От ветряных мельниц до ветряных турбин: одна и та же идея, 800 лет спустя
Современная ветряная турбина и средневековая зерновая мельница работают по одному и тому же принципу — движущийся воздух вращает вал. Что изменилось за тысячу лет, так это то, для чего этот вал предназначался.
Самые ранние ветряные мельницы датируются примерно 1400 годами назад, Систаном, регионом на границе современного Ирана и Афганистана, где строители VII века возводили мельницы с вертикальной осью и деревянными лопастями, обтянутыми парусиной, для помола зерна и подъема воды из колодцев. В последующие столетия конструкция распространилась на запад по торговым путям — к XI веку ветряная энергия широко использовалась на Ближнем Востоке, а купцам и возвращающимся крестоносцам приписывают перенос этой технологии в Европу.
Европейские строители существенно изменили конструкцию. Вместо мельниц с вертикальной осью Персии они разработали ветряные мельницы с горизонтальной осью с ныне знакомыми вращающимися парусами, установленными на башне или столбе, а голландцы, в частности, использовали большие ветряные насосы для осушения озер и болот в низменной дельте Рейна, отвоевывая земли, которые иначе остались бы под водой. К XIV веку ветряные мельницы распространились до самой России, а помол зерна на мельнице, приводимой в движение ветром — а не человеком, животным или текущей водой — стал одной из важнейших технологий в средневековом мире.
Новый континент, новая форма
Когда европейские поселенцы привезли технологию ветряных мельниц в Северную Америку, конструкция снова изменилась, чтобы соответствовать другому ландшафту. Вместо одного большого ротора на горизонтальной оси, американские мельницы обычно использовали множество коротких лопастей, расположенных вокруг вертикальной оси, что позволяло мельнице улавливать ветер, приходящий с любого направления — это было полезно на открытых, изменчивых равнинах американского Запада, где тысячи таких небольших мельниц были установлены для перекачки воды для усадеб и скота. Коммерческий прорыв произошел в 1850-х годах, когда Дэниел Халладей и Джон Бернхэм построили ветряную мельницу, которая автоматически поворачивалась к ветру и регулировала свою скорость, что сделало перекачку воды ветром значительно более практичной и надежной на границе.
Переход от помола зерна к выработке электроэнергии
Поворот к электричеству произошел в конце XIX века, и это произошло почти одновременно в двух местах. В Шотландии инженер-электрик Джеймс Блайт построил то, что обычно считается первым ветряным генератором электроэнергии. В Соединенных Штатах изобретатель Чарльз Ф. Браш построил гораздо более крупную машину в 1887 году и установил ее в Огайо в следующем году — ротор диаметром 56 футов, питающий батареи, которые освещали его собственный дом, производя около 12 киловатт. Эта машина и те, что последовали за ней, объясняют, почему изменилось и слово: ветряная мельница, которая молола зерно, оставалась ветряной мельницей, но ветряная мельница, построенная для производства электроэнергии, стала называться ветряной турбиной. Развитие продолжалось на протяжении XX века — стальные лопасти вместо дерева и ткани, а к 1941 году появилась первая турбина, предназначенная для производства полного мегаватта мощности. Нефтяные кризисы 1970-х годов затем превратили ветряные технологии из нишевого занятия в предмет серьезных национальных инвестиций, траектория, которая более или менее непрерывно ведет к очень большим морским турбинам, устанавливаемым сегодня.
Рассказано в виде иллюстрированной истории
Часто задаваемые вопросы
Были ли ветряные мельницы изобретены в Европе?
Нет. Самые ранние известные ветряные мельницы были построены около VII века в Систане, на границе современного Ирана и Афганистана, с использованием вертикальной оси для помола зерна и перекачки воды. Технология достигла Европы столетия спустя, распространяясь по торговым путям и благодаря возвращающимся крестоносцам, где строители переработали ее в мельницы с горизонтальной осью, которые большинство людей представляют себе сегодня.
Когда ветряные мельницы начали вырабатывать электричество?
Переход произошел в конце 1880-х годов. Шотландский инженер Джеймс Блайт построил ранний ветряной генератор около 1887 года, а американский изобретатель Чарльз Ф. Браш установил более крупную 56-футовую машину в Огайо в 1888 году, которая освещала его собственный дом. Примерно в этот период термин «ветряная турбина» начал заменять «ветряную мельницу» для машин, построенных для производства электроэнергии, а не для помола зерна.
В чем на самом деле разница между ветряной мельницей и ветряной турбиной?
Механически обе преобразуют движение ветра во вращающийся вал — основная физика не изменилась. Разница в том, к чему подключен этот вал: вал ветряной мельницы традиционно вращал жернова или водяной насос, в то время как вал ветряной турбины вращает электрический генератор. Современные турбины также значительно больше, с лопастями, которые могут достигать более 100 метров, по сравнению с деревянными парусами традиционной мельницы.