In einigen Ländern haben Windkraftanlagen bereits traditionellere Energiequellen ersetzt. Auf was warten wir?
Windkraftanlagen in Russland
Windmühlen auf der ganzen Welt erzeugen heute mehr Strom als die gesamte Energiewirtschaft in Russland - und zu einem Preis, dessen Erzeugung bereits den Wärmekraftwerken gleichkommt. Und das trotz der Tatsache, dass russische Energieingenieure und -beamte vor zehn Jahren die Möglichkeiten ihrer Entwicklung für erschöpft hielten und die Windparks selbst zu teuer waren. Jetzt hat sich alles auf den Kopf gestellt: Die russische Staatsgesellschaft investiert zig Milliarden, um den Westen im Bereich Windkraftanlagen einzuholen. Warum haben sich die bisherigen Prognosen russischer Experten nicht erfüllt, die wir nicht berücksichtigt haben? Und gibt es Aussichten für Rosatoms Versuche, Geld zu verschwenden?
Wind der Geschichte
Als die Leute zum ersten Mal über Wind nachdachten, war die Frage schwierig. Es gibt indirekte Hinweise darauf, dass Homo erectus oder Neandertaler gesegelt sein könnten. Moderne Versuche, die Meerenge zwischen Kreta und dem Festland zu überwinden - und vor 130.000 Jahren tauchten plötzlich Steinwerkzeuge auf dieser Insel auf - haben gezeigt, dass es unrealistisch ist, dies an Rudern zu tun - die Strömung in dieser Meerenge ist zu stark. Felszeichnungen, die die Verwendung von Segeln genau bestätigen, sind mehrere tausend Jahre alt.
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Die ersten mechanischen Maschinen, die von der Kraft des Windes angetrieben wurden, wurden im 1. Jahrhundert v. Chr. Von Heron von Alexandria erfunden (er schuf auch die erste Probe einer Turbine, die sich während der Kraftstoffverbrennung dreht). Zwar löste seine Windmühle kein praktisches, sondern ein unterhaltsames Problem. Es war eine Art Musikinstrument, das mit der Drehung des Rades durch den entgegenkommenden Wind wirkte.
Um 400 n. Chr. Erscheinen Windmühlen mit vertikaler Rotationsachse - Gebetsmaschinen - in buddhistischen Tempeln in Indien. Es ist leicht zu bemerken, dass sie sich grundlegend von Herons Schema unterscheiden - die buddhistische Version der Windmühle ist "auf die Seite gelegt".
Eine praktische Anwendung von Windmaschinen wurde im 9. Jahrhundert im Iran gefunden (Beschreibungen von Abu Ishaq al-Istakhri). Sie hatten jedoch nichts mit denen zu tun, die wir gewohnt sind. Dies waren Türme, um deren Umfang sich mit Stoff bedeckte Maschenstrukturen befanden. Der Wind drehte sie und ein spezieller Mechanismus wandelte die Drehung der vertikalen Achse in die Bewegung von Mühlsteinen oder den Betrieb einer Wasserhebevorrichtung um.
Vom Iran aus erreichte die Neuheit Indien und China, aber nicht Europa, das zu dieser Zeit nur sehr wenig technische Innovationen entlehnt hatte.
1185 wurde die erste Windmühle in Yorkshire (England) erwähnt, und diese erste westliche Windmühle war bereits vom bekannten Typ - mit einer horizontalen Drehachse, auf der vertikal rotierende Blätter montiert sind. Wie wir sehen können, waren seit dem 12. Jahrhundert die westlichen und östlichen Ansätze für Windkraftanlagen entgegengesetzt.
Die Vorteile des östlichen Schemas gegenüber dem westlichen liegen auf der Hand. Eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse funktioniert unabhängig von der Windrichtung, sodass die Chinesen und Iraner sie unbeaufsichtigt lassen und wichtigere Dinge tun können. Darüber hinaus ist in der östlichen Version bei gleicher Leistung die Luftströmung der Struktur viel höher, weshalb sie auch bei schwachem Wind zu arbeiten beginnt.
Andererseits hat die Westwindkraftanlage mit horizontaler Achse ihre eigenen Stärken. Ja, es muss "gegen den Wind gehalten" werden, aber seine Blätter werden immer nur von einer Seite vom Wind beeinflusst, was ihre Energieabgabe erhöht. Der östliche erlebt bei jeder Umdrehung einen Moment, in dem sich die Klingen drehen und der Wind sie von der anderen Seite "trifft". Es gibt genug Trägheit, damit sich die Struktur weiter dreht, aber der Mast zittert heftig und ein Teil der Rotationsenergie gleicht den "Aufprall" aus. Aufgrund dieser variablen Lasten muss der Mast oder Turm stärker und massiver gemacht werden. Die Ergebnisse liegen auf der Hand: Die westliche Windkraftanlage ist schwieriger zu betreiben, aber effizienter und billiger.
Windmühlen waren in Europa bis hin zu Dampfmaschinen und Elektrizität extrem verbreitet. Sie benötigten fast kein Personal, Stromleitungen (was in ländlichen Gebieten wichtig ist) und waren weniger laut. Nun, die Version einer Windmühle, die Wasser aus einem Brunnen holt, ist in der Dritten Welt, in der die Elektrifizierung immer noch nicht mehr als eine Milliarde Menschen betrifft, immer noch äußerst beliebt.
Versuche, sich mit Wind und Strom anzufreunden, wurden sehr früh unternommen. Die erste Windkraftanlage zur Stromerzeugung wurde 1890 in Dänemark gebaut. Im Westen erreichten ihre Abmessungen zu Beginn des 20. Jahrhunderts eine Höhe von 25 Metern und eine Klingenspanne von 23 Metern. Leider wurde alles durch das Problem des wechselhaften Windes ruiniert. Strom wurde benötigt, auch wenn er nicht blies, und Dieselgeneratoren und Stromleitungen waren recht billig. Also wurden die Windmühlen in ferne Felder geschoben, wo sie zur Bewässerung arbeiteten. Aber nur für eine Weile!
Der Wind des Wandels in der UdSSR
Als die westliche Welt begann, Windkraftanlagen aufgrund der Elektrifizierung loszuwerden, ging unser Land einen völlig anderen Weg - "gegen den Wind". Um den Mangel an Wärmekraftwerken auszugleichen, schuf das Central Aerohydrodynamic Institute in den 1920er Jahren eine Reihe kleiner Windkraftanlagen mit einer Leistung von bis zu 30 Kilowatt, die mit einem Hydraulikspeicher ausgestattet waren. Mit einem Überschuss an Erzeugung hob die Windkraftanlage das Wasser auf die Höhe des Mastes an, und wenn es keinen Wind gab, ließ sie das Wasser zurück und drehte die Wasserturbine, die Strom gab. Sie wurden in Burjatien und anderen Orten ohne Stromleitungen eingesetzt. Das Schema ist übrigens äußerst vernünftig - in diesem Jahr wurde in Deutschland ein ganzes Kraftwerk nach dem gleichen Konzept gebaut, nur viel leistungsfähiger.
In der UdSSR wurden vor der Entdeckung sibirischer Öl- und Gasfelder aus strategischen Gründen aktiv alternative Energiequellen entwickelt. 90 Prozent des sowjetischen Öls wurden im Kaukasus gefördert, und es war offensichtlich, dass der Feind in jedem Krieg versuchen würde, dort zuzuschlagen. Dies plante die französische Luftfahrt 1940. Nur die Zerstörung der Dritten Republik durch Hitler verhinderte dies. Hitler selbst wollte das tun, aber es gelang ihm auch nicht. Um sich zu schützen, ermutigte die Sowjetregierung eine Vielzahl von Alternativen - von anderthalb mit Holzgasgeneratoren bis zu … Windkraftanlagen mit Schwungradspeicher.
Ja, ein solches Wunder wurde 1931 in Kursk ins Leben gerufen. Mit einer Leistung von nur 35 Kilowatt war es mit einer "Speicherscheibe" (eine Drittel Tonne) ausgestattet, die sich in einem Behälter drehte, aus dem Luft evakuiert wurde, um die Reibung zu verringern. Die Windkraftanlage des Erfinders Ufimtsev beleuchtete sein Haus und speiste die Werkstatt auch bei Windstille. 1936 starb er jedoch, und seitdem wurde die Station (sie steht immer noch) nie mehr gestartet.
Sowjetische Windkraftanlagen gehörten jedoch auch ohne Speichergeräte zu den führenden Unternehmen. 1931 wurde in der Nähe von Balaklava der weltweit leistungsstärkste Windgenerator mit 100 Kilowatt (Blattspanne - 30 Meter) gebaut. Es ist interessant, dass die Deutschen, die heute an der Spitze der Entwicklung der Windenergie stehen, Windparks dann ziemlich grob behandelt haben. 1941 schaltete ihr Beschuss die größte Windmühle der Welt außer Betrieb. Vielleicht war es eine Frage des Neides - ihre eigenen Windkraftanlagen gaben dann nicht mehr als 70 Kilowatt und waren viel weniger. In den Jahren 1950-1955 produzierte die UdSSR 9.000 Windkraftanlagen pro Jahr - mit einer Leistung von bis zu Hunderten von Kilowatt. Wie sonst könnten die jungfräulichen Länder und der Norden vor Dieselgeneratoren mit Energie versorgt werden?
Wind der Unabhängigkeit
Die sowjetische Windkraft wurde durch den Nachkriegsboom billiger flüssiger Brennstoffe getötet, während die westliche durch die Ölkrise der 1970er Jahre wiederbelebt wurde. Dann reifte dort die Idee der Energieunabhängigkeit von den Nerven und neigte zu einer Monopolabsprache der östlichen Versorgungsvölker auf Kosten der Windenergie.
Auf den ersten Blick stehen wir vor einer deutlichen Regression. Warum von stabilen Energiequellen zu solchen wechseln, die buchstäblich von der Brise abhängen? Darüber hinaus sagten uns russische Beamte vor einigen Jahren, dass Windkraftanlagen in Europa teure Energie produzieren. Versuchen wir es herauszufinden.
Die heutige Windmühle mit horizontaler Achse ist in der Tat nicht so stark von den geringsten Schwankungen der Windgeschwindigkeit abhängig. Vestas V164 ist 220 Meter hoch (eineinhalb Cheops-Pyramiden) und Blätter mit einer Schaukel von 164 Metern (mehr als 50-stöckiges Gebäude). Das Gesamtgewicht der Glasfaserblätter beträgt 100 Tonnen. Tatsächlich hat ein solches Design eine eigene Speicherplatte, nur seine Masse ist 300-mal größer als die von Ufimtsev.
Gleichzeitig wird eine weitere Erhöhung der Höhe der Windkraftanlagen und der Spannweite ihrer Blätter erwartet, was bedeutet, dass sie durch kleine Stopps noch weniger bedroht sind. Es wird angenommen, dass es sinnvoll ist, die Abmessungen mindestens auf Höhen von 300 bis 400 Metern und eine Messerspannweite von bis zu 300 Metern zu erhöhen.
Ausgehend von der Enercon E-126 von Siemens gibt es bereits eine Methode zur Herstellung derartiger kolossaler Klingen - sie bestehen aus zwei ineinander eingefügten Abschnitten. Eine Reihe von Herstellern plant, ihre Zahl sogar auf drei zu erhöhen.
Die Leistung des gleichen Vestas V164 hat bereits 9 Megawatt überschritten, und eine Verdoppelung der Flügelspannweite führt zu einer Leistungssteigerung der Windkraftanlage auf 40 Megawatt. Noch wichtiger ist, dass mit jeder Höhe von hundert Metern die durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit deutlich zunimmt. Bei sehr großen Strukturen ist es sinnvoll, Windparks auch in Waldgebieten zu errichten, in denen die Windgeschwindigkeit in Bodennähe normalerweise recht niedrig ist.
Aufgrund des kontinuierlichen Wachstums der Größe von Windkraftanlagen sinken die Energiekosten ständig. Überzeugen Sie sich selbst: Die Menschen wissen, wie man selbst 828-Meter-Gebäude kostengünstig baut, und mit zunehmender Höhe steigen die Kosten linear. Aber die Leistung der Windmühle wächst mit jeder Verdoppelung der Höhe bereits im Quadrat. Die Skaleneffekte sind in der Windenergie sehr spürbar.
Noch vor fünf Jahren, im Jahr 2012, produzierten Windkraftanlagen im Westen mehr als 10 Cent pro Kilowattstunde Strom. Heute ist diese Zahl jedoch, wie das US-Energieministerium feststellt, auf 4 bis 5 Cent pro Kilowattstunde gesunken. Selbst neue Offshore-Windkraftanlagen, die normalerweise teurer sind als Landturbinen, liefern Energie für 6-7 Cent pro Kilowattstunde, und dieser Preis fällt noch schneller als an Land. Der Grund dafür ist, dass Sie auf See mindestens 200 Meter lange Klingen tragen können, da auf den "Straßen" des Meeres viel Platz ist und es keine Überfüllung gibt.
Okay, sagst du? Aber was ist mit Perioden der Ruhe, in denen es wochenlang keinen starken Wind gibt? Deshalb bauen sie in Europa Offshore-Windkraftanlagen. Es gibt „Passagen“über dem Meer, wo es praktisch keine Ruhe gibt. Zum Glück für die Europäer sind sie ihnen nahe und oft in seichten Gewässern. Zum Beispiel ist die gesamte Nordsee ziemlich flach, ebenso wie übrigens die meisten Gewässer vor der Ostküste der Vereinigten Staaten. Darüber hinaus wurde in diesem Jahr die weltweit erste schwimmende Windkraftanlage mit zehn Megawatt in Betrieb genommen. Die Windmühlen sind verankert und die Arbeitstiefe für sie beträgt bis zu 800 Meter. Die Gesamtfläche der Meere von solcher Tiefe ist so groß, dass es möglich ist, die ganze Welt um ein Vielfaches mit Energie zu versorgen. Die Verluste in Hochspannungs-Gleichstromleitungen sind jetzt unter 3 Prozent pro tausend Kilometer gefallen - das heißt, die "marine" Windenergie wird sogar ins Landesinnere gelangen.
Gleichzeitig sollte die Nachhaltigkeit von Windparks nicht idealisiert werden. Ja, sie können das ganze Jahr über Energie liefern, und im Winter liefern dieselben Offshore-Windmühlen mehr Energie als im Sommer - Winterstürme helfen. Sie können jedoch die Verbrauchsspitzen am Morgen und am Abend nicht bewältigen - der Wind weht ungefähr gleich um 19:00 Uhr und um 03:00 Uhr. Daher wird im Westen davon ausgegangen, dass mehrere Prozent der gesamten Jahresproduktion weiterhin von „Spitzen“-Gasthermiekraftwerken bereitgestellt werden. Gleichzeitig werden sie viel weniger Kraftstoff verbrauchen als heute, wenn die Anordnungen von Offshore-Windkraftanlagen noch nicht gebaut wurden. Es sei jedoch daran erinnert, dass dies kaum lange warten muss.
Heute produziert die Windenergie mehr als eine Billion Kilowattstunden pro Jahr - mehr als der gesamte Energiesektor in Russland. Und wenn die Stromerzeugung in unserem Land seit 1990 nicht gewachsen ist (aufgrund ungefähr des gleichen Volumens der Industrieproduktion), kann dies nicht über Windkraftanlagen gesagt werden. Noch vor 10 Jahren gaben sie nicht einmal ein Zehntel der aktuellen Leistung ab. Wir können zuversichtlich sagen, dass die WECs des Planeten in zehn Jahren viel mehr geben werden als jetzt. Darüber hinaus werden derzeit vor allem Windturbinen von China gebaut, und dort wissen sie, wie man eine echte Massenproduktion einsetzt.
Vom Winde verweht
Russland kann sich der unerwartetsten Pirouette auf dem Weg der Menschheit zur Windenergie rühmen. Als WPPs im Westen unbeliebt waren, nahmen sie in unserem Land zu. Als sie begannen, sich weltweit aktiv zu entwickeln, erschienen im Land zahlreiche Experten aus der Energiewirtschaft, die darauf hinwiesen: "Der Platz für Windkraftanlagen in Europa ist vorbei." Seit wir dies sagen, hat sich die Kapazität von Windkraftanlagen unter den Europäern zwar verzehnfacht und wächst weiter. Anscheinend wurde ihnen die Meinung unserer Experten nicht mitgeteilt.
Nun, 2016 haben wir plötzlich wieder unsere Meinung geändert und sind sozusagen in die UdSSR Dorezhnev zurückgekehrt. Rosatom war der erste, der sein gewichtiges Wort auf staatlicher Ebene aussprach. Sein stellvertretender Generaldirektor Vyacheslav Pershukov bemerkte ehrlich: Nach Erfüllung der bestehenden Aufträge für den Bau neuer Kernkraftwerke im Ausland könnte Rosatom ohne ausländische Bauprojekte auskommen, da dieser Markt rapide schrumpft. Die nukleare Erzeugung außerhalb Russlands ist in der Tat rückläufig, und es sind keine Aussichten auf einen Ausweg in Sicht.
Der Hauptgrund ist einfach: Westlich gebaute Atomkraft ist teuer. Die Energie russischer Kernkraftwerke ist billiger, aber immer noch nicht so hoch wie die neuer westlicher Windkraftanlagen. Ja, um ihre Inkonsistenz auszugleichen, benötigen Sie einige gasbefeuerte Wärmekraftwerke, aber auch Kernkraftwerke. Immerhin liefert der Reaktor immer die gleiche Leistung, und die Menschen verbrauchen tagsüber viel mehr als nachts. Bei gleichem Preis und gleichen Problemen wird der westliche Käufer, der immer unter dem Druck der „Grünen“steht, niemals die Atomkraft wählen.
Hier stellt Pershukov auch fest: Die Möglichkeiten, neue große Kernkraftwerke im Ausland zu bauen, sind praktisch ausgeschöpft. „Wir sollten auf dem Nukleartechnologiemarkt kein Geld verdienen. Alle. Sonst funktioniert es nicht “, bemerkt er richtig.
Wenn Sie zunächst ein Geschäft für ein Jahrzehnt aufgeben und es dann übernehmen, wenn Wettbewerber bereits über Technologien verfügen, die seit Jahren erarbeitet wurden, sollten Sie natürlich nicht sofort mit Führungspositionen rechnen. Deshalb folgte Rosatom dem Weg, den Peter I. bereits eingeschlagen hatte, und begann, von den Holländern einen neuen (oder besser gesagt einen alten, in unserem Land gut vergessenen) Weg zu lernen. Über eine Tochtergesellschaft ging er eine Partnerschaft mit Lagerwey ein. Bis 2020 plant die Landesgesellschaft den Bau von 26 kleinen Windparks mit 610 Megawatt - ab 2018 in der Region Uljanowsk. Ja, dies ist weniger als ein Hundertstel des jährlichen globalen Inputs, aber Rosatom lernt aus diesen Krümeln. Darüber hinaus ist geplant, die Produktion von Windkraftanlagen in Russland im Jahr 2020 um 65 Prozent zu lokalisieren.
Es wird später schwieriger, wenn Sie in großem Maßstab arbeiten müssen. Es ist unmöglich, Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von nur Hunderten von Megawatt pro Jahr mit Gewinn zu produzieren. Dies ist ein großes Geschäft, ohne Massenproduktion wird es keinen niedrigen Preis geben. Daher ist es notwendig, sowohl den Bau von Windkraftanlagen in unserem Land auszubauen als auch in den Weltmarkt einzutreten. Es wird jedoch sehr schwierig sein, hier zu konkurrieren.
Riesen wie Vestas haben jahrzehntelang ihre Technologien perfektioniert und völlig einzigartige Einrichtungen gebaut. Zum Beispiel eine Anlage zur Herstellung von Titanschaufeln von mehreren zehn Tonnen auf der Insel, um den Transport einer so schwierigen Fracht auf Landstraßen zu erleichtern. Wo Rosatom dies bauen wird und ob es mit dem sich ständig verbessernden Windkraftanlagenmarkt Schritt halten kann, ist eine Frage und keine leichte.
In einem Kommentar an KP stellte Rosatoms Vertreter Andrei Ivanov fest, dass NovaWind, die für Projekte im Bereich "Neue Energie" zuständige Abteilung Rosatom, vereinbart hatte, ein Joint Venture mit Lagerwey - Red Wind BV zu gründen. Es wird sich mit der Lokalisierung der Windkraftanlagenproduktion in Russland befassen und genauer gesagt - in Wolgodonsk, in der Nähe der bestehenden Einrichtungen von Rosatom. In unserem Land werden Windkraftanlagen mit 2,5 und 4,5 Megawatt gebaut. Insgesamt wird Red Wind bis 2022 388 solcher Windkraftanlagen liefern, von denen die ersten 60 nur in Russland aus Lagerwey-Komponenten zusammengebaut werden. Erst dann wird es „lokale“Windkraftanlagen mit solch beeindruckenden Abmessungen geben.
Mit dem Atomkraftwerk war es für ihn viel einfacher. Schließlich wurden sie nicht nur in der UdSSR geschaffen, sondern sie haben auch nicht aufgehört, in unserem Land aufzubauen und sich zu verbessern. Es ist viel einfacher, der Erste zu sein, in dem Sie Pionier sind, als von anderen zu lernen. Hoffen wir, dass der Staatsriese Erfolg haben wird, zumal er über gutes Ingenieurpersonal verfügt.
Wind der Zukunft
Seien wir ehrlich: Windkraftanlagen werden in den kommenden Jahrzehnten wahrscheinlich nicht zur Hauptenergiequelle für die Menschheit. Ja, in Dänemark liefern sie bereits den größten Teil des Stroms, und in den USA liefern sie mehr als nur Wasserkraftwerke. Aber in Ländern, in denen es noch viele klare Tage gibt, entwickelt sich die Sonnenenergie jetzt viel schneller als der Wind. Die mit seiner Hilfe gewonnenen Strompreise fallen noch schneller als die von Windparks. Bereits in den frühen 2020er Jahren wird es Windkraftanlagen in der Produktion überholen und zum Hauptzylinder werden, der Kohle- und Kohlenwasserstoff-Energie zerstört.
Aber für Länder mit nördlichen Territorien kann der Wind eine andere Rolle spielen - den Hauptgenerator. Dies ist in Russland unwahrscheinlich und nicht nur, weil wir südlich von Samara viel Sonne haben. Noch wichtiger ist, dass wir aufgrund der riesigen Infrastruktur, die für sie gebaut wurde, weder Atom- noch Gasenergie verlassen können. Und dennoch werden Windkraftanlagen bis 2030 häufige Elemente in russischen Landschaften sein - so wie sie jetzt in Deutschland oder Großbritannien sind.
