Ветровой потенциал

«Беда России в ее… богатстве!» Такую на первый взгляд парадоксальную мысль услышал на днях от ученых и инженеров-ракетчиков из Миасского государственного ракетного центра «КБ имени академика Макеева». Там работают, как известно, люди умнейшие, профессионалы высокого класса, цвет одной из самых наукоемких отраслей оборонно-промышленного комплекса.

В чем же парадокс судьбы России? В богатстве энергетическими ресурсами, увы, невозобновляемыми. Это все виды углеводородного топлива — нефть, ее производные, природный газ и уголь. О дровах в наше время говорить просто стыдно и неприлично. Так вот, практически вся энергетика, за исключением гидростанций и АЭС, «сидит на нефтяной и газовой игле». Бытовало мнение, мол нечего крупно вкладываться в создание энергоустановок на возобновляемых источниках, когда у нас дополна дешевого природного газа, а нефти — хоть залейся! Вот образец чиновного стереотипа былых времен. А раз ни в какие программы и планы министерств, Госплана, Совета министров энергосберегающая строчка не входила, то не было и финансирования разработок, не говоря уже об открытии серийных производств.В ГРЦ «КБ имени академика Макеева» пару десятков лет в рамках программы «Конверсия» решили неприличным для такого предприятия тазики клепать.

Там, где разработаны непревзойденные до сих пор никем в мире боевые ракеты
для подводного флота по своему энерго-массовому совершенству. Да и не на всяком гигантском станке, приспособленном для изготовления ракет, тазик получится.  А на универсальных станках тазик будет, как из золота дорогим!

ВЭУ, ау?

Где же выход? Мой собеседник, главный конструктор одного из направлений ГРЦ Владимир Павлович Кривоспицкий как раз в числе тех подвижников производства, что были против бездарной конверсии на «уровне тазика». Но за конверсию умную, где можно максимально использовать научно-технический и технологический потенциал уникального предприятия. Он был послан гонцом за справедливостью в Москву, в отраслевое министерство, благо там работали «птенцы гнезда академика Макеева» из Миасса. Владимир Павлович доказывал, что большой грех занимать золотых специалистов — прочнистов, материаловедов, аэродинамиков, электронщиков, энергетиков, специалистов по системам управления, автоматики ерундой вроде карманных швейных мини-машинок. Задали ему резонный вопрос: «Что же вы предлагаете?». — Давайте, будем делать ветроэнергетические установки (ВЭУ), чтобы качать дармовую энергию ветра. Кстати, ресурса вечного! Во всех развитых странах мира киловатты и мегаватты получают от ветра».

Все специалисты в ГРЦ есть, их даже ни в какой отдел отселять не нужно. Например, специалисты по аэродинамике или композитным материалам для ракет помимо работы по основной оборонной тематике, получают дополнительно задачи по своей специальности, но для нужд ветроэнергетики! Мудро и элегантно — нет отвлечения специалистов от главного дела, есть просто небольшая добавка каждому к основной тематике. А Владимир Павлович, главный конструктор направления, стал еще руководителем и координатором работ по ВЭУ.

Были сделаны первые впечатляющие шаги. Из-за мизерных денег, выделенных на разработку, миасцы объединились с Уфимским госуниверситетом, его авиационным факультетом. Была создана первая 100-киловаттная установка, пропеллерного типа. Ветер крутит лопасти, аналогичные самолетным по горизонтальному направлению потока. Ось генератора и он сам расположены в горизонтальной плоскости. Все это сооружение должно еще вращаться вдоль оси, чтобы лопасти «отбирали» оптимальный поток ветра. Нечто подобное можно увидеть в любой стране Европы, в Азии, Америке — данная схема традиционная. Рухнул Советский Союз, министерства стали распадаться, а вместе с этим даже то скромное финансирование разработок прекратилось вовсе. Начатые разработки не велись, по сути дела, десять лет в смутные времена девяностых. Но находки по программе ВЭУ бросать было жалко и не по-хозяйски. Научную, инженерную мысль не остановишь даже кризисом. За это десятилетие появились несколько революционных идей, выведших рождавшийся в муках «конверсионный продукт» — ВЭУ — в число лучших в мире по многим параметрам.

XXI век заставил всерьез задуматься об очевидных преимуществах возобновляемых самой природой источников энергии -— их практической неисчерпаемостью, отсутствию затрат на топливо и, что в последнее время стало особенно актуальным, их экологической безопасностью. Даже инвесторы стали понимать, что ветровая энергетика сулит им достаточно быструю окупаемость. И Миасс в этом деле оказался, «впереди планеты всей».

«Летающее крыло» вместо пропеллера

К тому времени у нас в стране и за рубежом уже хорошо были известны пропеллерные ВЭУ — с горизонтальной осью вращения. Мы же, — рассказал Владимир Кривоспицкий, — решили сделать принципиально совсем другую — вертикально-осевую конструкцию, каких в мире еще никто не создавал!

На группу миасских разработчиков из ГРЦ вышли американцы и предложили сотрудничество. Так, с 2003 года началась совместная работа миасских конструкторов с коллегами из американской лаборатории Беркли. Был выполнен целый ряд разработок, соответствующих мировому стандарту. Аналогов в мире нет, что подтверждено патентами.

За последнее десятилетие в «ГРЦ КБ имени Макеева» разработаны ВЭУ с вертикально-осевым ротором мощностью в 1; 3; 5 и 30 киловатт. Специалисты отмечают, что при таком же КПД, как у традиционных горизонтально-осевых, вертикально-осевые разработки лучше! А именно; независимость выработки энергии от направления ветра; полнота отбора ветровой мощности, независимое от ротора расположение оборудования; возможность стабилизации оборотов ротора за счет аэродинамических тормозов. И одно из главных преимуществ — простота конструкций лопастей и их высокая технологичность. Это уж не говоря об экологической чистоте созданных установок, которые не генерируют опасных вибраций, не создают ни шума, ни инфра- и ультразвука и вообще никак не влияют на окружающую среду. То есть, гораздо экономичнее, дешевле и эффективнее традиционной в мире конструкции пропеллер соосный с горизонтально настоящим генератором.

Ветер в кубе

Мощность новейших ВЭУ миасцев пропорциональна скорости ветра в третьей степени, то есть в кубе. Но, возникают два вопроса. Как быть с бесперебойным получением энергии в условиях безветрия? Достаточно ли у нас в регионе ветровых ресурсов? По исследованиям в содружестве с кафедрой автоматики Миасского филиала ЮУрГУ совместно с доктором технических наук Ларисой Читошниковой создается точнейшая ветровая карта области, где указаны и сила ветров, направления, объем ветровых ресурсов для конкретной точки. Оказалось, наша область весьма богата на эти ресурсы, особенно в южной части. Хватает ветра и в коридорах долин, и на горных перевалах. Многие чиновники просто не подозревают какой клад кроется в бестелесной ткани обычного ветра! Окупаемость установок зависит и от ее мощности, и от ветровой обстановки в данной точке. Но в среднем для области 3—5 лет, а дальше — полная энергетическая автономность и независимость плюс бесплатное (!) электричество в любой точке с гарантией — 20 лет. А ведь в России 70 процентов населенных пунктов и сегодня не имеют централизованного энергоснабжения!

Чтобы скачков напряжения в зависимости от изменившегося потока не было — есть целая система различных аккумуляторов: электрический, водородный и даже гравитационный водяной. Многие не подозревают, что в области работают три ВЭУ из ГРЦ и дочернего предприятия в Челябинске «ГРЦ-Вертикаль». Один из них в Троицком районе у фермера, другой на заводе по Копейскому шоссе, а третий — на стадионе имени Елены Елесиной, бытовки обогревает. Все три ВЭУ переданы бесплатно для опытной обкатки.

— Сколько мы могли бы выпускать ВЭУ? — переспрашивает Владимир Павлович. — Да, хоть сотню в месяц. Но нужны инвестиции в создание серийного производства, приобретение нужного станочного парка, подготовкe кадров. За границей все фирмы, производящие ВЭУ, давным-давно миллионеры и миллиардеры. Только мы до сих пор ходим с протянутой рукой…

АЛЕКСАНДР ЧУНОСОВ
Миасс, ГРЦ — Челябинск