В гл. 1 было показано, что 30 % всех 173 000 ТВт солнечного излучения, падающего на землю, за счет альбедо земли переизлучается обратно в космос. Из 121 000 ТВт оставшейся мощности 3 % (3600 ТВт) преобразует­ся в энергию ветров и из них 35 % (1200 ТВт) распределяется в нижних слоях атмосферы на высоте до 1 км. Современные потребности человечества в энер­гии составляют примерно 7 ТВт. Из этого следует, что потенциально энергия ветровых потоков может полностью удовлетворить все энергетические потреб­ности человечества. Конечно, такая качественная оценка выглядит чрезмерно оптимистичной. Сложно представить себе, каким образом можно разместить ветроустановки повсюду на Земле, включая территорию морей и океанов. Если ветроустановки расположить всего на 10 % суши, то потенциально возможно получение мощности 40 ТВт. Однако, зная, что плотность мощности ветрового потока зависит от его скорости в третьей степени, легко понять, что большая часть энергии ветровых потоков приходится на высокоскоростные течения, такие как штормовые и ураганные ветры. В настоящее время не существует ветротурбин, которые способны были бы работать при штормовых скоростях ветра, поэтому использовать энергию этих потоков пока технически невозможно.

Еще одна проблема эффективного использования энергии ветра состоит в том, что плотность энергии ветрового потока распределена неравномерно: в нижних слоях атмосферы она растет с увеличением высоты. На высоте 10 м при опти­мальных условиях расположения ветроколеса её значение в среднем составляет около 300 Вт/м2, тогда как на высоте 50 м — около 700 Вт/м2.

Необходимо также понимать, что утилизировать весь поток энергии, воз­действующий на ветроколесо, невозможно. Как будет показано в п. 13.6.5, мак­симальное значение коэффициента использования энергии ветра ограничено отношением 16/27.

Поскольку по своей природе ветер постоянно изменяет скорость, ветроуста­новки либо должны иметь устройства, аккумулирующие электрическую энергию (для автономных энергоустановок небольшой мощности), либо должны быть под­ключены к электрической сети, что характерно для больших ветровых ферм.

Следует отметить, что на Земле есть и такие районы, где ветры дуют практи­чески постоянно с одинаковой скоростью и в одном направлении. Использование там ветротурбин было бы весьма эффективным. Так, на всем северо-восточном побережье Бразилии дуют практически постоянные северо-восточные ветры со скоростью около 13 узлов (примерно 7 м/с). Плотность мощности при таких ско­ростях ветра составляет около 220 Вт/м2 т. е. с учетом предельного коэффициен­та использования энергии ветра 16/27 сім2 ометаемой ветроколесом площади может быть получено до 130 Вт полезной мощности. Практически постоянные направление и скорость ветра позволяют строить в этих местах ветротурбины,

которые не нужно систематически ориентировать на ветер. Поскольку в данном случае они могут быть установлены жестко, то для них имеется возможность создать концентраторы ветрового потока, что может позволить повысить выра­ботку энергии в расчете на один ветроагрегат|).