Энергетический кризис, обернувшийся резким удорожанием ископаемого топлива, стал мощным стимулом для инноваций в возобновляемой энергетике, в том числе в сегменте ветрогенераторов.
Несмотря на рост доли ветроустановок в глобальной структуре выработки электроэнергии (с 3,5% в 2015 году до 6,7% в 2021-м), их использование до сих пор связано с рядом ограничений, в том числе невозможностью применения стандартных ветротурбин в открытом море и их неудобством для частных домохозяйств. Однако за последние полтора года на рынке появились технологии, которые способны обойти эти барьеры.
Энергия ветра для частного сектора
Одним из примеров является проект компании Aeromine Technologies, которую основали инженеры Хьюстонского университета, разработавшие ветротурбину, пригодную для монтажа на крышах частных домов. Инновация выглядит как ящик высотой три метра: его стенки образуют два антикрыла, напоминающие аналогичную деталь гоночного автомобиля, которые при этом расположены в вертикальном положении под углом в 45 градусов. Между стенками установки размещена труба, а на ее дне – пропеллер диаметром всего 91 см. Антикрылья создают зону низкого давления, которая затягивает воздух и тем самым приводит в действие ветрогенератор, пишет itek.ru.
Мощность одной установки составляет 5 кВт. Монтаж четырех турбин, которые должны быть размещены на расстоянии не менее чем 4,6 метра, обеспечивает мощность 20 кВт, что уже достаточно для снабжения загородного дома. Инновацию можно использовать совместно с фотоэлектрическими панелями, которые удобно размещать на скате крыши. Иллюстрация тому – черепица со встроенными монокристаллическими солнечными элементами, разработанная немецкой компанией Autarq: новинка выглядит как обычная кровля и при этом пригодна для эксплуатации при температуре от минус 40 до плюс 85 градусов. Учитывая сравнительно небольшую стоимость (276 евро на квадратный метр), эта технология может сделать доступной солнечную энергию для тех, кто хочет перейти на автономное энергоснабжение, но желает сохранить привычный фасад собственного дома.
Турбины для открытого моря
Другую проблему – невозможность использования стандартных ветротурбин на большой глубине – попыталась решить норвежская компания World Wide Wind, которая спроектировала плавучую ветряную турбину с вертикальной осью. Обычные ветротурбины имеют горизонтальную ось: вал ротора, на который насажены ветряные лопасти, расположен горизонтально относительно земли, при этом сами лопасти закреплены на вершине башни. Разработка World Wide Wind имеет другую форму: роторный вал размещен вертикально относительно поверхности воды, а лопасти находятся ближе к основанию башни. Благодаря более низкому центру тяжести ветроустановка подходит для большой глубины: при выводе в открытое море она будет принимать наклон в 60 градусов, но при этом сохранять устойчивость.
Альтернативное решение предложил стартап T-Omega, который протестировал прототип ветротурбины с необычной формой несущих конструкций: установка имеет вместо одной четыре башни, смонтированные в форме пирамиды, на вершине которой размещены лопасти. Инновация не имеет подводных элементов, за исключением балласта, который, наряду с квадратной формой основания, придает конструкции устойчивость. Прототип, изготовленный в соотношении 1:60 к размеру коммерческого аналога, был протестирован в волновом резервуаре университета Глазго: конструкция выдержала волны, полномасштабный эквивалент которых составляет от 18 до 30 метров. Преимуществом установки является и способность вращаться вокруг своей оси, благодаря чему при работе в море она всегда будет обращена против ветра без помощи дополнительных поворотных механизмов.
Решения для ремонта и утилизации
Слабостью морской ветроэнергетики пока что остается и ремонт вышедших из строя лопастей: производителям для этого приходится демонтировать надводные элементы ветроустановок и транспортировать их на берег, чтобы уже там осуществлять монтаж запасных частей. Облегчить эту задачу призвана инновация норвежской компании Fred. Olsen 1848, предполагающая использование специального судна снабжения, на котором размещен телескопический кран со складной поворотной стрелкой. Кран будет устанавливаться на колонне плавучего фундамента и менять отработанные лопасти на новые в режиме дистанционного управления.
Однако демонтированные лопасти все равно будут нуждаться в безопасной утилизации. Решить эту задачу попыталась испанская Siemens Gamesa, которая начала применять специальную смолу для крепления деталей лопастей ветрогенераторов, выполненных из армированного стекла и вспененного полиэтилентерефталата (ПЭТ). Отработанные лопасти после демонтажа будут размещаться в специальном растворе, при взаимодействии с которым смола начнет отделяться от используемых материалов, что сделает их пригодными для переработки. Эта технология уже была опробована при производстве ветрогенераторов для проекта Kaskasi, который компания RWE реализует в немецком секторе Северного моря.
Список инноваций, нашедших успешное применение, в ближайшие месяцы будет и дальше расти. Ведь чем выше сырьевые цены, тем больше шансов на успешную коммерциализацию разработок, позволяющих упрощать и удешевлять производство "чистой" энергии.
