Развитие ветроэнергетики постепенно выходит на новый уровень.
В последнее время все чаще проектируются и создаются ветропарки, вырабатывающие в промышленных масштабах энергию, отвечающую жестким требованиям стандартов электрических сетей.
Однако огромное количество разнесенных друг от друга агрегатов занимают большую площадь для своего размещения, создавая тем самым проблемы по строительству, обслуживанию оборудования и аренде земли.
В последнее время выдвигаются проекты сравнительно компактного и мощного ветроэнергетического оборудования.
Наиболее известным агрегатом с проектной мощностью до 1 ГВт является турбина американского изобретателя Эда Мазура. Ветротурбина представляет собой огромный вертикально установленный цилиндр с лопастями, вытянутыми вдоль оси, висящий на магнитных опорах.
За счет левитации уменьшается практически до нуля трение опорных узлов ветротурбины, и, по утверждению разработчиков, это позволяет на 20 % увеличить выходную мощность агрегата. Как следует из сообщений, такие агрегаты уже выходят на уровень промышленного производства.
Однако главное достоинство этого агрегата – наличие элементов, создающих сопло Лаваля, позволяющее охватить поток воздуха с большой площади. Помимо этого, ветротурбина с вытянутыми вдоль вертикальной оси лопатками позволяет обработать большой объем поступающего воздуха и дает возможность установить тяжелое силовое оборудование в нижней части агрегата.
Конструкция обеспечивает более полное использование третьего – вертикального – измерения, которое в будущем может доходить до километра и более, причем площадь охвата воздушного потока сможет составить сотни тысяч квадратных метров.
Диаметр лопастей ветроагрегатов, создаваемых по традиционной схеме, как правило, не превышает 60 метров, при площади охвата порядка 3000 квадратных метров. Дальнейшее увеличение диаметра ограничивают в основном центробежные силы, действующие на лопасти ветроагрегата.
Ветроагрегат Эда Мазура с помощью кольцевого расположения сопел Лаваля ловит ветер со всех направлений и подает воздушную струю на лопасти турбины, которые вытянуты вдоль оси вращения. Такая схема позволяет обработать воздушный поток сечением в сотни тысяч квадратных метров.
Весь агрегат представляет собой огромное сооружение, находящееся под давлением мощного воздушного потока, поэтому подвижные детали, концентрирующие воздушный поток, испытывают большие переменные нагрузки, что вызывает сомнение в устойчивости сооружения в целом. Жесткость конструкции должна быть значительно выше, т. е. ее элементы и связи должны быть достаточно прочными, легкими и устойчивыми. Такую задачу без применения жесткой конструкции и новых материалов, обладающих уникальными строительными свойствами, решить практически невозможно.
Патенты РФ № 49596, 53394, 54196, 65910 предполагают возможность создания материала из стальных тонкостенных трубок, наполненных газом под давлением 300 400 атмосфер. Это тонкие длинные трубки, охваченные кевларовым чулком с запаянными концами, словно трубки в нанотехнологиях. Они могут представлять собой первичные элементы в масштабе строительных конструкций.
Несмотря на наличие газа под высоким давлением, вследствие тонкости стенок и малого диаметра они полностью безопасны в эксплуатации, а газ под давлением придает им дополнительную жесткость.
В сочетании с крепкими нитями из кевлара, используемыми в качестве связки, и соответствующей пропитки можно получить требуемый материал, обладающий высокой прочностью, легкостью и химической стойкостью. Помимо этого, целесообразно отказаться от подвижных элементов, создающих сопла Лаваля.
Только в этом случае строительная конструкция получит необходимую жесткость, легкость и способность обрабатывать большие воздушные потоки.
Создание промышленного производства энергетических объектов нового поколения способно загрузить производственные мощности на многие годы.
