Группа энтузиастов из Норвегии работает над созданием плавучей ветровой турбины с вертикальной осью и двумя комплектами лопастей, вращающимися в противоположных направлениях.
НА СУШЕ И НА МОРЕ
Полгода назад мы рассказывали об отечественной ветровой турбине ИнС-В с двумя винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Эти турбины конструктивно сложнее обычных одновинтовых, но у них выше коэффициент использования энергии ветра (а кроме того, отсутствует инфразвук и снижена опасность для птиц). Пилотные проекты по установке одиночных ветрогенераторов ИнС-В мощностью 1 МВт реализуются во Вьетнаме и Саудовской Аравии. Создание турбин многомегаваттного класса представляется разработчикам вполне возможным, но если говорить о российском рынке, то здесь следует ожидать спроса скорее на небольшие (30-200 кВт) #ветровые генераторы для посёлков и промышленных объектов, расположенных в малообжитых районах - на Дальнем Востоке и в Арктике.
В Северной Европе спрос на мощные #ветрогенераторы есть и растёт, причём опережающими темпами развивается морская (офшорная) генерация: на суше чем дальше, тем труднее найти подходящую площадку, а в море место пока есть. Впрочем, шельф тоже не безграничен, и норвежский стартап World Wide Wind (WWW) разрабатывает плавучие двухвинтовые ветряки, способные работать вдали от берега. Сухопутный вариант исполнения у этих ветряков тоже есть, и опытный образец смонтирован на суше, но основное направление движения - в открытое море.
ПОДВИЖНЫЙ «СТАТОР»
#Ветровые турбины WWW имеют вертикальную ось и крепятся к дну тросами; тяжёлый электрогенератор находится на нижнем, подводном конце конструкции и играет роль балласта, так что турбина держится на воде, как рыболовный поплавок, и под ветром наклоняется, но не опрокидывается. Правда, у турбин с вертикальной осью коэффициент использования энергии ветра невысок по сравнению с традиционным вариантом, когда ось имеет горизонтальное направление, но здесь на помощь спешит сдвоенный винт.
Нижний винт ветрогенератора сидит на трубчатой оси, внутри которой находится вторая ось - к ней прикреплён верхний винт, причём винты настроены на вращение в противоположные стороны. Под водой к осям прикреплены две части собственно генератора: одну разработчики условно называют ротором, а другую статором, но берут это слово в кавычки, так как «статор» тоже вращается. И поскольку взаимная скорость вращения ротора и «статора» вдвое выше, чем была бы, если бы последний, как ему положено, оставался неподвижным, получается значительный выигрыш в выработке электроэнергии. Компания назвала этот тип турбин Contra-Rotating Vertical Turbine (CRVT) - противовращающаяся вертикальная турбина.
ПЕРСПЕКТИВЫ РОСТА
Разработчики уверены, что такая конструкция снимает принципиальные технические ограничения для масштабирования морских ветряков, и рассчитывают к 2029 году начать производство гигантских 400-метровых (выше Эйфелевой башни) турбин со 150-метровыми лопастями мощностью в 40 МВт - в два с половиной раза большей сегодняшнего максимума. Дополнительный выигрыш может дать более плотное размещение генераторов в морских ветропарках: лопасти турбин направлены под углом вверх и ометают область конической формы, поэтому требования к минимальному расстоянию между соседними турбинами значительно скромнее, чем в случае ветряков с горизонтальной осью. Прогнозируемая нормированная стоимость энергии (LCoE) по подсчётам разработчиков (исходя из цен 2022 года) будет ниже пятидесяти долларов США за мегаватт-час.
В начале сентября в онлайновом издании New Atlas было опубликовано коллективное интервью команды из WWW. В нём генеральный директор компании Тронд Лутдал отметил следующие достоинства конструкции:
- простота - нет гондолы, не требуется сложная система охлаждения генератора, не нужны механизмы для разворота турбины лицом к ветру, поскольку #ветряк всенаправленный;
- устойчивость, достигаемая за счёт распределения веса вдоль вертикальной оси (электрогенератор находится в нижней части ветряка);
- более низкие турбулентность и вибрации, меньше нагрузка на конструкцию в целом, слабее негативные эффекты для окружающей среды, ниже уровень шума (поскольку лопасти вращаются сравнительно медленно);
- двунаправленное вращение лопастей нейтрализует крутящий момент конструкции, одновременно удваивая скорость, с которой вращаются относительно друг друга компоненты электрогенератора.
Ханс Бернхофф, технический директор WWW, упомянул также эффективность трансмиссии - команда смогла продемонстрировать механизм с КПД 98%. «Это потому, - сказал он, - что мы поместили генератор внизу и можем оптимизировать его конструкцию по стоимости и производительности, а не по весу и объёму».
Разработка находится на очень ранней стадии, и на пути от нынешних малых моделей к гигантским башням нужно создать какие-то промежуточные прототипы и пилотные образцы. Команда обдумывает, какими они могли бы быть. Например, можно предложить CRVT для оснащения автомобильных зарядных станций, использующих ветрогенераторы, солнечные панели и аккумуляторные батареи, или комплексной «зелёной» электростанции, получающей энергию от ветра, солнца и морских волн.
Ещё один интересный вопрос - конструкционные материалы. Ханс Бернхофф предполагает использовать для изготовления башни и лопастей дерево, конкретнее - композитные клеёные балки. На лопастях, возможно, будет наружное покрытие - например, алюминиевое: по сравнению с углеродным волокном алюминий очень дёшев. Магниты для генератора можно сделать ферритовыми. Это тяжёлый вариант, но поскольку генератор находится в нижней части ветряка, увеличить его вес вполне допустимо, а может быть, даже желательно.
__________________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.