Michael Vasilyev

По поводу ветрогенераторов. Очень поверхностно пробежался по теме. Вот что получилось. Извините — лонгрид.

1. В октябре 2018 года в журналах Environmental Research Letters и Joule вышли две статьи, иллюстрирующие, что использование ветроферм на суше приводит к разогреванию атмосферы и изменению ее циркуляции. Эффект особенно заметен в темное время суток, а сам разогрев происходит даже быстрее, чем при постепенном насыщении атмосферы углекислым газом. До конца текущего века ветряки могут повысить температуру в 48 «континентальных» штатах США на 0,24 °C. Это немало, кстати. И вызывает вопросы к ветрогенерации, как к средству борьбы с глобальным потеплением.

2. Воздействие ветроэнергетики на окружающую среду в конце XX и начале XXI века изучалось на материале моделей общей циркуляции. В частности, анализ производился по работе ветрофермы в Сан-Горгонио, CA. Там в 41 ряд располагались турбины высотой по 23 метра с лопастями длиной по 8,5 метров; расстояние между рядами составляло 120 метров. Исследование показало, что ночью и утром в области, подветренной относительно этой фермы, температура была выше, чем в наветренной. В дневные часы ветроферма, напротив, ощутимо охлаждала подветренную область. Понятно, что подобные температурные искажения создавали новые для данной местности движения атмосферных потоков.

3. В гарвардской статье из журнала «Joule» приводится результат исследования на основе компьютерного моделирования. Игры с моделями показали, что при увеличении площадей ветроферм в 10-100 раз по сравнению с современными (до 3 000 – 300 000 км²) должна существенно уменьшаться скорость ветра и изменяться границы приземного пограничного слоя атмосферы, а так же конвективные явления в этом слое. В результате мы получаем при увеличении площадей ветроферм в 10-100 раз по сравнению с современными (до 3 000 – 300 000 км²) в ветренных регионах должна существенно уменьшаться скорость ветра, а также должны изменяться границы приземного пограничного слоя атмосферы и конвективные явления в этом слое. В результате мы получаем рост средней температура и перераспределение влажности в приземном слое. а вертикальный атмосферный газообмен при этом будет ощутимо нарушаться. На границе моря и суши такое перераспределение еще критичнее, поскольку осадки начинают выпадать в море, не доходя до сельскохозяйственных территорий. Картинка показывает размещение полей ветроферм в Северном море близ берегов Дании.

4. Явление «ветровой тени». Это далеко не столь безобидное явление, как принято считать в настоящее время. На изображении показано влияние этого эффекта на естественное орошение различных горных склонов.

На наветренный склон обычно выпадает гораздо больше осадков, поэтому он покрыт разнообразной растительностью, а противоположный склон при этом может быть практически голым. Ветрофермы же приводят к возникновению совершенно новой техногенной ветровой тени, которую можно назвать динамической. Доказано, что обширные поля ветряков существенно ослабляют бриз.

Из-за массового использования кинетической энергии ветра в районах ветроферм протекают два взаимосвязанных процесса: (а) образуется застойная зона, ветроферма нарушает циркуляцию воздуха и лишает подветренную территорию не только ветра, но и влаги. Ширина этой зоны на суше может достигать 20-50 километров и более. (б) нарушается отвод излишков тепла из приземного слоя атмосферы. В результате сельскохозяйственные территории, на которых развернуты ветрофермы, перегреваются и постоянно страдают от засухи. Кроме того, ветровая тень влияет на давление и влажность в приземном слое воздуха, в частности, на смещение точки росы и Кроме того, ветровая тень влияет на давление и влажность в приземном слое воздуха, в частности, на смещение точки росы и на концентрацию углекислого газа, который служит питанием для растений и источником фотосинтеза.

5. Нагревание турбин зимой увеличивает их углеродный след, а конструирование лопастей из современных полимерных материалов ставит вопрос о переработке и захоронении отработанных турбин. Срок службы ветроэлектростанции составляет 15-25 лет в зависимости от условий эксплуатации, поэтому в Европе уже выработано целое поколение ветряков; но их замена обусловлена не только износом, но и заменой старых турбин на более мощные. Закладка новых площадей под кладбища лопастей — это превращение бывших сельхозугодий в пустыри.

При этом в новых поколениях ветряков все активнее используются редкоземельные элементы (неодим и диспрозий) что тоже не добавляет им «экологичности». Важно понимать, что процесс добычи и переработки этих редкоземельных элементов связан с существенными выбросами токсичных веществ. Так, на 1 тонну добытого приходится 1 тонна отходов — радиоактивных урана и тория.

6. Животный мир. Ученые из Научно-технического центра Западного побережья при Университете Кристиана Альбрехта в Киле изучали реакцию птиц на ветряные турбины во время их миграции из Вадденского моря на северо-запад России.

Показано, что около 30% птиц проходят через ветряные электростанции, не реагируя на них. Скорость кончиков лопастей турбин может достигать 280 км/ч, что несет практически неизбежную гибель птицам, пролетающим через ветрофермы. Кроме того, ученые из Центра исследований и технологий западного побережья при Кильском университете опубликовали исследование, посвященное гагарам. Показано, что морские ветряные турбины оказывают негативное влияние на популяции рыбоядных водоплавающих птиц. Животные почти полностью избегают морских ветряных электростанций, а также непосредственно прилегающих к ним территорий. Исследование было опубликовано в журнале «Scientific Reports». Многие перелетные птицы просто начинают изменять миграционные маршруты. Но для них это может быть фатальным, ведь удлинение пути лишь способствует тому, чтобы меньшая их часть добралась до конечной точки. Кроме того, ветрофермы крайне опасны для летучих мышей. Исследования говорят, что ветряки убивают от до миллиона летучих мышей ежегодно. При этом животным не обязательно даже врезаться в лопасти, достаточно просто пролететь рядом с ними — и мыши получают баротравмы, умирают от внутренних кровоизлияний.

7. Устаревание. Ветрогенераторы, в частности, могут стать несовместимыми с оборудованием синхронизации с энергосистемой. Или могут счесть, что поставляемая ими энергия не окупает затрат на эту самую синхронизацию. Например, если рядом парк более современных, быстрее реагирующих на изменение как ветровой, так и электрической нагрузки — старые ветряки могут тупо мешать именно на уровне электрического согласования.

Или, банально и более материально: система обслуживания, особенно для морских, стала слишком дорогой. А ведь суммарная стоимость обслуживания ветряков больше (для морских — во многие разы больше, до ста) стоимости их создания и монтажа. Работы на высоте и в море, и одновременно на высоте в море — очень дорогое удовольствие, даже если сами операции просты. Вопрос утилизации, поставленный ребром — совсем близкое будущее.

ИТОГИ (неутешительные):

100 МВт ветровой энергии сегодня обходится в:

• 20 000 квадратных метров сведенной растительности,
• 6 000 000 м³ газообразных токсичных выбросов,
• 1,2 млн литров отравленной воды,
• 272 млн кг сильно загрязненного техногенного песка,
• 127 тонн радиоактивных отходов.

Источники:

• Habr, 2022 Sep. Ветроэнергетика и глобальное потепление
• Joule. vol 2 issue 12, 2018 Dec. Climatic Impacts of Wind Power
• PNAS, vol 107, no 42, 2019 Oct. Impacts of wind farms on surface air temperatures
• Nature, 2018 Nov. How some wind turbines hog the breeze
• Climateer Investing, 2009 May. Wind: Why rare earth metals matter
• Стеклопластиковые отходы «зеленой» энергетики