Ветроэнергетика и границы возможного

Исследование под общим руководством Кэйт Марвел из Ливерморской национальной лаборатории (США) попыталось обозначить границы возможного для эоловой энергетики, причём не экономические или технические, а геофизические.

Цифры получились оптимистичными, хотя обращение с ними требует некоторой осторожности.

Ветровые электростанции имеют несколько теоретических ограничений, до недавнего времени формулировавшихся лишь качественно и не просчитывавшихся количественно. Американские учёные попробовали восполнить этот пробел и ответить на ряд вопросов, которые в связи с десятикратным ростом ветроэнергетики в последние десять лет (с 23,9 до 238,4 ГВт установленной мощности за 2001–2011 годы) приобрели вполне актуальное звучание.

Первое и самое главное: какова мощность, потенциально посильная для ветроэнергетики? Согласно проведённому моделированию, если ограничиваться только ветрами, дующими у поверхности Земли (как водной, так и сухопутной), суммарная мощность может составить не менее 428 000 ГВт, в то время как общемировая установленная мощность энергетики сегодня не достигает и 5 000 ГВт. При превышении 428 000 ГВт влияние ветряков на скорость ветра будет таково, что вероятным станет её снижение до величин значительно ниже существующих, хотя, как отмечают авторы, действительный масштаб такого влияния сейчас определить сложно из-за слабой исследованности проблемы.

За последние десять лет мощность ВЭС выросла в десять раз. Но конкуренты не дремлют: гелиоЭС сделали то же самое за пятилетку. Каковы границы возможного для эолового сектора? (Иллюстрация Global Wind Statistics.)

Но это ещё не всё: при использовании всех ветров, в том числе высотных (до 16 км), суммарная мощность эоловых турбин может увеличиться до 1 600 000 ГВт, что настолько больше нынешних цифр всеобщей энергетики, что вопрос об исчерпаемости энергии ветра пока даже рано ставить. Оптимистично? Да. Сейчас ветер «даёт» не более 430 млрд кВт•ч в год, то есть только при использовании приземных ресурсов у эоловой энергетики есть физическая возможность для тысячекратного наращивания выработки.

А теперь перейдём к не столь оптимистичным сторонам исследования. При эксплуатации только приземной ветроэнергетики (именно так дела обстоят сегодня) турбины не просто замедляют ветер, но и глобально утепляют климат — правда, по словам авторов, незначительно. Технические причины эффекта понятны: кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую не полностью, что-то уходит на разогрев подвижных частей ветряков. Кроме того, снижение общемировой скорости ветра ведёт к ухудшению перемешивания воздуха из тропосферы с более высокими атмосферными слоями, что также способствует росту глобальной наземной температуры.

С этим можно бороться: как показало моделирование, использование энергии ветров, дующих в атмосфере на значительных высотах, может снизить скорости воздушных потоков, господствующих в верхних слоях тропосферы и препятствующих интенсивному перемешиванию тёплого тропосферного воздуха с более холодными внешними слоями. Интенсивная эксплуатация в ветроэнергетических целях высотных районов способна даже слегка охладить поверхность планеты. Впрочем, как и нагрев от приземной ветрогенерации, охлаждение не превысит, по расчётам, 0,1 ˚С. Возможны и вариации в уровне осадков, однако не более 1% от их общего показателя.

Самые перспективные области извлечения энергии из ветра, согласно исследованию, лежат между 8 и 16 км высоты. (Иллюстрация Kate Marvel et al.)

Но есть и проблема: чтобы достичь такого положения вещей, требуется равномерная эксплуатация энергии ветров по всей планете. Однако ВЭС строят в основном в районах со скоростью ветра, превышающей 7–8 м/с, и практически не возводят там, где эти цифры ниже. Кроме того, сейчас эксплуатация ветроресурсов над сушей происходит намного интенсивнее, чем над морем. Если тенденция не будет переломлена, изменения в уровне локальной среднегодовой температуры и осадков в отдельных местах могут превышать 0,1 ˚С и 1% осадков, причём существенно. Тем не менее учёные полагают, что влияние на окружающую среду в глобальном плане в данном случае не будет значительным…

Интересно, что работа напрямую не критикует методы других исследователей, в 2011 году показавших, что даже извлечение эоловой энергетикой из атмосферы Земли при помощи привязных аэростатных ветряков мощности в 1 000 ГВт приведёт к падению температуры в высоких широтах на 2 ˚С и нагреву экваториальных зон на 0,5 ˚С в силу замедления ветрового переноса тёплых масс воздуха с экватора в высокие широты.

Подготовлено по материалам Nature Climate Change.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!

blog comments powered by Disqus