Карта высотных ветров

июня 17, 2009

Исследователи института Карнеги провели масштабное исследование и определили места не Земле наиболее пригодные для использования высотных ветров в ветроэнергетике. “Высотные ветры представляют наибольшую и высококонцентрированную форму возобновимой энергии, доступной на Землк. Если бы мы могли узнать, как извлечь энергию из ветров и распределить по планете, то мы обеспечили бы всю цивилизацию энергией.”, так заявил Кен Калдейра, ученый климатолог Стенфордского университета.

Эти ветра более стабильные и более мощные, чем ветра бующие возле поверхности Земли. Согласно исследованиям Кена Калдейра и Кристины Аркер, из калифорнийского универститета, наилучшие места для эффективного использования высотных ветров находятся на востоке США и в Восточной Азии. Недавно Аркер и Калдейра опубликовали в журнале “Energies” отчет о своих исследованиях, в которых используя исторические данные они провели первую оценку мощности высотных ветров. За основу были взяты данные о движении ветров накопленые за последние тридцать лет. В исследовании учитывались ветра, которые дуют на высоте от 10 метров до 15 километров.

Они определили, что самые эффективные места для использования высотных ветров – это воздушное пространство на высоте 6 миль над Японией и восточным Китаем, Восток американского побережья, южная часть Австралии и северо-восточная Африка. Тут высотные ветра имеют самую высокую скорость и плотность воздуха. В среднем, в этих регионах можно получать больше 10 кВт/ч электроэнергии в день с одного квадратного метра.

Также во время исследования были изучены высотные профили ветра выше пяти крупных городов мира. Оказалось что в Токио, Сеуле и Нью-Йорке есть большой потенциал для использования высотных ветров в ветроэнергетике из-за их расположения ниже полярных ветровых потоков. Тут потоки высотного ветра движутся на порядок выше чем над землей. Например, ветер над Нью-Йорком имеет в квадратном метре запас энергии достаточный чтобы обеспечить дневные потребности среднего американца. А если удастся использовать силу ветра для производства электроэнергии только над Нью-Йорком, то полученая энергия ветра в 100 раз перекроет мировые потребности в электроэнергии.

Уже существуют технологии позволяющие использовать эти высотные ветра для получении электроэнергии, например осованые на принципе воздушного змея. “Большинство других возобновимых источников энергии, таких как солнечная энергия и обычный ветер, требуют огромных систем распределения – большие площади занимаемые солнечными батареями на солнечных фермах или множество ветрогенераторов и больших ветротурбин”, сказал Калдейра. “Высококонцентрированная энергия высотных потоков ветра позволит обеспечить человека энергией с небольшой площади.”.

“Но все-таки существуют и недостатки в данном подходе”, сказала Кристина Аркер, “мы считали, что высотные ветра постоянны и устойчивы, но исследования показали, что есть значительное количество часов, когда высотные ветры ослабевают и малоэффективны. И из-за того что воздушные течения прерывисти, даже регионы с большим потенциалом испытывали бы перебои в электроэнергии”.

Чтобы компенсировать подобные ситуации, энергетическая система основаная на высотных ветрах, должна иметь запас энергии для подачи в электросеть во время снижения силы ветра. Например, иметь большие аккумуляторы для накапливания электроэнергии в период высокой активности ветра.

Пока не существует надежной отработанной технологии для получении энергии высотных ветров в промышленных масштабах. Проблема заключается не только в том, как запустить такой большой воздушный змей, но и в том, как передать электрическую или механическую энергию вниз, на землю. Но опытные образцы успешно работают уже пять лет.
По словам Аркер, коммерческая технология по использованию высотных ветров могла бы быть готовой уже через десять лет, имей они инвестиции в проект.

“Опытные образцы уже работают, но в меньших масштабах. Это очень захватывающе и мы успешно движемся вперед. Я не думаю, что это решение энергетической проблемы, но использование энергии высотных ветров будет частью решения этой проблемы”, сказала Кетрин Аркер.

Вот некоторые недостатки и преимущества использования высотных реактивных ветров по сравнению с обычными наземными ветрогенераторами.
Преимущества:
* Не портит пейзаж;
* Отсутствует зашумленность;
* Уменьшает воздействие на дикую природу;
* Нет выбросов углекислого газа;
* Позволяет максимально использовать силу ветра.

Неудобства:
* Высокая стоимость обслуживания;
* Опасный, поскольку они могут упасть;
* Самолеты могут врезаться в ветрогенераторы, поскольку реактивные самолеты часто следуют вдоль воздушных течений.

P.S. Приведем стандартную формулу расчета энергии вырабатываемой ветрогенератором

кВт/час = <!– /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:”"; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:12.0pt; font-family:”Times New Roman”; mso-fareast-font-family:”Times New Roman”;} @page Section1 {size:612.0pt 792.0pt; margin:2.0cm 42.5pt 2.0cm 3.0cm; mso-header-margin:36.0pt; mso-footer-margin:36.0pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} –>

(1/2)(p)(V³)(A)(E)(H)

, где

” p ” – плотность воздуха

” V³ ” – скорость ветра “в кубе”

” A ” -  площадь лопастей ротора ветротурбины

” E ” -  коэффициент мощности ветрогенератора для данной скорости ветра (см. выше V). Теоретически он не может превышать 59,3% “предел Бетца” (ротор ветротурбины без внешнего кожуха не может использовать более 59,3% энергии ветра – эти данные были доказаны немецуим специалистом по аэродинамике Иоганном Альбертом Бетцом в 1920 году)

“H” время работы турбины в часах