Ветряк острова Богё

Ветряк острова Богё, фото
F.L.Smidth & Co, без разрешения

Утром 9-го апреля 1940 года, по пути в Норвегию, Германия оккупировала Данию. Одним из последствий оккупации стала нехватка в Дании ископаемого топлива; угля и нефти. Вновь, как и в первую мировую войну, в ход пошли подзабытые уже ветряки. Делала их, в основном, компания Lykkegaard, последовательный продолжатель дела Поля Ля Кура. Её мельницы были примерно всё те же, что и в начале века. Помимо неё существовали просто кустари, но среди них было и одно счастливое исключение -- компания F.L.Smidth & Co из Копенгагена. До войны фирма специализировалась на машинах для цементной промышленности, но бизнес её бурно развивался, компания создавала и приобретала различные подразделения и филиалы. Среди них была маленькая авиационная фабрика Skandinavisk Aero Industri (SAI). С её помощью уже в августе 1940 года создаётся первый опытный ветряк с двумя лопастями. Затем появляется вариант с тремя лопастями. За время войны фирма произвела два десятка различных ветряков. Некоторые из них дослужили до 60-х годов. Годовая выработка лучших образцов достигала примерно сотни мегаватт-часов. Их отличительными чертами были роторы с обтекаемыми лопастями из дерева и бетонные башни. Видимые на снимке слева треугольные рёбра жёсткости на всю высоту башни не случайные, их появление было вызвано необходимостью погасить колебания, вызванные взаимодействием струй воздуха от ротора с башней. Первый экземпляр башни от этих колебаний потрескался.

Как утверждают краеведы острова Богё (Bogø), расположенного на самом дальнем востоке датского архипелага, ветряк такой системы появился у них в 1942 году. Машина выглядела необычно, но на самом деле она состояла из уже опробованных в деле элементов. За исключением, разве что, бетонной башни, которая явилась подлинным новаторством со стороны FLS. Впрочем, башня уже тоже имела опыт, из-за чего к ней добавили рёбра. Подветренное расположение ротора и генератор постоянного тока были позаимствованы из ветряков Поля Ла Кура. Обтекаемые лопасти с растяжками взяты от мельницы Agricco. Сами лопасти "самолётного" дизайна от SAI. Внешне ветряк сильно напоминает современные ветрогенераторы, но это такой анахронизм, прямой преемственности между ними нет. Поэтому о ветряке острова Богё редко вспоминают историографы, он плохо вписывается в лестницу прогресса из-за своего модернового вида. До нашего времени от него уцелела одна только башня (где-то в музее хранится механизм одного из ветряков FLS). В 2015 году жители Богё обсуждали план покрасить серые бока башни в весёленькую расцветочку, а на первом этаже обустроить музей, но не знаю, чем дело кончилось. Вообще-то, в этом музее есть что показать, ведь ветряк острова Богё послужил музой для одного очень важного ветростроителя.

Датский инженер-электрик Йоханнес Юуль (Johannes Juul) родился в 1887 году в семье последователей учения Грундтвига. Электротехникой заинтересовался с подросткового возраста, родители его интерес поощряли. В 17 лет прошёл четырёхмесячный курс обучения в народной школе Аскова, у Поля Ла Кура. Сохранилась фотография их курса (на фоне ветряной мельницы). В 1914 году Йоханнес получил диплом электрика после обучения в Копенгагене, после чего взял кредит в банке и организовал свою мастерскую. Одним из его заказчиков была SEAS (Sydsjællands Elektricitets Aktieselskab), электрораспределительная компания Южной Зеландии (старой, не Новой), они приобрели у него кое-что из высоковольтного оборудования -- держатели с изоляторами, переключатели. Йоханнес заработал хорошую репутацию, открыл магазинчик, обзавёлся семьёй. В 1929 году он берётся за проект по модернизации бытовых электроплит. Ему удалось довести их до ума, и в 1934 году он продаёт свой патент на плиту одной датской компании, а затем и ряду европейских. Начавшаяся война не позволила развернуть производство, но после войны его плиты удерживали рынок вплоть до конца 50-х годов.

Плакат плана Маршалла. Надеюсь, что
вы узнали машину и поняли намёк.

Послевоенное восстановление Европы включало в себя так называемый план Маршалла, финансовую и технологическую помощь США в обмен на некоторые торговые и другие преференции. Этой возможностью воспользовалась SEAS для финансирования своего проекта создания эффективной ветряной электростанции. Техническое руководство проектом было возложено на Йоханнеса Юуля. В 1947 году ему уже исполнилось 60 лет, тем не менее, он возвращается к делу своей юности и возобновляет опыты с аэродинамической трубой Поля Ла Кура. Разумеется, установка была уже другой, постройки  SEAS. К 1950 году эксперименты с профилями лопастей заканчиваются, и Юуль приступает к натурным испытаниям на острове Богё, где SEAS приобрела тот самый ветряк производства FLS. Юуль оставляет от него башню, а наверху помещает ветряк своей собственной разработки. Вероятно также не без влияния прототипа он отказывается от ранее принятого заветренного расположения ротора, делает его подветренным, и устанавливает на лопасти растяжки. Так что, некоторая преемственность его ветряка с прежним соблюдается. Что, несомненно, разумно -- за годы эксплуатации конструкция продемонстрировала свою добротность. К семидесятилетию Юуля, в 1957 году проектные работы заканчиваются установкой полностью нового ветряка в паре десятков километров к югу от Богё, на соседнем с ним острове Фальстер (Falster), неподалёку от деревни Гедсер (Gedser). Под именем мельницы Гедсера он и вошёл в датский культурный канон (Kulturkanonen), официальный список самых выдающихся достижений датчан за все времена, датское "наше всё". На сегодняшний момент в списке всего 108 позиций: произведения живописи, музыки, литературы, кино... и мельница Гедсера.

Мельница Гедсера, aka маслобойня.

Чем так примечательна эта мельница, сразу не скажешь, да и незачем, поскольку к ней ещё придётся вернуться. Начну с принципиального новшества, привнесённого Юулем как электриком. Вместо прежнего генератора постоянного тока он установил асинхронный генератор тока переменного и подключил его к распределительной сети. Для человека, далёкого от электротехники, эти слова ни о чём не говорят, в то время как ход Юуля был очень изобретательный. Асинхронная электрическая машина, подключённая к сети переменного тока, обладает замечательным качеством; пока её ротор вращается с частотой, меньше так называемой синхронной (кратной частоте сети), она работает как электромотор, превращая электрический ток во вращающий момент на валу, а когда частота вращения превзойдёт этот рубеж, машина превратится в генератор, выдавая обратно в сеть электрический ток за счёт торможения ротора. Обратимой является также и синхронная машина, но для её работы в сети с постоянной частотой тока требуется постоянная же скорость вращения ротора, отступление от этого правила приводит к перегрузке всей системы. Романи так сжёг свой синхронный генератор. Так как для асинхронного генератора не нужно контролировать скорость вращения ротора, то лопасти удалось сделать неподвижными, что не только упростило их конструкцию, но и добавило ей надёжности.

Раскрутиться ротору до опасных скоростей не позволяли два обстоятельства. Во-первых, при большой скорости ветра вступал в действие так называемый аэродинамический подхват (blade stall). Это явление происходит при большом угле атаки, когда воздух отрывается от выпуклой части аэродинамического профиля, что снижает подъёмную силу. В случае с самолётом снижение подъёмной силы приводит к падению самолёта, а ротор ветряка просто получает меньший вращающий момент. Такую же систему имел и ветряк Романи, но её недостаточно, поскольку ротор будет вращаться и при полном отрыве. Помнится, объяснение причины вращения ветряка началось без использования понятия подъёмной силы вовсе, а ветряные мельницы прекрасно работали без обтекаемых крыльев. Аэродинамический подхват был пассивной мерой безопасности, как можно сказать, используя современные автомобильные термины.



Вторым, активным элементом безопасности, были воздушные тормоза, установленные на кончиках лопастей. Кончики могли поворачиваться вокруг оси, становясь поперёк потока воздуха, тормозя тем самым ротор. Это решение похоже на то, к которому пришли Сабинин с Красовским, но их система была намного сложнее, потому что им нужно было контролировать скорость ротора.

Благодаря этим двум предосторожностям мельнице не был страшен сильный ветер (бетонная башня тоже придавала крепкости конструкции). Удачно подогнанные параметры ротора и генератора позволяли получать электроэнергию в большом диапазоне скорости ветра. Номинальная мощность генератора составляла 200 кВт при диаметре ротора в 24 метра. Лопасти были деревянными, со стальным каркасом. Средняя годовая выработка мельницы составляла 350 мегаватт-часов.

Мельница Гедсера проработала до 1967 года. Конечно, машина была далека от совершенства. В культурном каноне можно прочесть о том, что местные крестьяне прозвали её "маслобойней". В её механизме случались утечки смазочного масла, а ротор разносил его по окрестным полям, за что крестьяне получали компенсацию. Электричество, которое она давала, было слишком дорогим. Но мельница работала, действительно работала, одиннадцать лет в общем счёте, и это было огромным достижением по тем временам. Что же касается Йоханнеса Юуля, то он ушёл из жизни в 1969 году, вскоре после того, как остановилось его творение. Мельницу вновь запустили в 1977 году, она опять заработала, хотя и ненадолго, но это уже другая история. Теперь её ротор с механизмами хранится в Энергетическом музее (Energimuseet) в городе Виборге (Viborg, не наш Выборг). Зато её бетонная башня стоит на прежнем месте, только на неё надели современный ветряк. Фирма F.L.Smidth тоже процветает, как и прежде занимается цементными делами. Ветряков больше не строит, но об истории своей помнит. В 1973 году она вновь предложила проект оригинального ветряка, одним из главных элементов которого была бетонная башня. Проекту хода не дали.

Мельница Гедсера в музее.

Назад

К оглавлению

Вперёд