История Ветроэнергетики

31.01.2012

История ветроэнергетики начинается с незапамятных времён. Энергия ветра вот уже более 6000 лет надежно и верно служит людям.

Начало

Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. В 7 в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже бо-лее совершенной конструкции - крыльчатые. В древности для получения муки израильтяне, как и другие народы, мололи съедобные зерна «в жерновах». Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.
«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со стани-ной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»). Масса такой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых, где для установки крыльев по ветру поворачивали весь корпус - с помощью далеко выступавшего руля или хвоста.
Начиная с XIII 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.
В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо - 1526 г., Глочестер - 1542 г., Лондон - 1582 г., Париж - 1608 г., и др. В Нидерландах ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами, а в засушливых областях Европы применялись для орошения полей.
Но какую бы работу ни выполняли при помощи мельницы, была необходима непрерывная подача энергии. А у ветра есть существенный недостаток: он часто меняет направление. Как же добиться того, чтобы крылья мельницы были всегда расположены с учетом направления ветра? И вот приду, или «столбовки». Эти мельницы покоились на столбе, подпертом балками, что позволяло поворачивать весь мельничный амбар, устанавливая крылья против ветра. По понятной причине «столбовки» не могли быть очень большими, и тогда придумали другую конструкцию: неподвижную башню с вращающейся крышей. В мельницах такого типа главный вал выходит из крыши, благодаря чему, куда бы ни дул ветер, ее вместе с крыльями-парусами можно развернуть против ветра. А как мельнику удавалось поворачивать крышу вме-сте с валом, крыльями и тормозным устройством? На фотографии мельницы в испанском горо-де Картахена можно заметить сзади выходящую из крыши балку, которая упирается в землю. Это не опорная балка, как может показаться, а рычаг. Такой рычаг, или «водило», позволял усилиями людей или животных поворачивать лопасти мельницы навстречу ветру.
У других мельниц было что-то наподобие пропеллера — ветряное колесо, установленное на противоположной от крыльев стороне крыши. Такое колесо нужно для того, чтобы крылья-паруса автоматически разворачивались в нужном направлении. Допустим, что крылья мельни-цы, поймав ветер, сильно раскрутились. Но внезапно ветер изменил направление, и крылья сра-зу стали вращаться медленнее. Теперь уже ветряное колесо, установленное под прямым углом к крыльям, ловит ветер и начинает раскручиваться. Оно приводит в движение механизм, который автоматически поворачивает крышу, так что крылья мельницы всегда оказываются против вет-ра. Другая сложность в укрощении ветра состоит в том, что сила ветра постоянно меняется. В древности ветрякам, крылья которых напоминали паруса лодок, было трудно «подстраиваться» под разную скорость ветра. От резкого торможения и вызванного им трения мог вспыхнуть огонь, сильные порывы ветра приводили к большим повреждениям: ломались крылья, отказы-вали тормоза. Эта проблема решилась в 1772 году, когда шотландский изобретатель заменил паруса на автоматически отрывающиеся и закрывающиеся щитики, похожие на жалюзи. Из книги «Ветряные мельницы»: «При сильном порыве ветра давление на щитики превосходит си-лу пружины, и они открываются, давая ветру „дорогу", от чего движение крыльев замедляется. Когда ветер стихает, щитики под действием пружины закрываются, что увеличивает поверх-ность крыльев, которые продолжают вращаться примерно с той же скоростью» («Windmills»). С вращающимися крышами и саморегулирующимися крыльями, мельницы достигли сво-его расцвета к концу XIX века. В то время мельницы в Европе вырабатывали 1 500 мегаватт энергии. Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитыва-лось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м. В России ветряные установки использовались в основном для помола зерна. В начале ХХ века в России насчитывалось около 250 тысяч ветряных мельниц, которые перерабатывали поч-ти половину урожая зерновых. Эти мельницы были сделаны из дерева, диаметр ветроколеса не превышал 12 м. Когда ветра технологических перемен принесли с собой электричество, паровую турбину и двигатель внутреннего сгорания, ветряные мельницы не могли соперничать с мощными и бы-стрыми машинами. Казалось, ветру никогда уже не придется раскручивать мельничные крылья. Однако это был не конец.