Оказывают ли влияние на погоду ветряные электростанции?
Ветряные электростанции – это установки, являющиеся альтернативными источниками электричества, не вредящие природе и имеющие красивый вид.
Многие на одиночный ветрогенератор говорят – «электростанция», но это – путаница в понятиях. На самом деле ветровой электростанцией называется группа ветрогенераторов, находящихся недалеко друг от друга. Их также называют ветряными фермами.
В состав наиболее крупных ферм могут входить 100 и более ветрогенераторов.
Их название говорит само за себя – для работы установок необходим ветер. Их монтируют там, где скорость ветра равняется как минимум четырем с половиной метрам в секунду.
Увы, стандартные метеоданные, которые собираются в пределах населенных пунктов на высоте, не превышающей десять метров, применять с целью оценки целесообразности возведения, а также для демонстрации инвесторам, нельзя.
Для того, чтобы сформировать спецкарту, показывающую, насколько доступна в той или иной местности ветровая энергия, требуется 1-2 года. С этой целью используются приспособления, определяющие скорость газовых потоков, ветра, которые называются анемометрами. Высота, на которой их монтируют – 30-100 м.
Для повышения доступности данного источника электричества в некоторых государствах формированию таких карт способствует правительство.
Где можно и где нельзя строить ветряные электростанции
На большей высоте всегда более сильный ветер; по этой причине для возведения ветроэлектростанций выбирают вершины возвышенностей. Что касается генераторов, они монтируются на 30-60-метровых башнях.
Ветрогенераторы не могут похвастаться бесшумной работой, потому они должны устанавливаться как минимум на 300-метровом расстоянии от построек, в которых проживают люди.
Огромные ветроэлектростанции, занимающие значительные территории, в состав которых входят сотни тысяч турбин, могут влиять на климат. При этом для них не нужно топливо, они не загрязняют окружающую среду, не способствуют парниковому эффекту.
На эффективность установок влияет множество факторов – погода, наличие построек, растительность, рельеф.
И все-таки – оказывают ли ветряные фермы влияние на погоду?
На первый взгляд данный вопрос кажется немного странным. Однако, если взмах крыльев бабочки может стать началом цепочки событий, приводящих к значительным изменениями, ветряные электростанции – в каком-то смысле эти самые «бабочки».
На данный момент ученные исследуют, насколько большие фермы могут менять погоду в регионе. Так, винты установок становятся причиной больших волнений, в свою очередь вызывающих турбулентность. Подобные воздушные ямы, вполне возможно, окажут значительное влияние на ветры в нижних атмосферных слоях.
По словам Дэниэла Кирк-Давидова, сотрудника университета Мэриленд, в случае, если в пределах десяти км к западу имеется несколько ветроэлектростанций, погода из-за них никак не изменится. Однако если весь запад – одна большая ветроэлектростанция, атмосфера региона обязательно окажется под ее влиянием.
Вышеупомянутый метеоролог Кирк-Давидов, а также Даниэль Барри, работающий в UMD, воспользовались моделью общего движения воздуха в атмосфере с целью рассчитать, к чему приведет работа ряда ветроэлектростанций, находящихся на Западе, в состав которых входят тысячи турбин. В итоге оказалось, что в данном регионе «ветровая скорость» уменьшена на пять с половиной – шесть целых семь десятых миль/ч. Но что еще более важно – работа турбин повлекла за собой значительные изменения воздушного течения, влияющие на формирование, а также направление североатлантических штормов.
Изучить в полной мере то, какое влияние оказывают на погоду ветроэлектростации, не представляется возможным.
Самая большая ветряная электростанция на сегодняшний день располагается в штате Техас. Она состоит из
Согласно предположениям специалистов, «реальные» ветроэлектростанции не так сильно влияют на окружающую среду, как это показала имитационная модель. Тем не менее, никто не возьмется за предсказание последствий их работы; в особенности это касается штормов.
Если верить статистическим данным, даже при самых незначительных изменениях «низкого» ветра специалисты не могут точно сказать, как будут себя «вести» большие штормы в ближайшее время – какой они будут силы, когда именно произойдут, как будут перемещаться.
Кроме того, ветровые фермы могут влиять на местный климат, и, соответственно, на находящееся вблизи сельское хозяйство. Зачастую в местах наличия ветроэлектростанций градуса на четыре увеличивается температура в ночное время суток, что приводит к пересыханию земли.
На сегодняшний день еще пока ничего не известно относительно сопоставимости последствий работы ветропарка и возведения современных многоэтажек, созданий новых городов, состоящих преимущественно из небоскребов.
Исследование: крупные ветроэлектрические станции могут нагревать почву, что влияет на климат
Альтернативные источники энергии становятся все более популярными, с каждым годом количество солнечных электростанций, ветряных «ферм», геотермальных станций увеличивается. Многие считают, что переход на зеленую энергетику поможет снизить темпы потепления климата, если не остановить этот процесс совсем.
Но дело в том, что сами источники альтернативной энергетики тоже влияют на климат. Правда, для того, чтобы это влияние стало более-менее отслеживаемым, источников должно быть ну очень много. Ученые из Гарварда Ли Миллер и Дэвид Кейт решили проверить, что будет, если ветроэнергостанции станут основным источником электричества, например, в США.
Для проверки была создана масштабная климатическая модель континентальный части США. В регионах, где есть сильные ветры, ученые разместили большое количество ветроэнергостанций. Общая производительность такого рода источников энергии достигла в модели тераватта. Это перекрывает все потребности страны в энергии.
Модель показала, что если построить большое количество ветровых электростанций, то в континентальной части США потеплеет — температура поднимется примерно на 0,2 Цельсия. В регионах, где станций больше всего, температура увеличится на полградуса (имеется в виду среднегодовой показатель).
Стоит отметить, что результаты испытаний модели совпадают с результатами реальных измерений — там, где станций действительно много, температура поднимается примерно так, как это предсказали ученые.
Изменения более заметны в ночное время и менее — в дневное. Дело в том, что поверхность земли днем нагревается под влиянием Солнца, и влияние ветроэлектростанций сложнее отследить. А вот в ночное время, когда грунт остывает, изменения очень хорошо заметны — средняя температура грунта в таких регионах чуть выше, чем температура грунта в той же климатической зоне, лишенной «ветряков».
Тем не менее, изменения гораздо менее значительны, чем те, что мы видим сейчас — сжигание горючих полезных ископаемых и топлива влияет на климат очень сильно. Нагревание на полградуса практически не повлияет на экосистемы, природа не будет сильно затронута. Конечно, какие-то негативные факторы будут, но их не так много, особенно в долгосрочной перспективе.
Кроме того, изменения, о которых говорится выше, не распространяются глобально — температура несколько повысится в определенном регионе, но не во всем мире.
Что касается глобального потепления, то оно меняет много — это тысячи и тысячи больших и малых изменений в температурном режиме всех регионов мира, изменение уровня осадков и мест их выпадения, влияние на экосистемы.
В модели Миллера-Кейт проанализировано изменение климата, включая последствия глобального потепления, при замене большинства традиционных источников энергии ветроэлектростанциями. Как оказалось, если к 2080 году заменить сжигание топлива ветряными фермами, то глобальное потепление удастся остановить. Конечно, это всего лишь гипотетический сценарий — ученые понимают, что все это вряд ли реально осуществить на практике. Но все же результаты исследований очень показательны.
Кроме того, в модели показано, что ветроэнергостанции нужно строить не только в США — только в этом случае глобальное потепление отсутпит. Если же ветротурбины будут устанавливаться лишь в США, то глобальное потепление станет развивать наступление и дальше, особого толку в замене традиционных источников на альтернативную энергетику не будет.
Что касается модели, то она должна быть изучена более тщательно, чтобы предусмотреть различные сценарии. Например, можно представить, что электричеством, выработанном на ветряных фермах, будут заправлять электромобили, которые заменят в массе своей обычные автомобили. В этом случае ветроэлектростанций понадобится больше, что, в свою очередь, увеличит негативное влияние ветроферм на климат.
Стоит отметить, что в модели предусмотрен и вариант, когда основным источником энергии становятся солнечные панели. В этом случае о поднятии температуры речь не идет — среднегодовая температура регионов, где больше всего солнечных станций, поднимется в среднем на 0,02С, что является исчезающе малой величиной, ни на что не влияющей. Солнечные панели оказывают влияние на климат путем изменения альбедо грунта — этот показатель значительно увеличивается, а значит, речь идет о снижении уровня солнечной радиции, приходящейся на определенный регион.
Тем не менее, ученые считают, что будущее — за ветроэнергостанциями, конечно, в тех регионах, где ветры достаточно сильные. «Ветер в качестве источника энергии гораздо более выгоден, чем горючие полезные ископаемые — включая долгосрочное влияние на окружающую среду. Причем несмотря на то, что влияние ветроэнергостанций на окружающую среду специфическое, его нельзя сбрасывать со счетов, а нужно изучать», — говорят авторы исследования.
Массовое развитие ветроэнергетики может нанести серьезный вред планете
По оценкам специалистов, в Европе в ближайшие 10 лет объем выработанной энергии ветра возрастет на 140 ГВт. Ветер, как неисчерпаемый источник экологически чистой энергии, находит все более широкое применение. Однако наряду с неоспоримыми плюсами ветроэнергетика имеет и свои минусы, пишет eprussia.ru. Согласно некоторым исследованиям, развертывание ветроэнергетики хотя бы до 33 процентов от уровня нынешней мировой электрогенерации приведет к худшим последствиям для климата, чем удвоение содержания углекислого газа в атмосфере. Между тем, по современным научным представлениям, удвоение содержания углекислого газа в атмосфере неизбежно вызовет поистине катастрофические изменения климата и массовое вымирание видов.
Обо всем по порядку
Что такое ветряная энергетика? По сути, энергия ветра – это преобразованная в кинетическую энергию молекул воздуха энергия солнца. Проще говоря, энергия ветра, как и энергия волн, – это разновидность солнечной энергии, энергии, которая будет нам доступна столько времени, сколько будут существовать Солнце и наша планета.
Энергию ветра люди научились использовать еще в древности. Так, уже в Древнем Египте ветер использовали для помола зерна, а в Вавилоне и Китае – для осушения полей. Наконец, в XX веке ветер стали использовать непосредственно для получения электроэнергии. Сторонники ветроэнергетики заявляют о сплошных плюсах подобного подхода: отмечают ничтожную стоимость эксплуатации ветряной электростанции, то, что ветряная энергетика соответствует всем условиям, необходимым для причисления ее к экологически чистым методам производства.
Недовольные соседи
Однако противники ветряной энергетики находят в ней и недостатки. Причем если некоторые из них по сравнению с вредом, причиняемым традиционными источниками энергии, незначительны, то другие заставляют серьезно задуматься о дальнейших перспективах ветряной отрасли.
Начнем с простейших из них. Например, многие считают, что ветряки, торчащие здесь и там, портят вид местности. Поэтому соседи могут воспротивиться сооружению ветряной турбины (это называется «синдромом отчужденности»). Кроме того, лопасти винтов при работе издают шум, который раздражает живущих по соседству (при этом малые ветряные турбины, часто устанавливаемые в непосредственной близости от жилья, шумят сильнее – скорость их вращения выше, чем у крупных турбин, и они находятся ближе к земле). А отсутствие согласия соседей на установку турбины может поставить крест на ваших планах получать энергию от ветра.
Между прочим, у соседей могут быть и вполне рациональные причины невзлюбить ветряк. Так, есть мнение, что турбины создают помехи, ухудшающие прием радио- и телепередач. Кроме того, на многих негативно воздействует и постоянное мелькание солнечного света, прерываемого лопастями или отражающегося от них. При определенной частоте мельканий у некоторых людей даже возникают эпилептические припадки.
Финансовый аспект
Есть у ветряных электростанций минусы и посерьезнее. Не стоит забывать, что ветер – неустойчивый источник энергии. Сила ветра весьма переменчива и зачастую непредсказуема, что требует использования дополнительного буфера для накапливания избыточной электроэнергии или дублирования источника для подстраховки.
Если говорить о малой генерации, то даже лучшие образцы автономных ветроэлектростанций могут обеспечить регулярное производство только небольшого количества электроэнергии. К тому же малые ветряные турбины не работают при слишком сильном ветре, а гроза, ураган или снежный буран могут такую турбину повредить. Все это приводит к тому, что если малые ветроэлектростанции и окупаются, то очень долго.
Впрочем, и с «большой» ветряной энергетикой не все так просто. Несмотря на массовое производство, стоимость строительства современной ветряной электростанции велика. При этом ветряные электростанции, как правило, простираются на обширные территории и находятся в отдалении от потребителя, что создает дополнительные расходы на транспортировку энергии. Сохранение избыточной энергии, выработанной ветряными турбинами, также требует дополнительных решений: аккумуляторов или преобразователей в другие виды энергии. То есть для того, чтобы получать «бесплатную» энергию ветра, вначале придется хорошо заплатить, ведь ветряная электростанция отличается высокой начальной стоимостью.
Кроме того, в разных частях Земли в разное время ветер дует по‑разному. При строительстве ветряных электростанций необходимо предварительное исследование и разработка карты ветров, что увеличивает стоимость такой электростанции.
Экологический аспект
Сторонники ветроэлектроэнергии постоянно подчеркивают, что по сравнению с вредным воздействием традиционных энергоисточников воздействие ветроэнергетики на экологию планеты ничтожно. Но риски есть.
Прежде всего, ветряки несут угрозу крылатым существам – птицам и летучим мышам. Некоторые исследователи утверждают, что ветряки принуждают некоторые виды птиц менять пути миграции, а кто не меняет, рискуют погибнуть от лопастей турбин. Например, в США, согласно данным Национальной академии наук этой страны, от них погибает от 20 тыс. до 37 тыс. птиц ежегодно.
Причина гибели летучих мышей сложнее: способность к эхолокации, как правило, позволяет им не попадать на лопасти, но они залетают в область низкого давления, тянущуюся за вращающейся лопастью. От внезапного попадания в почти безвоздушное пространство лопаются капилляры в легких, и зверек гибнет.
Наконец, есть версия, что ветровые электростанции вредят и людям. Так, многие живущие поблизости от них жалуются на постоянный шум. Ветряные турбины действительно создают шум, сравнимый с шумом автомобиля, движущегося со скоростью 70 км / ч, что вызывает дискомфорт для людей и отпугивает животных.
Другая неожиданная особенность ветряных энергоустановок проявилась в том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно воздействующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт. Как показал опыт эксплуатации большого числа ветряных установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы, покидая район размещения станции, т. е. территории самой ветровой станции и примыкающие к ней становятся непригодными для жизни.
Американский педиатр Нина Пьерпонт утверждает: близость ветроустановок вызывает у некоторых людей мигрень, головокружение, беспокойство, тахикардию, давление в ушах и тошноту, а также ухудшает зрение и даже пищеварение. Она даже выявила так называемый «синдром ветрогенератора» – клиническое наименование ряда симптомов, которые наблюдаются у многих (но не у всех) людей, живущих вблизи промышленных ветровых турбин.
По мнению врача, к проблемам приводит нарушение вестибулярной системы внутреннего уха низкочастотным шумом от турбин ветрогенераторов. Проще говоря, инфразвуком. Низкочастотный шум от турбин стимулирует выработку ложных сигналов в системе внутреннего уха, которые и приводят к головокружению и тошноте, а также к проблемам с памятью, тревожности и панике. Инфразвук, вследствие большой длины волны, свободно обходит препятствия и может распространяться на большие расстояния без значительных потерь энергии. Поэтому инфразвук можно рассматривать как фактор, загрязняющий окружающую среду. Таким образом, если ветрогенераторы приводят к выработке инфразвука, то они все же не являются чистым источником энергии, поскольку загрязняют окружающую среду. А отфильтровать инфразвук намного сложнее, чем обычный звук. Устанавливаемые звуковые фильтры не позволяют экранировать его полностью.
Впрочем, «синдром ветрогенератора» не признается официально. Критики Пьерпонт говорят, что написанная ею книга не рецензировалась и была издана самостоятельно, а ее выборка субъектов для исследований слишком мала и не имеет контрольной группы для сравнения. Многие специалисты заявляют, что термин «синдром ветрогенератора» распространяется группами активистов, выступающими против ветропарков. А некоторые исследования объясняют синдром ветрогенератора силой внушения. (Справедливости ради надо заметить, что те же аргументы приводятся в ответ на критику более традиционных видов энергии, например, атомной, которым противопоставляется энергия ветра.)
Однако, несмотря на критику синдрома, люди очень часто жалуются на головные боли, бессонницу, звон в ушах, которые связываются с ветрогенераторами. Не зря рядом с ветропарками исчезают животные. Чтобы выявить реальные угрозы, необходимы дополнительные исследования.
Ветрогенераторы ведут мир к апокалипсису?
Есть и еще более серьезные опасения. Согласно некоторым исследованиям, развертывание ветроэнергетики хотя бы до 33 процентов от уровня нынешней мировой электрогенерации приведет к худшим последствиям для климата, чем удвоение содержания углекислого газа в атмосфере. Между тем, по современным научным представлениям, удвоение содержания углекислого газа в атмосфере неизбежно вызовет поистине катастрофические изменения климата и массовое вымирание видов.
Как же ученые пришли к подобным выводам? Дело в том, что каждая ветряная турбина создает прямо за собой «ветряную тень» – область, в которой воздух замедлен в сравнении со своей естественной скоростью в этом районе. Вот отчего ветряки на ВЭС расставляют с существенными «зазорами»: в противном случае слишком близкие соседи снизят эффективность друг друга.
Если бы мы покрыли всю Землю ветряными турбинами, считают исследователи, такая энергосистема «могла бы генерировать огромные количества энергии, намного больше, чем 100 ТВт, но в этой точке, как подсказывает климатическое моделирование, ее влияние на глобальные ветра и, следовательно, климат стало бы очень суровым».
Напомним, что именно ветер «отвечает» в мировой атмосфере за перенос тепла из жарких, тропических частей земного шара в более холодные, высокие широты (и в Россию в том числе). Снижение их скорости, неизбежное при вращении ветряков, ведет к падению интенсивности такого теплопереноса. Словом, теоретически слишком бурное развитие ветроэнергетики может привести к росту средних температур летом и их падению зимой. А значит, к экологической катастрофе планетарных масштабов.
Сложно сказать, правда ли это, однако, на мой взгляд, даже малейшее подозрение в столь негативном воздействии на экологию Земли требует дополнительных исследований. Возможно, мы наблюдаем не рассвет ветряной энергетики, а ее апогей, за которым ветряную энергетику ждут увядание и забвение.