Ветровая энергетика требует тщательного планирования

Недавно мы рассказывали об ограничениях, налагаемых геофизическими факторами на мощность ветровой энергетики. А теперь поведаем о том, какую часть этого огромного потенциала можно извлечь при помощи уже существующих ветровых турбин. Этим вопросом задались Марк Джейкобсен из Стэнфордского и Кристина Арчер из Делавэрского университетов (оба — США). Им и слово.

Пока равномерностью распределения ветряков в мире и не пахнет: треть ветроэнергетики планеты принадлежит такому энергетическому «гиганту», как Испания. (Фото Vera Kratochvil / PublicDomainPictures.net.)

Первым ограничителем, который учли наши неформальные корреспонденты, стал закон Беца, согласно которому ветрогенератор не может иметь КПД, превышающий 59,3%, вне зависимости от своей конструкции. Хотя в 2001 году А. Н. Горбань, А. М. Горлов и В. М. Силантьев показали в своей модели, что речь идёт скорее о цифре, близкой к 30%, не все исследователи согласны с их выводами, поэтому предельный достижимый КПД учёные оценили всё же в 59%.

Другим ограничителем оказалось «перемешивание» — эффект снижения скорости ветра и потеря им определённого направления в том случае, если на ограниченной площади присутствует очень много турбин.

По расчётам исследователей, с учётом этих факторов при размещении турбин на 100-метровой высоте (основная высота для геометрического центра лопастей современных ветряков) по всему миру (кроме Антарктиды) максимально извлекаемая мощность равна 250 млрд кВт, что соответствует установленной мощности в 3 трлн кВт.

Если же разместить турбины только на суше и в шельфовых водах, то перемешивание ветровых потоков наступит при одновременном снятии 250 млрд кВт мощности, что соответствует 1 500 млрд кВт установленный мощности.

В случае установки турбин на высотах в 10 км (на привязных аэростатах; концепция, пока остающаяся перспективной и не испытанная в полевых условиях) авторы насчитали около 400 млрд кВт одновременно снимаемой мощности, что в полтора с лишним раза лучше, чем в сценарии с исключительно приповерхностными ветряками.

С одной стороны, цифры оптимистичны, с другой — не очень. Даже в минимальном варианте (суша и шельфовые воды, приповерхностный слой) потребуется использование 300 млн 5-мегаваттных турбин. В среднем это не так много (примерно полторы турбины на квадратный километр), однако капитальные затраты на такое строительство, несомненно, будут астрономическими. К счастью, пока об этом можно не беспокоиться: даже 10% от энергии, которую технически возможно извлечь из ветра уже сегодняшними технологиями, значительно превосходят нынешний уровень выработки электроэнергии всей цивилизацией.

Авторы, однако, предупреждают, что смешивание может начаться значительно раньше, если речь идёт о концентрации ветряков в одних регионах при их полном отсутствии в других, а потому призывают тщательнее подходить к планированию размещения ветрогенераторов, дабы не допустить их «скучивания».

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а с его препринтом всяк желающий, конечно же, ознакомится здесь.

Подготовлено по материалам Ars Technica.