Воздушная ветроэнергетика

Одно из новейших направлений в этой области – воздушная ветроэнергетика, не использующая традиционные стационарные ветряки, зачастую сложные с инженерной точки зрения и требующие значительных затрат.

Планер с ветряком

Прошлым летом стало известно, что корпорация Google, вложившая в свое время огромные средства в строительство крупнейшей в мире солнечной электростанции в Калифорнии, испытала летающий ветрогенератор. Сотрудники ее подразделения, корпорации Makani Power, запустили агрегат в виде кордового планера, который будет летать на высотах с почти постоянным интенсивным ветром, что поспособствует высокой эффективности нового генератора.

Ветряки, как уверяют разработчики, будут находиться на высотах, где ветер дует постоянно со стабильной интенсивностью, что важно для нормальной работы агрегата: если сила ветра ниже расчетной, энергия не будет вырабатываться, если выше – возникает опасность поломки.

Планеры с размахом крыльев около двадцати пяти метров будут парить на высоте триста метров. Каждый из них сможет вырабатывать шестьсот киловатт электроэнергии в час. За передачу энергии на землю будет отвечать специальный трос, служащий одновременно удерживающим ее фалом. На разработку агрегата Wing 7 (так называется установка) Makani Power еще в 2010 году получила правительственный грант.

Турбины закреплены на крыле установки. Они работают как обычные ветряки – воздух, проходящий через лопатки турбин, заставляет вращаться роторы, приводя в движение электрические генераторы. Однако, как уверяют разработчики, конструкция обеспечит более высокую эффективность по сравнению с традиционными ветроустановками. К тому же ее можно будет использовать на местности, где обычные ветряки устанавливать невыгодно.

По прогнозам, каждый планер может питать электричеством до 300 домов. Аппарат оснащен восемью небольшими генераторами, соединенными с воздушными винтами диаметром 2,3 метра каждый. После взлета аппарат будет подниматься на рабочую высоту, а затем – кружить вокруг точки привязки.

Кольцо из гелия

Вообще, летающими ветрогенераторами занимаются десятки компаний уже довольно долго (хотя удачных – считанные единицы). Существуют разработки в виде дирижаблей, воздушных змеев, дронов и др.

Это и понятно: воздушные установки дешевле в производстве и проще в обслуживании, чем обычные ветряные турбины. Они не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. Ветер на высоте значительно стабильнее и сильнее. Кроме того, их можно эффективно использовать даже в непригодной для обычных ветряков местности, поскольку географические условия не всегда позволяют провести строительство высотной мачты для размещения турбины (в горах, на болоте, в удаленных районах).

Так, компания Altaeros Energies разработала и испытала установку «Buoyant Airborne Turbine» (BAT), представляющую собой специальную мягкую кольцевую оболочку, заполненную гелием, в центре которой установлена турбина и электрический генератор. Летающая конструкция тоже поднимается на высоту в 300 метров, что в два раза больше высоты любого существующего стационарного ветрогенератора.

Генератор BAT способен выдавать 30 кВт мощности, чего достаточно для постоянного обеспечения энергией 12 среднестатистических домов. Но, кроме производства электрической энергии, конструкция ветрогенератора может нести на себе метеорологическое и коммуникационное оборудование (например, для мобильной связи), которое будет питаться вырабатываемой энергией. При этом наличие дополнительного оборудования никак не затрагивает основную функцию ветрогенератора.

Вся система может быть полностью развернута менее чем за 24 часа. Наземный модуль ветряной электростанции устанавливается на забитых в землю сваях и управляет положением летающей части при помощи троса и лебедки. Опытный образец испытывался на Аляске на скоростях ветра до 70 километров в час, но конструкция рассчитана на воздействие порывистых ураганных ветров.

Другие проекты

Энергетический концерн E. ON в сотрудничестве со Schlumberger и Shell в 2016 году инвестировал в шотландский ветроэнергетический проект «Kite Power Systems», технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А с голландской Ampyx Power компания заключила соглашение по разработке морской опытной площадки для размещения ветряной фермы у берегов Ирландии. Ampyx Power разрабатывает воздушную ветроэнергетическую систему «Airborne Wind Energy System» (AWES). Суть которой в следующем.

Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 м до 450 м. Когда самолет движется, он тянет трос, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту, заставляя тросик наматываться. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Разработка компании Magenn называется MARS («Magenn Air Rotor System» – воздушная роторная система Magenn). По сути оно представляет собой миниатюрный гелиевый дирижабль с гранями. Мягкая структура корпуса позволяет MARS складывать, переносить на новое место и там надувать.

В процессе эксплуатации MARS, удерживаемый специальными кабелями, поднимается вверх на несколько десятков метров, где сила ветра заметно больше (что позволяет добиться работы с мощностью от 50 % и выше – в сравнении с 20‑40 % наземных агрегатов). Направление ветра не имеет значения – специальный руль (поперечная пластина в центре корпуса) разворачивает ветряк в нужном направлении. MARS вращается практически непрерывно. Вращается (благодаря ребрам на корпусе и связанному с этим эффекту Магнуса, как у футбольного мяча при ударе) весь корпус целиком, а энергия при этом вырабатывается двумя неподвижными генераторными блоками, размещенными по бокам устройства.

В отличие от больших стационарных установок, летающие ветрогенераторы, конечно, не предназначены для отдачи вырабатываемой ими энергии в общую энергетическую сеть. Областью применения таких агрегатов являются небольшие поселки, военные базы, удаленные места добычи полезных ископаемых и зоны, в которых обычное энергоснабжение нарушено.

контакты

107076, Россия, Москва
ул. Электрозаводская, 33, стр. 4