Ветроэнергетика представляет собой самый эффективный способ выработки электроэнергии с низким уровнем выбросов СО₂, и преобладающая тенденция сегодня – постоянное увеличение размеров ветряных турбин. Однако Ганс Вепфер, заядлый изобретатель и умелец из Швейцарии, разработал небольшую эффективную установку, которая легко помещается среди домов в любой деревушке или среди зданий в промышленной зоне.

Изобретения Вепфера легли в основу его собственного бизнеса – компании Wepfer Technics в округе Андельфинген вблизи Цюриха. Например, среди его изобретений специальная сенокосилка, машина для сбора облепихи, а также устройство, позволяющее одновременно снимать наружные и внутренние фаски труб.

«К нам обращаются люди с просьбой изобрести то или иное устройство, которое пока не существует, – поясняет Ганс, – и мы его изобретаем». На имя Ганса зарегистрировано несколько патентов, и некоторые его устройства продаются по всему миру.

На мысль о создании ветроэнергетической установки Ганса натолкнул принцип действия самолётных винтов. Вепфер имеет лицензию пилота, а если он с чем-то сталкивается в жизни, ему обязательно надо разобраться в том, как это работает. «Я стопроцентный механик», – смеётся Ганс.

Учитывая потребность в источниках энергии с низким уровнем выбросов CO₂, для Ганса было естественно воспользоваться своими знаниями о принципах работы винтов для разработки вет­ряной турбины. Чтобы создать такую установку, ему понадобилось получить соответствующие специальные знания и даже самому смастерить оборудование для изготовления деталей.

Однако изучение этих вопросов привело Ганса к противоположным результатам по отношению к преобладающей тенденции развития ветроэнергетических установок. «Любое дело, за которое берёшься, требует детального изучения, – объясняет Ганс, – и иногда полученные знания позволяют открыть новые горизонты».

В то время, как современные производители разрабатывают турбины всё больших и больших размеров – сейчас существуют установки с лопастями длиной 60 м и мачтами высотой 140 м, вырабатывающие до 7 МВт электроэнергии, – турбина Ганса производит всего лишь 83 кВт электроэнергии, имеет лопасти длиной 7 м, установленные на мачте всего в 16 м над землёй. Система из трёх турбин на одной опорной конструкции, вырабатывающих в общей сложности 250 кВт электроэнергии, установлена в промышленной зоне в соседнем городе Шаффхаузене и эксплуатируется местной энергетической компанией EKS, которая назвала установку Windmill3 Hans в честь её изобретателя.

Три турбины одновременно поворачиваются навстречу ветру, возвышаясь над заводскими зданиями, но работают они настолько тихо, что совсем не мешают рабочим. Предыдущий опытный образец установки был расположен всего в 30 м от окна спальни Вепфера, и Ганс вспоминал: «Мне даже приходилось вставать ночью, чтобы проверить, работает ли моя установка, потому что услышать её было невозможно».

Установка Ганса использует ротор инновационной конструкции с шестью более широкими и плоскими лопастями по сравнению с традиционным трёхлопастным ротором. Частота вращения законцовки такого шестилопастного ротора в два раза ниже, чем у ротора аналогичного размера с тремя лопастями. По мнению Вепфера, такая конструкция даёт определённые преимущества, одним из которых является практически полное отсутствие шума, ведь 45 децибел – это на уровне спокойного разговора.

Именно отсутствие шума, по мнению Вепфера, позволит легко получать разрешение соответствующих органов на монтаж установки. Вепфер считает, что его установки будут устанавливать в сельской местности и в промышленных зонах, потому что они не слишком громоздкие и не портят внешний вид. Это приведёт к децентрализации производства электроэнергии и позволит сократить затраты на передачу энергии и частично разгрузить сеть.

Большие плоские лопасти ротора не представляют опасности для птиц и летучих мышей. Вепфер утверждает, что животные зрительно воспринимают крутящиеся винты как большие диски и не приближаются к ним. На данный момент не зафиксировано ни одного случая гибели животного в результате столкновения с опытными образцами установки, но компания EKS ещё проводит сравнение статистических данных по численности птиц и летучих мышей до и после установки ветряной турбины. Есть вероятность, что животные просто обходят это место стороной, после того как здесь появились эти огромные «диски».

Но всё же главным преимуществом установки является эффективность новой конструкции. «Мы можем начать вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 1,5 м/с, в то время как для традиционных ветроэнергетических установок необходимая скорость ветра составляет от 3 до 3,5 м/с, – утверждает Вепфер. – Кроме того, нам не нужно отключать установку во время грозы и сильных порывов ветра. Мы просто регулируем шаг винта для поддержания требуемого уровня производства электроэнергии».

При разработке такого инновационного устройства проблемы неизбежны. Главная неприятность случилась тогда, когда при испытании образца отвалилась одна из лопастей ротора, и пришлось заново выполнять расчёт многих параметров проекта. В последней версии установки проблемы были устранены: первоначальную алюминиево-стальную конструкцию заменили полимерными лопастями, армированными углеродным волокном, увеличили размер главного вала и изменили конструкцию механизмов регулировки шага винта.

Теперь Вепфер готовится приступить к серийному производству своих установок. Опытный образец оказался достаточно дорогостоящим, поскольку многое приходилось делать вручную. Серийное производство будет менее затратным, с более экономным расходом материалов. «На опытный образец у нас ушло 60 тонн стали, но теперь, с новой опорной конструкцией, мы значительно сократим расход металла», – утверждает Вепфер. Отдельные детали придётся закупать, так как мастерские Вепфера не имеют достаточных мощностей для их изготовления.

Недостатка в потенциальных покупателях нет: «Нам присылали запросы, и к нам приезжали со всего мира, даже из Китая и Северной Кореи, – говорит Вепфер, – поэтому мы планируем расширить ассортимент предлагаемой продукции».

Турбины будут поставляться как по отдельности, так и в виде комплексов из двух, трёх или даже четырёх установок на одной опорной конструкции. Также будут доступны исполнения большего и меньшего размеров, хотя Вепфер считает, что существуют определённые ограничения по размерам установки, иначе конструкция теряет свои преимущества.

«Для меня, как для изобретателя, это важный этап в карьере, – говорит Ганс. – Это большой проект для нас, и он довольно существенно отличается от того, что на сегодняшний день представлено на рынке. Я думаю, это важное изобретение».

Как вы понимаете, Ганс Вепфер на этом не остановится. «В связи с этим проектом у меня в голове родились разные идеи для новых изобретений, – говорит он, – но пока я вам о них не расскажу».

Центральные элементы
SKF поставляет три центральных элемента для новой ветроэнергетической установки Ганса Вепфера. Вся конструкция вращается на опорно-поворотном устройстве SKF, установленном на 2,5-метровом зубчатом колесе. Главный вал с обоих концов опирается на сферические роликоподшиники SKF в корпусах, а гидравлический механизм регулировки шага винта поддерживается двумя радиально-упорными шарикоподшипниками.