Сила ветра

Сила ветра, эксплуатация которой считается одним из самых современных направлений энергетики, использовалась человечеством с незапамятных времен, за тысячелетия до нашей эры. Особенным шагом в развитии древней энергетики стало изобретение ветряных мельниц — и это по-своему эпохальное событие, потому что основная идея используется и в настоящее время для получения электричества.

Интересна эволюция идеи ветряных мельниц — развитие инженерной мысли с целью повышения коэффициента полезного действия. Первые ветряные мельницы были вертикально-осными - так называемого карусельного типа. В их конструкции старались использовать легкие материалы. На следующем этапе широкое распространение получили горизонтально-осные конструкции, или ветряные двигатели крыльчатого типа, которые строились с использованием достаточно тяжелых материалов. Это объяснялось тем, что для выполнения своих задач крыльчатые двигатели должны были развивать большую мощность.

Персидские карусели

Самые первые документальные упоминания о промышленном применении ветряных мельниц относятся к Персии. Использовавшаяся конструкция — тип гребного колеса парохода, поставленного на вертикальную ось, отличалась очень низким коэффициентом действия, несмотря на то, что лопасти изготавливались из легкого дерева и материи. Эти мельницы применялись в VI–X веках н.э. и первоначально использовались в качестве двигателей для насосных станций, подающих воду для бытовых нужд и орошения полей. К сожалению, до нас дошли только чертежи и фотографии этих сооружений.

Распространено также мнение, что родиной мельниц карусельного типа является Китай, где они сооружались еще две тысячи лет назад, но первое документальное упоминание о них в этой стране относится к 1219 году н. э. Так же как и в Персии, здесь они использовались для перемола зерна и подачи воды на поля и в дома.

Одним из самых примечательных способов использования ветра, дошедших до нас практически в неизменном виде с незапамятных времен, являются ветряки на острове Крит, также предназначенные для подачи воды.


Средневековье – новое время

В 1714 году француз Дю Квит предложил использовать пятилопастное карусельное ветроколесо, установленное на треноге для вращения гребных колес судна. «Изюминка» этой идеи состояла в том, что такое судно могло свободно двигаться в любом направлении, независимо от направления ветра. Эта идея не получила своего практического воплощения, возможно, из-за своей неординарности и неэффективности конструкции.

Однако позднее — в начале XX в. ветряки использовали для эксплуатации дополнительного оборудования на судах, например, для подъема якоря или работы помп. У знаменитого покорителя Арктики Ф. Нансена на судне ветряк вращал динамо-машину. Таким образом, основные принципы работы ветродвигателей, используемые и в современности, были изобретены очень давно. Инженерная мысль на основе современных знаний находит применение этим принципам в самых разных областях.

Ветроэлектроэнергетика

Открытие электричества, изобретение генератора стало новым стимулом к совершенствованию ветряных двигателей. Несомненно, что идея использовать силу ветра для выработки электроэнергии приходила в голову не одному инженеру.

Первая же станция промышленного типа была построена в Америке в городе Кливленд (штат Огайо) в 1888 году Чарльзом Брашем. Эта многолопастная конструкция, диаметр крыльев которой составлял 17 м, способна была вырабатывать до 12 кВт электроэнергии, что, конечно, очень мало по сравнению с современными установками, имеющими такой размах крыльев, вырабатывающими до 100 кВт. Но ведь это было почти 120 лет назад! Станция Браша, успешно проработав почти 20 лет, доказала, с одной стороны, перспективность данного направления электроэнергетики, а с другой — послужила для конструкторов работающей моделью и позволила создавать более совершенные установки.

По другую сторону океана, в 1891 году Дан Поль Ла Кур разработал электропривод с генератором, позволявший подключаться к наиболее эффективным по своей конструкции на то время ветряным мельницам и вырабатывать электричество. К концу Первой Мировой войны подобные установки, вырабатывавшие до 25кВт, получили широкое распространение в Дании, но с внедрением угольных электростанций не выдержали конкуренции.

Россия, как и во многих других случаях, по теории ветроэнергетики шла впереди планеты всей. Более того, в 1931 году в Крыму, неподалеку от Ялты, была построена ветроэлектростанция мощностью 100 кВт, проработавшая порядка двух лет и, кроме того, был разработан проект на 5 МВт. Интересна история создания, характерная для советского времени. Инициатором ее создания стал Серго Орджоникидзе, отдыхавший у Черного моря и «пострадавший» от перебоев с электричеством. Желание наркома использовать ветер на благо народа, естественно, было воплощено в минимальные сроки.

Не менее интересен собственно создатель станции и последующего проекта — гениальный русский инженер Юрий Кондратюк. Этот человек, впрочем, более известен в мире как создатель теории межпланетных полетов, которая в чистом виде, без всяких добавок была использована американцами в своем полете на Луну через добрых сорок лет.

Теорию ветровых двигателей разрабатывал Н.Е. Жуковский и, к слову сказать, именно авиаконструкторы внесли наиболее существенный вклад в совершенствование конструкции ветряков.

14 мая в Нидерландах отмечается национальный День мельника и ветряных мельниц

Ветряные мельницы – один из символов Нидерландов, наряду с каналами, тюльпанами и голландским сыром.

Раньше человеку было не под силу распиливать огромные бревна, растирать в порошок твердую минеральную породу, молоть необходимое количество муки и давить достаточно масла. Поручив эту работу мельницам, в XIII веке голландцы вывели на новый уровень строительство домов и кораблей, текстильное производство и изготовление продуктов.

Научившись использовать силу ветра, голландские ученые стали строить мельницы с вращающимися башнями.

До изобретения паровой машины в Нидерландах работали тысячи мельниц. Несколько мельниц было в каждой деревне. По положению мельничных крыльев соседи всегда могли узнать, что происходит в семье мельника. Если ничего особенного не происходило, то, закончив работу, мельник останавливал мельничные крылья в положении прямого креста, - одно крыло параллельно земле, другое перпендикулярно. Непрямое положение крыльев говорило о каком-то событии. Наклон крыльев в одну сторону показывал, что у мельника прибавление в семействе. Наклон в другую – означал смерть кого-то из членов семьи.

Во время Второй Мировой войны участники голландского сопротивления с помощью мельниц даже сообщали английским самолетам, где стоят немцы.
Мельницы работают в Голландии до сих пор, хотя осталось их всего тысяча. Мельничную систему Лигвотера из девятнадцати мельниц можно увидеть на юге страны, в Киндердейке. Правда, функциональное значение мельницы практически не несут, а работают в основном в туристический сезон.

Неподалеку от Заандама, находящегося в 10 км от Амстердама, в городке Коган-де-Зан, находится Музей мельниц. Более 600 ветряных и водяных мельниц и насосных станций по всей стране откроют двери для посетителей, а мельники продемонстрируют свое старинное ремесло.