Поиск
x
Четыре стихии
Социальная реклама

Россия ловит ветер

National Geographic Россия
25 ноября 2021
Заходя на посадку над датской столицей, можно увидеть из иллюминатора мерно вращающиеся лопасти ветрогенераторов. Их белые башни — привычная часть европейского пейзажа. Недавно они начали появляться и в нашей стране.

Если считать со дня, когда первый в России ветропарк — Ульяновская ВЭС — дал электроэнергию на российский рынок, то отечественной ветроэнергетике едва исполнилось три года. Но растет она быстро. В конце 2021 года ветропарки работают уже в пяти регионах: в Ульяновской и Ростовской областях, в Адыгее, Калмыкии и на Ставрополье. Самый крупный — Кочубеевская ветроэлектростанция неподалеку от Невинномысска — действительно впечатляет: на семидесяти пяти гектарах полей расположились 84 белых колонны, каждая — о трех гигантских крыльях.

Кочубеевская ВЭС (1).JPG
Кочубеевская ВЭС

National Geographic Россия попросил специалистов компании «НоваВинд», ветроэнергетического дивизиона «Росатома», рассказать о том, как создаются российские ветропарки. Мы покажем весь путь — от точки на карте ветров, через завод, где по особым технологиям создают элементы ветроустановок, до ввода в эксплуатацию ветропарка, и дальше — через десятки лет работы на жаре и в холоде на безлюдных полях.

Выбираем место

Ветропарки строят там, где выше всего ветровой потенциал — то есть круглый год дуют устойчивые сильные ветра. Но важны и другие факторы: климат, наличие дорог — и то, насколько легко можно присоединить будущую ВЭС к электрической сети. Самые суровые ветра на территории России дуют на побережье Северного ледовитого океана и в степях вдоль границы с Казахстаном, но там все сложно и с логистикой, и с климатом, и с линиями электропередач. Поэтому ветроэнергетика начала развиваться в самых ветреных и одновременно самых обжитых районах, на юго-западе страны.

Адыгейская ВЭС (1).jpg
Адыгейская ВЭС

Поиск места для будущей ветроэлектростанции начинается с анализа метеорологических данных (в том числе спутниковых) и атласов ветров. Затем перспективные районы оценивают с точки зрения экономики и логистики. Места выбирают подальше от жилых домов, чтобы не беспокоить жителей шумом и эффектом «мерцающей тени» — раздражающими бликами от лопастей ветрогенераторов, которые из-за высоты ветряков наблюдаются на неожиданно большом удалении, особенно в утренние и вечерние часы.

На выбранных площадках устанавливают специальные приборы для дополнительного ветромониторинга: анемометры для регистрации скорости ветра, флюгеры — для измерения направления. Приборы закрепляют на высоких башнях, чтобы получить представление о динамике ветров на высоте будущей установки. Мониторинг длится как минимум год, и ветропарк строится только в том случае, если данные о ветре оказываются удовлетворительными.

 

Знакомимся с конструкцией

Высокие «мельницы» ветроэнергетических установок состоят из башни, на вершине которой располагается гондола, защищенная стеклопластиковым кожухом. Снаружи к гондоле крепят генератор, ступицу и лопасти. Лопасти тоже делают из стеклопластика: этот легкий материал очень прочен и выдерживает большие нагрузки. 

Три лопасти — давно принятый промышленный стандарт. Две крутились бы слишком быстро, а ротор генератора раскручивали бы не так сильно; а если бы лопастей было четыре или больше, они вращались бы слишком медленно из-за большого лобового сопротивления.

DSC00343.JPG

Под давлением ветра лопасти приходят в движение, раскручивая ветроколесо и прикрепленный к нему ротор генератора. Ротор, в свою очередь, наполнен постоянными магнитами, создающими сильное постоянное магнитное поле. Их вращение создает электрический ток в обмотке статора — так установка вырабатывает электроэнергию.

Генератор — самая сложная часть ветроустановки. Он должен много лет работать при постоянно меняющейся нагрузке, в непредсказуемых условиях — в жару и в холод, при повышенной влажности воздуха и т.д. Поэтому генераторы для ВЭУ требуют высокой точности и культуры производства — и использования специальных технологий. Например, магниты ротора и медные провода обмотки статора изолируют по особой технологии, а сами части генератора пропитывают в вакууме изолирующим материалом.

Собираем детали

Сложное оборудование для ВЭС — генераторы, гондолы, ступицы ветроустановок — производят в России, на заводе «НоваВинд» (на территории волгодонского «Атоммаша»). Россия на несколько десятилетий отстала от мировых лидеров ветроэнергетики, поэтому технологии не разрабатывали с нуля, а позаимствовали у голландской Lagerwey — компании, основатель которой спроектировал первую ветроустановку почти полвека назад.

Завод (1).JPG

Сейчас завод «НоваВинд» выпускает ветрогенераторы средней мощности — 2,5 МВт, и планирует наладить производство более мощных 4,5-мегаваттных машин. С российской сборкой генератора, российскими материалами деталей, ветроустановки получаются отечественными на 68% — при этом меньше 65% не позволяет законодательство.

Специальную электротехническую сталь для сердечника статора делают в Новолипецке, медный провод — в Москве, изделия из композитного материала (стекловолокно) едут из Ленинградской области. Только малую часть деталей для ветроустановки везут из-за границы (Европы, Азии и даже Америки). Стальные башни ветроустановок делают здесь же, в Волгодонске, на заводе «ВетроСтройДеталь».

Завод (3).jpg

Завод «НоваВинд» на территории «Атоммаша» в Волгодонске — единственное в России место, где серийно производят ветроустановки. Поэтому двести семьдесят четыре сотрудника завода — это уникальные специалисты; только они посвящены в тонкости технологии.

Обучить такого специалиста — целое предприятие: для этого используют, в частности, виртуальную реальность. Надев VR-гарнитуру, ученики попадают в виртуальный класс, где можно отработать все этапы сборки гондолы, ступицы и генератора — прежде, чем начинать работу с реальным оборудованием.

Готовим площадку

В выбранном для строительства ветроэлектростанции месте нужно в первую очередь проложить дороги, причем такие, которые выдержат технику с многотонными элементами ветроустановок. 

Требования к устройству дорог оказались одним из главных препятствий для развития российской ветроэнергетики. По закону на энергообъектах все дороги должны быть асфальтированы. Это требование легко понять, если речь идет, например, об атомной электростанции: они занимают несколько гектаров земли, на которых располагаются огромные здания энергоблоков, паровые турбины и другие части, размерами не уступающие среднему заводу. 

Но ВЭС — совсем другая история: больших по площади сооружений здесь нет, только башни ветряков, трансформаторы и пункт управления. Тяжелая техника приезжает сюда только для монтажа или демонтажа установок. Асфальтовые дороги не очень-то нужны. Недавно ветроэнергетические компании добились того, чтобы им разрешили строить специальные насыпные дороги вместо асфальтовых, и строительство ВЭС стало дешевле на 35%.

Бондаревская ВЭС (1).jpg
Бондаревская ВЭС

Еще одной победы строители российских ВЭС добились, когда ветроустановки высотой до 250 метров перестали считаться «уникальными объектами», к которым предъявляют особые требования по мерам гражданской обороны. Раньше такими считались все сооружения выше 100 метров: их нужно было дополнительно укреплять и охранять.

Доставка и монтаж

На заводе части ветроустановки собирают и тестируют. Для испытания некоторых из них используют специальные стенды, на которых воссоздают нагрузки, при которых детали или узлу придется работать. Наконец, после всех проверок, части ветроустановок должны отправиться на место будущего ветропарка.

Доставка гигантских машин — задача непростая: общий вес одной ветроустановки составляет 324 тонны, и везут ее, конечно, по частям. Отдельно — 10-метровые стальные модули, из которых на месте собирают башню; отдельно — 52-тонный генератор и гондолу. Отдельное искусство — перевозка лопастей; так как они неразборные, и каждую лопасть размещают на специальных телескопических тягачах так, чтобы начало было закреплено на платформе тягача машины, а конец — на отдельной платформе, связанной с тягачом валом длиной более 20 метров. Это позволяет каравану вписываться в повороты.

На месте краны поднимают детали ветроустановки и закрепляют их на основании. Ветроустановки должны прочно стоять на земле, поэтому фундамент у них серьезный — 18-22-метровые сваи. Далее фундамент заливают бетоном и устанавливают анкерную корзину. На нее монтируют башню, внутри которой появляются двухэтажные сложные системы управления, лестницы и технологический подъемник. Затем — самое главное: кран поднимает гондолу, генератор и стометровое ветроколесо с пятидесятиметровыми лопастями на высоту 30-ти этажного дома. Через одно из окон гондолы может опускаться ее собственный подъемный механизм, способный поднять наверх до полутонны груза.

Марченковская ВЭС (1).jpg
Марченковская ВЭС

В ближайшие двадцать пять лет (таков срок эксплуатации ветроустановки) ее лопасти будут крутиться на ветру, почти не останавливаясь. Для выработки электроэнергии ей будет достаточно слабого ветра — от 2,5 метров в секунду; на стометровой высоте ветроколеса скорость воздушного потока больше почти всегда. Ураганным считается ветер быстрее 24 м/с; установка способна выдержать почти вдвое более сильный ветер, но вырабатывать электричество она будет при более умеренном ветре. 

Ветровой патруль

Поля ветроэлектростанций выглядят пустынными, но на самом деле люди регулярно посещают ветроустановки. Правда, не всем разрешено подниматься наверх: там есть и опасные высокие напряжения, и сложная автоматика, поэтому в гондолу входят только специалисты. Они навещают генераторы раз в три месяца или реже.

Адыгейская ВЭС (2).JPG
Адыгейская ВЭС

Большая часть управления ветропарком давно отдана компьютерам. Сверяясь с показаниями приборов, автоматика следит за тем, чтобы колесо было развернуто навстречу ветру, и за параметрами вырабатываемого тока; собирает и анализирует данные о вибрациях, качаниях, изменениях в потоках и скорости ветра, сигналов от устройств защит, температурах узлов и систем охлаждения. На основании этих данных автоматика корректирует режим работы. Но общий контроль и ремонт все равно остается за людьми. 

Отправляем потребителям

Электроэнергия, выработанная на ветроэлектростанциях, отправляется в единую сеть. Поэтому сказать, с помощью какого электричества — «атомного», «водяного» или ветрового, вскипятили конкретный чайник или включили конкретную лампочку, довольно сложно — даже в одном городе источники энергии могут быть разными. 

Однако существуют способы, которые позволяют компаниям подтвердить покупку «зеленой», безуглеродной энергии от ветроэлектростанций — и таким способом показать, что при производстве товаров в атмосферу не были выброшены парниковые и токсичные газы. Маркировка об использовании «зеленой» энергии делает товары более привлекательными для покупателей, которые озабочены соответствующими проблемами, и улучшает имидж компании в целом. В России электроэнергию у ветропарков уже со следующего года начнут закупать группа компаний «Дело», которой принадлежат морские контейнерные терминалы от Новороссийска до Находки, и «Нестле Пурина ПетКер» — производитель кормов для животных.

Бондаревская ВЭС (2).jpg
Бондаревская ВЭС

Ветер крепчает

В Европе история ветроэнергетики началась почти 50 лет назад. Ее первопроходцами были предприимчивые люди с инженерным складом ума, строившие первые ветряки. Но время самоучек прошло: в наше время и энергетика ветра, и производство ветроустановок — гигантские, технологичные отрасли промышленности, которыми под силу заниматься только большим компаниям.

В России за это почти одновременно взялись несколько гигантов индустрии:  европейская энергетическая компания Fortum, международная Enel, и российский Росатом. Если первых интересует в первую очередь выработка электроэнергии и ее продажа, то для Росатома важнее научиться строить ветряки, освоить технологии производства ветроустановок, выучить специалистов — словом, наверстать упущенное за годы, когда российская промышленность вообще не интересовалась ветром. Завод Росатома «НоваВинд» в Волгодонске и построенные из его продукции пять ветропарков в Адыгее, на Ставрополье и в Ростовской области — это первые самостоятельные шаги российской ветроэнергетики. 

Марченковская ВЭС (2).jpg
Марченковская ВЭС

Доля энергии ветра в энергосистеме России пока невелика: по данным Системного оператора, до сентября 2021 года ВЭС дали в общую сеть 2 миллиарда кВт/ч электроэнергии — для сравнения, все российские электростанции выработали 86 миллиардов кВт•ч только в сентябре. Но для российского ветра все только начинается.

Следите за новостями Homo Science и узнавайте новое на сайте, а также в официальных каналах проекта в Instagram, VKontakte, Facebook и YouTube.

рекомендации
Фотоаппарат generic icon

Квадрокоптер, iPhone 13 Pro Max и другие призы ждут: участвуйте в фотоконкурсе «Широка моя страна»

Сайгак

Сайгаки: ликбез о степных антилопах

Снежинка

Взятие зимнего: зачем ехать в Петербург в холодный сезон

Монеты, деньги

Карта, деньги и идеальное путешествие этой зимы