Как известно, человечество многие тысячелетия использовало ветровую энергию для различных целей. Уже в третьем тысячелетии до нашей эры для плавания применяли парусные лодки, а ветряные мельницы успешно работали с VII по ХIХ век нашей эры. Лишь позже и парусный флот, и ветряные мельницы уступили своё место гидравлическим, паровым, а в итоге и атомным установкам. Тем не менее, и в наше время в повестку дня снова встал вопрос об актуальности ветровой энергетики. После нескольких десятилетий несбывшихся надежд рынок ветроэнергетического оборудования, похоже, выходит на магистральную дорогу. Согласно оценке американской исследовательско-консалтинговой фирмы "Clean Edge", мировой объем инвестиций в ветроэнергетику должен возрасти с 5,5 млрд. долл. в 2002 г. до 49 млрд. к 2012 г. Несмотря на затяжную неопределенность, особенно в отношении проблемы интеграции непредсказуемого объема вырабатываемой ветроэнергии в региональные энергосистемы, разработчики продолжают реализацию новых проектов. Например, крупнейший в США разработчик ветросиловых установок - "FPL Energy" - располагает парком в 1700 МВт и планирует в текущем году увеличить его на 700 -1200 МВт.

Энтузиазм разработчиков обусловлен благоприятными тенденциями сокращения затрат, сближающими показатели ветроэнергетики с электростанциями на угле и природном газе. С 80-х годов уровень эксплуатационных затрат снизился на 80% и составляет сейчас 4 - 4,5 ц. за кВт-ч. Снижение затрат стало возможным вследствие инноваций в проектировании ветровых турбин.

В качестве ветровых турбин могут применяться различные конструкции. Простейшие установки прямого использования давления ветра, например, для привода водяного насоса, представляют собой роторы с множеством лопастей от 12 до 24 штук . Преимущество их состоит в том, что они вращаются при самых малых скоростях ветра, а недостаток в том, что они отнюдь не оптимально утилизируют энергию ветра. Их обычно оснащают флюгером, с помощью которого колесо всегда на шарнире поворачивается навстречу ветру, и обозначают как «медленные колёса». Модернизированные ветровые энергоустановки, как правило, имеют три лопасти, форма которых аналогична профилю крыла самолёта. Это делает их аэродинамически оптимальными. Сам ротор колеса сконструирован таким образом, что при этом создаётся стабильное число оборотов и стабильный переменный ток в электрогенераторе. Для того, чтобы число оборотов было постоянным, лопасти ротора закручены вокруг их продольной оси. В результате, при сильном ветре наветренная сторона лопасти уменьшается, а при снижении скорости ветра увеличивается. При шквалистом ветре роторы автоматически отключаются во избежание перегрузки энергоустановки.

Само по себе базовое конструктивное решение - направленный против ветра горизонтально-осевой трехлопастный ротор на полой мачте, мало изменилось по сравнению с периодом 80-х годов. Однако лучшее понимание ветродинамики позволило инженерам расширить и усовершенствовать основные физические параметры и наладить выпуск более мощных и эффективных турбин. Улучшились и конструкционные материалы, особенно для производства лопастей. В ранних моделях лопасти делались из дерева и стеклопластика, а сейчас используются композитные материалы на основе эпоксидных смол, специфические для данной отрасли. Например, выпускаемая сейчас машина средней мощности в 660 кВт массой порядка 30 т имеет ротор диаметром около 45 м по сравнению с менее 10 м в 80-е годы. Несущие мачты также увеличились в размерах с 20 до 80 м и продолжают наращивать высоту, подставляя лопасти более постоянным ветровым потокам.

Другие усовершенствования идут еще глубже. Встроенные микропроцессоры поворачивают лопасти по ветру и регулируют их наклон для максимального увеличения мощности и аэродинамической эффективности. Надежность оборудования резко возросла, и современные турбины находятся в работе 95 - 99% времени. По оценке "American Wind Energy Association", инновации позволили увеличить выход энергии с базового турбогенератора по меньшей мере в 56 раз при девятикратном увеличении затрат. Отраслевые эксперты полагают, что порог рентабельности для ветросиловых установок составляет сейчас 1 млн. долл. на 1 МВт установленной мощности, что почти равно показателям для газотурбинных ТЭС.

Мощности ветровых турбин сейчас достигают 3,5 МВт, однако такой уровень в основном характерен для шельфовых установок, расположенных в Европе. Максимальная мощность турбин для наземных установок составляет 1,65 МВт. Многие компании хотят строить турбины большей мощности, однако существуют объективные пределы. По словам экспертов американской компании "М. A. Mortenson", продуценты ограничены способами транспортировки и возможностями современных подъемных кранов.

Поэтому американские разработчики ищут участки для шельфовых установок. Европейские ветрофермы сейчас обычно строятся именно на шельфе. По данным "European Wind Energy Association", в Европе ветроэнергетика сейчас имеет совокупную установленную мощность 248,2 МВт электроэнергии, и более десяти стран планируют построить шельфовые ветроустановки общей мощностью более 20 ГВт. Дело не только в том, что ветровые ресурсы в шельфовых районах отличаются лучшим качеством. Теоретически более мощные машины можно собирать на судоверфях и буксировать прямо до места, что позволит разработчикам обойти проблемы, связанные с сухопутной транспортировкой больших турбин.

Однако, пока число потенциальных наземных участков остается значительным, развитие шельфовой ветроэнергетики в США в период ближайших 10 лет будет по-прежнему спорадическим. Кроме того, некоторые экологические организации озабочены воздействием проектов в сфере ветроэнергетики на неустойчивые шельфовые экосистемы. Для наземных установок большая мощность турбин не всегда является более эффективной, поскольку многое зависит от ветрового режима и топографического фактора. Например, вторая по величине в мире ветроферма Стэйт-лайн в шт. Орегон имеет турбины мощностью 660 кВт, спроектированные и изготовленные датской компанией "Vestas Wind Systems". В то же время компания "GE Energy" имеет заказ на поставку 80 турбин мощностью 1,5 МВт для ветрофермы Пайн-Три в пустыне Мохаве (шт. Калифорния).