Источники альтернативной энергии мешают украинским инвесторам

Про ветрогенераторы.

Встречаются тут посты про невиданные национальные успехи в этой области, в частности про какого-то Онипко, что председательствует аж целой академией ноук (какой-то), и еще какое-то полтавское чудо техники. Пиар типа хороший. Но для заядлых спорщиков – немного теории на пальцах.

Все эти девайсы предназначены для извлечения энергии. Как гласит нам школьный учебник физики – энергия это сила умноженная на путь. А мощность – соответственно сила на скорость. Классический ветряк представляет из себя горизонтальный пропеллер, каждая лопасть которого представляет из себя крыло. Которое по итогу движется с какой-то угловой скоростью, а эта угловая скорость означает скорость линейную (каждой части того крыла), что зависит уже от диаметра. Итого мы имеем ту самую скорость, на которую и множится сила. Чем больше скорость – тем больше мощность генератора. Все просто как шоколад.

В принципе и лопасти генератора, и например парусные суда умеют двигаться значительно быстрее чем собственно скорость ветра. Естественно под углом к нему. Ну для парсных яхт – раза в 2-3 быстрее, для лопастей это соотношение будет еще больше. При этом суммарный воздушный поток их обтекающий (вымпельный ветер, если для яхт) состоит из исходного ветра, и собственно их собственному линейному перемещению в среде (воздухе), то есть векторной их сумме. Вторая часть там направлена строго против движения, и соответственно создает лобовое сопротивление, тормозящее вращение, а не способствующее ему.

То есть существует некоторый предел линейной скорости лопасти, определяемый соотношением скоростей ветра, и скорости самой лопасти, при которой она еще получает энергию от потока, а не тратит ее на преодоление сопротивления. Это отношение зависит от чисто аэродинамических нюансов, которые в целом именуются “аэродинамическим качеством”, и эту безразмерную величину любят считать всякие очкатые ботаны в институтах. В самом общем случае – чем длиннее (и уже) лопасть (аэродинамическое удлинение называетсо) тем это аэродинамическое качество выше. Но в случае ветряка – разные части лопасти двигаясь с одинаковой угловой скоростью двигаются с совсем разной скоростью линейной, в зависимости от расстояния до центра вращения (ступицы винта), что резко усложняет задачу, с максимальной линейной скоростью вращаются концы лопастей, тогда как их корневая часть имеет линейную скорость около нуля. Что сильно ограничивает эффективность всей конструкции.

Итого, краткое резюме, для производства максимального количества энергии (мощности) лопасти должны вращаться быстро. Очень быстро. При этом концы лопастей будут иметь скорость заметно выше скорости ветра, в несколько раз (а то и десятков раз). То есть “высокую скорость”. И при этом они будут шуметь, что кагбэ неизбежно. И несколько ограничивает возможности применения этих самых ветряков. Быстро вращающиеся лопасти испытывают серьезные механические нагрузки, особенно когда разрубают напополам пролетающу. ворону. То есть должы быть прочными. А в связи с тем что на каждом участке у них разное отношение скорости ветра к линейной скорости участка, они должны иметь весьма хитрую (и точную) форму. Потому они будут дорогими. Углепластие всякий, сплавы хитрые, и технологии что придают замысловатых форм. Потому дешевым это быть не может по определению. Плюс будет шумным. И опасным, не только для птичек, оборвавшись ротор диаметром в несколько метров (и весом в десятки киллограм, если не сотни) где концы прочных лопастей движутся со скоростями в сотни метров в секунду – превращается в летающую циркулярную пилу циклопических размеров, способную рубить не только пальцы, но даже и дома.

Еще более краткое резюме, “классические” роторы хороши для коммерческой генерации во всяких безлюдных местах, желательно – с сильными ветрами. И являются дорогим удовольствием что в плане технологий, что в плане мер безопасности, требуя солидной зоны отчуждения. Это явно не та штука которую имеет смысл ставить у себя во дворе “для дома для семьи”. Факт. И ту на сцене появляются “низкоскоростные турбины”.

Что это такое? Если мы вспомним определение “аэродинамического качества” то увидим что это безразмерная величина, она определяет не только отношение линейной скорости лопасти к скоости ветра, но и количество энергии которую можно снять с единицы ее площади. Используя менее скоростное крыло (лопасть) мы можем снять ту-же мощность за счет увеличения его размеров. Это снимает ряд вопросов с безопасностью и механическими нагрузками (то есть высокой технологичностью) но требует кратного увеличения геометрических размеров. Что в принципе не так и страшно, если ротор ДЕШЕВЫЙ. Ибо если он дорогой, то будучи в 2 раза больше (а скоре – в 5) он становится соответственно в 2 (или 5) раз дороже. Все снова таки просто как шоколад. Тут следует различать так-же роторы с горизонтальной осью, требующие ее поворота в соответствии с направлением ветра, и с вертикальной, подобного не требующими.

Ибо сама по себе система поворота (и обычно – несущая мачта) сами по себе не дешевое удовольствие, и тем они дороже чем больше размер (и масса) ротора. То бишь для низкоскоростных роторов эта проблема еще острее становится чем для высокоскоростных (и относительно компактных). Потому именно для низкоскоростных роторов популярна схема с вертикальной осью, что заодно упрощает размещение (не нужна мачта) и удешевляет всю конструкцию, даже при ее вполне солидных габаритах (массе). Низкоскоростной ротор с горизонтальной осью потребует сложной (и дорогой) системы поворота и крепления, особенно если сам ротор достаточно большой (имеет большую массу и сопротивление), и тут привет тов. Онипко. Его конструкция в этом отношении выглядит особенно ужасно.

Вертикальны конструкции там выглядят заметно предпочтительнее, в том числе и “полтавский” ротор. Но снова таки вопрос упирается в цену вопроса. Низкоскоростной ротор по определению должен быть большим, и значит будет дорогим, в расчете на единицу мощности. Или должен быть крайне прост и технологичен в изготовлении, и тут как раз “полтавский” ротор совсем таким не выглядит, а скорее наоборот. И вполне адская его цена (150к гривен емнип) обусловлена боюсь совсем не стоимостью китайских неодимовых магнитов… То есть сами по себе “высокотехнологичные роторы” могут быть вполне дешевыми по итогу, но лишь при условии массового производства (сильно массового) и серьезных капиталовложений в производство. Чего пока нет, и не факт что будет. Вот такие пирожки с котятами.

То есть я не то что-бы против развития национальных проектов в данной сфере, но имхуется мне что нужно объективно оценивать качества (и перспективы) предлагаемых конструкций. Ну а хороший пиар это штука конечно нужная, но уже глубоко вторичная. И при неправильном применении вполне способная дискредитировать саму идею, принести скорее вред чем пользу. В отсутствии серьезного массового производства (или твердой решимости в него много инвестировать, как и в сбыт) считаю что стране нужна конструкция тупая как угол дома, и пригодная к воспроизведению на колене из подручных материалов. Это если говорить о решении энергетических и инфраструктурных проблем. Ну что-то в духе ротора Савониуса (или возможных на эту тему вариаций), а не изобретение избыточно сложных велосипедов. Ну я так думаю

Станислав Кукарека