Ветрoдвигатели гoризoнтальнoгo вращения прoпеллернoгo типа cегoдня пo праву cчитаютcя наибoлее эффективными ветрoдвигателями. Именнo oни иcпoльзуютcя в маccoвoм прoизвoдcтве ветрoэнергетичеcких уcтановок (ВЭУ) во вcем мире. Дейcтвительно, коэффициент иcпользования ветра данных ветродвигателей значительно выше его у ветродвигателей вертикального вращения различных типов и модификаций. В правильноcти выбранного типа ветродвигателей для производcтва ВЭУ нет cомнений ни у cпециалиcтов по ветроэнергетике, ни у производителей ВЭУ. Но можно ли cчитать производимые cегодня ВЭУ продуктом XXI в.?
Ведь сам принцип использования энергии ветра современных ВЭУ уходит корнями в далекое прошлое. По сути, используется принцип работы средневековых ветряных мельниц. Можно ли назвать такой принцип работы современных ВЭУ технологиями XXI в.? Да, с использованием современных материалов и технологий производители ВЭУ довели до совершенства «средневековые ветряные мельницы». Да, современные ВЭУ способны на 50% преобразовать кинетическую энергию ветра в электрическую. В сравнении с ветряными мельницами прогресс несомненный, но принципиальных изменений в технологиях использования энергии ветра не произошло.
Сегодня самые эффективные ветродвигатели горизонтального вращения, доведенные до совершенства, даже теоретически могут использовать кинетическую энергию ветра лишь на 55%. На первый взгляд, развитие ветроэнергетики достигло своего пика и нет альтернативы для современных ВЭУ. Отнюдь. Потенциал развития ветроэнергетики далеко не исчерпан. Необходимо лишь принципиально изменить технологию использования энергии ветра, оставить принцип работы ветряных мельниц в прошлом и перейти к более эффективной технологии использования энергии ветра. Назовем ее технологией «рукотворного смерча».
Всем известно, какой страшной разрушительной силой обладает смерч даже небольшого диаметра. Смерч обладает колоссальной кинетической энергией, а это всего лишь ветер, закрученный в спираль. В природе он образуется неожиданно и так же неожиданно исчезает. Использовать его колоссальную энергию мы не можем, но мы можем создать установку, которая порождает внутри себя искусственный смерч, и мы можем использовать его силу и мощь для получения электроэнергии. Чтобы создать «рукотворный смерч», необходимо выполнить два условия: разогнать и закрутить воздушный поток в определенной точке. Разогнать воздушный поток в несколько раз, возможно с помощью диффузора. Расчеты показывают, что при соотношении площади вершины и основания диффузора 1/10 воздушный поток ускоряется в 4,6–5,6 раза, в зависимости от угла наклона стенок диффузора.
Условно возьмем основание диффузора 6 (фиг. 2), направленное в сторону воздушного потока, площадью 10 м², а вершину диффузора 15 (фиг. 2), направленную на рабочую поверхность ветроколеса, площадью 1 м², получим следующие результаты. При скорости ветра 5 м/сек на входе в диффузор скорость ветра на выходе получится 25 м/сек (расчеты сделаны в Мурманском государственном техническом университете). Т.е. разогнать воздушный поток в несколько раз возможно. Таким образом, для создания «рукотворного смерча» первое условие выполнимо. Второе условие – закрутить воздушный поток внутри установки. Для этого необходимо боковые стенки диффузоров 8 установить, как показано на рисунке (фиг. 3, вид сверху).
Установив таким образом диффузоры по всей окружности ветроколеса, мы закрутим воздушный поток внутри установки. Диффузоры прямоугольной формы в виде раструбов устанавливаются по всей окружности ветроколеса широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (вершиной) – направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса и примыкают к ней вплотную. Диффузоры, расположенные таким образом, позволяют использовать в равной степени, воздушный поток с любого направления, по всей окружности ветроколеса, увеличивая в десятки раз саму площадь используемого воздушного потока и соответственно мощность ветродвигателя. Диффузоры устанавливаются неподвижно и представляют собой единую конструкцию, внутри которой устанавливается ветроколесо.
При любом направлении ветра, одновременно работают сразу три диффузора, тем самым увеличивая мощность ветродвигателя. Предлагаемый на ваше рассмотрение ветродвигатель, является лишь базовой моделью принципиально новой технологии использования энергии ветра, его еще предстоит доводить до совершенства. Но даже в таком виде ветродвигатель способен преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую, более чем на 90%.
Для лучшего восприятия описания работы ветродвигателя, прилагается небольшой видеоролик. Обратите внимание на несколько необычный вид самого ветроколеса, форму и угол наклона его лопастей. Напоминает шестеренку, тем не менее, такая форма ветроколеса является наиболее оптимальной для данного класса ветродвигателей. Благодаря такой форме ветроколеса воздушный поток движется с большой скоростью по наружному радиусу внутри установки, при этом через длинный рычаг облегчен момент страгивания ветроколеса вначале вращения.
Немецкий опыт
Отвечая на вопрос о конкурентных преимуществах предлагаемого мною ветродвигателя, начну с недостатков современных ВЭУ. В качестве примера возьмем Германию как наиболее продвинутую страну мира в производстве электроэнергии современными ВЭУ. Рассмотрим, с какими проблемами столкнулась Германия в связи переходом на альтернативные источники получения электроэнергии. О чем молчат производители ВЭУ и о чем предпочитают не говорить экологи, которых и финансируют производители ВЭУ?
Под лопастями ВЭУ ежегодно гибнут десятки тысяч птиц. В районе ветропарков в Германии полностью исчезли многие виды птиц. Исчезновение птиц, несомненно, приведет к нарушению природного равновесия в районах ветропарков. Под площади ветропарков в Германии выделяются огромные территории, и количество ветропарков растет с каждым годом. Широкое применение ВЭУ негативно действует не только на дикую природу, но и на людей, живущих неподалеку от ветропарков. Ну никак не вписываются в природные ландшафты стометровые монстры с крутящимися огромными лопастями. Не хотят люди жить по соседству с промзоной. Да и круглосуточный шум (более ста децибел на каждую установку, а их десятки) вынуждает, особенно пожилых, немцев покидать родные места и переезжать подальше от ветропарков.
Многие немцы, жители сельских районов, поначалу охотно сдавали свои земли в долгосрочную аренду для размещения ВЭУ, стоимость аренды земли под одну ВЭУ 2–3 тыс. евро в год, но вскоре поняли свою ошибку. Не в силах жить по соседству с ВЭУ, многие арендодатели вынуждены покидать родные места. Среди населения Германии растут протестные настроения против строительства ВЭУ, и это только начало. Сегодня развитие ветроэнергетики в Германии пошло по пути гигантомании. Строятся все более высокие башни, с огромными лопастями. Все больший ущерб наносится природе, и все больше создается неудобств для обычных людей, вынужденных проживать неподалеку от этих «монстров». Так ли уж хороши современные ВЭУ, предлагаемые сегодня производителями «зеленой энергии», которые, с одной стороны, сберегают природу от вредных выбросов, а с другой стороны, варварски уничтожают природу, в частности, птиц, и приносят столько неудобств простым людям?
Опыт Германии показывает: решая проблему вредных выбросов, с помощью ВЭУ, немцы получили не менее серьезную экологическую проблему. При этом зарождается еще и социальная проблема в Германии. Перечисленные выше проблемы не являются основным препятствием массового применения ВЭУ. Главным препятствием для потенциальных покупателей ВЭУ являются их чрезмерно высокая цена и большие сроки окупаемости. Мне довелось присутствовать на конференции по возобновляемым источникам энергии.
Торговый представитель голландской фирмы-производителя ВЭУ оптимистично объяснял участникам конференции – срок окупаемости их установки не более 15–16 лет. По словам того же представителя, стоимость технического обслуживания ВЭУ мощностью в 200 кВт обойдется владельцу не более 10 тыс. долл. в год. Высокая цена ВЭУ, большой срок окупаемости, дорогое техническое обслуживание. В результате коммерческая привлекательность ВЭУ импортного производства для потенциальных российских покупателей практически равна 0. Для бурного развития ветроэнергетики в России нам нужны свои, российские высокоэффективные и недорогие ВЭУ, со сроком окупаемости в 2–3 года, простые в производстве и обслуживании, доступные по цене людям со средним достатком.
Именно технология «рукотворного смерча» и позволяет создавать недорогие, эффективные и доступные ВЭУ. Предлагаемая мною базовая модель ветрогенератора в 7–-8 раз дешевле аналогичного по мощности ветрогенератора импортного производства, следовательно, и сроки его окупаемости не 15–16 лет, а 2–3 года. Он прост в изготовлении.
Я строю экспериментальную ветроустановку один и вполне справляюсь. Само ветроколесо придется заказывать на судоремонтном заводе. Стоимость изготовления ветроколеса по моим чертежам на заводе оценили в 120 тыс. руб. (стоимость одной только лопасти аналогичной по мощности ВЭУ импортного производства 15–17 тыс. долл., а их три на одну установку). В сумме строительство экспериментальной ветроэнергетической установки мощностью в 60–80 кВт мне обойдется в 440 тыс. руб. вместе со стоимостью редуктора и генератора. При заводском производстве, с учетом 30% прибыли производителя, для российских покупателей ВЭУ стоимость 1 кВт мощности установки не будет превышать 8–9 тыс. руб. вместе со стоимостью установки ветрогенератора, непосредственно потребителю. К примеру, ВЭУ мощностью в 100 кВт обойдется вам вместе с установкой на стационарное место в 800–900 тыс. руб. Сравните сами со стоимостью аналогичной по мощности ВЭУ импортного производства, предлагаемых сегодня производителями. Во сколько миллионов рублей обойдется вам такое приобретение с устройством фундаментов и установкой?
Рассчитывая конечную стоимость продукта для российского потребителя, я не брал в расчет автономность в энергообеспечении производителя ВЭУ. Имея собственный источник электроэнергии, производители ВЭУ в России существенно снизят себестоимость производимых ВЭУ. Отопление и освещение производственных помещений, горячая вода, работа станков и электрооборудования, за которые не придется платить энергетикам, существенно снизят себестоимость производимых ВЭУ. Еще одно серьезное преимущество перед импортными ВЭУ – предлагаемые мною ветрогенераторы возможно использовать в городской черте. Их возможно устанавливать на плоских кровлях зданий, будь то жилые здания, заводские цеха, административные здания, больницы, школы и т.п. Для таких ветрогенераторов не требуется выделение земель под строительство ветропарков. Потребитель имеет возможность устанавливать ветрогенераторы непосредственно на кровлях принадлежащих ему зданий.
Что касается рынка сбыта. Каково количество потенциальных покупателей недорогих, высокоэффективных, быстроокупаемых ВЭУ, основанных на технологии рукотворного смерча в мире? Думаю, сотни миллионов. Сколько таких покупателей в России сегодня, трудно сказать. Кто является потенциальным покупателем ВЭУ в России? Малые и средние производственные предприятия, тепличные комбинаты, птицефабрики, фермерские хозяйства, станции техобслуживания, придорожные кафе, кемпинги… Именно российским производителям продукции сегодня как воздух необходимы недорогие, высокоэффективные ВЭУ российского производства. Необоснованно растущие тарифы на электроэнергию, теплоснабжение и топливо поставили российских производителей на грань выживания. С «энергетической удавкой» на шее трудно развивать собственное производство. Только получив свой, независимый источник электроэнергии, возможно бурное развитие малого и среднего бизнеса в России, занятого в производстве продукции и обслуживание населения.
Развитие российских территорий напрямую зависит от близости пролегающих линий электропередач. Но даже близко проходящая ЛЭП не дает гарантии подключения к ней, если подключение и возможно, то за само подключение энергетики требуют баснословные суммы. Я говорю не о северных российских территориях, а о центральных районах России. Проблема с энергообеспечением не только в отдаленных деревнях и поселках, дачных товариществах, фермерских хозяйствах, но и в больших и малых городах России. На муниципальном уровне остро стоит проблема с уличным освещением поселков и районных центров. С наступлением темного времени суток освещается лишь центральная площадь и центральная улица районного центра, вся остальная территория погружается во тьму. Как в средние века, без факела (фонарика) до дома не дойти. И ведь нельзя в этом винить районные и поселковые власти, у них действительно нет денег на уличное освещение.
Одна ВЭУ российского производства мощностью 500 кВт и стоимостью менее 5 млн руб., установленная на въезде в райцентр, способна раз и навсегда решить проблему уличного освещения среднего по размерам районного центра. К потенциальным покупателям ВЭУ можно отнести и региональные власти. Тяжким бременем для региональных бюджетов являются отдаленные районы, где основным источником электроэнергии служат дизельгенераторы. В основном это районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, Сахалин, Камчатка, Курилы… По всей России десятки тысяч дизельгенераторов являются единственным источником существования цивилизации. Стоимость 1 кВт•ч, производимого дизельгенератором, 20–30 руб. и выше.
При таких ценах недорогая и эффективная ВЭУ окупится за 2–3 месяца. ВЭУ должна стать основным источником энергообеспечения отдаленных районов, оставив дизельгенераторам роль резервного источника электроэнергии. Дорогостоящие ВЭУ импортного производства региональным бюджетам не по карману, но и проблемы с доставкой топлива в отдаленные районы для дизельгенераторов, высокая стоимость 1 кВт•ч, которую приходится покрывать из регионального бюджета, скоро тоже станут не по карману. К потенциальным покупателям ВЭУ можно отнести и население России, в первую очередь средний класс. В последние годы вокруг городов бурными темпами растут коттеджные поселки. Люди хотят работать в городах, а жить в своих домах поближе к природе.
Представьте себе, что вы купили участок земли в пригороде, возвели два этажа своего дома и стоите перед выбором, строить высокую красивую крышу стоимостью 300 тыс. руб. или вместо крыши установить ВЭУ мощностью 30 кВт стоимостью 300 тыс. руб., которая не только сделает ваш дом независимым в энергообеспечении, но и выполнит роль кровли вашего дома. ВЭУ мощностью 30 кВт достаточно для отопления вашего дома, подогрева воды, освещения и работы электроприборов, для уличного освещения участка, подогрева теплиц или зимнего сада. За все эти блага вам никому не придется платить.
Владимир Ходырев, г. Мурманск
