Большое количество воды в сельском хозяйстве требуется для лолива растений, особенно в районах с недостаточным увлажнением почвы. В этих районах, как правило, дуют сильные ветры. В период засухи ветер обычно усиливается. Это даёт возможность использовать энергию ветра для механического орошения.
Великий русский учёный К. А. Тимирязев придавал большое значение ветродвигателям в борьбе с засухой.
В 1893 году он писал: «Если голландцы при помощи своих ветряков борются с океаном, превращая море в сушу, если в наших городах различные ветряные двигатели качают воду в верхние этажи домов, почему бы тот же ветер не мог поднять воду со дна оврагов до уровня полей, почему не заставить его возвратить корням воду, которую он отнял у растений».
Рис. 32. Быстроходный ветродвигатель Д-12 мощностью до 14 лошадиных сил.
Значительный интерес для использования в сельском хозяйстве, особенно для механического орошения, представляет быстроходный, трёхлопастный ветродвигатель Д-12 с нормальной мощностью до 14 лошадиных сил (рис. 32). Крылья этого ветродвигателя имеют стабилизаторы для регулирования числа оборотов ветрового колеса.
Академик А. Н. Костяков подсчитал, что ветронасос-ная установка с ветродвигателем Д-12 при работе с центробежным насосом может обеспечить орошение огородных культур на площади до 17 гектаров.
Большое значение для механизации укрупнённых колхозов имеет мощный быстроходный ветродвигатель Д-18 с нормальной мощностью до 27 киловатт (рис. 33). Он отличается от ветродвигателя Д-12 тем, что поворот головки с ветровым колесом у него производится при помощи виндроз (см. рис. 10). Конструкторы ветродвигателя Д-18 В. И. Сидоров, А. В. Кармишин, В. С. Шаманин, С. В. Назаров и П. А. Аникин удостоены Сталинской премии.
Ветродвигатели с успехом могут использоваться для силового обслуживания и других трудоёмких работ в сельском хозяйстве, а также для электрификации в районах, где среднегодовые скорости ветра выше 4,5 метра в секунду.
Для освещения неболыыих построек (клубов, школ, помещений для скота, железнодорожных казарм и т. п.) и для зарядки аккумуляторов автомашин, радио и телефона применяются ветроэлектрические двигатели ЦАГИ-Д-2 мощностью до 100 ватт. Они могут питать также колхозные радиоузлы. Большое значение имеют эти ветродвигатели для снабжения электроэнергией различных экспедиций и изыскательных партий.
Таковы широкие возможности использования ветроэлектрических установок.
6. АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
Основным недостатком использования энергии ветра является его непостоянство. Ветродвигатели в безветренную погоду и при слабом ветре не работают. Таким образом, приходится искать способы накопления, или, как говорят, аккумулирования энергии ветра на период безветрия.
Простейшим видом аккумулирования энергии ветра является запасание перерабатываемого продукта на время безветрия. По этому принципу работают все ветронасосные и ветромукомольные установки. Целый ряд других сельскохозяйственных производств допускает такой вид аккумулирования энергии ветра.
Сложнее аккумулировать энергию на период безветрия. Простейшим видом такого аккумулирования является использование при ветроэлектрических установках обычных электрических аккумуляторов. Однако электрические аккумуляторы — довольно громоздки и дороги. К тому же они требуют квалифицированного ухода. Поэтому электрические аккумуляторы применяются только при мелких ветроэлектрических установках мощностью не более трёх-четырёх киловатт. При более мощных ветроэлектростанциях необходимо устанавливать резервный двигатель.
Например, единственным местным топливным ресурсом Астраханской области является камыш, в изобилии растущий в Волго-Ахтубинской пойме. Однако камыша нехватит для полной электрификации сельского хозяйства области. Между тем в Астраханской области можно широко использовать энергию ветра.
Использование здесь ветроэлектростанций, имеющих тепловой резерв в виде локомобильной установки, сжигающей камыш, может обеспечить бесперебойную подачу энергии потребителям.
В лесистых районах в качестве резерва при ветро-электростанции может быть использована газогенераторная установка. В отдельных районах Московской, Ленинградской и других областей топливом для резервных установок при ветроэлектростанциях может служить местный уголь и торф.
Большой интерес представляет совместная работа ветросиловых установок с гидростанциями на малых реках, работа которых весьма неустойчива по временам года. Как правило, летом и зимой при сильных морозах ощущается недостаток воды перед плотиной мелкой гидростанции. Воду приходится экономить и накапливать, работая с неполной мощностью или совсем останавливая турбину. Этого можно избежать, если параллельно с гидростанцией установить один или несколько ветродвигателей, которые в ветреные дни будут подавать электроэнергию потребителям. В это время на гидростанции будет накапливаться вода перед плотиной. Так вода и ветер, удачно дополняя друг друга, могут обеспечить работу комбинированной энергетической установки.
Аккумулирование непостоянной энергии ветра заключается не только в совместной работе гидростанции с ветросиловой установкой.
В районах с пересечённым рельефом местности и при обилии воды целесообразно устраивать верхние водоёмы — аккумуляторы. В них вода подаётся ветронасосными установками и затем используется для получения электроэнергии от гидростанции.
Во многих местах Советского Союза имеются весьма подходящие условия для строительства комбинированных силовых установок на базе использования энергии воды и ветра.
Советские инженеры являются пионерами в разработке и строительстве мощных ветроэлектрических установок. Ещё в 1931 году была спроектирована и построена в районе г. Севастополя ветроэлектростанция ЦАГИ-Д-30 мощностью до 100 киловатт (рис. 34).
На основе этого опыта советские конструкторы ещё в 1935 году создали проект более мощной и совершенной ветроэлектростанции ЦВЭИ-Д-50 мощностью до 1000 киловатт.
Рис. 34. Ветроэлектрическая станция ЦАГИ-Д-30 мощностью до 100 киловатт.
Большой интерес для практического использования представляет водородный способ аккумулирования энергии ветра, над которым работают советские конструкторы.
Ветроэлектростанция с водородным аккумулированием состоит из быстроходного ветродвигателя, который вращает электрический генератор постоянного тока. Электроэнергия от генератора поступает к электролизеру *), где вода разлагается на водород и кислород. Полученные таким путём газы собираются в газгольдерах **) и в дальнейшем служат топливом для газового двигателя.
Широкое развитие высоковольтных кольцевых линий электропередач открывает новые возмолсности для работы мощных ветросиловых установок в единой энергетической системе. При этом мощные ветродвигатели, работая на общую сеть, в значительной степени увеличивают выработку энергосистемы без затраты топлива.
Таково заманчивое и вполне реальное будущее широкого использования энергии ветра — «голубого угля». Массовое использование ветродвигателей может дать то изобилие дешёвой электроэнергии во всех уголках нашей страны, которое необходимо для удовлетворения производственных и бытовых потребностей наступающей эпохи коммунизма.
Советские учёные и конструкторы сделали большой вклад как в теорию ветротехники, так и в дело разработки оригинальных конструкций ветродвигателей.
Так, передовая советская наука и техника подошли вплотную к освоению неисчерпаемых запасов «голубого угля».
*) Электролизер — аппарат, в котором происходит разложение вещества электрическим током.
**) Газгольдер—хранилшце для больших количеств газа.