Лететь одним крылом

Fanaticism consists of redoubling your efforts when you have forgotten your aim.

George Santayana

Турбина EOLE 4 МВт, Канада,
из ежегодного отчёта МЭА за 1986 г.

В предыдущем посте было очерчено основное направление развития ветроэнергетики, но существовали и другие, менее успешные попытки строительства ветряных машин. Так, например, продолжались поиски надёжной и эффективной конструкции ветряной турбины с вертикальной осью. Движение за дешёвое электричество из ветра охватило множество стран, в первую очередь страны Западной Европы и Северной Америки. Свести вместе все события одной эпохи не дано никому, а если бы и было дано, то ни у кого не получилось бы всё это прочесть. Поэтому историки упускают большую часть событий, называя их несущественными, что часто несправедливо, а то и неверно, но всегда неизбежно.

После окончания прекрасной эпохи бури и натиска 1972-1986 гг., образовалось непонимание дальнейшего пути. Совершенствовать "датский стандарт" многим представлялось бесперспективным. Эти огородные чучелки выглядели жалкими по сравнению с желаемой целью -- мощными, долговечными и дешёвыми машинами. Появился соблазн (в технике он всегда присутствует, но иногда обостряется) найти какое-то сверхоригинальное решение, изобрести нечто этакое, "придумать формулу" как это подаётся в недорогих научно-приключенческих фильмах. Много народу поддалось этому соблазну и ушло куда-то совсем не в ту степь.

Уменьшение числа лопастей ветряной турбины -- один из способов её удешевления. По этой причине Хюттер перешёл от трёхлопастной схемы к двухлопастной. Его соратник по штутгартскому университету Франц Ксавьер Вортманн (Franz Xaver Wortmann), доктор аэродинамических наук, довёл его идею до окончательного совершенства, разработав схему ветряка с одной лопастью. Дожить до её полноценной реализации ему не удалось. Да и не только ему, прямо скажем. Надо заметить, что он не был одинок, насовцы тоже испытывали ротор с одной лопастью, их идея, надо понимать, росла из того же самого места.

Monopteros 50, из рекламного
проспекта.

Одна лопасть, несомненно, дешевле трёх и даже двух, но помимо дешевизны с уменьшением числа лопастей растут и другие факторы, не все из которых благостны. О них уже здесь говорилось, но в схеме с одной лопастью добавляется ещё один -- необходимость компенсировать одинокую лопасть противовесом. Противовес может быть очень простой конструкции, а потому дешёвым. Но... Во-первых, его вес не должен быть очень большим, иначе возрастёт нагрузка на башню, что приведёт к удорожанию всего ветряка в целом. Противовес можно разместить подальше от оси; тогда в соответствии с золотым правилом Герона на большем рычаге меньший груз даст тот же результат. Но чем дальше противовес от оси, тем быстрее он движется, не создавая при этом полезной мощности, но тормозя ротор о воздух (даже если он землю задевать не будет).

Учитывая старые проблемы двухлопастного ротора (повышенная шумность, динамическая нестабильность, низкая эффективность), которые только усиливаются в однолопастной схеме, и добавив к ней новую -- торможение и нагрузку противовесом, невольно задаёшься вопросом, а не лучше было бы вместо противовеса установить ещё одну лопасть? Она будет дороже, но зато даст дополнительную мощность и остальное будет попроще. Но, во-первых, на пальцах не докажешь что лучше, а во-вторых, тут уже дело принципа: получится такую турбину сделать или нет. Ради принципа же люди способны на многое.

Оплатить многомиллионные расходы на реализацию принципа взялось Федеральное министерство образования и научных исследований Германии (Bundesministerium für Forschung und Technologie, BMFT), а также власти федеральной земли Нижняя Саксония. Разработку турбин поручили фирме "Мессершмитт-Бёльков-Блом" (Messerschmitt-Bölkow-Blohm, MBB, ныне часть группы Airbus), в представлении не нуждающейся. Параллельно "Мессершмитт" работал на проект GROWIAN, поскольку машины фирмы M.A.N. были превосходны, но летать не умели совсем, а ветряку нужны крылья. Хотя бы одно.

Monopteros 400, из ежегодного
 отчёта МЭА за 1986 г.

Работы по проекту Monopteros 400 начались в самом конце 70-х годов с разработки конструкторской документации и строительству экспериментальной ветростанции малой мощности (400 кВт, как ясно из названия). Что касается имени Monopteros, то в переводе с греческого оно означает "с одним крылом". Предполагалось, что ветряк послужит прототипом для машины мощностью 5 МВт. Расходы оплачивало министерство. Турбину установили на побережье Северного моря, эксперименты с ней начались 1982 году. Особое значение придавалось выживанию в штормовых условиях. Считалось, что однолопастная схема особенно хороша в бурю. Достаточно перевести лопасть в нижнее положение и она спрячется в тени башни, а сопротивление всего ветряка ветру станет минимальным. Ожидания оправдались, турбина выдержала шторм с порывами ветра до 39 м/с. В июле 1985 года у ней отказала система управления механизмом поворота лопасти, что привело к повреждению самой лопасти. Однако неполадка не помешала посчитать опыт работы Monopteros 400 успешным.

На основе Monopteros 400 "Мессершмитт" разработал более мощную турбину, но не на 5 МВт, а всего лишь на 640 кВт; большего не захотел заказчик, в роли которого выступила электросетевая компания Нижней Саксонии. Она заказала ветропарк из трёх турбин, получивших название Monopteros 50. Парк JEDO возвели у города Вильгельмсхафен (Wilhelmshaven). Тогда же "Мессершмитт" вступил в коллаборацию с итальянской фирмой "Рива Кальцони" (Riva Calzoni), с которой они разработали еще две модификации ветряков поменьше, на 200 и 30 кВт. Их тоже установили рядышком, для компании. В таблице пониже картинки характеристики Monopteros 50.

Возведение ветропарта JEDO, из ежегодного отчёта МЭА за 1987 г.

Ротор

• Диаметр 56 метров
• 1 лопасть, на "качельках"
• аэродинамический профиль Wortmann FX 84,W
• 5° закрутка лопасти
• скорость вращения 32-43 об/мин
• регулировка угла атаки по всему размаху лопасти
• высота оси 60 метров
• заветренное расположение (на корме гондолы)

Редуктор

• трёхступенчатый
• передаточное отношение 48,6
• параллельная конфигурация осей

Генератор

• синхронный переменного тока с преобразователем частоты в постоянную
• 690 кВт активной мощности
• 1592-2070 об/мин

Башня

• стальная труба 
• высота 60 метров

Рабочие характеристики

• минимальная скорость ветра 6 м/с
• номинальная скорость ветра 11 м/с
• максимальная скорость ветра 16 м/с

Парк вступил в строй в 1989 году и просуществовал несколько лет, но никаких официальных данных о результатах его деятельности не обнаруживается. Впрочем, никто и не обязан был предоставлять их общественности, поскольку парк принадлежал частной фирме, пусть и с государственным капиталом. Так что остаётся только гадать что там происходило. Кроме вышеперечисленных проблем у однолопастной схемы есть ещё одна, менее очевидная. Из-за асимметрии ротора (с одной стороны лопасть, а с другой противовес) его балансировка может быть нарушена даже незначительным внешним воздействием вроде атмосферных осадков. Разбалансированный же ротор -- смерть всей машине. И много других, наверное, чудес могло приключиться, которые нам неведомы, но вот что известно точно, так это то, что и "Мессерштмитт", и "Рива Кальцони" по завершению работы Monopteros 50 теряют всяческий интерес к ветроэнергетике.

Парк JEDO, 17 октября 1989 года, из ежегодного отчёта МЭА за 1989 г.

Однако на этом история однокрылов не заканчивается. Всегда находятся любители сделать и любители употребить что-нибудь нетрадиционное. Конечно больших машин таких уже не делают, но мелочь поменьше можно найти до сих пор. Это тем более удивительно, что в малом масштабе никакой экономии на лопастях не получишь -- они и без того дёшевы. Ниже видео испанской фирмы ADES, которая теперь предлагает однокрылы. По мне, так даже выглядит жутковато, но некоторым нравится.

Назад

К оглавлению

Вперёд