ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА И ПРИРОДОПОДОБНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Ветроэнергетика и Природоподобные Технологии 

Каким образом инновации, на основе Природоподобных Технологий, 

могут повысить эффективность ветроэнергетики? Поскольку всё познаётся в сравнении, предлагаем сравнить всем известную ветроэнергетику (существующую) с предлагаемой нами.     

Людям подобрали не просто шикарную, а уникальную планету, имя которой - Земля. Причём её уникальность проявляется буквально во всём. 

Это и оптимальная удалённость от светила (Солнца), и то, как она перед ним «вертится». Поскольку оборот вокруг своей оси, который Земля совершает за 24 часа, обеспечивает оптимальные условия для проживания. Вращайся она в разы медленнее и нагрев поверхности, обращенной к Солнцу, был бы в разы выше, а с теневой стороны было бы в разы холоднее. В итоге: постоянные ураганы и множество других проблем. При более быстром вращении, поверхность планеты нагревалась бы равномерно, что, по определению, исключает наличие ветра. И первый, и второй вариант просто неприемлемы.   

А вот в нашем случае – самое то. Ветер способен перемещать облака с запасами влаги, развеивать смог, который «человеки разумные» выбрасывают в атмосферу и делать массу других полезных дел. 

Но, иногда этим «человекам» показывают, на что способен даже не самый  сильный ветер и как легко он может указать ему (человеку) его место. 

Немногие знают, что энергия ветра Земли превосходит суммарную энергию её рек в 100 раз. Ещё её называют возобновляемой. В данном случае – речь о бесплатной энергии. Отсюда и соответствующее отношение. 

В итоге: многие пытаются активно развивать нестабильную энергетику, которая зовётся ветроэнергетикой. Да и пусть бы себе развивали – лишней не будет. Но как так получилось, что её себестоимость зачастую выше, чем на тепловых электростанциях?  Ведь эта энергетика не требует никакого топлива. Мало того – источник энергии (ветер) сам себя доставляет.    

Объяснение оказалось насколько простым, настолько же и неприятным. Сказать, что производство ветрогенераторов (далее – ВГ) имеет серьёзный размах – было бы неправильно. Но, ведь оно и не мелкое. А вот «странных» особенностей у этой отрасли хватает. И что самое интересное - никто никому ничего не спешит предъявлять.  

Именно это и удивляет. Уникальность этой энергетики в том, что заявляя мощность ветрогенератора в 1000 КВт (1 МВт), производитель продаёт его за 1 миллион долларов (из расчёта стоимости 1 КВт мощности - 1000 долларов). Но, по факту, продаётся, либо покупается агрегат со среднегодовой мощностью порядка 250 КВт. Иначе говоря – один киловатт мощности обходится в 4000 долларов. Но это никоим образом никого не смущает.   

Для пояснения: - среднегодовая эффективность (КПД) ветрогенераторов (лучших) не превышает 25% - международные данные. Как результат - платишь за целое, а получаешь четверть. Не в этом ли причина такой высокой себестоимости ветроэнергии? 

К вопросу о нестабильности ветроэнергии – а разве бывает стабильный ветер?    

Было время, когда бессистемное веерное отключение электроэнергии  стало нормой и хозяева стиральных машин-автоматов завидовали хозяевам простых машин. Вот и пришлось задуматься об альтернативном варианте - ветроэнергетике. 

Но, после внимательного изучения ветрогенераторов, причём самых разных, пришли к выводу: это памятники технической безграмотности человека. Мало того – эти «маяки цивилизации» устанавливают, где только придется.  

Вот как понять тех же англичан, которые поставили у себя целый ветропарк там, где о ветре знают лишь понаслышке. Видимо предварительное изучение условий конкретной местности ниже их достоинства.           

Сложно понять и разработчиков, никак не желающих расстаться с косным и  стереотипным мышлением. Пока они будут преобразовать именно ветровой напор в механическую энергию, у ветроэнергетики весьма сомнительные перспективы. 

Дело в том, что воздействие ветрового напора на лопасти ветрогенератора (ВГ) актуально лишь для неподвижной турбины. А вот с началом вращения этой турбины, всё происходящее вокруг её лопастей, подчинено лишь законам аэродинамики.  

Это, нагляднее всего, демонстрируют паруса:    

Спинакер - носовой (пузатый) парус, используемый при движении с попутным ветром 170 – 1900 (курс Фордевинд). Его наполнение, в хороший ветер, сопровождает слабый хлопок и упругое натяжение материала паруса. Но, почти сразу - заметное «обвисание». И это в «хороший» ветер. Отсюда и название (среди яхтсменов) - «простыня». Также ведут себя и прямые паруса. 

Лишь короткий промежуток времени ветровой напор воздействует на лопасти турбины, после чего в свои права вступают законы аэродинамики.  Таковы законы природы и, за пренебрежение к ним, приходится платить вибрацией лопастей.  

Иногда она достигает такой величины, что в результате резонанса, они (лопасти) просто взрываются (иногда вместе с мачтой). Но больше всех, причём всегда, страдают черви – лезут из земли и там же, под ветряками, гибнут. Птицам проще – они просто покидают территории, захваченные этими «монстрами».   

В своё время, опираясь на данные нескольких эффективных ВГ (длина их лопастей в пределах 15 – 30м), назначили количество Вт, снимаемых с одного м2, ометаемой поверхности. Получилось порядка 375 Вт.  

Иначе говоря – получили базовую цифру. Причём, «привязали» её (цифру) к любому ВГ. Дело осталось за малым - просто увеличивай длину лопастей и получай желанную мощность. Следует оговориться – речь идёт о заявленной мощности. К реальной мощности это никакого отношения не имеет. Причём КПД таких ВГ значительно ниже 25%, и по мере увеличения длины лопастей, активно стремится вниз. И кого это интересует?  

Следует отметить, что увеличение длины лопастей ВГ выше разумного предела, просто не имеет смысла. Поскольку скорость ветра, при которой могут нормально работать современные ВГ лежит в пределах от 7 м/сек до 12 м/сек. Скорости ветра до 6 м/сек явно мало для  нормальной работы ВГ, а скорости ветра выше 12м/сек уже много и возможны неприятные последствия. Хотелось бы напомнить, что максимальной скоростью ветра для в/энергетики принято считать - 12м/сек, что соответствует 720м/мин и это очень важно. 

Дело в том, что скорость элемента лопасти, удалённого от оси вращения на 25 метров и делающего лишь 5 оборотов в минуту – уже превышает скорость в 750 м/мин. Другими словами – у «нормального» ветра нет шансов догнать любой элемент лопасти удалённый более чем на 24 метра от оси вращения.  

И какую энергию, в этом случае, он передаст турбине? Мало того: - элементы лопасти, которые удалёны на 30; 60, либо 90 метров от оси вращения, уже сами генерируют ветер. И это лишь при 5 оборотах в минуту. Не стоит забывать и о том, что ветровой поток перпендикулярен плоскости вращения турбины. Именно вращения. Что ещё больше всё усложняет.  

Отдельные «специалисты» уповают на вымпельный ветер (результат сложения векторов скорости ветра и элемента лопасти). В этом был бы смысл при сопоставимых скоростях.

Следует помнить - в большинстве случаев, скорость ветра будет ниже 12 м/сек. Создавать что-либо, опираясь лишь на своё понимание - проигрышный вариант. Опираться следует именно на Природоподобные Технологии - природа благосклонно реагирует лишь на деликатный подход. Ветру проще обойти препятствие (в/генератор), чем упираться в него. 

Мы разработали свой ветрогенератор (далее - ВГ) и даже получили патент на полезную модель (№ 106675). Почему не на изобретение? А чтобы иметь прототип для подачи заявки на изобретение – именно в нём основное. Но, хватило и этого.  

Наконец - то выяснилось, что невозможно достучаться до «специалистов», которые даже не желают понять, как это вообще работает. Для них этого просто не может быть. Для них вибрация лопастей ВГ –  это лишь плата за технический прогресс. Ведь трясёт винтовые самолёты, трясёт вертолёты (ещё как трясёт) и ничего – привыкли. И к этому привыкнут, либо смирятся. Но мы не хотим, ни привыкать, ни смиряться. Тем более знаем, что может и должно быть иначе - должно быть лучше.  

Мало того – нам пеняют на то, что ведём разработки, не имея лицензии. Интересно, а помогли ли им их лицензии? Кроме отдельных достижений в области технического дизайна за более чем 30 лет, мир так никуда и не продвинулся. Зато дифирамбы, которыми обмениваются стороны, наблюдаются регулярно. Прямо по «дедушке» Крылову. Безусловно, бурно развивается цифровизация, но это инструмент и орган управления, а тем и другим, как известно, необходимо уметь пользоваться. А пока, всё это больше напоминает мышиную возню. 

Но, возвращаясь к Природоподобным Технологиям и ветроэнергетике, – вернее к ветрогенераторам (ВГ). В отличие от других, для предложенного ВГ характерно деликатное отношение к ветру. Именно деликатное. Поскольку энергия ветра (даже при 12 м/сек) не так уж и велика. Для более эффективной и стабильной работы лопастей турбины, непосредственно перед ними (на гондоле), размещён направляющий аппарат.  

Его лопасти, состоящие из продольных элементов аэродинамического профиля, могут поворачиваться вокруг своей оси. А между элементами образуются продольные щели, выполняющие роль эжекторов. Также выполнены и лопасти турбины. Будучи закреплёнными во втулке (ступице), они поворачиваются вокруг своей оси. 

Не слишком ли всё сложно? А нельзя иначе. Хочешь пользоваться халявой – прояви уважение. Про деликатность уже говорилось. Энергия воздушного потока не столь велика, чтобы ею разбрасываться.  

Нет никакого смысла и в больших оборотах, зато вреда, более чем достаточно. Задача предложенной турбины в том, чтобы максимально эффективно преобразовать энергию этого потока в крутящий момент. Причём, вибрация, в данном случае, исключается. 

Лопасти Направляющего Аппарата плавно разворачивают ламинарный (плавный) воздушный поток, обеспечивая его безударное поступление на лопасти турбины. Угол разворота определяет скорость потока. На лопастях турбины, пропускающих поток вдоль себя, возникает аэродинамическая подъёмная сила (аналогично крылу самолёта).  

Действие подъёмной силы, полностью совпадает с направлением вращения турбины. Причём равномерно по всей длине лопасти. Именно это обеспечивает максимальный крутящий момент. Причём лопастей может быть больше трёх, а не как у существующих ВГ, поскольку Направляющий Аппарат успешно нивелирует разность скоростей ветра, действующего на лопасти, находящиеся в верхнем и нижнем положении.  

Это и позволяет не ограничиваться тремя лопастями. Отсюда и более высокий КПД, и большая мощность. Следует отметить, что длина лопастей Направляющего Аппарата и турбины не превышает 15 метров.  

Это никоим образом не связано с конструктивными особенностями. Таковы условия. При скорости ветра от 12 м/сек и ниже, элементы лопасти, превышающие 15 метров, просто не «работают». Но, даже три лопасти длиной по 15 метров, нашего ВГ выдают более 1МВт (1000 кВт) реальной мощности при скорости ветра порядка 12 м/сек.  

Большее количество лопастей подразумевает и большую мощность. Посчитать не сложно. Конструкция мачты подразумевает изменение её высоты с учётом скорости ветра. Генерирующее оборудование, расположенное в основании мачты, обеспечивает простоту обслуживания и снижение рисков.   

Следует отметить одну немаловажную деталь – эти ВГ не нуждаются в тормозах. Их лопасти, развёрнутые во флюгерное положение, пропускают воздушный поток через себя, оставаясь неподвижными. Дело в том, что никакие тормоза долго работать не могут по определению.   

Для примера: - турбина с заявленной мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеет общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров (длина лопасти 45 метров). Вибрация, шум и другие прелести прилагаются. Мало того - она многократно дороже и сложнее в производстве. И это одна из лучших.   

И, тем не менее, лопастные ветрогенераторы вряд ли смогут превысить мощность в 6 МВт (и то на короткий период) – таковы законы природы. А с ней спорить… Но есть другое решение, которое позволяет, преобразовывая энергию ветра, получать 10; 15: 20 и более МВт. Именно на них сможет опереться ветроэнергетика будущего, ветроэнергетика рождённая инновациями, в основе которых, Природоподобные Технологии. 

Технический директор ООО «Лаборатория ВВТ»                             Б. Глюздин      

  22.12.2020