Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ветряки растут в сторону проектов сталинских времен: хорошо это или плохо?
В 2020 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 около 7% всего вырабатываемого на планете электричества, и темп роста мощностей ветряков вновь превысил 10% в год. Вполне 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 обозримом будущем.. 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 одним из таких ветряков 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% (в условиях Северного моря). Следовательно, годовая выработка равна такой, которую ветряк может дать при работе на полную мощность 60-64% от всего времени. Для обычных офшорных ветряков выдающийся результат — 45%; Haliade-X превосходит их за счет много больших высоты и размаха, стабилизирующих выработку. Ветер на большой высоте более устойчивый, что и обеспечивает столь значительную разницу.
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 (до сталинских тридцатых) 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 на дореволюционный уровень 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, торф и шишки закрыть вопрос не могли – 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. Центр ее ротора закрыли аэродинамически эффективным обтекателем (на тот момент – редкое явление), что снижало турбулентность рядом с лопастями, заметно сокращавшую отдачу ветряков того времени.
На Западе лидерами ветровой энергетики тогда были Германия и Дания, но крупнейшие местные ветряки имели лишь 50-70 киловатт при размахе лопастей до 24 метров – и эффективных обтекателей на центральной части ротора у них не было.
Однако ветряк ЦАГИ должен был стать только началом. Известный пионер космонавтики Юрий Кондратюк создал проект куда большего масштаба. На плато Бедене-Кыр (Перепелиная гора, 1300 метров) в Крыму предполагали построить 165-метровую монолитную железобетонную башню. На ней смонтировали два набора лопастей диаметром 80 метров каждый – и верхний край верхней лопасти по высоте заходил за 200 метров. Над уровнем моря, благодаря горе, он возвышался на полтора километра, что должно было дать высокую среднюю скорость ветра. Мощность колоссального мегаветряка оценивали в 10-12 мегаватт. Иными словами, это был аналог Haliade-X от General Energy – только не в 2020 году, а в 1930-х.
Стоит отметить, что необычную конструкцию породил и необычный человек. Юрий Кондратюк – легальное имя белого офицера, которого на деле звали Александр Шаргей (документы на Кондратюка он похитил неизвестным образом в неразберихе Гражданской войны). Вообще, он увлекался в основном космонавтикой, но работа в «летающих» областях сделала бы его биографию предметом проверки соответствующих органов. Поэтому Кондратюк занимался менее «звездными» вопросами и пытался избежать ареста.
Космический размах проекта имел огромное экономическое значение. В сравнении со 100-киловаттным ветряком ЦАГИ новый ветряк-небоскреб был как минимум в 100 раз мощнее, а стоил лишь на порядок больше. Это значило, что электроэнергия от него должна была быть куда дешевле – на уровне тепловых электростанций. И это крайне важно, поскольку к 1930-м СССР уже не только вернул в школы уроки, но и в целом наладил энергетическое машиностроение, а также восстановил добычу угля. То есть ветроэнергетика могла быть только экономически осмысленной – и ее ветряки должны были стать гигантскими.
Увы, самоубийство Серго Орджоникидзе, наркома тяжелой промышленности, в 1937 году положило конец проекту: «двигал» идею лже-Кондратюка именно он.
И очень жаль: проект мегаветряка был хорошо проработан. Как легко видеть на иллюстрации, ее разрабатывал В. Н. Никитин, позднее участвовавший в проектировании Останкинской телебашни, с которой у проекта ветряка 1930-х есть некоторое сходство и во внутренней конструкции, и во внешнем облике.
Забавно, с современной точки зрения, выглядели тезисы тех, кто закрывал проект после смерти Орджоникидзе. «Это стремление к гигантомании!» – безапелляционно характеризовал проект один оратор, разрубая рукой воздух. «Подобных разработок нет даже за рубежом!» – вторил ему другой. Теперь такие проекты за границей есть, и стремление к огромным размерам турбин – единственный способ обеспечить низкую стоимость их энергии. Более того, России снова приходится осваивать гигантские ветряки сегодня, но уже, конечно, импортные.
Назад в 2020-е
Идея, стоящая за современной гигантоманией в области ветряков, принципиально та же, что в 1930-х: чем выше ветряк, тем он дешевле. Строить сооружения высотой до 370 метров люди научились еще в 1920-х, и цена их уже тогда не была запредельной. Между тем удвоение размеров ветряка наращивает его стоимость лишь вдвое, а мощность и выработку – сразу в четыре раза.
Из этого очевидно, что уровень проекта Шаргея (10-12 мегаватт, аналогичный по мощности крупнейшему ветряку современности) превзойдут уже в этом десятилетии. Сегодня обсуждают проектирование 16-мегаваттных гигантов, чья высота достигнет 300 метров, и это явно не предел.
Разумеется, такие системы почти невозможно создавать на суше: перевозить лопасти в 150 метров по автодорогам непрактично, а гигантских дирижаблей в стиле 1930-х на планете просто нет. Однако в море все иначе: там длина лопастей никого не ограничивает. К тому же на море за год ветряк выработает в полтора раза больше энергии, чем на суше. Если для сухопутной ветротурбины коэффициент использования установленной мощности – лишь 30%, то для современной морской 45% – вполне достижимый результат.
До недавних пор развитие оффшорной ветроэнергетики тормозилось тем, что на Земле не везде много мелководного шельфа. Однако уже построили первую плавающую ветроэлектростанцию – Hywind Scotland, состоящую из ветряков на шесть мегаватт, плавающих на крупном погруженном буе. Он весит десять тысяч тонн для каждой турбины, но, как ни странно, по цене мало отличается от башен оффшорных ветряков, строящихся на мелководье. Все дело в том, что плавучие конструкции возводят целиком на верфях, а это обнуляет стоимость работ по установке неизбежных при строительстве опор башен на мелком шельфе. Теперь плавучие турбины можно устанавливать на глубинах до 800 метров – но дальше требуются слишком большие якоря.
За счет «отвязки» от мелководий энергетический потенциал ветряков-оффшорников резко вырос. Только основная часть США (без Аляски) может установить на удалении до 370 километров от берега достаточно плавучих ветряков, чтобы вырабатывать по 7,2 триллиона киловатт-часов в год. Это почти вдвое больше того, что потребляют Штаты сегодня.
В среднем на один квадратный километр морской поверхности компании, работающие в ветроэнергетике, планируют устанавливать примерно по три мегаватта мощности ветряка, а выработка со все той же единицы площади будет по 10 миллионов киловатт-часов в год. Значит, для удовлетворения всего потребления современного человечества оффшорными плавающими ветряками достаточно покрыть 2,5 миллиона квадратных километров. Цифра кажется огромной, но это менее одного процента общей площади морей Земли – и менее 10% площади всех прибрежных морей.
Кстати, сегодня стоимость электричества от новых оффшорников находится вполне на уровне угольных ТЭС – несмотря на длинные кабели, уходящие в море, и прочую непростую инфраструктуру нового источника энергии.
Но и это далеко не все: «гигантомания» начинает постепенно затрагивать и те ветряки, что давно построили, причем даже на суше. В США идет массовая кампания не просто строительства более крупных ветряков, но и переоснащения старых более длинными лопастями. За один 2019 год в Штатах переоснастили 1800 старых ветротурбин, поставив на них более длинные лопасти – но не меняя генераторы.
Казалось бы, зачем, если максимальную мощность ветряка так не поднять? Однако смысл есть – и большой. Во-первых, более длинные лопасти захватывают больше ветра и за счет этого могут работать большее количество часов в году. Во-вторых, масса лопастей современного ветряка порой достигает 100 тонн на одну установку. Чем длиннее лопасти, тем они тяжелее и тем больше их инерция. Когда ветер дует порывами, ветряк с менее крупными лопастями зачастую способен давать перебои в поставках энергии. Лопасти покрупнее работают еще чем-то типа механического аккумулятора энергии, «выравнивая» подачу от ВЭС в сеть.
Тренд на увеличение размеров уже привел к росту коэффициента установленной мощности новых ветряков. В Штатах в 2004-2012 годах новая ветротурбина имела такой коэффициент всего в 31% (при работе на полную мощность на протяжении 31% от всего времени в году – то есть 2716 из 8760 часов). Уже в 2014-2018-х показатель вырос до 41%: следовательно, отдача с киловатта мощности подскочила на целую треть.
Это частично (увы, лишь частично) решает одну из главных проблем ветроэнергетики – нестабильность ее работы. Ветряки прошлого поколения давали электричество менее трети всего времени в году, сейчас эта цифра поднялась более чем до двух пятых, а в случае Haliade-X от General Energy она уже вдвое выше, чем у ветряка прошлого поколения. Разумеется, хорошие ветра даже в море встречаются отнюдь не повсеместно, но можно ожидать роста стабильности выработки в ветроэнергетике до примерно половины всех часов в году. Это позволит отрасли намного проще расширяться с меньшим обязательным резервированием ее мощностей ТЭС (убивающими сотню тысяч человек в год по всему миру) или дорогими литиевыми аккумуляторами.
Получается, у ветряков еще остаются неплохие перспективы для роста – они способны на куда большее, чем нынешние 7% от мировой генерации, или 19,4% всей электрогенерации в Европе.
На новых изображениях сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике ее ближайшие окрестности выглядят не так, как на опубликованном в 2022 году известном снимке.
Когда в Штатах отодвинули фон Брауна — американская космонавтика испытала сильнейший упадок в считаные годы. Сходный быстрый упадок испытал советский космос после смерти Королева. Сегодня глава NASA хочет нанести удар по Маску. Можно ли спрогнозировать, насколько быстро американский космос в этом случае потеряет свои нынешние, безусловно доминирующие над Россией и Китаем позиции?
Триасовый период завершился 201 миллион лет назад одним из крупнейших массовых вымираний. По времени это совпало с началом раскола суперконтинента Пангея, масштабным излиянием базальтов и, как следствие, усилением парникового эффекта. Оставшуюся часть мезозойской эры на Земле царили динозавры, до того занимавшие подчиненное положение. Механизмы, связывающие все эти события, по сей день остаются предметом дебатов. В новом исследовании международный коллектив ученых пришел к выводу, что для сухопутных видов губительными стали резкие, скоротечные похолодания, а не глобальное потепление.
Финансовое благополучие человека зависит от разных факторов. Новое крупное исследование на примере норвежских жителей показало, как изменения в структуре семьи и смена поколений сказываются на благосостоянии людей.
Инженерная компания из Дубая LEAP71 сообщила, что спроектированный нейронной сетью Noyron и напечатанный в 3D-формате из меди ракетный двигатель успешно прошел первые испытания на полигоне в Великобритании. Возможно ли это — рассказал эксперт МАИ, старший преподаватель кафедры «Космические системы и ракетостроение» Иван Рудой.
В саге о норвежском конунге Сверрире есть эпизод о набеге на замок Сверресборг в Тронхейме в 1197 году. Нападавшие разграбили и сожгли все строения внутри, и видимо, чтобы отравить воду, сбросили в колодец мертвое тело, завалив его валунами. Останки несчастного обнаружили в 1938 году во время археологических раскопок. Сейчас генетики извлекли его ДНК и выяснили происхождение, косвенно подтвердив события, описанные более восьми столетий назад.
Полторы тысячи лет назад климат в Северном полушарии резко изменился. В Дании так похолодало, что там стало невозможно заниматься сельским хозяйством. Авторы нового исследования считают, что именно этот период был прообразом Фимбульвинтера — зимы, предшествующей Рагнарёку.
Сейчас Япония привлекает людей со всего мира, но так было не всегда. На протяжение десяти тысяч лет архипелаг оставался изолированным от остального мира, пока туда не начали прибывать первые «мигранты» с континента. Это показал генетический анализ останков человека эпохи Яёй.
Инженерная компания из Дубая LEAP71 сообщила, что спроектированный нейронной сетью Noyron и напечатанный в 3D-формате из меди ракетный двигатель успешно прошел первые испытания на полигоне в Великобритании. Возможно ли это — рассказал эксперт МАИ, старший преподаватель кафедры «Космические системы и ракетостроение» Иван Рудой.
где никакие ТЭС никто не отключалне совсем точно. Вообще-то в 2021 г. КНР резко и больно выключил часть своих ТЭС и закрыл часть своих угольных шахт, в попытке достичь углеродной нейтральности. Но, тут же столкнувшись с дефицитом э\энергии, снова их включил и открыл. Это у них часто делается - райком приехал, завод закрыл - потому что загрязняет и дымит, жители жалуются. Через 2 час хозяин приехал, завод открыл - потому что нужно зарабатывать деньги, кормить рабсилу, повышать ВВП - чего непонятного то?. Всего и делов-то.
Внутренняя конструкция ветряка на иллюстрации видна особенно хорошо. А внешнее сходство вообще разительное — Останкинская башня высотой полкилометра и ветряк тоже должен был быть немаленьким.Еще один чудак из разряда стул не табуретка )) северок покусал? Мне так вполне очевидно сходство двух рисунков и дело тут не в высоте. Но докопаться до столба это ж святое 😆
где никакие ТЭС никто не отключалне совсем точно. Вообще-то в 2021 г. КНР резко и больно выключил часть своих ТЭС и закрыл часть своих угольных шахт, в попытке достичь углеродной нейтральности. Но, тут же столкнувшись с дефицитом э\энергии, снова их включил и открыл. Это у них часто делается - райком приехал, завод закрыл - потому что загрязняет и дымит, жители жалуются. Через 2 час хозяин приехал, завод открыл - потому что нужно зарабатывать деньги, кормить рабсилу, повышать ВВП - чего непонятного то?. Всего и делов-то.
Внутренняя конструкция ветряка на иллюстрации видна особенно хорошо. А внешнее сходство вообще разительное — Останкинская башня высотой полкилометра и ветряк тоже должен был быть немаленьким.Еще один чудак из разряда стул не табуретка )) северок покусал? Мне так вполне очевидно сходство двух рисунков и дело тут не в высоте. Но докопаться до столба это ж святое 😆
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии