In alcuni paesi, le turbine eoliche hanno già sostituito le fonti energetiche più tradizionali. Cosa stiamo aspettando?
Turbine eoliche in Russia
I mulini a vento di tutto il mondo ora generano più elettricità dell'intera industria energetica in Russia e ad un prezzo la loro generazione ha già raggiunto il livello delle centrali termiche. E questo nonostante il fatto che dieci anni fa gli ingegneri e i funzionari russi ritenessero esaurite le loro opportunità di sviluppo e gli stessi parchi eolici fossero troppo costosi. Ora tutto è capovolto: la corporazione statale russa sta investendo decine di miliardi per mettersi al passo con l'Occidente nel campo delle turbine eoliche. Perché le precedenti previsioni degli esperti russi non si sono avverate, di cui non abbiamo tenuto conto? E ci sono prospettive per i tentativi di Rosatom di sprecare denaro?
Vento di storia
Quando le persone hanno pensato per la prima volta di usare il vento, è una domanda complicata. Ci sono prove indirette che Homo erectus o Neanderthal potrebbero aver navigato. I tentativi moderni di superare lo stretto tra Creta e la terraferma - e 130 mila anni fa, su quest'isola sono apparsi improvvisamente strumenti di pietra - hanno dimostrato che non è realistico farlo a remi: la corrente in questo stretto è troppo forte. Le incisioni rupestri, che confermano accuratamente l'uso delle vele, hanno diverse migliaia di anni.
Video promozionale:
Le prime macchine meccaniche, mosse dalla forza del vento, furono inventate da Airone d'Alessandria, nel I secolo a. C. (creò anche il primo esemplare di turbina che ruota durante la combustione del carburante). È vero, il suo mulino a vento non ha risolto un problema pratico, ma divertente. Era una specie di strumento musicale, che agisce con la rotazione della ruota da parte del vento in arrivo.
Intorno al 400 d. C., i mulini a vento con un asse di rotazione verticale - macchine di preghiera - compaiono nei templi buddisti in India. È facile notare la loro differenza fondamentale rispetto allo schema di Heron: la versione buddista del mulino a vento è "appoggiata su un lato".
Un'applicazione pratica delle macchine eoliche è stata trovata nel IX secolo in Iran (descrizioni di Abu Ishaq al-Istakhri). Tuttavia, non avevano nulla a che fare con quelli a cui siamo abituati. Si trattava di torri, intorno al perimetro delle quali c'erano strutture a rete rivestite di tessuto. Il vento le ha ruotate e un meccanismo speciale ha convertito la rotazione dell'asse verticale nel movimento delle macine o nel funzionamento di un dispositivo di sollevamento dell'acqua.
Dall'Iran la novità ha raggiunto l'India e la Cina, ma non l'Europa, che ha poi preso in prestito pochissime innovazioni tecniche.
Nel 1185, il primo mulino a vento fu menzionato nello Yorkshire (Inghilterra), e questo primo mulino a vento occidentale era già di tipo familiare - con un asse di rotazione orizzontale, su cui erano montate pale rotanti verticalmente. Come possiamo vedere, dal 12 ° secolo, gli approcci occidentale e orientale alle turbine eoliche erano opposti.
I vantaggi dello schema orientale rispetto a quello occidentale sono evidenti. Un mulino ad asse verticale funziona indipendentemente dalla direzione del vento, quindi i cinesi e gli iraniani potrebbero lasciarlo incustodito e andare a fare cose più importanti. Inoltre, nella versione orientale, a parità di potenza, la deriva della struttura è molto più alta, motivo per cui inizia a funzionare anche con un vento debole.
D'altra parte, la turbina eolica occidentale ad asse orizzontale ha i suoi punti di forza. Sì, deve essere "tenuto sottovento", ma le sue pale sono sempre influenzate dal vento da un solo lato, il che aumenta la loro produzione di energia. Quella orientale, ad ogni rivoluzione, vive un momento in cui le pale girano e il vento le "colpisce" dall'altra parte. C'è abbastanza inerzia perché la struttura possa ruotare ulteriormente, ma l'albero trema violentemente e parte dell'energia di rotazione va a compensare l '"impatto". A causa di questi carichi variabili, l'albero o la torre devono essere resi più resistenti e massicci. I risultati sono evidenti: la turbina eolica occidentale è più difficile da far funzionare, ma più efficiente ed economica.
I mulini a vento erano estremamente diffusi in Europa fino alle macchine a vapore e all'elettricità. Quasi non richiedevano personale, linee elettriche (che è importante nelle zone rurali) ed erano meno rumorose. Ebbene, la versione di un mulino a vento che solleva l'acqua da un pozzo è ancora estremamente popolare nel terzo mondo, dove l'elettrificazione non ha ancora colpito più di un miliardo di persone.
I tentativi di fare amicizia con il vento e l'elettricità furono fatti molto presto. La prima turbina eolica a produrre elettricità fu costruita in Danimarca nel 1890. In Occidente, le loro dimensioni all'inizio del XX secolo raggiungevano i 25 metri di altezza e la luce della lama era di 23 metri. Purtroppo tutto è stato rovinato dal problema del vento variabile. L'elettricità era necessaria anche quando non soffiava ei generatori diesel e le linee elettriche erano piuttosto economici. Così i mulini a vento furono spinti in campi lontani, dove lavoravano per l'irrigazione. Ma solo per un po '!
Il vento del cambiamento in URSS
Quando il mondo occidentale ha iniziato a sbarazzarsi delle turbine eoliche a causa dell'elettrificazione, il nostro paese ha preso una strada completamente diversa: "sottovento". Per compensare la carenza di centrali termiche, l'Istituto Centrale Aeroidrodinamico negli anni '20 creò una serie di piccole turbine eoliche con una capacità fino a 30 kilowatt, fornendo loro un accumulatore idraulico. Con un eccesso di generazione, la turbina eolica sollevava l'acqua all'altezza dell'albero e, quando non c'era vento, prosciugava l'acqua indietro, accendeva la turbina dell'acqua, che dava corrente. Sono stati utilizzati in Buriazia e in altri luoghi senza linee elettriche. Lo schema, a proposito, è estremamente ragionevole: quest'anno un'intera centrale elettrica è stata costruita in Germania secondo lo stesso concetto, solo molto più potente.
In URSS, prima della scoperta dei giacimenti di petrolio e gas siberiani, le fonti energetiche alternative venivano sviluppate attivamente per ragioni strategiche. Il 90 per cento del petrolio sovietico veniva prodotto nel Caucaso ed era ovvio che in qualsiasi guerra il nemico avrebbe cercato di colpire lì. Questo è ciò che l'aviazione francese prevede di fare nel 1940. Solo la distruzione della Terza Repubblica da parte di Hitler ha impedito che ciò accadesse. Lo stesso Hitler voleva farlo, ma non ci è riuscito. Per proteggersi, il governo sovietico ha incoraggiato una varietà di alternative: da una e mezza sui generatori di gas a legna a … turbine eoliche con stoccaggio a volani.
Sì, proprio un miracolo del genere è stato lanciato a Kursk nel 1931. Con una capacità di soli 35 kilowatt, era dotato di un "disco di accumulo" (un terzo di tonnellata) rotante in un contenitore da cui veniva evacuata l'aria per ridurre gli attriti. La centrale eolica dell'inventore Ufimtsev illuminava la sua casa e alimentava l'officina anche quando non c'era vento. Tuttavia, nel 1936 morì e da allora la stazione (è ancora in piedi) non è mai stata lanciata.
Tuttavia, anche senza dispositivi di memorizzazione, le turbine eoliche sovietiche erano tra i leader. Nel 1931, vicino a Balaklava, fu costruito il generatore eolico più potente del mondo con 100 kilowatt (apertura delle pale - 30 metri). È interessante che i tedeschi, che ora sono in prima linea nello sviluppo dell'energia eolica, abbiano trattato i parchi eolici in modo piuttosto sgarbato. Nel 1941, i loro bombardamenti misero fuori uso il più grande mulino a vento del pianeta. Forse era una questione di invidia: le loro turbine eoliche allora non davano più di 70 kilowatt ed erano molto meno. Nel 1950-1955, l'URSS ha prodotto 9.000 turbine eoliche all'anno, con una capacità fino a centinaia di kilowatt. Ebbene, come si potrebbero rifornire di energia le terre vergini e il nord prima dei generatori diesel?
Vento di indipendenza
L'energia eolica sovietica è stata uccisa dal boom postbellico dei combustibili liquidi a basso costo, mentre quella occidentale è stata ripresa dalla crisi petrolifera degli anni '70. Poi è maturata l'idea di indipendenza energetica dal nervoso e incline a una cospirazione monopolistica dei popoli orientali di approvvigionamento a scapito dell'energia eolica.
A prima vista, ci troviamo di fronte a una chiara regressione. Perché passare da fonti energetiche stabili a quelle che dipendono letteralmente dalla brezza? Inoltre, alcuni anni fa, funzionari russi ci hanno detto che le turbine eoliche in Europa producono energia costosa. Proviamo a capirlo.
L'odierno mulino ad asse orizzontale, infatti, non dipende tanto dalle minime fluttuazioni della velocità del vento. Vestas V164 è alto 220 metri (una piramidi e mezza di Cheope) e pale con un'oscillazione di 164 metri (edificio di oltre 50 piani). Il peso totale delle sue pale in fibra di vetro è di 100 tonnellate. In effetti, un tale design ha il proprio disco di archiviazione, solo la sua massa è 300 volte maggiore di quella di Ufimtsev.
Allo stesso tempo, è previsto un ulteriore aumento dell'altezza degli aerogeneratori e dell'ampiezza delle loro pale, il che significa che sono ancora meno minacciati da piccoli arresti. Si ritiene che abbia senso aumentare le dimensioni almeno fino ad altezze di 300-400 metri e un'apertura della lama fino a 300 metri.
A partire da Enercon E-126 di Siemens, esiste già un metodo per creare lame così colossali: sono costituite da due sezioni che vengono inserite l'una nell'altra. Un certo numero di produttori prevede di aumentare il proprio numero anche a tre.
La potenza dello stesso Vestas V164 ha già superato i 9 megawatt, e un raddoppio della campata delle sue pale porterà un aumento della potenza della turbina eolica a 40 megawatt. Ancora più importante, con ogni cento metri di altitudine, la velocità media annuale del vento aumenta notevolmente. Con strutture molto grandi, ha senso costruire parchi eolici anche in aree boschive dove la velocità del vento è solitamente piuttosto bassa vicino al suolo.
A causa della continua crescita delle dimensioni delle turbine eoliche, il costo della loro energia è in costante calo. Giudicate voi stessi: le persone sanno costruire a buon mercato anche edifici di 828 metri, e con l'aumento della loro altezza i costi crescono linearmente. Ma la produzione del mulino a vento con ogni raddoppio dell'altezza cresce già al quadrato. Le economie di scala sono molto evidenti nell'energia eolica.
Infatti, anche cinque anni fa, nel 2012, le turbine eoliche in Occidente producevano elettricità più di 10 centesimi per chilowattora. Tuttavia, oggi questa cifra, come rilevato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, è scesa a 4-5 centesimi per chilowattora. Anche le nuove turbine eoliche offshore, che di solito sono più costose di quelle terrestri, forniscono energia per 6-7 centesimi per kilowattora, e questo prezzo sta scendendo ancora più velocemente che a terra. Il motivo è che in mare si possono trasportare pale lunghe almeno 200 metri, dato che c'è molto spazio sulle "strade" del mare e non c'è affollamento.
Va bene, dici. Ma per quanto riguarda i periodi di calma, quando non c'è vento forte per settimane? Ecco perché costruiscono turbine eoliche offshore in Europa. Ci sono “passaggi” sul mare, dove non c'è praticamente calma. Fortunatamente per gli europei, sono vicini a loro e spesso in acque poco profonde. Ad esempio, l'intero Mare del Nord è piuttosto superficiale, come, a proposito, la maggior parte delle acque al largo della costa orientale degli Stati Uniti. Inoltre, quest'anno è stata messa in servizio la prima centrale eolica galleggiante al mondo con decine di megawatt. I suoi mulini a vento sono ancorati e le profondità di lavoro per loro sono fino a 800 metri. L'area totale dei mari di tale profondità è tale da poter fornire energia a tutto il mondo e molte volte. Le perdite nelle linee di trasmissione CC ad alta tensione sono ora scese al di sotto del 3 percento per mille chilometri, ovvero l'energia eolica "marina" raggiungerà anche l'interno.
Allo stesso tempo, la sostenibilità dei parchi eolici non dovrebbe essere idealizzata. Sì, possono fornire energia tutto l'anno e in inverno gli stessi mulini a vento offshore daranno più energia che in estate - le tempeste invernali aiuteranno. Tuttavia, non riescono a far fronte ai picchi di consumo mattutini e serali: il vento soffia all'incirca allo stesso modo alle 19:00 e alle 03:00. Pertanto, in Occidente, si ritiene che diversi punti percentuali della produzione annua totale continueranno a essere forniti da centrali termiche a gas "di punta". Allo stesso tempo, consumeranno molto meno carburante di oggi, quando gli array di turbine eoliche offshore non sono ancora stati costruiti. Ma vale la pena ricordare che questo difficilmente dovrà aspettare a lungo.
Oggi l'energia eolica produce più di un trilione di kilowattora all'anno, più dell'intero settore energetico in Russia. E se la produzione di elettricità nel nostro paese non è cresciuta dal 1990 (a causa approssimativamente dello stesso volume di produzione industriale), allora non si può dire delle turbine eoliche. Solo 10 anni fa non davano nemmeno un decimo della produzione attuale. Possiamo dire con sicurezza che tra dieci anni i WEC del pianeta daranno molto di più di quanto non facciano ora. Inoltre, la maggior parte di tutte le turbine eoliche sono attualmente costruite dalla Cina, e lì sanno come implementare la produzione di massa.
via col vento
La Russia può vantare la piroetta più inaspettata sul percorso dell'umanità verso l'energia eolica. Quando i WPP erano impopolari in Occidente, erano in aumento nel nostro paese. Quando hanno iniziato a svilupparsi attivamente nel mondo, nel paese sono apparse folle di esperti del settore energetico, che hanno sottolineato: “Il posto per le turbine eoliche in Europa è finito. È vero, da quando abbiamo iniziato a dirlo, la capacità degli impianti eolici tra gli europei è decuplicata e continua a crescere. A quanto pare, l'opinione dei nostri esperti non è stata loro comunicata.
Bene, nel 2016, abbiamo improvvisamente cambiato di nuovo le nostre menti, per così dire, siamo tornati nell'URSS di Dorezhnev. Rosatom è stato il primo a pronunciare la sua parola pesante a livello statale. Il suo vicedirettore generale Vyacheslav Pershukov ha onestamente osservato: dopo aver adempiuto agli ordini esistenti per la costruzione di nuove centrali nucleari all'estero, Rosatom potrebbe essere lasciato senza progetti di costruzione stranieri, poiché questo mercato si sta rapidamente restringendo. La produzione nucleare al di fuori della Russia è effettivamente in declino e non si vedono prospettive di una via d'uscita.
Il motivo principale è semplice: l'energia nucleare costruita in Occidente è costosa. L'energia delle centrali nucleari di costruzione russa è più economica, ma non tanto quanto quella delle nuove turbine eoliche occidentali. Sì, per compensare la loro incoerenza, servono alcune centrali termiche a gas, ma anche le centrali nucleari ne hanno bisogno. Dopotutto, il reattore fornisce sempre la stessa potenza e le persone consumano molto di più durante il giorno che di notte. A parità di prezzo e pari problemi, l'acquirente occidentale, sempre sotto la pressione dei “verdi”, non sceglierà mai la generazione nucleare.
Ecco Pershukov e afferma: le possibilità di costruire nuove grandi centrali nucleari all'estero sono praticamente esaurite. “Non dovremmo fare soldi sul mercato della tecnologia nucleare. Tutti. Non funziona altrimenti , osserva correttamente.
Ovviamente, se prima abbandoni un'attività per un decennio e poi la intraprendi, quando i concorrenti hanno già tecnologie che sono state elaborate per anni, allora non dovresti contare subito su posizioni di leadership. Rosatom ha quindi seguito la strada già battuta da Pietro I e ha iniziato a impararne una nuova (o meglio, una vecchia, ben dimenticata nel nostro paese) dagli olandesi. Attraverso una filiale, ha formato una partnership con Lagerwey. Entro il 2020, la società statale prevede di costruire 26 piccoli parchi eolici con 610 megawatt, a partire dalla regione di Ulyanovsk nel 2018. Sì, questo è meno di un centesimo dell'input globale annuale, ma Rosatom impara da queste briciole. Inoltre, nel 2020, si prevede di localizzare la produzione di turbine eoliche in Russia del 65%.
Sarà più difficile in seguito, quando dovrai andare su larga scala. È impossibile produrre turbine eoliche con una capacità totale di solo centinaia di megawatt all'anno con un profitto. Questo è un grande affare, non ci sarà prezzo basso senza produzione di massa. Pertanto, è necessario espandere sia la costruzione di turbine eoliche nel nostro paese che entrare nel mercato mondiale. Tuttavia, sarà molto difficile competere qui.
Giganti come Vestas hanno trascorso decenni a perfezionare le loro tecnologie e costruito strutture completamente uniche. Ad esempio, un impianto per la produzione di pale titaniche da decine di tonnellate, situato sull'isola, proprio per rendere più facile il trasporto di un carico così difficile per le strade terrestri. Dove Rosatom lo costruirà e se sarà in grado di tenere il passo con il mercato delle turbine eoliche in costante miglioramento è una domanda, e non facile.
In un commento a KP, il rappresentante di Rosatom Andrei Ivanov ha osservato che NovaWind, la divisione Rosatom responsabile dei progetti nella "nuova energia", aveva accettato di stabilire una joint venture con Lagerwey - Red Wind BV. Si occuperà della localizzazione della produzione di turbine eoliche in Russia, e più specificamente - a Volgodonsk, vicino alle strutture esistenti di Rosatom. Nel nostro Paese verranno costruite turbine eoliche da 2,5 e 4,5 megawatt. In totale, Red Wind fornirà 388 turbine eoliche di questo tipo entro il 2022, di cui le prime 60 saranno assemblate solo in Russia - da componenti Lagerwey - e solo allora ci saranno turbine eoliche "locali" di dimensioni così impressionanti.
È stato molto più facile per lui con la centrale nucleare. Dopotutto, non solo sono stati creati in URSS, ma non hanno smesso di costruire e migliorare nel nostro paese. Essere il primo in ciò in cui sei un pioniere è molto più facile di dove devi imparare dagli altri. Speriamo che il gigante statale abbia successo, soprattutto perché ha un buon personale di ingegneria.
Vento del futuro
Ammettiamolo: è improbabile che le turbine eoliche diventino la principale fonte di energia per l'umanità nei prossimi decenni. Sì, in Danimarca forniscono già la maggior parte dell'elettricità e negli Stati Uniti forniscono più delle centrali idroelettriche. Ma nei paesi in cui ci sono ancora molte giornate limpide, l'energia solare si sta sviluppando molto più velocemente del vento. I prezzi dell'elettricità ottenuta con il suo aiuto stanno scendendo ancora più velocemente di quelli dei parchi eolici. Già all'inizio degli anni '20 supererà le turbine eoliche in produzione e diventerà il principale ariete che distrugge l'energia del carbone e degli idrocarburi.
Ma per i paesi con territori settentrionali, il vento può svolgere un ruolo diverso: il generatore principale. È improbabile che ciò accada in Russia, e non solo perché a sud di Samara abbiamo molto sole. Ancora più importante, non possiamo lasciare né l'energia nucleare né quella a gas a causa dell'enorme infrastruttura che è stata costruita per loro. E tuttavia, entro il 2030 le turbine eoliche diventeranno elementi frequenti nei paesaggi russi, come lo sono ora in Germania o in Gran Bretagna.
