Большая Советская Энциклопедия (ВЕ) - БСЭ БСЭ

  Краткая история развития В. С древнейших времён человек использовал энергию ветра сначала в судоходстве, а затем для замены своей мускульной силы. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около г. Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во 2—1 вв. до н. э. В 7 в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции — крыльчатые. Несколько позднее, по-видимому в 8—9 вв., ветряные мельницы появились на Руси и в Европе. Начиная с 13 в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков. До Великой Октябрьской социалистической революции в крестьянских хозяйствах России насчитывалось около 250 тыс. ветряных мельниц, которые ежегодно перемалывали половину урожая (около 33 млн. т, или 2 млрд. пудов зерна). С изобретением паровых машин, а затем двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей старые примитивные ветряные двигатели и мельницы были вытеснены из многих отраслей и остались, главным образом, в сельском хозяйстве. В начале 20 в. русский учёный Н. Е. Жуковский разработал теорию быстроходного ветродвигателя и заложил научные основы создания высокопроизводительных ветродвигателей, способных более эффективно использовать энергию ветра. Они были построены его учениками после организации в 1918 Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). Советские учёные и инженеры теоретически обосновали принципиально новые схемы и создали совершенные по конструкции ветроэнергетические установки и ветроэлектрические станции (ВЭС) различных типов мощностью до 100 квт для механизации и электрификации процессов с.-х. производства и др. целей. Большие заслуги в создании основ В. и ветроиспользования имеют советские учёные Н. В. Красовский, Г. Х. Сабинин, Е. М. Фатеев и др. Промышленный выпуск ветродвигателей для механического привода машин был налажен в начале 20 в., а электрических ветроагрегатов с генераторами небольшой мощности — примерно в 20-х гг. В 40—50-х гг. в СССР и за рубежом получило интенсивное развитие строительство ВЭС. Так, в Дании в период 2-й мировой войны работали несколько десятков ВЭС, выработка которых превысила 80 млн. квт-ч электроэнергии. За годы Советской власти налажено серийное производство специализированных и универсальных ветродвигателей мощностью от 0,7 до 11 квт (от 1 до 15 л. с. ), главным образом, с механическими и электрическими трансмиссиями. В послевоенный период было выпущено более 40 тыс. ветродвигателей, в основном типов ТВ-8, ТВ-5, Д-12, ВЭ-2, которые с большой эффективностью применялись в колхозах и совхозах.

  Состояние В. к концу 60-х гг. 20 в. В СССР созданы новые типы более совершенных унифицированных быстроходных ветроэнергетических агрегатов (ВБЛ-3, ВПЛ-4, «Беркут», «Ветерок» и др.), в которых используются новые типы насосов и генераторов, пневматические, электрические и др. виды приводов, более совершенные системы регулирования. Большинство ветродвигателей применяют для механизации подъёма воды, особенно на пастбищах и отдалённых фермах в Поволжье, на Алтае и Чёрных землях, в Казахской, Туркменской, Узбекской ССР и др. зонах, где они работают 250—300 дней в году. Разработка теоретических основ и создание новых конструкций ветроэнергетических агрегатов различного назначения проводятся в Советском Союзе (Всесоюзный НИИ электрификации сельского хозяйства, Всесоюзный НИИ электромеханики, ЦАГИ и др.), ФРГ (Штутгартская школа ветроэнергетиков), США, Великобритании, Франции, Дании и др. странах. В тех странах мира, где широко развита В., используются (по неполным данным) более 600 тыс. ветроэнергетических установок (по материалам ЮНЕСКО за 1967). В 1968 в Австралии эксплуатировались более 250 тыс. ветроустановок, преимущественно насосных. В СССР число эксплуатируемых ветродвигателей (без самодельных) составляет 8—9 тыс.

  Перспективы развития. Роль В. в Советском Союзе возрастает при реализации большой программы по обводнению и мелиорации земель и решении важнейших задач развития механизации животноводства и электрификации сельского хозяйства. Ветроэнергетические установки с успехом могут быть применены для механизации водоснабжения потребителей, осушения заболоченных участков и мелко-оазисного орошения бахчевых, кормовых и огородных культур во вновь осваиваемых пустынных и полупустынных зонах, для энергоснабжения отдалённых объектов и др. Для этих целей предполагается применить десятки тыс. ветроустановок, что в несколько раз снизит затраты на водоподъём. Это явится, как писал ещё в 30-х гг. 20 в. известный русский учёный К. А. Тимирязев, идеальным решением вопроса борьбы с засухой. Первые опыты показали, что ветроэлектрические агрегаты также целесообразно применять для питания энергией установок по опреснению минерализованных грунтовых вод, для так называемой катодной защиты трубопроводов и морских сооружений от коррозии, а ветропневматические установки— для аэрации водоёмов в зимнее время закачкой воздуха под лёд. Изучается возможность создания более крупных ВЭС (в частности, на Филиппинах — до 5 Мвт ) для энергоснабжения изолированных потребителей в труднодоступных районах (арктических, горных и др.) и на островах, куда доставка топлива сложна и дорога. Наиболее перспективно применение таких ВЭС для параллельной или совместной работы с др. электрическими станциями. В более отдалённой перспективе — применение высотных ВЭС мощностью до 3—5 Мвт, использующих энергию воздушных потоков в тропопаузе.

  Лит.: Вопросы ветроэнергетики, [Сб. ст.], М., 1959; Красовский Н. В., Сабинин Г. Х., Проблемы использования энергии ветра, М., 1923; Красовский Н. В., Как использовать энергию ветра, М. — Л., 1936; Шефтер Я. И., Ветроиспользование и его роль в энергетике сельского хозяйства, «Научные труды по электрификации сельского хозяйства», 1967, т. 20; Шефтер Я. И. [сост.]. Состояние, научно-технические и экономические основы развития ветроэнергетики и рекомендации по применению ветродвигателей, М., 1966; Сабинин Г. Х., Фатеев Е. М., Проблема использования энергии ветра в СССР, состояние и перспективы, «Изв. АН СССР. Отделение технических наук. Энергетика и автоматика», 1960, № 6; Колодин М. В., Ветер и ветротехника, Аш., 1957; Тажиев И. Т., Энергия ветра, как энергетическая база электрификации сельского хозяйства Казахстана, А.-А., 1949: Gliding Е. W., The generation of electricity by wind power, L., 1955.

  М. В. Колодин, Я. И. Шефтер.

Рис. 3. Характер изменений скорости ветра за короткий промежуток времени.

Рис. 1. Сезонная изменчивость скоростей ветра.

Рис. 2. Суточное изменение скоростей ветра.

Ветроэнергетическая установка

Ветроэнергети'ческая устано'вка, комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо др. вид энергии. В. у. (см. блок-схему, рис. 1 ) состоит из ветроагрегата (ветродвигатель 1 в комплекте с одной или несколькими рабочими машинами 2 ) (рис. 2 ), аккумулирующего или резервирующего устройства 3, в ряде случаев дублирующего неветрового двигателя 4 и систем 5 автоматического управления и регулирования режимов работы.

  В качестве аккумулирующего устройства часто применяют наполняемую водой ёмкость или батареи электрохимических аккумуляторов; для кратковременного запаса энергии и выравнивания потребляемой мощности при небольших изменениях скорости ветра — инерционные аккумуляторы. Дублирующий двигатель (обычно двигатель внутреннего сгорания) используют в периоды безветрия и в тех случаях, когда из-за снижения скорости ветра мощность, развиваемая ветродвигателем, становится ниже номинальной либо недостаточна для питания электроэнергией всей присоединённой нагрузки.

  Системы автоматического управления и регулирования служат для включения и выключения ветродвигателя (в зависимости от режимов ветра и нагрузки, степени заполнения водой емкости или заряда аккумулятора), для контроля за работой главных элементов В. у., согласования режимов совместной или параллельной работы ветряного и теплового двигателей и др.

  Различают В. у. специального назначения (насосные, или водоподъёмные, электрические зарядные, мельничные, опреснительные и т.п.) и комплексного применения (ветросиловые и ветроэлектрические). В силовых В. у. от механической трансмиссии ветродвигателя приводятся в движение исполнительные машины, в электрических В. у. вырабатываемая электроэнергия передаётся на электродвигатель исполнительной машины. В зависимости от типа и характеристик ветродвигателей и рабочих машин В. у. могут быть тихоходными, средней быстроходности и быстроходными. Установленная (расчётная) мощность В. у. зависит, главным образом, от диаметра ветроколеса и значения расчётной скорости ветра. Известны В. у. мощностью от 100 вт до 1000 квт. В отличие от др. энергетических установок, В. у. работает с постоянно изменяющимися в широких пределах мощностью и частотой вращения ветроколеса. См. также Ветроэнергетика .