Ветряки растут в сторону проектов сталинских времен: хорошо это или плохо?
В прошлом году ветряки в ЕС выработали столько же электричества, сколько угольные станции. Однако главные их достижения в последние годы не в количестве, а в качестве: меняется сам облик ветровой турбины. Существующие ветряки оснащают более длинными лопастями, а высота самых крупных превысила четверть километра. Между тем все это в истории уже было: именно так развивалась ветроэнергетика в СССР 1930-х. В 1937 году предполагалось строительство ветряка, чья мощность была бы рекордной даже сегодня. Разумен ли новый виток гигантомании в эоловой энергетике или речь идет просто о моде?
Сегодня ветровая энергетика – безусловно, признанный игрок мирового масштаба. Она дает 7% всего вырабатываемого на планете электричества, и в 2019 году темп роста мощностей ветряков вновь превысил 10% в год. Крайне вероятно, что к 2030-му доля ВЭС в мировой генерации составит одну седьмую – даже несмотря на протесты европейских бюргеров, практически заморозившие рост эоловой энергетики на, например, землях Германии.
Это быстрое развитие серьезно расходится с теми представлениями о ветряках, что все еще встречаются в России: мол, их энергия дорогая, а земли для ветряков в той же Европе почти не осталось. На деле мы находимся все еще в начале роста этого сектора, и вряд ли место для него закончится в нынешнем столетии. Попробуем разобраться почему.
Выше, быстрее, мощнее
Ключевое направление развития современных ветряков – их рост ввысь. Средний ветряк 1999 года был всего 40 метров в высоту при размахе лопастей в 24 метра. Средний ветряк постройки 2016-го достигал высоты 128 метров при размахе лопастей в 109 метров. Рост размаха лопастей в 4,5 раза привел к увеличению ометаемой ими площади в 20 раз, а мощность при этом подскочила в 57 раз. Но следует понимать, что средние цифры скрывают от нас результаты самых прогрессивных конструкций.
Cегодня таким ветряком признан Haliade-X от General Energy. Размах его лопастей – 220 метров, общая высота – 260 метров, то есть от нижнего края нижней лопасти до земли остается 40 метров. Мощность достигает 13 мегаватт, а коэффициент использования – 60-64%. Следовательно, годовая выработка равна такой, которую ветряк может дать при работе на полную мощность 60-64% от всего времени.
Может показаться, что вся эта гигантомания не нужна и даже вредна. Лопасти длиннее 100 метров исключительно тяжело перевозить. Строительство башни высотой с пирамиду Хеопса – тоже не самое легкое дело. Почему бы не создать больше ветряков куда меньшей мощности?
От главшишки – к мегаветрякам
На этот вопрос ответили почти век назад еще в СССР. Тогда наша страна оказалась в уникальной ситуации: множество специалистов из промышленности и энергетики покинули ее. Подготовить новые кадры оказалось чрезвычайно сложно: школы и вузы пали жертвой непрерывного реформирования, в процессе которого упразднили систему уроков и другие «устаревшие» концепции. Вдобавок Советский Союз был в серьезной блокаде: наиболее продвинутые технологии того времени, в том числе энергетические турбины, не получалось импортировать.
Ситуация была крайне тяжелой: без инженеров добыча угля резко упала, и восстановить ее не удавалось до 1928 года. Власти стали искать альтернативы такой сложной технологии, как добыча угля. Владимир Ленин считал ею торф и одно время даже шишки, которыми предполагали топить паровозы («Главшишка»). Как легко догадаться из общефизических соображений, это оказалось бессмысленно – поэтому поиски альтернатив продолжались.
Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) к 1931 году создал и развернул в Крыму первый на планете ветряк мощностью 100 киловатт. Судя по картинке выше, эта установка была крупнее типичного ветряка 1999 года. При этом она имела вполне современную компоновку: три лопасти с горизонтальной осью вращения, автоматически ориентировавшиеся по ветру. Ее ротор закрыли аэродинамически эффективным обтекателем (на тот момент – редкое явление), что снижало турбулентность рядом с лопастями, заметно сокращавшую отдачу ветряков того времени.