Сообщения
Чувствовали они себя, прямо скажем, не очень хорошо. Балансы в минусах, заказы на нуле, рекламации потоком. Спрос на ветряные турбины резко сократился и в Калифорнии, и в Дании, в то время как отрасль поиздержалась на расширении производства. К тому же доллар падал с пика дороговизны, что делало торговлю с США невыгодной: затраты на производство приходилось нести в тяжёлых кронах, а выплаты по контрактам шли в лёгких долларах. Это было то время, когда Америка становилась great, так это некоторые понимают. Не спасал и 100-мегаваттный контракт правительства, сетевые компании по нему ничего не покупали, потому что у производителей просто не было таких турбин, которые бы соответствовали этому контракту. Их только ещё предстояло создать, а на то нужно было время и средства.
В контракте правительства указывалось, что до конца 1990 года в Дании должно быть установлено 100 мегаватт мощности (вдвое больше, чем уже было). При этом, в начальной фазе проекта мощность каждой турбины ограничивалась снизу 100-200 киловаттами, а в заключительной фазе 200-400. Однако в парке калифорнийского периода даже 100-киловаттных машин не было, в основном мощность не превосходила 50 киловатт. Причём герои лихорадки и такие машины сами не разрабатывали, а больше пользовались услугами сторонних лиц. Хотя потихоньку некоторые из них обзаводились собственными опытно-конструкторскими подразделениями.
Так, фирма "Вестас" самостоятельно разработала и внедрила в производство лопасти c аэродинамическими тормозами на концах. Новшеством такую конструкцию назвать нельзя, но это несомненно был шаг вперёд. В 1985 году "Вестас" заключила договор на поставку 1200 новейших турбин повышенной мощности V17 (90 кВт) в Калифорнию. Первую партию удалось успешно продать, но дальше подвела логистика. Вторая партия застряла на рейде порта Лос-Анджелеса: судоходная компания, перевозившая турбины, обанкротилась, и порт её не обслуживал. Когда же турбины всё-таки сгрузили, дедлайн поставки уже миновал и американский заказчик, воспользовавшись нарушением контракта, отказался оплачивать товар (его тоже можно понять). 3 октября 1986 года компания "Вестас" приостановила оплату своих счетов. Подобное, а то и хуже происходило и с другими героями Калифорнии.
Но не только частники продвигали ветроэнергетику в Дании. 1 декабря 1981 года по инициативе министерства энергетики была основана акционерная компания "Датские ветряные технологии" (Dansk Vindteknik, с 1983 года Danish Wind Technology), её целью являлась коммерциализация опыта датской программы ветроэнергетики. В создании акционерного общества приняла участие шведская электротехническая компания ASEA (ныне часть ABB), что было очень важно, поскольку прежде ветряные компании закупали уже готовую электротехнику, а это было не самым удачным вариантом. "Датские ветряные технологии" стали первой компанией с доступом к серьёзным электротехническим разработкам. Также в компанию вошла фирма "Вёлюнд" (Vølund), создавшая лопасти для ветряков, установленных у города Нибе. Позднее ещё одним акционером стала электросеть SEAS.
"Датские ветряные технологии" разрабатывали серию турбин под маркой Windane. Среди них были совсем маленькие экспериментальные, которые продолжили линейку турбин фирмы "Вёлюнд", а также турбины побольше, выпускавшиеся во множестве экземпляров, все они представляли собой уменьшенные копии ветряка Нибе В. В 1984 году сетевая компания ELKRAFT заказала у "...технологий" ветропарк из пяти турбин Windane 40. По существу, этот ветропарк должен был дополнить неудачного предшественника из Нибе. Осенью 1986 года новые турбины установили на маленьком острове Маснедё (Masnedø) в Зеландии, а в эксплуатацию они вступили 17 февраля 1987 года и проработали где-то до 1993 года. К концу этого срока они подошли в плачевном состоянии. Установкой и эксплуатацией турбин заведовала SEAS. Подробности про Windane 40 в таблице ниже.
Ротор
 |
| Курс датской кроны к доллару США. |
В контракте правительства указывалось, что до конца 1990 года в Дании должно быть установлено 100 мегаватт мощности (вдвое больше, чем уже было). При этом, в начальной фазе проекта мощность каждой турбины ограничивалась снизу 100-200 киловаттами, а в заключительной фазе 200-400. Однако в парке калифорнийского периода даже 100-киловаттных машин не было, в основном мощность не превосходила 50 киловатт. Причём герои лихорадки и такие машины сами не разрабатывали, а больше пользовались услугами сторонних лиц. Хотя потихоньку некоторые из них обзаводились собственными опытно-конструкторскими подразделениями.
Так, фирма "Вестас" самостоятельно разработала и внедрила в производство лопасти c аэродинамическими тормозами на концах. Новшеством такую конструкцию назвать нельзя, но это несомненно был шаг вперёд. В 1985 году "Вестас" заключила договор на поставку 1200 новейших турбин повышенной мощности V17 (90 кВт) в Калифорнию. Первую партию удалось успешно продать, но дальше подвела логистика. Вторая партия застряла на рейде порта Лос-Анджелеса: судоходная компания, перевозившая турбины, обанкротилась, и порт её не обслуживал. Когда же турбины всё-таки сгрузили, дедлайн поставки уже миновал и американский заказчик, воспользовавшись нарушением контракта, отказался оплачивать товар (его тоже можно понять). 3 октября 1986 года компания "Вестас" приостановила оплату своих счетов. Подобное, а то и хуже происходило и с другими героями Калифорнии.
Но не только частники продвигали ветроэнергетику в Дании. 1 декабря 1981 года по инициативе министерства энергетики была основана акционерная компания "Датские ветряные технологии" (Dansk Vindteknik, с 1983 года Danish Wind Technology), её целью являлась коммерциализация опыта датской программы ветроэнергетики. В создании акционерного общества приняла участие шведская электротехническая компания ASEA (ныне часть ABB), что было очень важно, поскольку прежде ветряные компании закупали уже готовую электротехнику, а это было не самым удачным вариантом. "Датские ветряные технологии" стали первой компанией с доступом к серьёзным электротехническим разработкам. Также в компанию вошла фирма "Вёлюнд" (Vølund), создавшая лопасти для ветряков, установленных у города Нибе. Позднее ещё одним акционером стала электросеть SEAS.
 |
| Windane 40, модификация для американского рынка, с сайта "Ветер перемен" |
Ротор
- Диаметр 40 метров
- 3 лопасти
- трапециевидные в плане
- аэродинамический профиль НАСА 4412-44XX
- 5,5° закрутка лопасти
- скорость вращения 34 об/мин
- регулировка угла атаки по всему размаху лопасти
- наклон оси ротора 0°
- высота оси 45 метров
- наветренное расположение
Редуктор
 |
| Пожар на Маснедё, из ежегодного отчёта МЭА за 1987 г. |
- трёхступенчатый
- передаточное отношение 53,5
- параллельная конфигурация осей
- контактная муфта на низкоскоростной оси
Генератор
- индукционный 50 Гц
- 750 кВт активной мощности
- 1520 об/мин
- 5-6,6 кВ
Гондола
- активное управление курсовым углом
- гидравлический привод
- бетонный пустотелый конус
- высота 42 метра
Рабочие характеристики
- минимальная скорость ветра 5 м/с
- номинальная скорость ветра 14,5 м/с
- максимальная скорость ветра 25 м/с
Лопасти Windane 40 отличались от лопастей Нибе В отсутствием стального лонжерона, он был заменён стеклопластиковым, что, впрочем, не помогло. Лопасти трещали. Года через три на двух турбинах стеклопластик заменили на фанеру. На рисунке внизу представлено поперечное сечение лопасти. Трещины шли поперёк стороны давления (нижняя часть лопасти на рисунке), примерно там, где находилась трубка для балансировки, что нетрудно было бы предугадать, если было бы чем.
Турбины заработали в феврале, а уже в октябре одна из них сгорела из-за неисправности переключателя. Подвела электротехника. Шум от турбин превосходил уровень, дозволенный властями. Неисправности в редукторах принудили снизить максимальную мощность с 750 до 500 кВт. Помимо несовершенства конструкции лопастей и редукторов на них оказывала разрушающее воздействие воздушная турбулентность. Порывы ветра оказались неожиданностью для разработчиков, что представляется мне крайне странным. Турбина никак не была от них защищена. Даже башня была сделана жёсткой, бетонной, и это в середине 80-х. Понабрали студентов, как говорится. Но научные исследования, всё же, проводились.
Внизу представлены два графика, оба они показывают как менялась со временем мощность, вырабатываемая ветряками парка Маснедё. Момент времени на обоих графиках запечатлён один и тот же, продолжительностью четыре с половиной минуты (280 секунд). Отличие между графиками в том, что верхний показывает выработку от одного ветряка, а нижний от всех четырёх в сумме (без сгоревшего пятого). Если на верхнем графике мощность колеблется от ста до шестисот киловатт (то есть, меняется в шесть раз), то на нижнем от тысячи до двух тысяч киловатт (всего вдвое). Стало быть, парк из четырёх турбин имеет временную неравномерность выработки в три раза меньшую, чем одна отдельно стоящая турбина.
Забегая вперёд можно сказать, что чем больше становятся размеры ветропарка, чем больше турбин он включает в себя, тем более гладкой получается кривая выдаваемой мощности. Парк на Маснедё имел небольшие размеры, сотни три метров в длину (турбины стояли почти на одной линии в направлении север-юг), а если бы он занимал большую площадь, то неравномерность стала бы совсем незначительной. И ненужны тут никакие специальные сглаживающие устройства вроде маховика Уфимцева. Впрочем, неравномерность на большем промежутке времени (сутки, сезоны, годы) расширением парка сгладить не получится. Годовые колебания выработки, например, проявляются даже на масштабе такой обширной страны как США. Годы бывают урожайными и неурожайными не только на тепло и дождь, но и на ветер тоже. Годовая выработка может отличаться год от года на десять, а то и на пятнадцать процентов.
На верхнем графике несложно разобрать колебания мощности двух разных масштабов; первые из них короткие, порядка одной секунды, они прорисовываются в кривой мелкими и частыми пиками, вторые долгие, десятки секунд и более, глубокие и непериодические. Так вот, первые колебания обусловлены турбулентной структурой воздуха, состоящего из ячеек турбулентности или вихрей. Воздействие этих вихрей и есть те самые, неоднократно упомянутые здесь, порывы ветра. К сожалению, они не настолько слабые, как может показаться из графика, просто турбина не успевает на них среагировать, их воздействие отражается не в колебаниях электрической мощности, но в механических колебаниях конструкции ветряка. Степень турбулизированности воздуха сильно зависит от характера поверхности, вдоль которой дует ветер, поэтому в некоторых местностях ветряные турбины не следует устанавливать вовсе, они там всё равно долго не продержатся.
Можно оценить размер турбулентной ячейки. Скорость ветра указана на графике -- девять метров в секунду, продолжительность порыва около секунды, стало быть, размер ячейки около десяти метров, что даже меньше размеров ротора турбины.
l≈v*t, где l -- характерный размер ячейки, v -- скорость ветра, t -- продолжительность порыва
Поэтому одна ячейка в одно и тоже время нападает только на один ветряк, другие бьются с другими, и по времени порывы на разных ветряках не совпадают. Так что степень их усреднения зависит лишь от количества турбин.
Другое дело колебания скорости ветра большего масштаба, они не связаны с турбулентностью. Сглаживать их сложнее, зато они полностью "усваиваются" турбинами. Можно оценить их размер по той же формуле. Для колебаний в десятки секунд он получается порядка сотен метров при скорости ветра девять метров в секунду. Примерно такой же размер имел парк на Маснедё, однако этого тоже хватало для существенного сглаживания кривой мощности, поскольку не в пример турбулентным вихрям, неоднородности большего масштаба не имеют резких границ. Однако, чем больше парк, тем проще сглаживать длительные неоднородности. В современных ветропарках сотни метров составляет расстояние только лишь между соседними турбинами, а полный размер парка может быть и десять и тридцать километров. Ветру понадобится полчаса, чтобы весь его продуть насквозь.
Неоднородность ветра может быть привязана к отдельным элементам ландшафта, сама по себе являясь некой топологической поверхностью. Она неподвижна при заданном направлении ветра, но стоит ветру перемениться, поверхность изменится тоже. Этот эффект также исследовался на Маснедё. В качестве элемента ландшафта использовалось здание электростанции, оставлявшее позади себя заметный след. Сами ветряки тоже оставляют после себя кильватерный след, являясь элементами ландшафта. Кильватерному эффекту было уделено особое внимание. Ради него ветряки выстроили в один ряд. Эффект оказался силён: мощность турбины падала вдвое, когда она оказывалась в кильватере соседки. Надо было пореже ставить.
Так обстояли дела в первые годы нового этапа развития ветроэнергетики. Коммерческие производители стремились увеличить размер своих турбин, учёные -- заставить свои работать, пусть даже за счёт уменьшения размеров. Где-то посередине их усилия должны были встретиться. Второй важный момент -- подготовка к строительству крупных ветропарков. Но здесь датские ветростроители столкнулись с новой проблемой...
PS. В тексте упомянута турбина Vestas V17. На видео внизу рассказывается и показывается финал жизни одной из таких турбин (возможно, модель другая, V15 или V10, по картинке трудно определить, тем более что лопасти у ней какие-то новые, модифицированные). Какая нелепая смерть, хочется воскликнуть.
Турбины заработали в феврале, а уже в октябре одна из них сгорела из-за неисправности переключателя. Подвела электротехника. Шум от турбин превосходил уровень, дозволенный властями. Неисправности в редукторах принудили снизить максимальную мощность с 750 до 500 кВт. Помимо несовершенства конструкции лопастей и редукторов на них оказывала разрушающее воздействие воздушная турбулентность. Порывы ветра оказались неожиданностью для разработчиков, что представляется мне крайне странным. Турбина никак не была от них защищена. Даже башня была сделана жёсткой, бетонной, и это в середине 80-х. Понабрали студентов, как говорится. Но научные исследования, всё же, проводились.
Внизу представлены два графика, оба они показывают как менялась со временем мощность, вырабатываемая ветряками парка Маснедё. Момент времени на обоих графиках запечатлён один и тот же, продолжительностью четыре с половиной минуты (280 секунд). Отличие между графиками в том, что верхний показывает выработку от одного ветряка, а нижний от всех четырёх в сумме (без сгоревшего пятого). Если на верхнем графике мощность колеблется от ста до шестисот киловатт (то есть, меняется в шесть раз), то на нижнем от тысячи до двух тысяч киловатт (всего вдвое). Стало быть, парк из четырёх турбин имеет временную неравномерность выработки в три раза меньшую, чем одна отдельно стоящая турбина.
 |
| Вырабатываемая ветропарком Маснедё мощность, кВт, из отчёта для Еврокомиссии. |
Забегая вперёд можно сказать, что чем больше становятся размеры ветропарка, чем больше турбин он включает в себя, тем более гладкой получается кривая выдаваемой мощности. Парк на Маснедё имел небольшие размеры, сотни три метров в длину (турбины стояли почти на одной линии в направлении север-юг), а если бы он занимал большую площадь, то неравномерность стала бы совсем незначительной. И ненужны тут никакие специальные сглаживающие устройства вроде маховика Уфимцева. Впрочем, неравномерность на большем промежутке времени (сутки, сезоны, годы) расширением парка сгладить не получится. Годовые колебания выработки, например, проявляются даже на масштабе такой обширной страны как США. Годы бывают урожайными и неурожайными не только на тепло и дождь, но и на ветер тоже. Годовая выработка может отличаться год от года на десять, а то и на пятнадцать процентов.
На верхнем графике несложно разобрать колебания мощности двух разных масштабов; первые из них короткие, порядка одной секунды, они прорисовываются в кривой мелкими и частыми пиками, вторые долгие, десятки секунд и более, глубокие и непериодические. Так вот, первые колебания обусловлены турбулентной структурой воздуха, состоящего из ячеек турбулентности или вихрей. Воздействие этих вихрей и есть те самые, неоднократно упомянутые здесь, порывы ветра. К сожалению, они не настолько слабые, как может показаться из графика, просто турбина не успевает на них среагировать, их воздействие отражается не в колебаниях электрической мощности, но в механических колебаниях конструкции ветряка. Степень турбулизированности воздуха сильно зависит от характера поверхности, вдоль которой дует ветер, поэтому в некоторых местностях ветряные турбины не следует устанавливать вовсе, они там всё равно долго не продержатся.
Можно оценить размер турбулентной ячейки. Скорость ветра указана на графике -- девять метров в секунду, продолжительность порыва около секунды, стало быть, размер ячейки около десяти метров, что даже меньше размеров ротора турбины.
l≈v*t, где l -- характерный размер ячейки, v -- скорость ветра, t -- продолжительность порыва
Поэтому одна ячейка в одно и тоже время нападает только на один ветряк, другие бьются с другими, и по времени порывы на разных ветряках не совпадают. Так что степень их усреднения зависит лишь от количества турбин.
Другое дело колебания скорости ветра большего масштаба, они не связаны с турбулентностью. Сглаживать их сложнее, зато они полностью "усваиваются" турбинами. Можно оценить их размер по той же формуле. Для колебаний в десятки секунд он получается порядка сотен метров при скорости ветра девять метров в секунду. Примерно такой же размер имел парк на Маснедё, однако этого тоже хватало для существенного сглаживания кривой мощности, поскольку не в пример турбулентным вихрям, неоднородности большего масштаба не имеют резких границ. Однако, чем больше парк, тем проще сглаживать длительные неоднородности. В современных ветропарках сотни метров составляет расстояние только лишь между соседними турбинами, а полный размер парка может быть и десять и тридцать километров. Ветру понадобится полчаса, чтобы весь его продуть насквозь.
Неоднородность ветра может быть привязана к отдельным элементам ландшафта, сама по себе являясь некой топологической поверхностью. Она неподвижна при заданном направлении ветра, но стоит ветру перемениться, поверхность изменится тоже. Этот эффект также исследовался на Маснедё. В качестве элемента ландшафта использовалось здание электростанции, оставлявшее позади себя заметный след. Сами ветряки тоже оставляют после себя кильватерный след, являясь элементами ландшафта. Кильватерному эффекту было уделено особое внимание. Ради него ветряки выстроили в один ряд. Эффект оказался силён: мощность турбины падала вдвое, когда она оказывалась в кильватере соседки. Надо было пореже ставить.
Так обстояли дела в первые годы нового этапа развития ветроэнергетики. Коммерческие производители стремились увеличить размер своих турбин, учёные -- заставить свои работать, пусть даже за счёт уменьшения размеров. Где-то посередине их усилия должны были встретиться. Второй важный момент -- подготовка к строительству крупных ветропарков. Но здесь датские ветростроители столкнулись с новой проблемой...
PS. В тексте упомянута турбина Vestas V17. На видео внизу рассказывается и показывается финал жизни одной из таких турбин (возможно, модель другая, V15 или V10, по картинке трудно определить, тем более что лопасти у ней какие-то новые, модифицированные). Какая нелепая смерть, хочется воскликнуть.
Комментариев нет:
Отправить комментарий