How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

Переводчик: Anton Zamaraev Редактор: Rostislav Golod

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

Каждые 24 часа ветер создаёт кинетическую энергию, достаточную для производства

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

электричества, превышающего суточное потребление человечеством где-то в 35 раз.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

И, в отличие от угля или нефти, ветер полностью возобновляется каждый день.

So how can we harness this incredible amount of energy,

Так как же нам обуздать такое невероятное количество энергии,

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

и возможно ли создать мир, полностью обеспечиваемый энергией ветра?

The basic principle of wind energy is simple.

Основной принцип энергии ветра прост.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

Череда парусов или лопастей, закреплённых вокруг ротора, ловит ветер

and translate its kinetic energy into rotational energy.

и преобразует его кинетическую энергию в энергию вращения.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

При помощи энергии вращения традиционных ветряных мельниц

мелют зерно или качают воду.

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

Но в современных ветряках ветер вращает генератор, производящий электричество.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

Это преобразование ветра в энергию вращения, а затем в электричество

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

определяло принцип работы ветрогенератора с момента изобретения в конце XIX века.

And there are three primary factors that determine just how much energy

Существуют три основных фактора, определяющих сколько энергии

they can produce: the size and orientation of the blades,

они могут производить: размер и ориентация лопастей,

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

аэродинамический дизайн лопастей и количество ветра, вращающего ротор.

First up, blade orientation.

Начнём с ориентации лопастей.

Wind turbines can be designed with their rotor

Ротор ветрогенератора может быть расположен

on a vertical axis or a horizontal axis.

либо на вертикальной, либо на горизонтальной оси,

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

Вертикальные лопасти способны захватывать ветер с любого направления,

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

но с гораздо меньшей эффективностью, чем роторы на горизонтальной оси.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

Горизонтальное расположение позволяет лопастям захватывать ветер с полной силой,

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

отслеживая направление ветра и поворачиваюсь к нему лицевой стороной.

This turning process is called yawing,

Процесс поворота называется установкой на ветер,

and older windmills achieved it through manual monitoring.

и на старых ветряных мельницах он проводился вручную.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

В наши дни датчики ветра и компьютерные системы автоматически подправляют лопасти

with expert precision to capture as much energy as possible.

с превосходной точностью, что позволяет захватить как можно больше энергии.

Outside rotor orientation,

Помимо ориентации ротора

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

для максимальной эффективности необходимо изменить форму лопастей.

While early designs used flat blades,

На ранних конструкциях использовали плоские лопасти,

modern blades are curved like airplane wings.

но современные лопасти искривлены подобно крыльям самолёта.

Wind travels faster over the curved surface,

По искривлённой поверхности ветер движется быстрее,

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

создавая над лопастью область низкого давления, которая выталкивает его наверх.

Since the amount of lift depends on the angle

Так как подъёмная сила зависит от угла,

at which the wind is moving relative to the blade,

под которым движется ветер по отношению к лопасти,

modern blades also incorporate a twist,

современные лопасти ещё включают и закрутку,

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

при помощи которой лопасть оптимально входит в ветер.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

Состоящие из слоёв оргстекла и полимера, эти лопасти достаточно прочны,

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

чтобы работать при дожде, грозе и на солнцепёке более 20 лет.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

Даже с аэродинамическими лопастями и горизонтальным ротором

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

ветрогенератор способен захватывать ветер, только когда он дует.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

Скорость ветра обычно увеличивается с высотой.

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

Поэтому в наши дни большинство ветряков намного выше 100 метров,

и они имеют роторы с диаметрами соответствующих размеров.

with equally large rotor diameters.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

Ветрогенератор такой высоты и размера может ловить огромное количество ветра,

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

производя достаточно электричества для обеспечения 750 домов в Америке в год.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

Ветровая электростанция, состоящая из 200 генераторов подобного размера,

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

может снабжать энергией целый год

150 000 домов в Америке — или 300 000 домов в Европе.

for an entire year.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

На морских ветровых электростанциях турбин покрупнее гораздо больше.

In 2019, the largest wind turbine ever built

В 2019 году около побережья Нидерландов вступил в эксплуатацию

began operating off the coast of the Netherlands.

самый большой из когда-либо построенных ветрогенераторов.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

Имея ротор диаметром 220 метров, всего лишь один такой генератор

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

может обеспечить годовую потребность в энергии 16 000 домов в Европе.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

Несмотря на многообещающий потенциал, у ветроэнергетики немало сложностей.

Wind may be a free and unlimited fuel,

Пусть ветер является бесплатным и неограниченным источником энергии,

but no matter how large or efficient a turbine is

но каким бы крупным и эффективным ни был генератор,

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

есть математический предел ветра, преобразуемого в электричество.

German physicist Albert Betz calculated

Немецкий физик Альберт Бетц подсчитал:

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

из-за того, что часть энергии ветра должна тратиться на вращение лопастей,

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

генератор может преобразовывать только 59,3 % энергии ветра.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

Кроме того, некоторые считают, что генераторы портят природный ландшафт

and wind energy’s intermittent availability

и что перебои с доступностью энергии ветра

can make it difficult to integrate into electrical grids.

могут затруднить объединение генераторов в электросеть.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

Но даже при этих сложностях благодаря современным генераторам энергия ветра

the most efficient and inexpensive source of electricity.

стала самым эффективным и недорогим источником электричества.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

Ветрогенераторы уже обеспечивают

необходимой энергией населённые пункты по всему миру.

And for many farmers, hosting a wind turbine

И для многих фермеров размещение ветрогенератора

can be a reliable source of additional income.

может стать надёжным источником дополнительного дохода.

With continued improvements in wind forecasting,

Благодаря постоянным улучшениям в прогнозах ветра,

electrical grid infrastructure and energy storage,

инфраструктуре электросети и хранении энергии

wind power might blow away all our energy problems.

энергия ветра может как ветром сдуть все наши энергетические проблемы.