Самый большой ветрогенератор

О современных ветрогенераторах «ПМ» писала не раз, но, возможно, стоит еще раз повторить: ветряная электростанция мегаваттного класса при всей незатейливости общей конструкции (ветровое колесо плюс электрогенератор) являет собой продукцию хайтека сродни изделиям авиапрома. Тут почти все как в авиации: и борьба за снижение веса, и новые композитные материалы, и прогрессивные аэродинамические профили, и прецизионная механика, и системы управления с уникальным ПО. Поэтому прежде чем новый агрегат поступит в серию и начнет работать в составе ветропарков численностью в несколько десятков турбин, необходимо в ходе длительных испытаний выяснить, насколько надежна эта сложная конструкция, как она будет вести себя при разных (в том числе при максимальных) ветровых нагрузках. Две цифры говорят сами за себя: пока идут сертификационные испытания, установленные на Haliade150 датчики отправляют контрольной аппаратуре 1500 сигналов каждые 3 миллисекунды.

Башня с диаметром поперечного сечения 6 м установлена на специальную платформу, по-английски ее называют jacket. Высота платформы — 25 м. Когда ветряк поставят на морское дно, платформа под ним будет выше, но из воды она станет выступать на те же самые 25 м. Такой подъем платформы над уровнем моря оптимален с точки зрения совместимости с высотой бортов монтажного судна, сделанного по технологии jack-up (то есть имеющего выдвижные стойки, опирающиеся на дно и спасающие корабль от качки).

Поднимаемся на платформу, и ощущение невероятных размеров сооружения только усиливается. Тут уже собралась целая группа людей в строительных костюмах и касках. Это не любопытствующие, а участники тренинга по экстренной эвакуации. Их задача — как можно ловчее и быстрее спуститься с платформы, преодолев 25 м вниз с помощью металлического троса и тормозного блока. «Никто не имеет права подниматься в гондолу, не сдав норматив по экстренной эвакуации», — поясняют нам представители Alstom. Дело в том, что быстрых и комфортабельных способов подняться на самый верх и спуститься обратно не существует. Если обслуживающая бригада прибывает к ветрогенератору с моря (в условиях морского ветропарка), ее высаживают на платформу. Дальше им придется войти внутрь полой башни и двигаться вверх либо с помощью подъемника, либо, если машина выйдет из строя, лезть вверх по перекладинам лестницы. Учитывая то, что залезть на высоту 75 м по приставной вертикальной лестнице тяжеловато даже здоровому мужчине, на разных уровнях башни устроены площадки для отдыха. Когда к ветрогенератору нужно доставить груз с судна, можно воспользоваться двумя кранами. Один перемещает тяжести с корабля на платформу, другой поднимает груз (до 1 т) со дна полой башни к гондоле. Если нет нужды в тяжелых запчастях, сотрудников сервисной бригады можно высадить и с воздуха, прямо на гондолу. Однако в случае чрезвычайной ситуации (например, пожара) в гондоле рассчитывать ни на вертолет, ни на тихоходный и, возможно, обесточенный подъемник, ни на лестницу не придется. Тут главное- вовремя смыться, для чего молодые люди и девушки в касках и отрабатывают со всем тщанием спуск с помощью тросов.

Надо сказать, что конструкторы постарались сделать все, чтобы облегчить жизнь сервисным бригадам — тем, кому придется работать посреди моря, возможно, в непогоду и шторм. Во-первых, все оборудование, например двухтонный трансформатор и аппаратура управления, вынесены из гондолы в нижнюю часть башни, чтобы без особой нужды не лезть наверх. Во-вторых, практически все операции по обслуживанию ветрогенератора в море можно будет делать изнутри башни и гондолы, при задраенных дверях и люках, так что пронизывающий морской ветер останется снаружи. Единственная операция, которая потребует наружных работ, — это затягивание болтов, соединяющих башню с гондолой.

Нам, простым смертным, не прошедшим тренинги по экстренной эвакуации, побывать наверху, в гондоле, не разрешили, но шанс увидеть грандиозную ветромашину Haliade150 вблизи вскоре представился. Такие агрегаты собирают на опытном предприятии Alstom, расположенном неподалеку, в Сен-Назере, куда и лежал наш путь. Сен-Назер — ворота Луары, крупнейший морской порт Франции, и с морем здесь связано почти все. Вот сохраненный для истории колоссальный бетонный бункер для подводных лодок, один из четырех сооруженных нацистами в оккупированной Франции. А вот шлюз Луи-Жюбер, в котором, как в сухом доке, верфь Chantiers Atlantique строила супертанкеры класса Batillus. По сравнению с этими мегасооружениями опытное производство ветрогенераторов Haliade 150 выглядит скромно. Всего один цех, в котором осуществляются три основных этапа сборки — соединение центрального блока гондолы с генератором, затем монтаж ротора. Огромные лопасти из стеклопластика, укрепленного бальсой, доставляют уже непосредственно к месту монтажа всей установки.

Только здесь, в опытном цеху, можно разглядеть детали Haliade 150, оценить ее своеобразную конструкцию. Одна из важнейших особенностей ветровой турбины нового поколения- отсутствие редуктора. Таким образом, вал генератора на постоянных магнитах вращается с той же угловой скоростью, что и ветроколесо — 4−11 вращений в минуту. Система direct drive хоть и требует специальных электротехнических решений, но позволяет уменьшить количество движущихся частей в агрегате, а значит, повысить его надежность (редуктор служит около двух лет и требует замены). Другая особенность Haliade150 заключена в разработанной Alstom конструкции Pure Torque (чистый крутящий момент). Дело в том, что, находясь в подвижной воздушной среде, ветровое колесо не только вращается вокруг своей оси, но и совершает разного рода «паразитные» движения, которые в стандартных конструкциях приводят к дополнительным нагрузкам на вал редуктора или генератора и могут преждевременно вывести их из строя. Чтобы избежать этих эффектов, в Haliade 150 ротор с помощью подшипников насажен на ось, жестко скрепленную с башней, которой и передаются в итоге все лишние напряжения. А независимо подвешенному генератору как раз и достается «чистый крутящий момент», который передается от ротора с помощью выполненных из ПВХ гибких элементов сцепления.

Когда закончатся сертификационные испытания, в 2014—2015 годах, в Сен-Назере и Шербуре будут созданы производственные мощности, рассчитанные на выпуск одной ветроустановки нового поколения за 2,5 дня. Это будут заводы по изготовлению гондол, генераторов, башен и лопастей. Но уже на примере опытного производства в Сен-Назере видно, насколько высока будет индустриальная культура на этих предприятиях. Здесь царит идеология lean- разработанная концерном Toyota система организации производства, при которой максимально «отжимаются» любые непроизводительные действия. К месту проведения определенной сборочной операции (они все пронумерованы) доставляются лишь те комплектующие и инструменты, которые необходимы для ее выполнения. Здесь не увидишь лежащих «без дела» инструментов, производственные площади не заставлены коробками и палетами неизвестного назначения. В центре цеха стоит стенд, где расписан график операций с отметками об их проведении и о результатах контроля качества. Тут же в цеху — другой стенд, на котором показано, как правильно и как неправильно закручивать гайки, зачищать и соединять провода, изолировать места сочленений силиконом, причем все это не рисунки, а реальные материальные объекты. Если у рабочего не получается выполнять эти операции в соответствии с эталоном, к его услугам специальная мастерская, где он может потренироваться, пока не достигнет совершенства.

Чтобы завершить знакомство с новым чудом альтернативной энергетики, стоило все-таки озадачиться вопросом: а к чему вся эта гигантомания? Оказывается, исключительно для дальнейшего удешевления электричества, получаемого с помощью ветра. «Ветрогенератор в 6 МВт выгоднее двух генераторов по 3МВт, — говорит Фредерик Эндрик, вице-президент компании Alstom Wind, курирующий разработку и производство морских ветротурбин. — Во-первых, мы экономим на установке, так как в первом случае нам понадобится один рейс судна, а во втором случае — два. Во-вторых — на обслуживании, а это достаточно затратная часть эксплуатации установки». Строго говоря, новое детище Alstom не является абсолютным рекордсменом среди существующих генераторов. По установленной мощности (УМ) Haliade 150 отстает от генератора Enercon-126 c УМ 7,58 МВт, да и с УМ 6МВт ветрогенераторы уже есть. В чем турбина нового поколения от Alstom действительно превосходит все остальные, так это в размахе ротора — 150 м против 126 у того же Enercon. И, по утверждению представителей Alstom, их новый агрегат выдает из расчета на 1 кг конструкции на 40% электроэнергии больше по сравнению с самыми прогрессивными моделями. Также в год он способен производить на 15% больше электричества, чем 6-мегаваттные генераторы нынешнего поколения.

В этом или в следующем году наземные испытания Haliade 150 будут завершены и придет время установить первую турбину в море. Уже известно, что она встанет недалеко от побережья Бельгии. Северное море — одно из наиболее перспективных с точки зрения развития морской ветроэнергетики. «Тамошний ветропотенциал позволит Haliade 150 в течение примерно половины дней в году работать на полную мощность, то есть генерировать 6МВт•ч», — говорит Фредерик Энрик. Далее, как считают в Alstom, Haliade 150 станет стандартом для ветроэнергетики грядущего десятилетия. Но не дремлют и конкуренты. Известно, что аналогичную разработку готов предложить Siemens (там также будет применена безредукторная система direct drive), правда, «в металле» ее еще никто не видел. Но будет ли продолжаться гонка размеров и значений установленной мощности? «Скорее всего, размеры ветрогенераторов не будут расти бесконечно, и индустрия находится вблизи естественного предела, — считает Фредерик Энрик. — Хотя бы потому, что для установки сверхбольших сооружений высотой, скажем, 200 м над уровнем моря, понадобятся совсем другие корабли и краны, строить которые вряд ли экономически целесообразно».