Окончательно интерес энергетиков к ветру пропал к началу 1960–х. «Нефтяное» электричество было настолько дешёвым и удобным, что тягаться с ним стало сложно. Хотя ветер и оставался бесплатным энергоресурсом, производство из него электричества вовсе не отличалось дешевизной. С учётом 20–30–летнего срока службы ветроустановок себестоимость электроэнергии доходила на рубеже 1970–х и 1980–х годов до 40 центов за киловатт-час. А тот же киловатт – час, снимаемый с обычной теплоэлектростанции (ТЭС) стоил менее 4 центов [6].
Вместе с эрой электричества начиналась и эпоха нефти. Постепенно выяснялось, что и пшеницу молоть, и воду качать гораздо удобнее и выгоднее с помощью надёжных и дешёвых установок, работающих на угле и соляре, а не переменчивом ветре. К середине 1920 – х годов численность ветряных мельниц в СССР сократилась в три раза [6].
Между тем ещё в начале 1970–х человечество испытало первый нефтяной кризис. Случилось это 16 октября 1973 года вовремя конфликта Израиля с Сирией и Египтом, получившего название Войны Судного дня. В тот день арабские страны объявили, что не будут продавать нефть государствам, поддерживающим Израиль. И уже к вечеру цены на «чёрное золото» подскочили с 3 до 5 долларов за баррель (чуть меньше 160 литров), а за следующий год цены выросли до 12 долларов. В результате, хотя Израиль победил вооруженном конфликте, оказалось, нелегко определить, кто же в итоге извлёк из него больше выгоды. Ведь именно тогда арабские страны почувствовали, что, используя цены на нефть, могут управлять почти всем миром [6].
С тех пор нефтяные кризисы сотрясают планету с завидной регулярностью: в 1979 году – в связи с войной между двумя крупными нефтедобытчиками Ираном и Ираком; в 1990 году – в связи с нападением Ирака на Кувейт; в 2000 году – когда оказалось, что мировая транспортная инфраструктура не справляется с растущими потребностями в нефти. С того времени цена на нефть упорно ползёт вверх [6].
От нефтяной зависимости необходимо освобождаться, это стало очевидно уже во время первых кризисов, поэтому к началу 1980 – х годов исследования и разработки в области альтернативной энергетики были расконсервированы и продолжены.
Самым главным источником ветровой энергии на нашей планете, как и двигателем большинства других земных процессов, служит самая близкая к нам звезда – жёлтый карлик по имени Солнце. Именно его излучение, неравномерно нагревая планету, создаёт в её атмосфере зоны различного давления. Воздух стремится перетечь из зоны высокого давления в зону низкого. Эти перемещения образуют крупномасштабные воздушные течения, которые называются ветром. Принято считать, что он «начинается» со скорости движения воздуха 0, 6 м/сек. Всё, что находится ниже этой черты, определяется как штиль. Однако ветровая энергетика более требовательна, так как для неё необходима скорость ветра, не ниже 5–6 м/сек. Лишь при такой скорости ветрогенераторы начинают вырабатывать энергию надлежащего качества. Оптимальной считается, сила ветра 14–17 м/сек. У поверхности моря такие скорости бывают нечасто, поэтому ветряки устанавливаются на башни высотой десятки метров [6].
Сила, когда-то раздувавшая паруса кораблей и крылья мельниц, сегодня раскручивает лопасти электрических генераторов. Солнце нагревает воздушные массы у экватора, передавая им 72 тераватта энергии в год (См. Приложение 37, 38). Из-за этого поток воздуха непривычно несется к полюсам со скоростью 160 км/ч: там нагрев слабее. Пятой части энергии ветра хватило бы, чтобы покрыть потребности землян. Но как ее заполучить? Пока что люди используют лишь слабые, низовые отголоски ветров - на уровне моря [4].
Особенно преуспевают прибрежные страны, где есть постоянные ветра. Так, например, в Дании 19% электричества производится ветряками. А вообще в мире - лишь 1%. Утешает, впрочем, что ежегодно общая мощность ветрогенераторов на планете увеличивается на 20-35%. Специалисты обещают, что со временем побережья Северного и Балтийского морей покроют целые вереницы ветряков.
Главная проблема - порывистость ветра, то есть непостоянство производства энергии. 50% энергии они производят за 15% рабочего времени, а в остальное время едва функционируют [4].
Правда, ветряные генераторы можно сочетать с солнечными: ведь в ветреный день обычно бывает пасмурно, а в солнечный - безветренно. Такие гибридные электростанции должны работать стабильнее - возможно, за ними будущее.
Две трети ветряных генераторов действует в Западной Европе. Мировой лидер – Германия, по сравнению с ней общая мощность российских станций в 1200 раз меньше.
В докладе организации Greenpeace утверждается: к 2020 году ветроэнергетика будет в состоянии обеспечить 12% мировой потребности в электричестве, с учётом того, что к тому времени эта потребность увеличится на 75 % в сравнении с затратами сегодняшнего дня [4].
Современные ветродвигатели делятся на два основных типа: карусельные, с вертикальной осью вращения, и крыльчатые - с горизонтальной (См. Приложения 40, 41). Последние имеют более привычный вид, напоминающий старые мельницы, только лопастей у них меньше. Строители старинных неторопливо крутящихся ветряков старались сделать больше «крыльев», чтобы лучше использовать силу ветра. Однако эффективность растёт с числом лопастей нелинейно: четыре лопасти не будут вдвое эффективнее, чем две. А с ростом скорости вращения эффективность всё больше зависит от аэродинамических показателей, а не от числа лопастей. Если учесть, что в мощных ветроустановках до 40 процентов стоимости может приходиться на ротор, то становится понятным, почему сегодня у большинства мощных ветряков лишь две – три лопасти (а в некоторых случаях, правда довольно редко, - всего одна с противовесом). Основным параметром, влияющим на мощность установки, является длина лопастей. Она доходит до 60 метров, а то и больше в отдельных случаях. Их длина ограничена скоростью движения концов лопастей, которая не должна превосходить примерно треть скорости звука. К тому же по расчётам инженеров корпорации Boeing, ведущей компании по производству лопастей для промышленных ветрогенераторов, при диаметре ротора более 120 метров растёт риск того, что разновысотные ветры просто разнесут дорогую установку [6].
Чтобы эффективность установки была максимальной, её надо разворачивать перпендикулярно ветру. В маленьких бытовых ветрогенераторах с этой задачей справляется хвостовой стабилизатор, действующий по принципу флюгера. Однако повернуть промышленный ветрогенератор общим весом в десятки, а то и сотни тонн такой стабилизатор уже не в силах, и эти функции возложены на специальную систему управления рысканьем (поворотами по азимуту) [6].
В карусельных ветряках такая система не нужна, и это одно из главных их преимуществ (См. Приложение 42). Работа такой установки не зависит от направления ветра, а высота не ограничена теми максимальными 120 метрами, что останавливают проектировщиков крыльчатых установок. Вдобавок карусельные ветряки начинают работать при значительно меньшей скорости ветра, чем крыльчатые [6].
Простейший карусельный ветряк используется в приборе для измерения скорости ветра – анемометре. На концах горизонтальной перекладины закреплены чашки. В одну из них ветер «задувает», а другую «обдувает» со дна. Ясно, что давление воздуха на первую чашку будет больше, чем на вторую. Перекладина начинает вращаться вокруг вертикальной оси, и чем сильнее ветер, тем быстрее. На ось можно насадить много таких перекладин, а ещё удобнее прикрепить к ней высокие корытообразные лопасти. Теоретически их высота может измеряться хоть километрами [6].
Однако при всех плюсах карусельных ветряков коэффициент полезного использования силы ветра у крыльчатых конструкций пока значительно выше, поэтому и распространены они гораздо шире. Сейчас на их долю приходится более 90 процентов всех промышленных энергоустановок в мире. Положение могут изменить ортогональные карусельные ветряки. В них лопасти – полубочки заменены вертикальными крыльями, сделанными по принципу самолётных. Такой ветряной двигатель сначала надо закрутить с помощью стороннего агрегата, зато, выйдя на рабочий режим, он теоретически способен развить мощность в 20 МВт, В то время как самые мощные «крыльчатки» выдают 5–6 МВт [6].
Ветровых генераторов построено уже немало. Одна только датская фирма Vestas Danich Wind Technology с начала 1980 – х годов возвела по всему миру более 11 тысяч ВЭС. На Западе ветровая энергетика входит в число самых быстрорастущих отраслей энергодобычи [6]. Тут, правда, надо учитывать, что из–за неравномерности ветровой нагрузки реальная энергоотдача ВЭС оказывается в 2–6 раз ниже установленной мощности. Тем не менее, в некоторых странах, например в Дании, доля ветровой энергетики составляет более 20%. А в Испании 22 марта 2008 года дули такие сильные ветра, что местные ВЭС обеспечили в тот день 40, 6% всего энергопотребления страны [6].
Безусловным лидером ветроэнергетики является Германия (См. Приложение 48, 49), где установлено более 22ГВт ветровых мощностей. Здесь работают и крупнейшие мире ветрогенераторы мощностью 6 МВт (компания Enercon, 2005 год) и 5МВт (REpower Systems, 2004 год). Высота башни 5– мегаттного исполина составляет 120 метров, диаметр ротора -126 метров, а гондола (верхняя часть установки, включающая турбину и генератор) весит более 200 тонн. Применение современных технологий, постройка новых мощных генераторов и государственная поддержка позволили значительно снизить себестоимость электричества, производимого на ветряках. Например, в США она составляет 5 центов за киловатт – час при средней скорости ветра 7м/с и всего 3 цента при скорости ветра 9 м/с. Это меньше себестоимости электричества, произведённого на ТЭС (в тех же США – 4, 5–6 центов за киловатт-час). Однако перед ветроэнергетикой стоят и другие проблемы неэкономического характера.