Компания из Подмосковья разработала динамический ветровой забор. Это ветрогенератор необычной конструкции — его крылья не вращаются, как у привычных установок. Ветровым заборам не нужно много места, их можно ставить в городах и вдоль дорог. Дочерняя компания Газпрома готова предоставить возможность для испытаний.
Нетривиальный подход
Проект называется Dynamic wind fence (DWF — Динамический ветровой забор). Его разработала компания «Cила природы» из Подольска. 26 апреля 2023 года эту разработку обсуждали в Российской ассоциации ветроиндустрии (РАВИ).
Директору РАВИ Игорю Брызгунову идея нравится, он говорит, что это совершенно нетривиальный и даже революционный технологический подход к ветроэнергетике.
На все новшества скептики всегда смотрят негативно. Говорят, что «это не полетит». Это не будет работать, не поедет, взорвётся и разнесёт ближайшие деревни. В то же время у нас на орбите Земли есть МКС», — сказал Брызгунов.
В отличие от классической схемы в конструкции DWF крылья не вращаются вокруг своей оси. Они закреплены на каретках, электричество вырабатывается за счёт их движения по горизонтальным направляющим под воздействием ветра.
СПРАВКА:
Основа всех современных ветрогенераторов — ветряная мельница. Предположительно, первые такие устройства использовали в Персии в 200 году до н. э. В Европе ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора достоверно известны с 1180 года.
Отцом ветроэнергетики принято считать шотландского инженера Джеймса Блайта. В 1887 году он установил на своём участке ветряк высотой 10 метров. Генератор заряжал аккумуляторы, которые питали электроэнергией коттедж Блайта. Спустя три года в Дании построили первую ветроэлектростанцию.
Первую в России ветроэлектростанцию построил в 1931 году в Курске изобретатель Анатолий Уфимцев. У неё было первое в мире ветроколесо с поворотными лопастями и переменным углом атаки. С 1957 года электростанция не работает, запустить её не удалось из-за утраты чертежей. Тем не менее станция сохранилась и является объектом культурного наследия федерального значения.
Дёшево и рядом с домом
У современных ветрогенераторов классической компоновки есть ряд недостатков, говорит Вячеслав Якимчук, генеральный директор компании «Cила природы», которой принадлежит технология DWF. Это потери КПД — до 26% при изменении скорости ветра. Генератор недополучает энергию как при малой, так и при большой скорости ветра.
К недостаткам классических ветрогенераторов он относит длительное время запуска проекта и большие капитальные затраты при строительстве. Сейчас это 65 тыс. рублей на 1 КВт установочной мощности ветропарка. При техническом обслуживании или неисправности ветряк нужно останавливать.
У технологии DWF, утверждает Якимчук, этих недостатков нет.
«Мы называем конструкцию «ветропарк из коробки». Установка — это прямоугольная ферма до 215 метров в высоту, поделённая на ярусы. Каждый ярус представляет собой отдельный генератор с автономным управлением. Множество кареток с крыльями образуют ряд, представляющий из себя единую аэродинамическую решётку. Крыло использует энергию ветра, по горизонтали двигает каретку. Активные катушки стоят неподвижно на рельсовом пути. Электроника управляет генератором, задаёт нужную скорость движения и положение крыла, следит за расстоянием до соседних крыльев. Здесь же, в депо, хранятся дополнительные каретки с крыльями. Когда ветер усиливается, мы выводим дополнительные комплекты, когда ветер слабеет — убираем. То есть у DWF-ветряка всегда максимальный КПД», — рассказывает Якимчук.
У ветрового забора — модульная конструкция. К первому ярусу по высоте можно добавить ещё два. Каждый ярус регулируется самостоятельно, чтобы собирать больше энергии с ветрового окна. Все комплектующие стандартизированы, помещаются в контейнер или грузовик, чтобы удешевить логистику.
Якимчук говорит, что применение DWF-технологии может снизить капитальные затраты на строительство в 10 и более раз по сравнению с ветропарками традиционной компоновки.
«Участка земли сравнительно небольшой площади — 10–15 га — хватит, чтобы построить установку мощностью от 10 до 20 МВт, это зависит от скорости ветра и возможности строить высокие фермы, — поясняет он. — Небольшие участки можно брать вдоль дорог и строить парки каскадами. Крыло движется в шесть раз медленнее, чем у привычного ветряка, поэтому ветрофермы можно размещать значительно ближе к потребителю и вписывать в общую городскую инфраструктуру. Они не создают инфразвука, безопасны для птиц и людей. Модуль изначально собирается на сборочной площадке, при организованной работе ветропарк можно запускать через три-четыре месяца после начала стройки».
Ветропарк можно вводить в строй поэтажно, так как каждый уровень — это свой отдельный генератор. После запуска первой линии получить кредит на следующие этапы будет гораздо легче, надеются разработчики.
Ветропарку, построенному по технологии DWF, не нужна остановка при обслуживании или ремонте. Каждый ярус и каждая каретка — отдельный автономный элемент, говорят в компании.
Заборы по франшизе
На ветровой забор получены несколько патентов — на способ преобразования энергии ветра, систему преобразования энергии ветра и модуль такого преобразования. Независимую экспертизу концепции провела немецкая компания Aerodyn.
Специалисты говорят, что хотели бы посмотреть на работу ветрового забора в реальных условиях. Однако рабочий прототип у «Силы природы» ещё не готов. На его создание может уйти до девяти месяцев. Агрегат должен быть длиной 12 метров, шириной 3 метра с высотой крыла в один метр.
Работу разбили на два этапа. На первом «Сила природы» должна отработать программное обеспечение, электронику и продемонстрировать, как каретки заезжают и выезжают из депо, меняют скорость движения, а крылья регулируют угол атаки в зависимости от направления ветра. Стоимость этих работ оценивается в 6–9 миллионов рублей. На втором этапе должны создать рабочий модуль, на основе которого будут проектировать большие установки. Завершением этого этапа, как рассчитывает компания, станет получение первого контракта на строительство DWF-ветропарка.
Бизнес-модель Якимчук планирует развивать по франшизе. По его замыслу, головной компании принадлежат все патенты, права на программное обеспечение и технологии. Также она будет заниматься техническим сопровождением и мониторингом работы ветропарков. Постоянные выплаты, которые будет получать держатель франшизы, составят 5–10% от стоимости проданного электричества. Также головная компания должна зарабатывать, выступая генподрядчиком при строительстве.
Можно медленно, а можно быстро
Говоря о сроках разработки проектов в ветроиндустрии, директор РАВИ Игорь Брызгунов отметил, что возможно всё сделать быстро — это зависит от подхода к проблеме.
«У нас есть пример, когда всего три года прошло от замысла до выхода на рынок отличного ветрогенератора. Он, правда, маленькой мощности, 5 КВт. Но он превратился в ветродизельный комплекс, и около 150 штук по стране производитель поставил. Разные «конструкторские болезни» были устранены. Не за 10, и не за 5 лет. Если вы занимаетесь конструированием, то вам интереснее сделать этот процесс длиннее. А если занимаетесь созданием продукта, на котором собираетесь зарабатывать, то это должен быть максимально короткий процесс», — объясняет Брызгунов.
Интерес к разработке ООО «Сила природы» проявила компания «Газпром Нефть Шельф». Осенью прошлого года она сообщила о возможности предоставить свою береговую инфраструктуру для проведения испытаний и апробации технологии с целью дальнейшего коммерческого использования.
Изобретатели не дремлют
Инженеры во всём мире не оставляют попыток разработать ветрогенераторы, которые радикально отличаются от традиционной схемы. Безлопастной ветрогенератор испанского стартапа Vortex Bladeless — это вертикальная колонна из двух частей. Верхний сегмент раскачивается, нижний неподвижен. На границе между ними установлены элементы генератора переменного тока.
Тунисская компания VyndSolutions предложила устройство, в основе которого плоскости, под напором ветра машущие как крылья птиц.
Американский дизайнер Джо Дусета создаёт серию «кинетических стен» для домашнего использования. Предполагается, что стена будет иметь 25 маленьких вертикальных турбин, каждая из которых будет подключена к генератору мощностью 400 Вт.
