Солёный ветер

Пятая и последняя мельница проекта НАСА так и была названа: Mod-5. Действительно, давайте перечислим предыдущие: Mod-0, Mod-0a, Mod-1 и Mod-2. Была ещё WTS-4, которую также причисляют к этому ряду, но она не считается, потому что её привлекли задним числом, вне конкурса. Впрочем, её можно учесть, но тогда выкинуть Mod-0, как на рисунке внизу, который можно найти в Википедии. Обычная американская система нумерации, знакомая нам, например, по "Виндоус" (Windows 1, 2, 3, 95, XP, Vista, 7, 8, 10...). Всё у них так.

Линейка ветряков НАСА из отчёта НАСА для министерства энергетики, март 1984 года.

Как можно понять из картинки, Mod-5, это не конкретная машина, но очередной этап проекта (третий по счёту; первый закончился на Mod-1, а второй ограничился Mod-2). Предполагалось, что на новом этапе будет учтён опыт предыдущих, что позволит создать машину, вырабатывающую достаточно дешёвое электричество, чтобы конкурировать на рынке с электростанциями других типов. Была даже установлена целевая цена: 3,75 цента за киловатт-час. Летом 1980 года были заключены контракты с "ДжиИ" и "Боинг". Таким образом, планировались две машины; А и В, с роторами диаметром 400 и 420 футов и мощностью 6,2 и 7,2 МВт, соответственно. "ДжиИ" взялась сделать лопасти из дерева, а "Боинг" из разного другого добра, но ни одна из этих двух турбин так и не была изготовлена, осталось одно "и".

В декабре 1983 года "ДжиИ" вышла из проекта на стадии разработки, сославшись на отсутствие перспектив у ветроэнергетики, поэтому вошла в историю с большим ветряком, но бумажным. "Боинг" слегка поджался и сделал ветряк поменьше, зато настоящий (то самое "и"). Потом всё перепутали, как водится, и чудная картинка попала в Википедию, а могла бы быть такая:

Линейка ветряков НАСА из отчёта НАСА для министерства энергетики, март 1982 года.

Впрочем, такая картинка тоже неправильная, вернее будет такая, здесь и машины реальные и размеры тоже:

Линейка ветряков НАСА, как оно было на самом деле.

Ведь что было, то было, а чего не было, того не было. Время прекрасных прожектов минуло, настала пора предъявлять реальные машины. В виду вышесказанного любопытно отметить, что в открытом архиве НАСА есть подробный отчёт по несостоявшемуся Mod-5A, но нет такого же по Mod-5B (хотя он был выпущен в 1988 году). Тоже обычное дело. "Гладко было на бумаге, да забыли про овраги". Чертежи выпускаемого изделия и те часто существуют в нескольких вариантах, даже если изделие было выпущено в единственном экземпляре, что уже говорить об отчётах, их полно и половина из них -- финальные, не знаешь что класть в архив. Слегка утрирую, конечно, но в целом так. Теперь, с появлением безбумажного документооборота, ситуация значительно улучшилась, но проблемы остаются.

Mod-5B на Гавайях.

Строительство ветрогенератора завершилось в 1987 году. Место для него подобрали шикарное -- на Гавайских островах, в административном районе Кахуку (Kahuku) на острове Оаху (Oahu). На острове Оаху состредоточена почти вся жизнь Гавайских островов, тут тебе и столица -- Гонолулу, тут и Пёрл-Харбор, тут и "Парк Юрского периода" снимали. Соответственно, электропотребление большое, а генерация, что обычно для островов, дизельная, т.е., самая дорогая. К тому же здесь много ветра, поэтому неудивительно, что на острове появился ещё один ветряк НАСА (вслед за Mod-0a), ради такой уникальной локации оправданы командировки ещё и не в такую глушь.

Конструктивно Mod-5B был слегка увеличенной копией Mod-2, с одним, пожалуй, новшеством; его ротор вращался с переменной скоростью. При этом электрический ток от ветрогенератора поступал с постоянной частотой, которую обеспечивало специальное электронное устройство -- циклоконвертор. В этой схеме генератор имеет три вывода, напряжение на каждом переменное, сдвинутое по фазе относительно другого, классическая трёхфазная схема. Циклоконвертор смешивает три фазы в одну с заданной постоянной частотой. Для смешения используются электронные переключатели (тиристоры), работающие по определённой программе. Результирующий ток получается только похожим на синусоиду; прежде чем направить его в сеть, требуется дополнительное сглаживание, а там и дополнительные потери. В общем, схема получается с проблемами, за всё надо платить.

Сложение напряжений в циклоконверторе.

Поскольку Mod-5B похож на Mod-2, то полезно будет их сравнить [параметры Mod-2 даны в квадратных скобках[], если есть отличия].

Ротор

• Диаметр 320 футов (97,5 метра) [300 футов (91,5 метра)]
• 2 лопасти, на качельках
• аэродинамический профиль НАСА 230ХХ
• скорость вращения 12,9-17,3 об/мин [17,5 об/мин]
• регулировка угла атаки на концах лопастей
• высота оси 200 футов (61 метр)
• наветренное расположение (на носу гондолы)

Редуктор

• трёхступенчатый планетарный
• передаточное отношение 103
• гидравлическая муфта на высокоскоростной оси

Генератор

• индукционный переменного тока с циклоконвертором на 60 Гц [синхронный переменного тока 60 Гц]
• 3200 кВт [2500 кВт] активной мощности
• 1330-1780 об/мин [1800 об/мин]

Гондола

• активное управление курсовым углом
• сервопривод

Башня

• стальной цилиндр 
• высота 59 метров
• лестница для персонала

Рабочие характеристики

• минимальная скорость ветра 12 миль/час (5 м/с)
• номинальная скорость ветра 27,5 мили/час (12,5 м/с)
• максимальная скорость ветра 45 миль/час (20 м/с)

Как говорят в подобных случаях: "Теперь с вишнёвым вкусом!" Но ирония не отражает всего существа дела. Редизайн не свёлся к одному только сомнительному циклоконвертору, на основании опыта были переработаны многие основные узлы, что заметно увеличило ресурс машины. В принципе, движение шло в правильном направлении, но, к сожалению, на том оно и прервалось.

В ежегодном докладе Международного энергетического агентства (IEA) по ветроэнергетике больших мощностей за 1989 год сохранилась информация о первом годе эксплуатации Mod-5B. Он начался в январе 1988 года и продолжился до самого конца, после чего с башни был снят генератор и тщательно очищен от осевшей на него морской соли. Солёный ветер, это не пустая метафора, а самая что ни на есть реальность. За год ветрогенератор отработал 5159 часов и намолотил 5,954 млн. кВт-ч. Тем самым, его коэффициент мощности (capacity factor) составил 21%. В прошлом посте про шведские спички эта величина уже вычислялась как отношение средней мощности к номинальной, там она получилась около одной трети. 21% заметно хуже, то тоже в пределах большинства современных величин (от 20 до 40%).

После установки воздушного фильтра, в последующие девять месяцев генератор работал с коэффициентом мощности 26%. Всего за два года он находился в эксплуатации 10252 часа и выдал 12,802 млн. кВт-ч. Также сообщается, что в процессе производилось устранение неполадок в управлении курсовым углом и в прочей механике. Дальнейшая судьба Mod-5B известна без технических подробностей. Проработал он до 1996 года, после чего остановлен по причине финансовых трудностей, с чем они были связаны, не уточняется. Сдан в утиль в 1998 году, министерство энергетики взяло себе на память редуктор с генератором. На этом и закончилась почти двадцатилетняя программа НАСА, на которую было израсходовано 330 миллионов долларов США. В общем-то, не так уж и много, с чем не сравнивай, если только не со стоимостью полученного электричества, но ведь это была исследовательская, а не коммерческая программа.

Назад

К оглавлению

Вперёд