Чіжшууу ... чіжшууу ... Величезні білі лопаті ріжуть небо, на якому то яскраво спалахне сонце, то зберуться в стадо латки хмари. Поруч Луара - її світло-коричневе широке полотно неспішно ковзає до Біскайської затоки. Океану звідси не видно, але він зовсім поруч. Містечко дике - зона Атлантичного порту Нант-Сен-Назер, а тому житла поблизу мало, тільки невеликий населений пункт Ле Карне. Вітряно, що, звичайно ж, дуже добре.
Всім знайомий цей ефект: висотні споруди видали і в серпанку здаються нелюдськи величезними, а підійдеш до них - і розміри вже не так вражають. Але коли стоїш нехай навіть зовсім поруч з вежею вітрогенератора Haliade 150, відчуття ціклопічності споруди нікуди не пропадає. Чи жарт - над головою обертається ротор з розмахом лопатей в півтора футбольних поля, а гондола гігантського вітряка піднята на сталевий вежі на висоту 100 м. Колись ці лопаті ловитимуть вітер у відкритому морі, але поки компанія Alstom, провідна французька промислова група, що спеціалізується на транспорті та енергетиці, проводить випробування турбіни нового покоління, так би мовити, в береговому режимі. При цьому місце вибрано з вітропотенціалом, максимально наближеним до умов майбутньої промислової експлуатації.
ТТХ Потужність: 6 МВт (після трансформатора) // Мінімальна швидкість вітру для початку роботи: 3 м / с // Швидкість вітру, при якій система вимикається з міркувань безпеки: 25 м / с // Частота мережі: 50/60 Гц // Діаметр ротора: 150 м // Довжина лопаті: 73,5 м // Зона обмітання лопатями: 17, 860 м.кв. // Швидкість обертання ротора: 4-11,5 об / хв // Напруга на виході: 900 В.
Головне - вчасно змитися!
Про сучасні вітрогенератори «ПМ» писала не раз, але, можливо, варто ще раз повторити: вітряна електростанція мегаватного класу при всій невитіюватість загальної конструкції (вітрове колесо плюс електрогенератор) являє собою продукцію хайтека те саме виробам авіапрому. Тут майже все як в авіації: і боротьба за зниження ваги, і нові композитні матеріали, і прогресивні аеродинамічні профілі, і прецизійна механіка, і системи управління з унікальним ПО. Тому перш ніж новий агрегат надійде в серію і почне працювати в складі вітропарків чисельністю в кілька десятків турбін, необхідно в ході тривалих випробувань з'ясувати, наскільки надійна ця складна конструкція, як вона буде вести себе при різних (в тому числі при максимальних) вітрових навантаженнях. Дві цифри говорять самі за себе: поки йдуть сертифікаційні випробування, встановлені на Haliade150 датчики відправляють контрольної апаратури 1500 сигналів кожні 3 мілісекунди.
Haliade 150 отримала унікальний конструктивний елемент - майданчик для висадки з вертольота, і саме цей майданчик надає гондолі незвичайний і дуже впізнаваний силует.
Вежа з діаметром поперечного перерізу 6 м встановлена на спеціальну платформу, по-англійськи її називають jacket. Висота платформи - 25 м. Коли вітряк поставлять на морське дно, платформа під ним буде вище, але з води вона стане виступати на ті ж самі 25 м. Такий підйом платформи над рівнем моря оптимальний з точки зору сумісності з висотою бортів монтажного судна, зробленого за технологією jack-up (тобто має висувні стійки, які спираються на дно і рятують корабель від качки).
Гондола розрахована на тривалий, до трьох днів перебування там обслуговуючого персоналу. Всередині є запас їжі і води і місце для відпочинку і сну. Для обслуговування двигунів, що змінюють кут атаки лопатей, всередині гондоли прокладений рейковий шлях, по якому можна перекочувати на вагонетці в «ніс» агрегату важкі запчастини та інструменти.
Піднімаємося на платформу, і відчуття неймовірних розмірів споруди тільки посилюється. Тут вже зібралася ціла група людей в будівельних костюмах і касках. Це не цікаві, а учасники тренінгу з екстреної евакуації. Їх завдання - якомога вправніше і швидше спуститися з платформи, подолавши 25 м вниз за допомогою металевого троса і гальмівного блоку. «Ніхто не має права підніматися в гондолу, не здавши норматив по екстреної евакуації», - пояснюють нам представники Alstom. Справа в тому, що швидких і комфортабельних способів піднятися на самий верх і спуститися назад не існує. Якщо обслуговує бригада прибуває до вітрогенератору з моря (в умовах морського вітропарку), її висаджують на платформу. Далі їм доведеться увійти всередину порожнистої вежі і рухатися вгору або за допомогою підйомника, або, якщо машина вийде з ладу, лізти вгору по поперечин сходи. З огляду на те, що залізти на висоту 75 м по приставних вертикальної сходах важкувато навіть здоровому чоловіку, на різних рівнях вежі влаштовані майданчики для відпочинку. Коли до вітрогенератору потрібно доставити вантаж з судна, можна скористатися двома кранами. Один переміщує тяжкості з корабля на платформу, інший піднімає вантаж (до 1 т) з дна порожнистої вежі до гондолі. Якщо немає потреби в важких запчастинах, співробітників сервісної бригади можна висадити і з повітря, прямо на гондолу. Однак в разі надзвичайної ситуації (наприклад, пожежі) в гондолі розраховувати ні на вертоліт, ні на тихохідний і, можливо, знеструмлений підйомник, ні на сходи не доведеться. Тут головне вчасно змитися, для чого молоді люди та дівчата в касках і відпрацьовують з усією ретельністю спуск за допомогою тросів.
Чистий крутний момент
Треба сказати, що конструктори постаралися зробити все, щоб полегшити життя сервісним бригадам - тим, кому доведеться працювати посеред моря, можливо, в негоду і шторм. По-перше, все обладнання, наприклад двотонний трансформатор і апаратура управління, винесені з гондоли в нижню частину вежі, щоб без особливої потреби не лізти нагору. По-друге, практично всі операції по обслуговуванню вітрогенератора в море можна буде робити зсередини вежі і гондоли, при задраєних дверях і люках, так що пронизує морський вітер залишиться зовні. Єдина операція, яка потребує зовнішніх робіт, - це затягування болтів, що з'єднують вежу з гондолою.
Нам, простим смертним, що не пройшли тренінги з екстреної евакуації, побувати нагорі, в гондолі, не дозволили, але шанс побачити грандіозну ветромашіну Haliade150 поблизу незабаром представився. Такі агрегати збирають на дослідному підприємстві Alstom, розташованому неподалік, в Сен-Назер, куди і лежав наш шлях. Сен-Назер - ворота Луари, найбільший морський порт Франції, і з морем тут пов'язано майже все. Ось збережений для історії колосальний бетонний бункер для підводних човнів, один з чотирьох споруджених нацистами в окупованій Франції. А ось шлюз Луї-Жюбер, в якому, як в сухому доці, верф Chantiers Atlantique будувала супертанкери класу Batillus. У порівнянні з цими мегасооруженіямі дослідне виробництво вітрогенераторів Haliade 150 виглядає скромно. Всього один цех, в якому здійснюються три основні етапи збірки - з'єднання центрального блоку гондоли з генератором, потім монтаж ротора. Величезні лопаті зі склопластику, укріпленого бальса, доставляють вже безпосередньо до місця монтажу всієї установки.
Тільки тут, в дослідному цеху, можна розгледіти деталі Haliade 150, оцінити її своєрідну конструкцію. Одна з найважливіших особливостей вітрової турбіни нового покоління-відсутність редуктора. Таким чином, вал генератора на постійних магнітах обертається з тією ж кутовою швидкістю, що і вітроколесо - 4-11 обертань в хвилину. Система direct drive хоч і вимагає спеціальних електротехнічних рішень, але дозволяє зменшити кількість рухомих частин в агрегаті, а значить, підвищити його надійність (редуктор служить близько двох років і вимагає заміни). Інша особливість Haliade150 укладена в розробленій Alstom конструкції Pure Torque (чистий крутний момент). Справа в тому, що, перебуваючи в рухомий повітряному середовищі, вітрове колесо не тільки обертається навколо своєї осі, але і робить різного роду «паразитні» руху, які в стандартних конструкціях призводять до додаткових навантажень на вал редуктора або генератора і можуть передчасно вивести їх з ладу. Щоб уникнути цих ефектів, в Haliade 150 ротор за допомогою підшипників насаджений на вісь, жорстко скріплену з вежею, якій і передаються в результаті все зайві напруги. А незалежно підвішеному генератору якраз і дістається «чистий крутний момент», який передається від ротора за допомогою виконаних з ПВХ гнучких елементів зчеплення.
У просуванні «зеленої енергетики» в Європі все ще сильна роль держави. Зокрема вітрогенератор Haliade 150 з рекордним розмахом лопатей ротора була розроблена у відповідь на тендер, оголошений французьким урядом в липні 2011 р Влада Франції має намір розмістити в море біля берегів країни вітропарки загальною встановленою потужністю 3ГВт. Ці вітрогенератори будуть встановлені на платформах, поставлених на дно, однак в Alstom розглядається варіант розміщення подібних установок і на плавучій базі.
Гонка не буде вічною
Коли закінчаться сертифікаційні випробування, в 2014-2015 роках, в Сен-Назер і Шербуре будуть створені виробничі потужності, розраховані на випуск однієї вітроустановки нового покоління за 2,5 дня. Це будуть заводи з виготовлення гондол, генераторів, веж і лопатей. Але вже на прикладі дослідного виробництва в Сен-Назер видно, наскільки висока буде індустріальна культура на цих підприємствах. Тут панує ідеологія lean- розроблена концерном Toyota система організації виробництва, при якій максимально «віджимаються» будь-які непродуктивні дії. До місця проведення певної складальної операції (вони все пронумеровані) доставляються лише ті комплектуючі та інструменти, які необхідні для її виконання. Тут не побачиш лежать «без діла» інструментів, виробничі площі не заставлені коробками і палети невідомого призначення. У центрі цеху стоїть стенд, де розписаний графік операцій з відмітками про їх проведення та про результати контролю якості. Тут же в цеху - інший стенд, на якому показано, як правильно і як неправильно закручувати гайки, зачищати і з'єднувати дроти, ізолювати місця зчленування силіконом, причому все це не малюнки, а реальні матеріальні об'єкти. Якщо у робітника не виходить виконувати ці операції відповідно до еталоном, до його послуг спеціальна майстерня, де він може потренуватися, поки не досягне досконалості.
Щоб завершити знайомство з новим дивом альтернативної енергетики, варто було все-таки замислитися над питанням: а до чого вся ця гігантоманія? Виявляється, виключно для подальшого здешевлення електрики, одержуваного за допомогою вітру. «Вітрогенератор в 6 МВт вигідніше двох генераторів по 3МВт, - каже Фредерік Ендрік, віце-президент компанії Alstom Wind, який курирує розробку і виробництво морських вітротурбін. - По-перше, ми економимо на установці, так як в першому випадку нам знадобиться один рейс судна, а в другому випадку - два. По-друге - на обслуговуванні, а це досить витратна частина експлуатації установки ». Строго кажучи, нове дітище Alstom не є абсолютним рекордсменом серед існуючих генераторів. За встановленої потужності (УМ) Haliade 150 відстає від генератора Enercon-126 c УМ 7,58 МВт, та й з УМ 6МВт вітрогенератори вже є. У чому турбіна нового покоління від Alstom дійсно вигідно відрізняється від інших, так це в розмаху ротора - 150 м проти 126 у того ж Enercon. І, за твердженням представників Alstom, їх новий агрегат видає з розрахунку на 1 кг конструкції на 40% електроенергії більше в порівнянні з самими прогресивними моделями. Також в рік він здатний виробляти на 15% більше електрики, ніж 6-мегаватні генератори нинішнього покоління.
У цьому або в наступному році наземні випробування Haliade 150 будуть завершені і прийде час встановити першу турбіну в море. Уже відомо, що вона встане недалеко від узбережжя Бельгії. Північне море - одне з найбільш перспективних з точки зору розвитку морської вітроенергетики. «Тамтешній вітропотенціал дозволить Haliade 150 протягом приблизно половини днів у році працювати на повну потужність, тобто генерувати 6МВт • год», - каже Фредерік Енрік. Далі, як вважають в Alstom, Haliade 150 стане стандартом для вітроенергетики майбутнього десятиліття. Але не дрімають і конкуренти. Відомо, що аналогічну розробку готовий запропонувати Siemens (там також буде застосована безредукторна система direct drive), правда, «в металі» її ще ніхто не бачив. Але чи буде тривати гонка розмірів і значень встановленої потужності? «Швидше за все, розміри вітрогенераторів не будуть рости нескінченно, і індустрія знаходиться поблизу природної межі, - вважає Фредерік Енрік. - Хоча б тому, що для установки надвеликих споруд висотою, скажімо, 200 м над рівнем моря, знадобляться зовсім інші кораблі і крани, будувати які навряд чи економічно доцільно ».
Стаття «Півтора футбольних поля» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2012 ).
Щоб завершити знайомство з новим дивом альтернативної енергетики, варто було все-таки замислитися над питанням: а до чого вся ця гігантоманія?Але чи буде тривати гонка розмірів і значень встановленої потужності?
