Только три, немецкие, компании в мире выпускают ветротурбины мощностью более пяти мегаватт. Самые мощные турбины строит компания REpower.

Когда в начале февраля 2005 г. в германском городе Брунсбюттель, расположенном на побережье Балтийского моря, была введена в строй крупнейшая в мире ветротурбина, германский министр экологии Юрген Триттин назвал пуск турбины REpower 5M важной вехой в истории страны, а затем добавил, что будущее ветроэнергетики лежит в открытом море.

Пуск турбины в Брунсбюттеле – это первый в целой серии «береговых» испытаний «морского» варианта турбин 5M, которые будут устанавливаться в открытом море. Вероятно, что первая из них в рамках проекта Талисман DOWNVIND, поддерживаемого Европейским Союзом, будет установлена в 2006 г. в 25 км от побережья Шотландии на основании, покоящемся под 44-метровой толщей воды.

«В Германии мы вынуждены устанавливать ветряки в открытом море, – говорит  представитель компании REpower Беттина Линден. – Немцы очень болезненно реагируют на то, что они называют «аспарагизацией» ландшафта (asparagus – спаржа). Так что ветрякам приходится отправляться туда, где их никто не видит… На самом деле есть несколько причин для установки ветряков в открытом море».

«Одна из причин в том, что морской ветер является более эффективным источником энергии, чем наземный ветер, – говорит Мартин Шкиба, до недавнего времени возглавлявший проект по созданию турбины 5М. – Из морского ветра можно получить в два раза больше электричества – поверхность земли тормозит источник энергии».

Одна из главных проблем, связанных с установкой ветряков в открытом море, состоит в том, что они находятся далеко от берега. Именно поэтому REpower так нужен ветряк на побережье, куда специалисты могут легко добраться. Но получить разрешение на установку ветряка на суше нелегко, особенно для таких  пятимегаваттных гигантов, каждый из которых способен снабжать электроэнергией 4500 германских семей. REpower надеется, что местные и государственные органы власти примут во внимание то количество рабочих мест, которое она создает в северной части Германии, и отнесутся к наземным испытаниям ветряков более благосклонно.

Ветроэнергетическая отрасль учится на ошибках тех компаний, которые первыми перешли на установку ветряков в открытом море и для этой цели пытались переоборудовать свои наземные ветротурбины. Мощность этих первых морских ветротурбин была меньше мощности ветротурбин нынешнего поколения, однако высокая стоимость сооружения оснований, находящихся на глубине до 40 метров, и подключения к энергосистеме означает, что новое поколение гигантских ветряков является единственно возможным способом амортизации высоких капитальных затрат.

Новые масштабы неизбежно связаны с использованием новых материалов. Роторы первых ветротурбин изготавливались из стали, теперь же стандартным материалом является армированная стекловолокном пластмасса. Однако REpower вынуждена армировать стекловолокно углеродным волокном для того, чтобы удлинить размеры роторов своих трехлопастных турбин 5M с диаметром лопастей 126 метров без увеличения их веса.

Проектирование ветряков, специально предназначенных для использования в открытом море, требует учета новых параметров, а, поскольку техобслуживание и ремонт таких установок будут затруднены из-за их удаленности, – успех компании будет зависеть от того, насколько хорошо ей удастся справиться с этими задачами.

«Главная проблема – обеспечить высокий уровень эксплуатационной готовности, – продолжает Шкиба. – Заскочить на минутку по дороге в магазин, чтобы заменить сгоревший предохранитель, не получится. Значит – эти турбины должны безотказно работать в течение нескольких месяцев подряд». Турбина 5M изначально проектировалась с учетом суровых условий окружающей среды. Прежде всего, требовалось обеспечить защиту от коррозии, которая возникает под воздействием постоянно дующих соленых ветров. Приходилось учитывать и другие, менее очевидные, аспекты. Так, по словам Шкибы, в то время,как опорой ротора большинства ветротурбин служит только один подшипник (второй находится в редукторе), ротор турбины 5М имеет два подшипника: один в фиксирующей опоре, другой – в плавающей. При такой конструкции на подшипники редуктора воздействуют только радиальные нагрузки с равномерным распределением.

Непрерывный мониторинг состояния деталей и узлов ветроустановки  осуществляется при помощи электронной системы контроля, что позволяет в процессе очередного техобслуживания предпринять меры по устранению отказов еще до того, как они произойдут. На тот случай, если техническому персоналу все же придется вылетать по срочному вызову, на гондоле ветряка предусмотрена вертолетная площадка. Внутри гондолы имеется 6-тонный подъемный кран, при помощи которого можно производить демонтаж и замену 95% деталей. Лишь для обслуживания самых крупных деталей требуется подъемная платформа с собственным краном. На суше для того, чтобы опустить гондолу, зачастую приходится демонтировать ротор, который можно уложить рядом. В открытом море такая процедура вряд ли возможна. Поэтому конструкция турбины 5M выполнена таким образом, что практически все ремонтные работы могут быть произведены внутри гондолы, а запчасти можно поднимать и опускать при помощи подъемного крана через специальные отверстия, закрываемые створками.

На создание ветротурбины 5M компанией REpower было затрачено 12,5 миллионов евро. Примерно15% от этой суммы поступило из общественных фондов. При этом компания ставила перед собой задачу обеспечить такую надежность и рентабельность своих первых морских ветряков, которые бы соответствовали принятым в отрасли требованиям. Свою часть работы они выполнили, но, по словам представителя компании Беттины Линден, они не в состоянии решить все проблемы самостоятельно. «Предстоит принять политические решения, касающиеся инфраструктуры, прокладки кабелей по дну моря, интеграции ветроэнергетики в энергетическую систему. Кроме того, не решены все проблемы, связанные с эксплуатацией и техобслуживанием ветряков». «Мы пока еще в самом начале пути», – говорит Шкиба. Он сравнивает ветроэнергетику с автомобилестроением: «Мы во многом еще на том этапе, когда все делается вручную. Если производство станет более автоматизированным, то через 10-15 лет мы, возможно, станем дешевым элементом смешанной энергетики».

Подшипник рекодных размеров

SKF поставляет подшипники для ротора ветротурбины 5M, вес которого превышает 100 т. В качестве плавающего подшипника используется тороидальный роликоподшипник CARB® – самый крупногабаритный из когда-либо изготавливавшихся. Его внутренний диаметр 1500 мм, а вес – 2700 кг. Функции фиксирующего подшипника выполняет сферический роликоподшипник. Исключительные размеры подшипников потребовали создания нового индукционного нагревателя для монтажа подшипников и их корпусов весом 8000 кг каждый. Инженеры SKF также сконструировали специальную разрезную гайку (также самую крупную из когда-либо изготавливавшихся), которая облегчает монтажные и демонтажные работы. SKF также поставляет систему мониторинга WindCon для контроля за целым рядом важных параметров в режиме он-лайн (см. статью в Evolution № 1 за 2005 г.).