ВЕТРЯНЫЕ ТУРБИНЫ.

Ветряные турбины: безмерная безразмерность. Андрей Давлицаров Мировая энергетика Ветряные турбины: безмерная безразмерностьФото @freepik В нынешнем году в 160 километрах от северо-восточного побережья Англии начнут работать крупнейшие в мире ветряные турбины Haliade X производства General Electric. Они станут частью возводимой офшорной ветроэлектростанции Dogger Bank. Каждая из турбин имеет высоту 250 метров и если разместить ее в Лондоне, то она стала бы третьим по высоте сооружением в городе, а лопасти длиннее, чем высота башни Биг-Бена. Всего в составе Dogger Bank будет почти 300 таких гигантов. Лишь два десятилетия назад у побережья северного Уэльса появилась первая в Великобритании морская ветроэлектростанция. Каждая из ее турбин могла генерировать 2 мегаватта (МВт) электроэнергии при хороших погодных условиях, что в то время считалось огромной величиной. А Haliade X способна вырабатывать 13 МВт электроэнергии. Почему турбины увеличиваются в размерах с такой скоростью и есть ли предел тому, насколько большими они могут быть? Ответ на первый вопрос заключается в снижении стоимости энергии, а на второй — да, наверное. Просто пока никто еще не определил эту величину. Больше, значит — дешевле За последнюю десятилетку себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на наземных и морских ветроэлектростанциях, снизилась на 40% и 29% соответственно. Тогда специалисты рассчитывали получить киловатт-час хотя бы по 100 долларов. И даже при таком уровне затрат для активного продвижения ветрогенерации требовалась государственная субсидия, чтобы сделать их конкурентоспособными по сравнению с другими видами производства электроэнергии. Однако резкое снижение издержек за счет использования новых технологий позволило генерирующим компаниям довести стоимость энергии, продаваемой потребителям, почти до уровня 50 долларов. И хотя ветрогенерация остается достаточно дорогим видом производства электроэнергии, она уже не нуждается в государственной дотации во многих странах. И основным фактором, повлиявшим на снижение себестоимости, было как раз увеличение длины лопасти винта. Оценив преимущества длинных лопастей, производители включились в гонку за наращивание ее величины. И вот уже General Electric запускает в производство турбину Haliade X длиной 250 метров, а буквально через несколько недель китайская компания MingYang Smart Energy объявила о разработке морской ветряной турбины, более мощной чем Haliade-X. Ее высота будет почти такой же, как и у британской коллеги — около 242 метров, а длина лопасти винта — 118 метров, что позволит ей охватывать площадь в 46 000 квадратных метров (эквивалент шести футбольных полей). Лопасти выставляют свои ограничения Теоретически турбины можно продолжать увеличивать, ведь лопасть большего размера при вращении извлекает энергию из ветра на большей площади, что позволяет повысить ее КПД. Однако на этом пути некоторые технические ограничения все-таки есть. В первую очередь, это касается эрозии лопастей из-за столкновения с морскими брызгами и каплями дождя. Поэтому, чтобы снизить уровень эрозии, скорость движения лопасти ограничена 90 метров в секунду. И чем она длиннее, тем медленнее должны вращаться роторы турбины. А тогда увеличиваются нагрузки на саму турбину за счет ветра. Это можно преодолеть, опять-таки увеличив размер турбины и ее вес. А значит, и стоимость. В результате появляется точка ограничения рентабельности длины, превысив которую наращивать лопасти будет экономически невыгодно. Кроме того, по мере увеличения размеров лопасть становится более гибкой. А это осложняет контроль аэродинамики ветрового потока вокруг нее. И при очень сильных ветрах они начинают изгибаться и задевать вертикально стоящий корпус самой турбины. Логистика — свои Тем не менее, как показывает опыт, инженерные проблемы разработчики научились решать. То есть размеры турбины скорее всего будут сдерживать не столько конструктивными ограничениями, сколько экономическими: производство, монтаж и эксплуатация. Простая транспортировка громадных лопастей и башен с завода на площадку и сборка турбины на месте представляют собой ряд столь же крупномасштабных технических проблем. Нужны огромные порты, гигантские суда и краны, которые способны безопасно и надежно работать вдалеке от берега. Все это стоит недешево. И станет рентабельным только в том случае, если не только производство, но и установка станут серийными. Кроме того, необходимо вкладывать средства во всю цепочку поставок оборудования для морской ветроэнергетики, и тем более — в обучение специалистов. И ограничения на увеличение лопастей турбин будут формироваться именно здесь — в сфере экономики. Так как слишком дорогая установка может существенно увеличить срок до выхода на точку безубыточности и, следовательно, окупаемости всего проекта. Не зря крупнейшие электростанции мира включают до нескольких сотен, а то и тысяч турбин: комплекс Ганьсу(Китай) — 3500, Муппардале (Индия) — 3000, британская же Hornsea 2 объединяет 165 турбин . Расти турбины, скорее всего, не перестанут. Но теперь уже не столь стремительными темпами. А главное, станут экономичными не только в процессе производства электроэнергии, но и при установке и обслуживании. Баланс скорее всего будет найден в этой сфере.