«Далеко не лидирующие позиции»

Принцип, по которому работают ветровые электростанции, известен давно: кинетическая энергия воздушного потока, попадающего на лопасти ветряка, преобразуется в механичес­кую. Так действуют классические мельницы с горизонтальной ориентацией ротора – европейские памятники старины, упоминавшиеся ещё в XII веке. По большому счёту, ветрогенераторы отличаются от них лишь тем, что механическая энергия в них преобразуется в электричество. И это тоже не ново: первую в истории ветровую установку для выработки электроэнергии в 1888 году запустил американский изобретатель Чарльз Фрэнсис Браш. А, к примеру, в статье «Экологические аспекты ветроэнергетики», вышедшей в журнале «Теплоэнергетика» в 2011 году, упомянут весьма интересный факт: в тридцатые годы прошлого века Советский союз был лидером в использовании энергии ветра. В СССР массово производились установки мощностью 3-4 кВт, в 1931 году в районе Балаклавы запустили самую мощную в мире (на тот момент) станцию на 100 кВт, а семь лет спустя в Крыму начали строить станцию на 5 МВт. 

В первой половине пятидесятых в стране ежегодно выпускалось до 9 тыс. генераторов, единичная мощность которых достигала 30 кВт. А в сентябре 1987 года было подписано постановление Совета Министров СССР «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988–1995 годах», в котором среди прочего предполагалось организовать производство новых видов оборудования альтернативной энергетики на отечественных предприятиях и обеспечить энергоснабжение районов Крайнего Севера за счёт использования возобновляемых источников энергии. Но после распада Советского Союза этим планам не суждено было сбыться. Так, по данным Европейской ассоциации ветровой энергетики, установленная мощность всех действовавших в России в конце 2012 года станций составила лишь 15 МВт. Ещё семь установок в общей сложности на 105 МВт к 2016-2017 годам намерено ввести ООО «Комплекс­Индустрия» – единственная компания, в августе-сентябре прошедшая отбор проектов по использованию возобновляемых источников энергии, которые имеют право на государственную поддержку. А, скажем, в конце прошлого года установленная мощность ветровых электростанций на Украине достигла 276 МВт, из которых 125 МВт было введено в строй за год. Мировая ассоциация ветроэнергетики сообщает, что мощность ветряков на всём земном шаре по итогам января–июня 2013 года составила 296 ГВт, а к концу нынешнего года эта цифра возрастёт до 318 ГВт. Впереди планеты всей находится Китай, за ним следуют США и Германия. «Наша страна, к сожалению, в этой отрасли занимает далеко не лидирующие позиции», – констатировал главный конструктор и технический директор ЗАО «Аэроэнерготех» и ЗАО «Аэрогрин» Юрий Криулин. 

Из области авиации

Сам Юрий Валентинович и его коллеги-единомышленники решили исправить эту ситуацию по мере своих сил, убив по ходу дела двух зайцев: с одной стороны, реализовать хотя бы небольшую часть немалого ветроэнергетичес­кого потенциала России, а с другой – разработать принципиально новое техническое решение, лишённое тех недостатков, что присущи традиционной трёхлопастной схеме. 

Законы аэродинамики неумолимы: для того чтобы достичь большей мощности, необходимо увеличивать длину «крыла» ветряка. Так, лопасть производимого в Германии генератора Enercon E-126 (его мощность составляет 7,58 МВт – рекорд по состоянию на 2012 год) тянется на 128 м. С учётом этого ветряку необходимо выдерживать гигантские нагрузки, так что в нём приходится использовать дорогие композитные материалы, что не лучшим образом сказывается на цене. Возрастает и стоимость строительства ветровой электростанции. И сама её эксплуатация сопряжена с рядом сложностей, наиболее очевидная из которых – обледенение лопастей и других частей генераторов, если они используются в регионах с холодным климатом, а к таким относится большая часть территории России. Помимо этого трёхлопастной ветряк необходимо постоянно поворачивать так, чтобы воздушный поток создавал максимальное лобовое сопротивление, то есть требуется система ориентации на ветер. К этому можно добавить ощутимый шум от работы. 

Этих недостатков лишены вертикальные ветроэнергетические установки. Существует множество их схем, которые особенно широко применяются в области малой энергетики ветра – в небольших генераторах, чьей мощности достаточно для того, чтобы обеспечить бытовые нужды. Во всём мире ведутся исследования в сфере больших установок, но то решение, которое предложили иркутские учёные, уникально. Идею позаимствовали из авиации, что неудивительно: Криулин когда-то учился и работал на кафедре эксплуатации летательных аппаратов и двигателей, которая в 1997 году была объединена с кафедрой самолётостроения. Заключается она в том, что ветрогенератор построили по тому же принципу, что и воздушно-реактивный двигатель. Если точнее, это турбореактивный мотор, в котором воздух поступает на лопатки одноступенчатой турбины и раскручивает рабочее колесо. 

При всей своей революционности – традиционно считается, что замена длинных лопастей на множество коротких лопаток для ветроэнергетики неприемлема – схема оказалась рабочей. Это доказала компактная установка, которую в 2011 году испытали в аэродинамической трубе Центрального научно-исследовательского института имени А.Н. Крылова. Результаты её работы подтвердила большая турбина, в марте 2012 года установленная на побережье Байкала неподалёку от Большого Голоустного: для того чтобы она стабильно действовала, оказалось достаточно порывистого разнонаправленного ветра, чья средняя скорость составила 1,8 м/с. В дальнейшем установку было решено сделать комбинированной, ветросолнечной: на обтекатель ветряка закрепили гибкие солнечные панели, чтобы можно было получать электроэнергию даже в полный штиль. 

Когда презентацию проекта увидели в «Сколково», его разработчикам предложили стать резидентами фонда. Необходимая для этого экспертиза была пройдена, и инженеры получили возможность работать на площадке инновационного центра. Однако для этого понадобилось зарегистрировать на ней новую компанию. Таким образом, теперь над одним и тем же проектом трудятся ЗАО «Аэроэнерготех» из Иркутска и ЗАО «Аэрогрин» в Москве. «Технопарк в «Сколково» открывается только в январе 2014 года, поэтому мы, чтобы не терять время, пока решили внедрить проект в Национальном исследовательском Иркутском государственном техническом университете, – рассказал Юрий Валентинович. – У нас есть соглашение о некоммерческом партнёрстве, так что мы можем подключить к работе студентов и аспирантов. К тому же нашему проекту придали статус приоритетного». 

Бесшумная энергия

В технопарке НИ ИрГТУ уже собрали две ветросолнечные установки. Первая из них, чья мощность составила 500 Вт, использовалась в качестве опытного образца – её продули в аэродинамической трубе, чтобы подтвердить расчётные характеристики. В сравнении с первым ветряком её усовершенствовали: изменили сечение корпуса и добавили направляющие поверхности – три пластиковые «юбки», которые позволяют более эффективно подводить воздух к рабочему колесу. Испытания показали, что для страгивания турбины достаточно дуновения ветра со скоростью 1,5 м/с. При этом среднегодовая скорость ветра в Иркутске составляет 2,1 м/с, но она несколько разнится в зависимости от района города: например, ООО «ЭнерджиВинд», которое производит ветровые электростанции, приводит данные о том, что недалеко от аэропорта этот показатель составляет 3,1 м/с (на высоте 10 м от земли). 

Впрочем, разместить вторую установку AeroGreen, которую собирали в мастерской Петра Савченко и доводили до ума на площадке политеха, изначально планировали на Аллее инноваций, находящейся между улицами Тимирязева, Фридриха Энгельса и Октябрьской революции. Однако место оказалось не самым удачным для ветросолнечного генератора: в низине нет достаточно сильных ветров. В дальнейшем рассматривались площадки в микрорайоне Солнечный и 130-м квартале. Остановились на втором варианте – здесь ежедневно проходит множество людей, чьё внимание может привлечь необычная конструкция. Любой желающий может не только посмотреть на техническую новинку, которая вырабатывает киловатт-час электричества при скорости ветра 12 м/с, но и воспользоваться ею в качестве зарядного устройства для сотового телефона – для этого есть провода с разъёмами для самых распространённых моделей мобильников. Кстати, установка может вырабатывать электроэнергию и в безветренную погоду: она оснащена несколькими солнечными панелями, чья мощность в идеальных условиях может достигать 200 Вт, но на практике колеблется в пределах 120–150 Вт. 

Официально генератор запустили 25 декабря, но смонтировали его днём ранее. Сначала, впрочем, ветряк ещё раз испытали с помощью аэродинамической трубы, установленной в здании технопарка НИ ИрГТУ. «Мы измеряем скорость ветра, обороты рабочего колеса турбины, силу тока и напряжение», – объясняет Криулин, пока где-то в недрах трубы раскручивается вентилятор. Звук нарастает постепенно, будто кто-то плавно переводит двигатели реактивного авиалайнера во взлётный режим. Интересно, что сама установка никакого шума не производит – единственным признаком того, что она заработала, является воздушный поток словно от вентилятора, который ощущается, стоит лишь подойти поближе. Нарастающий звук достигает своего пика, проходит несколько десятков турбин, и пластиковая конструкция, которую обдувает поток из аэродинамической трубы, озаряется цветами триколора: включились белая, синяя и красная светодиодные полосы, установленные под направляющими поверхностями для воздуха. Кстати, на этой ветросолнечной установке красуются четыре белые «юбки» из пластика, с которыми она работает эффективнее своих аналогов, собранных ранее. Заметим, что вся конструкция состоит на 90% из пластмассы, лишь часть корпуса выполнена из оцинкованной стали. Поэтому без аккумулятора она весит всего 35 кг. С начинкой, но без обтекателя ветросолнечную установку до грузовика несут три человека, пусть и не без труда. 

Но перед тем, как это происходит, её немного дорабатывают: к обтекателю ветряка крепят гибкие солнечные панели – восемь батарей длиной 34,5 см и шириной 17,2 см. Прикрепляют их с помощью специальных клёпок. Чуть больше часа – и устройство готово к сборке и транспортировке. Ещё минут сорок уходит на то, чтобы добраться до 130-го квартала. На улице похолодало, поэтому находиться на открытой всем ветрам площадке возле кирпичного здания, где, будем надеяться, когда-нибудь откроется музейно-планетарный комплекс «Ноо­сфера», не очень-то комфортно. Тем не менее ветросолнечный генератор неторопливо монтируют на специально подготовленную подставку – столь ответственное дело не терпит суеты. До того момента, как его запустят в торжественной обстановке, остаётся 21 час…

«Думаю, в ближайший месяц-два мы наладим производство»

Лёгким движением руки ветряк превращается в ветросолнечную установку: на обтекатель устанавливают восемь гибких панелей

«Администрация Иркутска заинтересована в том, чтобы на территории города было организовано производство таких установок, – так ввод в строй нового объекта прокомментировал заместитель мэра – председатель комитета по экономике Алексей Альмухамедов. – Они будут востребованы в Прибайкалье, на Ольхоне, есть заявки даже с Сахалина, где из-за сильных ветров не могут использоваться имеющиеся аналоги. Сейчас необходимо наблюдать за тем, как будет вести себя данный прибор на практике, в условиях нестабильного ветра, низких температур,  чтобы определить, насколько он стабилен и надёжен». Действительно, изобретатель турбины говорит о том, что к нему обращались владельцы туристических баз на побережье Байкала, которые выказывали живейший интерес к проекту: для них киловатт-час электричества, выработанный на дизель-генераторе, обходится в 15–20 рублей, тогда как себестоимость электроэнергии, полученной на ветросолнечной установке, составляет 3 рубля за киловатт-час. Кстати, сам ветряк обошёлся его создателям примерно в 50 тыс. рублей вместе с генератором, контроллером и другим оборудованием, солнечные элементы добавили к его стоимости ещё около 10–15 тыс. рублей. Но это лишь себестоимость изготовления, розничная цена, само собой, будет выше. 

Инвестиции в то, чтобы организовать серийное производство ветросолнечных установок, оцениваются как минимум в 100 млн. рублей. «К нам приходят предложения о том, чтобы создать завод в Казахстане, Великобритании или Германии, но мы пока отдаём приоритет Иркутску, – сообщает Криулин. – Дело даже не столько в патриотических соображениях, сколько в том, что у нас нет денег, чтобы поехать за рубеж». Тем не менее изобретатель нашёл средства, чтобы запатентовать ветроэнергетическую установку AeroGreen. Необходимую заявку Юрий Валентинович подал в Евразийскую патентную организацию в феврале 2012 года, обратился он и в соответствующее ведомство в Германии. Таким образом, патент на его изобретение, получение которого ожидается до конца нынешнего года, будет действовать не только в странах СНГ, но и за рубежом. «Думаю, в ближайший месяц-два мы наладим производство», – делится собеседник «Сибирского энергетика» дальнейшими планами. Для начала он предполагает приступить к выпуску наиболее востребованных на рынке небольших установок мощностью от 1 до 10 кВт. Однако уже сейчас есть заказы и на более мощные генераторы.