittakaavaedut ovat hyvin havaittavissa tuulienergiassa.
Jopa viisi vuotta sitten, vuonna 2012, länsimaiden tuuliturbiinit tuottivat sähköä yli 10 senttiä kilowattitunnilta. Kuten Yhdysvaltain energiaministeriö on todennut, tämä luku on kuitenkin pudonnut 4–5 senttiin kilowattitunnilta. Jopa uudet offshore-tuuliturbiinit, jotka ovat yleensä kalliimpia kuin maalla, tuottavat energiaa 6-7 senttiä kilowattitunnilta, ja tämä hinta putoaa jopa nopeammin kuin maalla. Syynä on, että merellä voi kantaa vähintään 200 metriä pitkiä teriä, koska meren "teillä" on paljon tilaa eikä tungosta.
Okei, sanot. Mutta entä rauhalliset jaksot, jolloin viikkoina ei ole voimakasta tuulta? No, siksi he rakentavat merituulivoimaloita Eurooppaan. Meren päällä on "käytäviä", joissa ei käytännössä ole rauhaa. Eurooppalaisten onneksi he ovat lähellä heitä ja usein matalissa vesissä. Esimerkiksi koko Pohjanmeri on melko matala, samoin kuin muuten suurin osa Yhdysvaltojen itärannikon edustalla olevista vesistä. Lisäksi tänä vuonna otettiin käyttöön maailman ensimmäinen kelluva tuulivoimala, jossa on kymmeniä megawateja. Sen tuulimyllyt ovat ankkuroituja, ja niiden työsyvyys on jopa 800 metriä. Tällaisen syvyyden merien kokonaispinta-ala on sellainen, että niistä on mahdollista tarjota energiaa koko maailmalle moninkertaisesti. Suurjänniteverkkojohtojen häviöt ovat nyt laskeneet alle 3 prosenttiin tuhatta kilometriä kohti - eli "merituuli" saavuttaa jopa sisämaan.
Samaan aikaan tuulipuistojen kestävyyttä ei pitäisi idealisoida. Kyllä, ne voivat tuottaa energiaa ympäri vuoden, ja talvella samat merituulimyllyt antavat enemmän energiaa kuin kesällä - talvimyrskyt auttavat. He eivät kuitenkaan pysty selviytymään aamun ja illan kulutushuipuista - tuuli puhaltaa suunnilleen saman verran klo 19.00 ja 03.00. Siksi lännessä uskotaan, että useita prosentteja vuotuisesta kokonaistuotannosta tuottaa edelleen "huippu" kaasulämpölaitokset. Samanaikaisesti ne kuluttavat paljon vähemmän polttoainetta kuin tänään, kun merituulivoimaloiden järjestelmiä ei ole vielä rakennettu. Mutta on syytä muistaa, että tätä tuskin täytyy odottaa kauan.
Nykyään tuulienergia tuottaa yli biljoonaa kilowattituntia vuodessa - enemmän kuin koko Venäjän energia-ala. Ja jos maassamme sähköntuotanto ei ole kasvanut vuodesta 1990 (suurin piirtein saman teollisuustuotannon määrän vuoksi), niin sitä ei voida sanoa tuulivoimaloista. Vain 10 vuotta sitten he eivät antaneet edes kymmenesosaa nykyisestä tuotoksesta. Voimme luotettavasti sanoa, että kymmenen vuoden kuluttua planeetan WEC-alueet antavat paljon enemmän kuin nyt. Lisäksi suurin osa tuulivoimaloista on parhaillaan rakentamassa Kiinassa, ja siellä he osaavat ottaa käyttöön todella massatuotannon.
tuulen viemää
Venäjä voi ylpeillä odottamattomimmasta piruetista ihmiskunnan polulla tuulienergiaan. Kun WPP: t eivät olleet suosittuja lännessä, ne olivat maassamme nousussa. Kun heitä alettiin aktiivisesti kehittää maailmassa, maahan ilmestyi joukko energia-alan asiantuntijoita, jotka huomauttivat: "Tuulivoimaloiden paikka Euroopassa on ohi." Totta, siitä lähtien kun aloimme sanoa tämän, tuulivoimalaitosten kapasiteetti on kasvanut kymmenen kertaa ja kasvaa edelleen. Ilmeisesti asiantuntijoidemme mielipidettä ei välitetty heille.
No, vuonna 2016 muutimme yhtäkkiä mieltämme, niin sanotusti, palasimme Dorezhnevin Neuvostoliittoon. Rosatom sanoi ensimmäisenä painavan sanansa osavaltiotasolla. Sen varapääjohtaja Vjačeslav Pershukov totesi rehellisesti: Rosatom voi jäädä ilman ulkomaisia rakennushankkeita, kun uudet ydinvoimaloiden ulkomaille rakentamisen tilaukset on täytetty, koska nämä markkinat kutistuvat nopeasti. Venäjän ulkopuolella ydinvoiman tuotanto on todellakin laskussa, eikä mahdollisuutta päästä ulos siitä ole näkyvissä.
Tärkein syy on yksinkertainen: Länsi-Euroopassa rakennettu ydinvoima on kallista. Venäjällä rakennettujen ydinvoimaloiden energia on halvempaa, mutta silti ei yhtä paljon kuin uusien länsimaisten tuuliturbiinien. Kyllä, niiden epäjohdonmukaisuuden kompensoimiseksi tarvitset muutaman kaasukäyttöisen lämpövoimalan, mutta myös ydinvoimalat tarvitsevat niitä. Loppujen lopuksi reaktori tuottaa aina saman tehon, ja ihmiset kuluttavat paljon enemmän päivällä kuin yöllä. Saman hinnan ja samanlaisten ongelmien vuoksi länsimainen ostaja, joka on aina vihreiden painostuksessa, ei koskaan valitse ydinvoiman tuotantoa.
Tässä Pershukov toteaa myös: mahdollisuudet uusien suurten ydinvoimaloiden rakentamiseen ulkomaille ovat käytännössä tyhjät. Meidän ei pitäisi ansaita rahaa ydinteknologiamarkkinoilla. Kaikki. Muuten se ei toimi”, hän toteaa oikein.
Tietysti, jos luovut ensin yrityksestä vuosikymmeneksi ja otat sen sitten, kun kilpailijoilla on jo vuosia kehitetty tekniikka, sinun ei pitäisi luottaa johtotehtäviin heti. Siksi Rosatom seurasi Peter I: n jo voittamaa polkua ja alkoi oppia uutta (tai pikemminkin vanhaa, maassamme unohdettua) hollantilaisilta. Tytäryhtiön kautta hän solmi kumppanuuden Lagerweyn kanssa. Vuoteen 2020 asti valtion yhtiö aikoo rakentaa 26 pientä 610 megawatin tuulipuistoa - Uljanovskin alueelta vuonna 2018. Kyllä, tämä on alle sadasosa vuotuisesta globaalista panoksesta, mutta Rosatom oppii näistä murusista. Lisäksi vuonna 2020 Venäjän tuuliturbiinien tuotanto on tarkoitus lokalisoida 65 prosentilla.
Se on vaikeampi myöhemmin, kun joudut menemään suuressa mittakaavassa. On mahdotonta tuottaa tuulivoimalaitoksia, joiden kokonaiskapasiteetti on vain satoja megawateja vuodessa, tuottavasti. Tämä on iso yritys, ilman massatuotantoa siinä ei ole alhaista hintaa. Siksi on tarpeen laajentaa sekä tuuliturbiinien rakentamista maassamme että tulla maailmanmarkkinoille. Kilpailu täällä on kuitenkin hyvin vaikeaa.
Jättiläiset, kuten Vestas, ovat vuosikymmenien ajan parantaneet tekniikkaansa ja rakentaneet täysin ainutlaatuisia tiloja. Esimerkiksi kymmenien tonnien suuruisten titaaniterien tuotantolaitos, joka sijaitsee saarella nimenomaan niin vaikean lastin viennin helpottamiseksi maanteille. Mihin Rosatom rakentaa tämän ja pystyykö se pysymään jatkuvasti parantuvien tuuliturbiinimarkkinoiden kanssa, on kysymys, eikä helppo.
Rosatomin edustaja Andrei Ivanov huomautti KP: lle, että "uuden energian" hankkeista vastaava Rosatom-divisioona NovaWind oli sopinut perustavansa yhteisyrityksen Lagerwey - Red Wind BV: n kanssa, joka käsittelee tuuliturbiinituotannon lokalisointia Venäjällä. ja tarkemmin - Volgodonskissa, lähellä Rosatomin nykyisiä tiloja. Maamme rakennetaan 2,5 ja 4,5 megawatin tuulivoimaloita. Punainen tuuli toimittaa vuoteen 2022 mennessä yhteensä 388 tällaista tuuliturbiinia, joista 60 ensimmäistä kootaan vain Venäjällä - Lagerwey-komponenteista - ja vasta sitten tulee olemaan niin vaikuttavia mitoiltaan paikallisia tuuliturbineja.
Ydinvoimalaitoksen kanssa hänelle oli paljon helpompaa. Loppujen lopuksi niitä ei luotu vain Neuvostoliitossa, mutta ne eivät lakanneet rakentamasta ja parantamasta maassamme. Ensimmäisenä olla tienraivaajana on paljon helpompaa kuin missä sinun on opittava muilta. Toivotaan, että valtion jättiläinen onnistuu, varsinkin kun sillä on hyvä suunnitteluhenkilöstö.
Tulevaisuuden tuuli
Tunnustetaan: tuuliturbiinit eivät todennäköisesti tule ihmiskunnan tärkeimmiksi energialähteiksi tulevina vuosikymmeninä. Kyllä, Tanskassa ne toimittavat jo suurimman osan sähköstä ja Yhdysvalloissa enemmän kuin vesivoimalaitokset. Mutta maissa, joissa on vielä paljon selkeitä päiviä, aurinkoenergia kehittyy nyt paljon nopeammin kuin tuuli. Sen avulla saadun sähkön hinnat laskevat jopa nopeammin kuin tuulipuistojen hinnat. Jo 2020-luvun alussa se ohittaa tuuliturbiinit tuotannossa ja siitä tulee tärkein oina, joka tuhoaa hiili- ja hiilivetyenergian.
Mutta maissa, joissa on pohjoisia alueita, tuulella voi olla erilainen rooli - päägeneraattori. Tätä ei todennäköisesti tapahdu Venäjällä, eikä vain siksi, että Samaran eteläpuolella on paljon aurinkoa. Vielä tärkeämpää on, että emme voi jättää ydin- tai kaasuenergiaa heille rakennetun valtavan infrastruktuurin takia. Siitä huolimatta vuoteen 2030 mennessä tuuliturbiinit ovat yleisiä elementtejä Venäjän maisemissa - kuten ne ovat nyt Saksassa tai Isossa-Britanniassa.