Наука и техника

Наука и техника / Энергетика / Альтернативная энергетика /

Зачем Министерству обороны США десятиметровые ветряки?

08 апреля 2013 года, 14:14 | Текст: Александр Березин | Послушать эту новость

Десятилетиями наращивание размеров турбин, получающих энергию от ветра, было ключевым методом повышения их эффективности. Джон Дабири (John Dabiri) из Калифорнийского технологического института (США) полагает, что это не самый разумный путь. Вместо огромных турбин с горизонтальной осью вращения он предлагает использовать много малых ветряков — с вертикальной. По его расчётам, если такие ветряки выполнять узкими, то «ветровая тень» (область за лопастями турбин, где ветер ослаблен) прямо за ними будет настолько малой, что позволит значительно плотнее размещать генераторы и вырабатывать больше энергии с единицы площади ветроэлектростанции.

Итак, узкие десятиметровые пятикиловаттные турбины могут минимизировать ветровую тень и создавать турбулентность, увеличивающую скорость ветра сразу за ними. (Здесь и ниже иллюстрации Caltech.)
Итак, узкие десятиметровые пятикиловаттные турбины могут минимизировать ветровую тень и создавать турбулентность, увеличивающую скорость ветра сразу за ними. (Здесь и ниже иллюстрации Caltech.)


Дополнительным преимуществом, утверждает исследователь, указывающий на собственные вычисления, является то, что часть ветрового потока будет обтекать узкие вертикальные ветряки, при этом наращивая свою скорость. А поскольку КПД ветротурбины пропорционален кубу скорости ветра, установки за первым рядом будут работать эффективнее. Однако оптимальным такой метод станет только при плотном расположении турбин: существующие гиганты с горизонтальной осью вращения дают такую ветровую тень, что соседний ветряк надо располагать слишком далеко, чтобы эффект роста скорости ветра от него можно было использовать.

Что на выходе? Идеальная эолова электростанция будет состоять из множества узких десятиметровых ветряков с вертикальной осью вращения и мощностью всего в 3–5 кВт каждый. Размах лопастей средней турбины — не более 1,2 м. Подобную систему уже испытывают в Южной Калифорнии, хотя она и насчитывает всего 24 ветряка (г-н Дабири уверен, что для полного раскрытия потенциала такой схемы нужно больше). Что показала экспериментальная эксплуатация? При средней скорости ветра в 5,1 м/с с единицы площади удаётся снять больше энергии, чем в случае стометрового традиционного ветряка, работающего при средней скорости ветра в 8 м/с. Разумеется, из-за малой мощности даже 24 турбины в сумме слабее стометровой установки, поэтому полноценное сравнение можно сделать лишь на массовой ветрофабрике с вертикальными турбинами Дабири.

Именно это и планирует учёный: промышленно-опытная станция из 50–70 установок прямо сейчас строится в Айгугиге, близ южного побережья Аляски. 10 установок заработают уже в этом году; в планах — замена группами ветряков обычных дизельных генераторов, которые останутся резервным энергоисточником. Казалось бы, при чём тут Министерство обороны США, на деньги которого строится эта станция?

Удалённые базы США нуждаются в энергии, обычно вырабатываемой при помощи тех же дизель-генераторов. Это не просто дорого: топливо для войск стоит в таких местах больше $100 за литр. Учитывая, что добыча энергии при помощи дизель-генераторов и так намного дороже использования ТЭС, вы поймёте, почему только на работу кондиционеров для американских солдат в Афганистане и Ираке уходит свыше $20 млрд в год.

А это, увы, значительно превышает годовой бюджет НАСА или, скажем, в полтора раза больше военного бюджета России в 2003 году. Между тем, перевозя вышеупомянутое топливо (по сто долларов за литр), американские части, согласно утверждению бригадного генерала Стивена Андерсона, потеряли более тысячи человек убитыми. Что не удивляет: топливные конвои везде и всегда являются основной целью атак сил местного сопротивления. Ветряки же могут сэкономить огромную часть ввозимого топлива и позволить конвою в том же Афганистане реже передвигаться по дорогам, снизив общие потери.

Даже при значительно меньшей скорости ветра такие турбогруппы получали больше электричества с единицы площади, чем нынешние серийные установки.
Даже при значительно меньшей скорости ветра такие турбогруппы получали больше электричества с единицы площади, чем нынешние серийные установки.


Для энергоснабжения удалённых баз ветряки Дабири подходят лучше других: они снимают больше электроэнергии с единицы площади (бескрайние поля трудно охранять), намного ниже (всего 10 м), то есть менее опасны для военных летательных аппаратов, к тому же почти не мешают работе радаров, которые в присутствии обычных крупных ветряков иногда превращаются в «генератор случайных образов». Кроме того, из-за малой высоты установки генератор, преобразующий кинетическую энергию лопастей в электрическую, находится у новых турбин на земле, а не на высоте тридцатого этажа. А это радикально упрощает обслуживание ветряков, да и их установку.

Разумеется, хотя успех в армейской инкарнации к такой схеме рано или поздно придёт, чтобы малые ветряки с вертикальный осью вращения оказались эффективными в гражданской экономике, их нужно научиться производить массово и при минимальных издержках. Посмотрим, удастся ли конструкторам преодолеть этот, пожалуй, самый сложный барьер.

Подготовлено по материалам Technology Review.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!
blog comments powered by Disqus

Последние новости по теме "Альтернативная энергетика":