Если вы хоть раз бывали на Азовском море или в Ростовской области, то наверняка обращали внимание на частые ветра в степи. Этот район России оказался идеальным местом не только для отдыха, туризма и земледелия, но и для основания ветряной электростанции — Азовской ВЭС. Рассказываем, как её строили прямо над морским берегом и как она работает сегодня.
Поймать ветер на лопасть
Азовская ВЭС — наслаждение для глаз перфекциониста. Ровные ряды изящных белых мачт на фоне зеленых и желтых квадратов засеянных полей — всего 26 ветряных турбин. Если смотреть издалека или с высоты, кажется, что они маленькие: будто воткнули в землю детские ветряки-вертушки. На самом деле каждый высотой с десятиэтажный дом.
Медленно вращающиеся лопасти ветрогенераторов могут вырабатывать порядка 320 ГВт⋅ч в год. Это значит, что в атмосферу не попадёт около 260 000 тонн углекислого газа. Поэтому ветряную энергетику называют зелёной.
Не использовать такой дар природы — постоянный ветер в этом регионе — было бы неразумно. В 2020 году Ростовская область вышла на первое место по установленной мощности ветрогенерации среди регионов России.
Около 20% всей потребляемой в Ростовской области электроэнергии сегодня получено от возобновляемых источников.
Азовская ВЭС — не самая большая в регионе, но, безусловно, самая живописная: она расположена в селе Маргаритово на берегу Таганрогского залива, на территории бывшей игорной зоны “Азов-Сити”.
В 2018 году соглашение о строительстве было подписано на Российском инвестиционном форуме в Сочи губернатором Ростовской области Василием Голубевым и генеральным директором итальянской компании ПАО “Энел Россия” Карло Палашано Вилламанья (в 2022 году компания переименована в “ЭЛ5-Энерго”). Закладка первого камня состоялась 23 мая 2019 года, а через несколько дней началось строительство.
Но что значит — построить ветропарк на территории в 133 Га, среди сельских угодий и плодородных полей, сохранив их, то есть, там, где нет проложенных дорог и площадок для оборудования и техники?
Столь сложный проект был бы невозможен без применения тяжелых гусеничных кранов. В строительстве Азовской ВЭС использовались краны Liebherr грузоподъемностью 350 и 750 тонн российской компании GREENKRAN.
Игры со стихией
Строительство и домов, и больших промышленных объектов — мостов, электростанций, плотин — похоже на сборку конструктора LEGO. В прошлой публикации мы рассказывали, как краны компании GREENKRAN участвовали в возведении железнодорожного моста через реку Тулома, который соединил сеть РЖД с мурманскими портом “Лавна”.
Мост строили без русловых опор, монтируя многотонные элементы прямо над водой. При строительстве ветропарка сложности другие — самая тяжелая часть ветряка находится наверху, на высоте около ста метров. А сама опора узкая, полая. Осложняет работу постоянный ветер.
“Мы очень зависим от ветра, от дождя, а на море метеоусловия могут меняться очень быстро. Несмотря на то, что выбирали для строительства наименее ветреный сезон, с июля по ноябрь, всё равно случалось, что нам приходилось простаивать и ждать благоприятную погоду”, — рассказывает старший механик компании GREENKRAN Александр Поляков.
Он — тот человек, который приезжает на объект первым и уезжает одним из последних. Простои из-за погоды, по его словам, — самая неприятная, но неизбежная ситуация при строительстве любого объекта.
— Мы не просто следим за метеосводками. Есть четкая инструкция, техника безопасности. Наши краны оснащены анемометрами, проще говоря — датчиками ветра. Анемометр определяет скорость ветра. Как только она превышает допустимую, мы не можем работать. Например, монтаж лопастей запрещен при скорости ветра больше 10 м/сек. Если все идёт хорошо, с погодой нет проблем, то одну турбину с опорой мы можем построить за четыре смены, — объясняет Александр.
Краны заезжают не в чистое поле, а когда уже залиты основания будущих турбин. Фундамент должен быть очень крепким, чтобы опора выдерживала порывы стихии.
Сначала для фундамента готовят площадку: при необходимости взрывают динамитом грунт, работают экскаваторы. Роют котлован для прокладки тяжелых электрических кабелей, которые впоследствии будут передавать электричество. Одна турбина может генерировать примерно 8 МВт⋅ч — такое количество потребляет около тысячи домов в год.
Круглый фундамент заливают бетоном, выводя в середине кабели, затем монтируют анкерную клетку — каркас, который соединяет опору турбины с фундаментом и обеспечивает её устойчивость. Вокруг каркаса возводится стержневая конструкция, напоминающая сетчатый купол. Она также заливается бетоном. Готовый фундамент засыпают слоем грунта. И только после этого можно монтировать опору генератора.
Гусеничные подъемные краны к этому моменту уже готовы к работе. Их заранее привозят на стройку в разобранном виде на нескольких тралах, а затем двое суток собирают на стапеле: многотонная техника может продавить мягкий грунт, поэтому для неё делают специальную укреплённую площадку.
Сначала кран собирает опору турбины: она похожа на полую высокую трубу и состоит из трех частей, которые скрепляются с помощью болтов.
— Задача GREENKRAN — полный монтаж опоры и турбины, — объясняет Александр Поляков. — Первые две секции мы устанавливали краном грузоподъемностью 350 тонн. Третью, последнюю, на которую крепится гондола с внутренним наполнением — редуктором, генератором, трансформатором, скоростным валом и другим оборудованием, — поднимает 750-й кран”.
Всё вращается…или как это работает
Ветряная турбина использует для своей работы движение ветра и сначала преобразует его в механическую энергию, а затем в электрическую. Попадая на лопасти, ветер начинает их вращать. Это заставляет вращаться внутренний вал турбины, который соединяется с редуктором. Редуктор увеличивает скорость вращения вала. Он, в свою очередь, подключён к генератору. Ротор генератора тоже вращается и вырабатывает трёхфазный переменный ток. Но это ещё не то электричество, которое годится для нужд человека. Его необходимо преобразовать. Для этого в конструкции установлен контроллер: он преобразует переменный ток в постоянный. От него заряжаются аккумуляторы. Пройдя через батареи, ток поступает на инвертор —прибор, который преобразует снимаемый с аккумулятора постоянный ток в переменный и делает приемлемым для работы электроприборов.
Мельницы XXI века
Собрать конструкцию может “от” и “до” и кран грузоподъемностью 750 тонн. Но так выйдет дороже для заказчика, потому что чем мощнее кран, тем выше стоимость его аренды. При строительстве Азовской ВЭС 750-й использовали не из-за силы, а из-за высоты стрелы: он способен поднять груз на 105 метров, 350-й — почти на 80 метров.
Поэтому работа велась по принципу конвейера: кран грузоподъемностью 350 тонн собирал первый и второй ярусы опоры, а самый высокий, третий ярус поднимал Liebherr LG 1750. Он же помогал монтировать гондолу с оборудованием, а позже — крылья.
В это время 350-й сам (благодаря гусеницам машина может двигаться даже по грунту, несмотря на большой вес), переезжал к следующему ветряку и монтировал первый и второй ярус там. И так, по цепочке, строился весь парк.
От высоты мачты ветряка зависит ключевой параметр эффективности ВЭС — выработка генератора. Высота современных ветростанций варьируется от 70 до 100 метров, это примерная высота Спасской башни в Москве (71 метр) или статуи Свободы в Нью-Йорке, (если считать от основания постамента до кончика факела, это 93 метра).
Большое значение имеет размер лопастей ветровой турбины. Чем они тоньше и легче, тем больше энергии вырабатывает генератор.
По этому принципу строили мельницы ещё в средневековье. Помните иллюстрации к “Дон Кихоту”? Или гравюры с изображением голландских мельниц? Их лопасти не сплошные, а сколочены из реек, потому кажутся воздушными, легкими, ажурными. Кстати, по той же причине “кружевными” делают стрелы подъемных кранов.
Первые мельницы строили с фиксированными башнями, но уже к XVI веку голландцы смекнули, что поворотная башня позволяет мельнице работать гораздо эффективнее. Сегодняшние ветротурбины также могут поворачиваться, следуя за ветром. Только их работу контролирует компьютер, а не смотритель мельницы.
Самих лопастей на современных ветростанциях, в отличие от старинных мельниц, убавилось на одну: с тремя турбина работает эффективнее. Конструкция с двумя лопастями подвергается повышенным нагрузкам, а с четырьмя создает повышенное сопротивление воздуху.
Лопасти принимают на себя всю силу ветра, поэтому должны быть очень прочными, гибкими и легкими — как крыло самолёта. Только самолёт строят из листов дюраля — сплава алюминия и меди, а лопасть ветротурбины напоминает в разрезе слоеный пирог из стекловолокна, тропической древесины, гелькоута — специального гелевого покрытия, которое используют для защиты композитных материалов.
Лопасти изготавливают на заводе, там же проводят испытания на прочность и гибкость. Уже готовую лопасть привозят на строительную площадку.
— Каждый элемент ветротурбины — это негабаритный груз, — объясняет Александр Поляков. — Чтобы доставить огромную лопасть на место, часто перекрывают движение на дорогах, используют специальный транспорт. При монтаже таких элементов сложность в том, что их нужно поднимать целиком, несмотря на большую длину”.
Чтобы поднять лопасть на высоту, важно правильно расположить крюк крана над центром тяжести лопасти. Это позволяет поднимать груз параллельно земле и удерживать во время крепления к ротору. Работы требуют высочайшей квалификации всех специалистов, задействованных в строительстве.
— От нашей компании на объекте работает только механик и машинист крана, — рассказывает Александр Поляков. — Но нам нужно постоянно координироваться с другими службами, специалистами, рабочими. Работа бывает очень напряжённая, всё нужно делать в срок, по нашей вине не должно быть простоя. Еще до начала строительства составляется график работ и мы ему чётко следуем. Если приходится простаивать из-за погоды, то потом, когда она налаживается, приходится нагонять. Но когда объект сдан, а потом видишь его в работе, возникает такая гордость, ведь ты тоже принимал участие в его создании!”
Азовская ВЭС была запущена в июне 2021 года. Она стала первой ветряной электростанцией в регионе. В том же году в Ставропольском крае заработала самая крупная ВЭС в России — Кочубеевская. И ещё несколько ветростанций по всей России.
Эту тенденцию хотелось бы считать не началом развития, а возрождением ветроэнергетики в России, ведь в начале XX века страна была одним из мировых лидеров по использованию энергии ветра: в России работали более 250 тысяч ветряных двигателей и мельниц. Конечно, большая их часть использовалась для помола зерна, но вопросами развития ветроэнергетики занимались видные учёные, включая основоположника аэродинамики Николая Жуковского.
Но эпоха нефти на много десятилетий затормозила масштабное строительство ВЭС в России, хотя наша страна имеет огромный потенциал в области ветроэнергетики.
Сегодня развивать его и создавать новые ветростанции помогают лучшие разработки учёных, инженеров, современные технологии строительства и уникальная техника — такая, как подъемные краны компании GREENKRAN. Благодаря им строить ВЭС можно быстро, безопасно, без причинения вреда окружающей среде, сохраняя её для будущего. Так что ставка на зелёную энергетику — точно деньги не на ветер.