Эоланка

Эоланка Люсьена Романи.

Французы, как известно, говорят и пишут по-французски. Почему -- никто не знает, но им так нравится это занятие, что они всему на свете дают свои собственные французские имена и не терпят иностранных слов. Автомобиль, например, у них une voiture, компьютер un ordinateur. Есть и специальное слово для ветряка -- une éolienne (эольен, простите за мой французский). Утверждается, что это слово было впервые использовано в 1885 году и обозначает ветряную машину вообще, а не чисто конкретно мельницу как таковую (un moulin à vent). Однако я подозреваю, что слово это происходит от имени древнегреческого полубога Эола, повелителя ветров, так что, оно не совсем французское, несмотря на вполне французский суффикс -ienne, означающий жительницу местности с однокоренным названием. Впрочем, это их дело, что считать французским. Parisienne -- парижанка, éolienne, соответственно, будет эоланка, с этим разобрались.

Прежде в этом обзоре как-то обходилось без Франции, что несколько странно. Территория её входит в зону вокруг Английского канала и Северного моря, где традиционно использовалась энергия ветра. Ветряная мельница -- один из символов Франции вообще и Парижа в частности. Научная и техническая мысль во Франции также была традиционно сильна. Были и заслуги в создании современной ветроэнергетики. Они не на слуху, чему есть две причины, с одной я начал, а другой закончу этот пост, посвящённой замечательной машине, разработанной, построенной, испытанной и разобранной под руководством Люсьена Романи (Lucien Romani). В сети есть сайт Жан-Люка Кавея (Jean-Luc Cavey), сына одного из руководителей проекта, он и об этой машине, и о Романи, и о Жане_Люке тоже. Большая часть материалов, изложенных здесь, взята оттуда. На сайте множество красочных фотографий, но, что самое чудесное, у него есть английская версия.

Как пишет Жан-Люк, единственным биографическим источником о Люсьене Романи является жизнеописание, составленное самим Романи за несколько лет до смерти. Оно короткое, в литературной форме и не лишено иронии. На французском, естественно. Перескажу его вкратце.

Люсьен Романи.
Фото сайта Jean-Luc Cavey

Родился Люсьен в 1909 году, так что его школьное детство пришлось на WWI. Родители отослали его подальше от Большой Берты в деревню, где он якобы учился и даже получил аттестат о начальном образовании (похоже, это был единственный его диплом в жизни). Дальнейшее его обучение было примерно таким же, благо у отца была библиотека. Любимыми книгами Люсьена стали "Популярная астрономия" и "Сирано де Бержерак". Также в детстве он увлёкся шахматами.

Свою юность он называет "между двумя войнами" (entre les deux guerres), в этот период он зарабатывает на жизнь помощником архитектора, отдавая свободное время шахматам. Тогда же он связался с астрономом Анри Минё (Henri Mineur), основателем Парижского астрофизического института, предложив ему какой-то расчётный метод по астрономической тематике. Тот заинтересовался предложением, но начавшаяся война отменила их совместные планы. Сам Анри участвовал в Сопротивлении, а Люсьена он познакомил с профессором Сорбонны Жозефом Пере (Joseph Pérès), который занимался авиационной тематикой, как гражданской, так и военной. Романи трудился под его началом вплоть до 1946 года. Во время оккупации они работали подпольно, и в прямом смысле слова тоже.

В 1946 году Романи покидает Сорбонну (как он пишет, без дипломов и склонности к иерархии у него там не было никакого будущего) и создаёт собственное проектно-конструкторское бюро, просуществовавшее 20 лет. Бюро получило название BEST (Bureau des études scientifiques et techniques). Как раз в то время и была создана та чудо-машина, о которой здесь идёт речь, но Романи ни разу не упоминает о ней в своём жизнеописании. Вообще. И в этом умолчании следы большой драмы. Он пишет, что работая в бюро он занимался теорией эволюции всего, соединяя вместе палеонтологию, геологию, астрофизику и всё остальное. Это были лучшие его годы, наиболее продуктивные. Разумеется, их следовало посвятить чему-то действительно значимому, а не какому-то агрегату, который толком и не работал вовсе. В последующем он так и поступал, занимаясь исключительно глобальными проблемами вплоть до самой своей смерти в 1990 году.

Но, мы пойдём по порядку, без обид и по чисто конкретным делам. Когда Люсьен Романи впервые заинтересовался ветроэнергетикой неизвестно, сам он об этом предмете ничего не пишет (о том, что ногу себе сломал пишет, об этом -- нет), но сохранился его американский патент, поданный ещё в 1948 году, в котором он предлагает скрестить эоланку с тепловым насосом. Подобные системы только теперь выходят на стадию промышленной реализации. Лишнее подтверждение тому, что человек мыслил глобально. Сохранилась ещё пара его патентов того времени на тему ветрогенераторов. Так что, мельницами он стал заниматься ещё в конце сороковых годов, хотя тот самый проект начался в 1950 году (по другим данным, всё же в 1948 году).

Укладка эоланки. Фото сайта Jean-Luc Cavey.

Инициатором и финансистом проекта явилась ЭДФ, "Электрисите дё Франс" (Électricité de France). ЭДФ -- государственная компания, ровесник BEST, получилась в результате национализации практически всех электростанций Франции. Со временем она стала монополистом и сильно повлияла на экономику, да и на весь прочий облик Франции. Только в 1996 году Евросоюз решил открыть французский рынок электроэнергии для конкурентов, вместе с рынками всех остальных стран-членов.

Проектирование турбины продолжалось пять лет. Проводились аэродинамические и прочие испытания прототипов. Работа была проведена серьёзная. Для установки было выбрано место в 120 километрах от Парижа, в чистом поле неподалёку от деревни Ножан-лё-Руа (Nogent-le-Roi). Станция планировалась как опытная, что и определило место её расположения, да и конструкцию отчасти тоже. Эоланка получилась крепкая и симпатичная, даже три ноги её не слишком портили. Две из них были закреплены на своих фундаментах шарнирами, что позволяло переводить её из горизонтального положения в вертикальное и обратно за счёт двух лебёдок, одна из которых тянула, а другая травила. Процедура занимала около часа и была проведена несколько раз за время эксплуатации станции. Она была необходима для доступа к агрегатам без использования подъёмных кранов. Тут можно посмотреть все стадии процесса и даже анимацию.

В 1955 году начались первые строительные работы. На ноги эоланку подняли в 1956 году, а запустили в 1957-м. В ноябре 1957 года её впервые подключили к распределительной сети ЭДФ. К сентябрю 1958 года её полностью укомплектовали в соответствии с проектом, в том числе, было установлено всё необходимое измерительное оборудование. 27 октября 1959 года станция достигла максимальной мощности за весь период своей эксплуатации -- 1025 кВт, что почти вдвое больше расчётной мощности (650 кВт). Однако, этот успех не дался даром, были повреждены генератор и сцепление. Станцию остановили на три месяца для проведения ремонтных работ. В апреле 1962 года эоланке заменили ветряное колесо. Вместо старого медленного и жёсткого ей поставили новое быстрое и гибкое, которое позволило сократить редуктор. Вскоре от этого колеса оторвалась лопасть. Лопасть скосила лужок неподалёку, но, по счастью, никого не задела. Эоланку благоразумно установили вдали от поселений.

Причиной отрыва был признан флаттер, который наблюдался и при опытных продувках в аэродинамической трубе. По каким-то причинам предупреждения не послушались и повторили ошибку в натуре. Флаттер -- грозное явление, оно заключается в самосогласованных колебаниях детали конструкции и среды, её огибающей. Если собственные колебания детали вызывают колебания в среде, а эти колебания среды вызывают колебания детали, то таким образом происходит их взаимное усиление. Флаттер способен разрушить всё, что угодно. Предсказать его появление и сегодня непросто, но, что удивительно, явление самосогласованных изменений в течении среды и в форме конструкции (аэроупругость), частным случаем которого является флаттер, спустя годы было приспособлено для выполнения строго противоположной задачи -- для предохранения ротора от разрушения.



Однако, не отрыв лопасти явился причиной окончания экспериментов. В том же самом 1962 году ЭДФ прекратила финансирование развития проекта. Эоланку хотели разобрать и переместить вначале на атлантическое побережье, а потом и вовсе на остров близ Ньюфаунленда, но ничего не вышло. В 1966 году эоланку разобрали на металлолом. Вместе с ней прекратило своё существование BEST. Наследником бюро стала компания Aerowatt, ныне Quadran (290 МВт ветряных мощностей). Романи же перешёл на работу в лабораторию Эйфеля, где занимался экспериментальной аэродинамикой до самой своей пенсии.

Пульт управления электростанцией Ножан-лё-Руа.
Фото сайта Jean-Luc Cavey 

В 1973 году эоланкой заинтересовалось НАСА, тогда же оно получило от ЭДФ отчёт 1958 года. В английском переводе он доступен в интернет-архиве. Это практически единственный технический публичный документ о проекте BEST, всё остальное ушло в такие архивные глубины, что, вероятно, утрачено безвозвратно. Впрочем, информации в этом документе предостаточно. Посмотрим на таблицу, аналогичную предыдущим, составленным для турбины Смита-Путнама и для ялтинского проекта.

Ротор

Чертёж из перевода отчёт ЭДФ для НАСА.
Взято с сайта Jean-Luc Cavey 

• Диаметр 30,19 метров
• 3 лопасти
• треугольные в плане
• скорость вращения 47 об/мин
• фиксированный угол наклона лопасти
• высота оси 33 метра
• заветренное расположение (на корме гондолы)
• вес 8 тонн

Редуктор

• планетарный
• передаточное отношение 21
• жёсткое сцепление

Генератор

• синхронный переменного тока 50 Гц
• 640 кВт активной мощности
• 1000 об/мин
• 3000 В

Гондола

• пассивное управление курсовым углом
• возможность принудительно устанавливать курсовой угол
• площадка для персонала

Башня

• ферменный треножник с поворотной башней 
• высота 33 метра
• лестница для персонала
• общая масса с оборудованием 160 тонн

Рабочие характеристики

• минимально необходимая скорость ветра 2,35 м/с
• максимальная зарегистрированная скорость ветра 17 м/с
• время эксплуатации 18 месяцев

Первое, что хотелось бы отметить, это то, что турбина БЕСТ-Романи задумывалась как чисто экспериментальная установка, такой она и получилась. В каждом месте про неё можно сказать "всё у них так". Замеров производилось много, достаточно сказать, что вокруг эоланки были установлены ферменные башни по 60 метров высотой для замеров скорости ветра. Насколько я могу понять, все результаты их были утрачены, причём чуть ли не сразу как только. Машину в ходе испытаний не жалели, ставили на ней всякие опыты.

Главное отличие ротора эоланки от роторов её предшественников заключается в его малой массе, всего 8 тонн, что объясняется не только меньшим диаметром, но и материалом, выбранном для его лопастей. Они были сделаны из авиационного сплава алюминия с цинком. Другое отличие проистекает из экспериментальной природы установки. Лопасти были установлены под фиксированным углом ради простоты, как я понимаю, которая как известно... Поэтому задача поддержания постоянства частоты вращения была возложена на генератор, а, точнее будет сказать, на электрическую сеть, которая свой частотой удерживала частоту вращения синхронного генератора. Совершенно варварский способ, который привёл к аварии генератора (к тому же, была вдвое превзойдена его номинальная мощность). Гену сожгли, чего уж там говорить.

В случае отключения эоланки от сети были предусмотрены четыре способа укоротить ротор. Во-первых, существовал обычный тормоз. Во-вторых, была возможность подключить к генератору электрическую нагрузку, нагревательный элемент для подогрева окружающей среды, мегаваттной мощностью. В-третьих, на входных кромках лопастей были установлены активные элементы, приводимые в действие центробежными силами, которые работали как воздушные тормоза. В-четвёртых, ротор можно было повернуть вдоль ветра, воспользовавшись возможностью принудительно поворачивать башню эоланки. Такая возможность была необходима для "укладки" эоланки, в рабочем же режиме курсовой угол устанавливался за счёт заветренного расположения ротора, он работал как флюгер.

Башня+треножник. Земля Адели,
июль 1957 - декабрь 1958 гг.
 Фото сайта Jean-Luc Cavey.

С редуктором авторы напротив намудрили, он вышел у них какой-то неоправданно сложный и тяжёлый. Установка нового ротора была продиктована как раз заменой редуктора, что привело к ещё одной серьёзной аварии. 

Ну, и, конечно, эта замечательная башня... Французский дизайн. Металлическая трубчатая башня (которую уже использовал Андрё) -- компактная и жёсткая опора, что позволяло уменьшить вынос ротора. Во французском дизайне он наконец-то приобрёл вертикальное положение. Неслучайно поворотная башня Романи отмерена по размеру лопастей. Книзу от башни располагается треножник, который придаёт устойчивость всей эоланке. Причём треножник не только крепко держится на земле, но и обладает свойствами демпфера, рессоры. В наше время устойчивость башни обеспечивается фундаментом особой конструкции, но не всегда его можно возвести, как например в Антарктиде (фото слева). Помимо сказанного, башню эоланки Романи ещё можно было и наклонять. Так что, претензий к конструкции башни у меня нет, на самом деле. Потому она и смотрится так красиво. Впрочем, о вкусах не спорят.

Закрытие BEST не прекратило французские исследования в области ветроэнергетики, но ЭДФ обуяла любовь к атому. Ещё бы, одна атомная станция способна заменить тысячи эоланок Романи. Атомная станция тоже не дымит и не требует много топлива, зато электричество выдаёт непрерывно, невзирая на капризы погоды. Самое же главное, это то, что ещё в конце 40-х, начале 50-х годов во Франции были открыты промышленные месторождения урана. К концу 50-х годов стало ясно, что урана в стране много, а в 1962 году начала работу первая французская АЭС. Так что, когда случился нефтяной кризис, Франция взялась развивать в первую очередь атомную энергетику. В 1990 году 75% электричества во Франции вырабатывалось на атомных станциях. Страна стала экспортёром электроэнергии, и Дуся Франция превратилась в ядерную помойку Европы. Естественно, что усилия зелёных тоже были направлены на атомную промышленность (на её закрытие), о ветроэнергетике все забыли. Она превратилась в Золушку.

Остатки фундаментов для трёх ног и двух лебёдок турбины B.E.S.T-Romani на картах Google.

Назад

К оглавлению

Вперёд