Запасы ветровой энергии, по сути дела, безграничны. Дующие над территорией нашей страны ветры несут энергию, оцениваемую в 10,8 ТВт, что равно мощности 1800 таких энергетических гигантов, как Красноярская ГЭС! Эта энергия возобновляема; в отличие от тепловых станций ветроэнергетика не использует богатства недр, а ведь добыча угля, нефти, газа связана с огромными затратами труда.
Исследования последних лет доказали: стоимость производства энергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Если тепловые станции загрязняют окружающую среду, а плотины ГЭС создают на реках искусственные моря, нарушая природное равновесие, то ветровые станции гармонично вписываются в окружающую среду.
Наиболее перспективно создание мощных ветроэнергетических комплексных систем. Вполне вероятно, что они станут основой энергетики Севера, где господствуют постоянные ветры и среднегодовая скорость ветра достигает 6 м/с. Разработан проект уникального комплекса — ветроэнергетической системы Кольского полуострова, которая протянется на 1100 км. В нем предусматривается 238 ветроэнергетических групп, каждая из которых будет состоять из ветроэнергетических агрегатов новой конструкции и иметь мощность не менее 1000 МВт. Главная особенность новых ветроэнергетических агрегатов — поворотная башня, несущая сразу 2 ветроколеса с 50-метровым размахом лопастей.
Обычно рабочим органом ветродвигателя служат лопасти воздушного винта, который и называют ветроколесом. Теорию его еще в начале XX в. разработал известный русский ученый Н. Е. Жуковский. Для описания явлений, связанных с прохождением воздушного потока через колесо, он применил теорию подъемной силы крыла самолета и определил значение максимально возможного коэффициента использования энергии ветра идеальным колесом. КПД оказался равным 59,3%. Современные ветродвигатели имеют КПД примерно на 15% ниже идеального.
Ветер — стихия весьма капризная: то он дует с одной стороны, то через некоторое время, — с другой. Чтобы колесо эффективно использовало энергию воздушного потока, его необходимо каждый раз разворачивать против ветра. Для этой цели служат специальные устройства — хвостовая пластина (флюгер) или небольшое ветровое колесо (виндроза).
Ветер редко дует с постоянной скоростью. Изменилась его скорость — замедлилось или ускорилось вращение колеса и связанного с ним вала, через который вращение колеса передается электрическому генератору. Чтобы вал вращался с постоянной частотой, применяют разные приспособления.
Общая идея регулирования частоты вращения ветроколеса принадлежит советским изобретателям — инженеру А. Г. Уфимцеву и профессору В. П. Ветчинкину. Они предложили лопасти ветроколеса не закреплять неподвижно, а делать их поворотными. Ветер усилился — лопасти поворачиваются к нему почти ребром, ослабевает — всей плоскостью. Сейчас ветродвигатели применяют на горных пастбищах и в пустынях для добычи воды.