In sommige landen hebben windturbines al meer traditionele energiebronnen vervangen. Waar wachten we op?
Windturbines in Rusland
Windmolens over de hele wereld wekken nu meer elektriciteit op dan de hele elektriciteitsindustrie in Rusland - en tegen een prijs is hun opwekking al gelijk geworden aan thermische centrales. En dit ondanks het feit dat Russische energie-ingenieurs en -functionarissen tien jaar geleden de mogelijkheden voor hun ontwikkeling uitgeput achtten en dat de windparken zelf te duur waren. Nu staat alles op zijn kop: het Russische staatsbedrijf investeert tientallen miljarden om het Westen in te halen op het gebied van windturbines. Waarom zijn de eerdere voorspellingen van Russische experts niet uitgekomen, waarmee we geen rekening hebben gehouden? En zijn er vooruitzichten voor de pogingen van Rosatom om geld te verspillen?
Wind van geschiedenis
Toen mensen voor het eerst dachten aan het gebruik van wind, is de vraag moeilijk. Er is indirect bewijs dat Homo erectus of Neanderthalers hadden kunnen zeilen. Moderne pogingen om de zeestraat tussen Kreta en het vasteland te overwinnen - en 130 duizend jaar geleden verschenen plotseling stenen werktuigen op dit eiland - hebben aangetoond dat het onrealistisch is om dit op roeiriemen te doen - de stroming in deze zeestraat is te sterk. Rotstekeningen, die het gebruik van zeilen nauwkeurig bevestigen, zijn duizenden jaren oud.
Promotie video:
De eerste mechanische machines, aangedreven door de kracht van de wind, werden uitgevonden door Heron van Alexandrië, in de 1e eeuw voor Christus (hij creëerde ook het eerste monster van een turbine die ronddraait tijdens de verbranding van brandstof). Toegegeven, zijn windmolen loste geen praktisch probleem op, maar een vermakelijk probleem. Het was een soort muziekinstrument dat handelde met de rotatie van het wiel door de tegemoetkomende wind.
Rond 400 na Christus verschijnen windmolens met een verticale rotatieas - gebedsmachines - in boeddhistische tempels in India. Het is gemakkelijk om hun belangrijkste verschil met het plan van Heron op te merken - de boeddhistische versie van de windmolen wordt 'op zijn kant gelegd'.
Een praktische toepassing van windmachines werd gevonden in de 9e eeuw in Iran (beschrijvingen van Abu Ishaq al-Istakhri). Ze hadden echter niets te maken met degene die we gewend zijn. Dit waren torens, rond de omtrek waarvan gaasstructuren waren bedekt met stof. De wind draaide ze, en een speciaal mechanisme zette de rotatie van de verticale as om in de beweging van molenstenen of de werking van een waterhefinrichting.
Vanuit Iran bereikte de nieuwigheid India en China, maar niet Europa, dat in die tijd heel weinig technische innovaties leende.
In 1185 werd de eerste windmolen genoemd in Yorkshire (Engeland), en deze eerste westelijke windmolen was al van het bekende type - met een horizontale rotatie-as, waarop verticaal roterende wieken zijn gemonteerd. Zoals we kunnen zien, waren de westelijke en oostelijke benaderingen van windturbines sinds de 12e eeuw tegenovergesteld.
De voordelen van het oostelijke schema ten opzichte van het westelijke zijn duidelijk. Een windturbine met verticale as werkt ongeacht de richting van de wind, dus de Chinezen en Iraniërs konden hem onbeheerd achterlaten en belangrijkere dingen gaan doen. Bovendien is in de oostelijke versie, met hetzelfde vermogen, de windvang van de constructie veel hoger, daarom begint deze zelfs bij een zwakke wind te werken.
Aan de andere kant heeft de westelijke windturbine met horizontale as zijn eigen sterke punten. Ja, het moet "benedenwinds worden gehouden", maar de bladen worden altijd slechts van één kant beïnvloed door de wind, waardoor hun energieopbrengst toeneemt. De oostelijke, ervaart bij elke omwenteling een moment waarop de wieken draaien en de wind ze van de andere kant "raakt". Er is voldoende traagheid om de constructie verder te laten draaien, maar de mast schudt heftig, en een deel van de rotatie-energie gaat om de "impact" te compenseren. Vanwege deze variabele belastingen moet de mast of toren sterker en massiever worden gemaakt. De resultaten zijn duidelijk: de westelijke windturbine is moeilijker te bedienen, maar efficiënter en goedkoper.
Windmolens waren extreem wijdverspreid in Europa, tot aan stoommachines en elektriciteit. Ze hadden bijna geen personeel en elektriciteitsleidingen nodig (wat belangrijk is in landelijke gebieden) en waren minder luidruchtig. Welnu, de versie van een windmolen die water uit een put haalt, is nog steeds enorm populair in de derde wereld, waar elektrificatie nog steeds niet meer dan een miljard mensen heeft getroffen.
Pogingen om vriendschap te sluiten met wind en elektriciteit werden al heel vroeg ondernomen. De eerste windturbine die elektriciteit produceerde, werd in 1890 in Denemarken gebouwd. In het Westen bereikten hun afmetingen aan het begin van de 20e eeuw een hoogte van 25 meter en de spanwijdte van de wieken was 23 meter. Helaas werd alles verpest door het probleem van de veranderlijke wind. Er was elektriciteit nodig, zelfs als het niet waaide, en dieselgeneratoren en hoogspanningsleidingen waren vrij goedkoop. Dus werden de windmolens naar verre velden geduwd, waar ze werkten voor irrigatie. Maar voor even!
De wind van verandering in de USSR
Toen de westerse wereld zich begon te ontdoen van windturbines vanwege elektrificatie, sloeg ons land een heel andere weg in - "met de wind mee". Om het tekort aan thermische centrales te compenseren, creëerde het Central Aerohydrodynamic Institute in de jaren 1920 een reeks kleine windturbines met een capaciteit tot 30 kilowatt, die ze van een hydraulische accumulator voorzag. Met een overmaat aan opwekking verhoogde de windturbine het water tot de hoogte van de mast, en als er geen wind was, voerde hij het water terug, draaide hij de waterturbine, die stroom gaf. Ze werden gebruikt in Boerjatië en andere plaatsen zonder elektriciteitsleidingen. Het plan is overigens buitengewoon redelijk - dit jaar werd in Duitsland een hele energiecentrale gebouwd volgens hetzelfde concept, maar dan veel krachtiger.
In de USSR werden, vóór de ontdekking van Siberische olie- en gasvelden, om strategische redenen actief alternatieve energiebronnen ontwikkeld. 90 procent van de Sovjet-olie werd geproduceerd in de Kaukasus en het was duidelijk dat de vijand in elke oorlog zou proberen daar aan te vallen. Dit is wat de Franse luchtvaart in 1940 van plan was te doen. Alleen de vernietiging van de Derde Republiek door Hitler verhinderde dit. Hitler wilde dit zelf doen, maar ook dat lukte niet. Om zichzelf te beschermen, moedigde de Sovjetregering een verscheidenheid aan alternatieven aan - van anderhalf op houtgestookte gasgeneratoren tot … windturbines met vliegwielopslag.
Ja, zo'n wonder werd in 1931 in Koersk gelanceerd. Met een capaciteit van slechts 35 kilowatt was hij uitgerust met een "opslagschijf" (een derde van een ton) die in een container draaide waaruit lucht werd afgevoerd om wrijving te verminderen. De windenergiecentrale van de uitvinder Ufimtsev verlichtte zijn huis en voedde de werkplaats, zelfs als er geen wind was. Hij stierf echter in 1936 en sindsdien is het station (het staat nog steeds) nooit meer gelanceerd.
Maar zelfs zonder opslagapparaten behoorden Sovjetwindturbines tot de leiders. In 1931 werd in de buurt van Balaklava 's werelds krachtigste windgenerator met 100 kilowatt (bladoverspanning - 30 meter) gebouwd. Het is interessant dat de Duitsers, die vandaag de dag voorop lopen in de ontwikkeling van windenergie, windmolenparken toen nogal grof behandelden. In 1941 sloeg hun beschieting de grootste windturbine ter wereld neer. Misschien was het een kwestie van jaloezie: hun eigen windturbines leverden toen niet meer dan 70 kilowatt en waren veel minder. In 1950-1955 produceerde de USSR 9.000 windturbines per jaar - met een capaciteit tot honderden kilowatt. Hoe kunnen de maagdelijke landen en het noorden anders van energie worden voorzien vóór dieselgeneratoren?
Wind van onafhankelijkheid
Sovjetwindenergie werd gedood door de naoorlogse hausse in goedkope vloeibare brandstoffen, terwijl de westerse windenergie nieuw leven werd ingeblazen door de oliecrisis van de jaren zeventig. Toen groeide daar het idee van energie-onafhankelijkheid van de zenuwachtigen en vatbaar voor een monopolie-samenzwering van de oostelijke bevoorrading van volkeren ten koste van windenergie.
Op het eerste gezicht worden we geconfronteerd met een duidelijke achteruitgang. Waarom overstappen van stabiele energiebronnen naar energiebronnen die letterlijk afhankelijk zijn van de wind? Bovendien vertelden Russische functionarissen ons enkele jaren geleden dat windturbines in Europa dure energie produceren. Laten we proberen het uit te zoeken.
De huidige windmolen met horizontale as is in feite niet zozeer afhankelijk van de minste schommelingen in de windsnelheid. Vestas V164 is 220 meter hoog (anderhalve piramides van Cheops) en wieken met een zwaai van 164 meter (gebouw met meer dan 50 verdiepingen). Het totale gewicht van zijn glasvezelbladen is 100 ton. In feite heeft zo'n ontwerp zijn eigen opslagschijf, alleen is de massa 300 keer groter dan die van Ufimtsev.
Tegelijkertijd wordt een verdere verhoging van de hoogte van de windturbines en de overspanning van hun wieken verwacht, waardoor ze nog minder bedreigd worden door kleine stops. Aangenomen wordt dat het zinvol is om de afmetingen te vergroten tot ten minste 300-400 meter hoog en een bladoverspanning tot 300 meter.
Beginnend met de Enercon E-126 van Siemens, is er al een methode om zulke kolossale messen te maken - ze bestaan uit twee secties die in elkaar worden gestoken. Een aantal fabrikanten is van plan om hun aantal zelfs uit te breiden tot drie.
Het vermogen van dezelfde Vestas V164 is al hoger dan 9 megawatt, en een verdubbeling van de spanwijdte van de wieken zal het vermogen van de windturbine verhogen tot 40 megawatt. Belangrijker is dat met elke honderd meter hoogte de gemiddelde jaarlijkse windsnelheid aanzienlijk toeneemt. Met echt grote constructies is het logisch om windparken te bouwen, zelfs in bosrijke gebieden waar de windsnelheid meestal vrij laag is bij de grond.
Door de voortdurende groei van de grootte van windturbines, dalen de kosten van hun energie voortdurend. Oordeel zelf: mensen weten hoe ze zelfs 828 meter hoge gebouwen goedkoop moeten bouwen, en met de groei van hun hoogte stijgen de kosten lineair. Maar de output van de windmolen met elke verdubbeling van de hoogte groeit al in het kwadraat. Schaalvoordelen zijn erg merkbaar bij windenergie.
Zelfs vijf jaar geleden, in 2012, produceerden windturbines in het Westen meer dan 10 cent per kilowattuur elektriciteit. Vandaag is dit cijfer echter, zoals opgemerkt door het Amerikaanse ministerie van Energie, gedaald tot 4 à 5 cent per kilowattuur. Zelfs nieuwe windturbines op zee, die meestal duurder zijn dan op het land, leveren energie voor 6-7 cent per kilowattuur, en deze prijs daalt nog sneller dan op het land. De reden hiervoor is dat je op zee wieken van minimaal 200 meter lang kunt vervoeren, aangezien er veel ruimte is op de zeewegen en er geen drukte is.
Oké, zeg je. Maar hoe zit het met periodes van rust, als er wekenlang geen harde wind staat? Daarom bouwen ze offshore windturbines in Europa. Er zijn “passages” over de zee, waar praktisch geen rust is. Gelukkig voor Europeanen zijn ze dicht bij hen en vaak in ondiep water. De hele Noordzee is bijvoorbeeld vrij ondiep, net als de meeste wateren voor de oostkust van de Verenigde Staten. Bovendien werd dit jaar 's werelds eerste drijvende windenergiecentrale met tientallen megawatts in gebruik genomen. De windmolens zijn verankerd en de werkdieptes daarvoor zijn tot 800 meter. De totale oppervlakte van de zeeën met een dergelijke diepte is zodanig dat het mogelijk is om de hele wereld vele malen van energie te voorzien. Verliezen in hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen zijn nu gedaald tot onder de 3 procent per duizend kilometer - dat wil zeggen, de "mariene" windenergie zal zelfs het binnenland bereiken.
Tegelijkertijd mag de duurzaamheid van windparken niet geïdealiseerd worden. Ja, ze kunnen het hele jaar door energie leveren, en in de winter zullen dezelfde windmolens op zee meer energie geven dan in de zomer - winterstormen zullen helpen. De consumptiepieken in de ochtend en de avond kunnen ze echter niet aan - de wind waait om 19.00 uur en om 03.00 uur ongeveer hetzelfde. Daarom wordt aangenomen dat in het Westen verscheidene procenten van de totale jaarlijkse productie zal blijven worden geleverd door "piek" gaswarmtekrachtcentrales. Tegelijkertijd verbruiken ze veel minder brandstof dan nu, wanneer de reeksen windturbines op zee nog niet zijn gebouwd. Maar het is de moeite waard eraan te herinneren dat dit nauwelijks lang hoeft te wachten.
Tegenwoordig produceert windenergie meer dan een biljoen kilowattuur per jaar - meer dan de hele energiesector in Rusland. En als de elektriciteitsopwekking in ons land sinds 1990 niet meer is gegroeid (vanwege ongeveer evenveel industriële productie), dan kan dat niet gezegd worden van windturbines. Nog maar 10 jaar geleden gaven ze nog geen tiende van de huidige output. We kunnen vol vertrouwen zeggen dat de WEC's van de planeet over tien jaar veel meer zullen geven dan nu. Bovendien worden momenteel de meeste windturbines gebouwd door China, en daar weten ze hoe ze echt massaproductie moeten inzetten.
weg met de wind
Rusland kan bogen op de meest onverwachte pirouette op het pad van de mensheid naar windenergie. Toen WPP's niet populair waren in het Westen, waren ze in opkomst in ons land. Toen ze actief begonnen te worden in de wereld, verschenen massa's experts uit de energie-industrie in het land, die zeiden: "De plaats voor windturbines in Europa is voorbij." Toegegeven, sinds we dit begonnen te zeggen, is de capaciteit van windenergiecentrales onder de Europeanen vertienvoudigd en blijft het groeien. Blijkbaar werd de mening van onze experts niet op hen overgebracht.
Welnu, in 2016 zijn we plotseling weer van gedachten veranderd, om zo te zeggen, we keerden terug naar de Dorezjnev USSR. Rosatom was de eerste die zijn gewichtige woord op staatsniveau uitsprak. Zijn plaatsvervangend algemeen directeur Vyacheslav Pershukov merkte eerlijk op: na het uitvoeren van bestaande bestellingen voor de bouw van nieuwe kerncentrales in het buitenland, kan Rosatom zonder buitenlandse bouwprojecten achterblijven, aangezien deze markt snel krimpt. De nucleaire generatie buiten Rusland neemt inderdaad af, en er zijn geen vooruitzichten op een uitweg in zicht.
De belangrijkste reden is simpel: Westerse kernenergie is duur. De energie van in Rusland gebouwde kerncentrales is goedkoper, maar nog steeds niet zoveel als die van nieuwe westelijke windturbines. Ja, om hun inconsistentie te compenseren, heb je een paar gasgestookte thermische centrales nodig, maar kerncentrales hebben ze ook nodig. De reactor geeft immers altijd hetzelfde rendement en mensen verbruiken overdag veel meer dan 's nachts. Met een gelijke prijs en gelijke problemen zal de westerse koper, die altijd onder druk staat van de "groenen", nooit voor nucleaire opwekking kiezen.
Hier is Pershukov en stelt: de mogelijkheden om nieuwe grote kerncentrales in het buitenland te bouwen zijn praktisch uitgeput. “We moeten geen geld verdienen op de markt voor nucleaire technologie. Alle. Anders werkt het niet”, merkt hij terecht op.
Als u eerst een bedrijf voor een decennium verlaat en het vervolgens aanpakt wanneer concurrenten al jaren over technologieën beschikken die al jaren zijn uitgewerkt, moet u natuurlijk niet meteen op leiderschapsposities rekenen. Daarom volgde Rosatom het pad dat Peter I al had ingeslagen en begon een nieuwe (of beter gezegd een oude, in ons land goed vergeten) te leren van de Nederlanders. Via een dochtermaatschappij vormde hij een samenwerkingsverband met Lagerwey. Het staatsbedrijf is van plan om tegen 2020 26 kleine windparken met 610 megawatt te bouwen - te beginnen in de regio Ulyanovsk in 2018. Ja, dit is minder dan een honderdste van de jaarlijkse wereldwijde input, maar Rosatom leert van deze kruimels. Daarnaast is het de bedoeling om in 2020 de productie van windturbines in Rusland met 65 procent te lokaliseren.
Het zal later moeilijker zijn, als je op grote schaal moet gaan. Het is onmogelijk om windturbines te produceren met een totaal vermogen van slechts honderden megawatt per jaar met winst. Dit is een big business, zonder massaproductie zal er geen lage prijs in zitten. Daarom is het noodzakelijk om zowel de bouw van windturbines in ons land uit te breiden als de wereldmarkt te betreden. Het zal echter erg moeilijk zijn om hier te concurreren.
Reuzen zoals Vestas hebben decennia lang hun technologieën geperfectioneerd en volledig unieke faciliteiten gebouwd. Bijvoorbeeld een fabriek voor de productie van gigantische wieken van tientallen tonnen, die specifiek op het eiland is gelegen om het gemakkelijker te maken om zo'n moeilijke lading voor landwegen te exporteren. Waar Rosatom dit gaat bouwen en of het de constant verbeterende markt voor windturbines zal kunnen bijhouden, is een vraag, en geen gemakkelijke.
In een opmerking aan KP merkte Rosatom-vertegenwoordiger Andrei Ivanov op dat NovaWind, de Rosatom-divisie die verantwoordelijk is voor projecten in de "nieuwe energie", had ingestemd om een joint venture op te richten met Lagerwey - Red Wind BV. Het zal zich bezighouden met de lokalisatie van de productie van windturbines in Rusland., en meer specifiek - in Volgodonsk, vlakbij de bestaande faciliteiten van Rosatom. In ons land komen windturbines van 2,5 en 4,5 megawatt. In totaal zal Red Wind tegen 2022 388 van dergelijke windturbines leveren, waarvan de eerste 60 alleen in Rusland zullen worden geassembleerd - van Lagerwey-componenten - en pas daarna zullen er 'lokale' windturbines van zulke indrukwekkende afmetingen komen.
Het was veel gemakkelijker voor hem met de kerncentrale. Ze zijn tenslotte niet alleen in de USSR gemaakt, maar ze zijn niet gestopt met bouwen en verbeteren in ons land. De eerste zijn in datgene waarin je pioniert, is veel gemakkelijker dan waar je van anderen moet leren. Laten we hopen dat de staatsgigant zal slagen, vooral omdat hij over goed technisch personeel beschikt.
Wind van de toekomst
Laten we eerlijk zijn: het is onwaarschijnlijk dat windturbines de komende decennia de belangrijkste energiebron voor de mensheid zullen worden. Ja, in Denemarken leveren ze al het grootste deel van de elektriciteit, en in de VS leveren ze meer dan waterkrachtcentrales. Maar in landen waar nog veel heldere dagen zijn, ontwikkelt zonne-energie zich nu veel sneller dan wind. De prijzen voor elektriciteit die met zijn hulp wordt verkregen, dalen nog sneller dan die van windparken. Al in de vroege jaren 2020 zal het de windturbines in productie halen en de belangrijkste ram worden die kolen- en koolwaterstofenergie vernietigt.
Maar voor landen met noordelijke territoria kan de wind een andere rol spelen: de belangrijkste generator. Dit is onwaarschijnlijk in Rusland, en niet alleen omdat we ten zuiden van Samara veel zon hebben. Wat nog belangrijker is, we kunnen niet weggaan uit kernenergie of gas vanwege de enorme infrastructuur die voor hen is gebouwd. En toch zullen windturbines tegen 2030 frequente elementen worden in Russische landschappen - zoals ze nu in Duitsland of Groot-Brittannië zijn.