Два ротора на турбине
Ветровые турбины российской разработки с двумя роторами обеспечивают более высокую, чем у обычных ветрогенераторов, выработку энергии, не создают инфразвук и безопасны для птиц. Есть и проблемы, но они разрешимы.
Откуда дровишки?
В апреле на канале «Энерговектора» в «Яндекс-дзене» была опубликована небольшая заметка под провокационным заголовком «Бестопливные газовые турбины, способные пощекотать нервы "Газпрому"». В действительности речь шла о двухроторных ветрогенераторах ИнС-В российской компании «Инновационные системы» (ИнС, её представительство в Сколкове называется просто ООО «Инновации»). Аналогию между ними и газовыми турбинами проводят сами разработчики, пришедшие в ветроэнергетику из моторостроения.
энергию ветра
Компания ИнС образовалась на базе воронежского Опытно-конструкторского бюро моторостроения (ОКБМ), которое разрабатывало, в частности, газотурбинные двигатели для военных самолётов; а использовать двухроторную конструкцию для ветроэнергетической установки предложил академик Анатолий Георгиевич Баканов, генеральный конструктор ОКБМ и ИнС. Вот как рассказывает об этом в статье, опубликованной в конце прошлого ноября в «Коммерсанте», генеральный директор ИнС Елена Тихонова. «Всё началось с рассуждений. Баканов говорит: "Лен, а ведь газовая турбина всегда имеет два ротора (по-видимому, речь о приводе компрессора и о свободной турбине. - Прим. ред.), и у них КПД доходит до 96%. Почему бы это в ветроэнергетике не применить?" Пригодился и его опыт работы над редукторами для двухроторных вертолётов "Камов". Подъёмная сила двухроторного соосного винта значительно больше, чем однороторного, поэтому он и предложил использовать такую конфигурацию».
Что подумали о втором роторе читатели «Коммерсанта», мы не знаем, а комментарии на «Яндекс-дзене» были по преимуществу скептическими - провокация удалась. Общее настроение публики хорошо передаёт такой отзыв: «Очередное развешивание лапши на уши. Множество перемешанных технических формулировок, а принцип работы остаётся тайной, откуда эффективность?». Попробуем ответить на этот вопрос, пусть он и риторический.
Крылья для ветряка
В пояснительной записке к патенту Баканова и Тихоновой на двухроторную ветроэнергетическую установку в качестве главной особенности назван новый способ расчёта и проектирования турбины. Если в классическом расчёте по так называемой кривой Бетца учитывается только воздух, проходящий через «диск» турбины, то авторы исходили из того, что обтекающие «диск» воздушные струи увлекают за собой воздух, находящийся за турбиной; благодаря эффекту эжекции давление воздуха в этой области понижается, а мощность турбины соответственно увеличивается. Доля площади проходного сечения относительно площади ометаемой поверхности была принята за 55% (по методикам расчёта существующих турбин 92-94%), и параметры лопастей - их количество, аэродинамический профиль и геометрия - выбирались исходя из этой величины.
Лопасти турбины сконструированы как самолётные крылья - с лонжероном, нервюрами и обшивкой. Оболочка лопасти, образующая требуемую аэродинамическую поверхность, сделана из углерод-углеродных композитных материалов.
Установка сконструирована так, что по команде системы управления лопасти первого ротора автоматически поворачиваются на угол, который соответствует скорости ветра в данный момент, а лопасти второго ротора - на угол, позволяющий поддерживать постоянную скорость вращения вала электрогенератора. Роторы между собой связаны планетарной передачей, в ветроустановке имеется также мультипликатор.
Инфразвук и птицы
Как объясняют разработчики, в моменты прохождения лопасти ветрогенератора мимо башни локальное давление воздуха между ними меняется, отчего возникают низкочастотные пульсации, которые выливаются в потери мощности и вредно действуют на человека. В особенности это относится к инфразвуковому шуму; наиболее опасным для здоровья людей считается инфразвук в диапазоне 6-9 Гц, а внутри этого диапазона - частота 7 Гц, соответствующая альфа-ритму природных колебаний мозга. Убрать инфразвук можно, ускорив вращение ротора или увеличив число лопастей.
В двухроторной турбине ИнС-В общее число лопастей равно девяти: четыре находятся на одном роторе и пять на другом, - и роторы, как правило, вращаются в разные стороны, так что частота пульсаций давления от влияния башни выше, чем в однороторной турбине, и вредный инфразвук не возникает. Акустические биения от взаимного влияния роторов также исключены, поскольку числа 4 и 5 взаимно просты.
Благодаря большому числу лопастей на двух роторах ветроустановка ИнС-В оказывается безопасной для птиц: лопасти визуально сливаются в диск, который пернатые издалека видят и облетают.
Конечно, двухроторная конструкция более сложна, чем традиционная однороторная, и требует усиления башни, но должна окупаться благодаря повышенному коэффициенту использования энергии ветра.
Проекты
Возвращаясь к началу, отметим, что «бестопливная газовая турбина» в России мало кому интересна, поскольку в обжитых регионах есть дешёвый газ, а действующая государственная программа ДПМ ВИЭ стимулирует энергопредприятия наращивать установленную мощность ветропарков, но не их выработку. Исключение - труднодоступные районы, и компания ИнС уже заключила соглашение о сотрудничестве с Агентством Дальнего Востока по привлечению инвестиций и поддержке экспорта, чтобы построить в Дальневосточном федеральном округе ветропарк. Очень перспективна Арктика - метеостанциям и поселениям вдоль Северного морского пути нужны небольшие энергоустановки мощностью от 30 до 200 кВт, и ветрогенераторы ИнС-В вполне могли бы выступить в этом качестве. Есть также план построить в Приморском крае либо на Сахалине завод по производству инновационных турбин или их основных узлов.
За рубежом компании удалось добиться большего успеха. Уже запущен проект во Вьетнаме, есть договора с предприятиями в Саудовской Аравии, ведутся переговоры с потенциальными индонезийскими заказчиками. В статье в «Коммерсанте» говорится и о некотором интересе в США (разработчики оформили американский патент), хотя за полгода с момента публикации многое, конечно, изменилось.
Читайте другие наши материалы
