Тайна крымского полуострова. Siemens все же поставила газовые турбины на строящиеся ТЭС вопреки санкциям? Или компанию нагло обманули?

В ночь на 6 июля 2017 г информационное пространство взорвала новость — несмотря на западные санкции, прочные и долговечные парогазовые турбины SGT6-2000E (V84.2) Siemens попали в Крым на строящиеся электростанции.

В ночь на 6 июля 2017 г информационное пространство взорвала новость — несмотря на западные санкции, Siemens осмелилась поставить в Крым оборудование для строящихся ТЭС.

Речь шла о парогазовых турбинах, которые необходимы для запуска  тепловой электростанции (ТЭС).

 

Иностранные СМИ ссылаются сразу на несколько источников — представителей Минэнерго Крыма, подрядчиков на строящейся ТЭС в г Севастополе.

Как следует из скудных сообщений, в начале июля 2017 г в г Севастополь морским путем были доставлены 2 газовые турбины  модели SGT5−2000E, которую производит только Siemens и ее дочки.

На площадке ТЭС уже проведены работы для установки и запуска оборудования.

 

Абсурдность ситуации в том, что в Siemens заявили, что не поставляли в Крым оборудование, следуя существующим санкционным ограничениям.

При этом непонятно, осуществлялась ли поставка с ведома или согласия немецкой компании.

 

Но есть и более интересная версия, в которой Siemens так же выглядит не в очень хорошем свете, впрочем как и российские компании.

В СМИ гуляет информация о том, что газовые турбины были доставлены в Крым из Тамани.

 

А тут начинается целая детективная история.

В марте 2017 г  Gas Turbine Technologies — СП Siemens и российских компаний, поставила в Тамань турбины для строящейся там ТЭС.

Закупкой турбин занимался Технопромэкспорт.

 

За несколько месяцев до этого — в ноябре 2016 г Технопромэкспорт обратился в правоохранительные органы г Санкт-Петербурга с заявлением о том, что компания произвела закупку оборудования у Gas Turbine Technologies, однако его компании не поставляют.

Тогда в Siemens заявили, что опасаются того, что газовые турбины могут быть использованы не в Тамани, а в Крыму.

В гг Севастополе и Симферополе сейчас строятся газовые ТЭС мощностью по 470 МВт для обеспечения базовой генерации. 

Каждая ТЭС будет иметь по 2 энергоблока. 

1^я очередь электростанций — 2 блока мощностью по 235 МВт каждый  должна быть введена в эксплуатацию к 1 сентября 2017 г, 2^я очередь — в марте 2018 г.

 

Между тем, проект 2 крымских ТЭС заточен под парогазовые установки (ПГУ) с газовыми турбинами Siemens, которые производятся на заводе в г Санкт-Петербурге.

Несмотря на то, что компания локализовала на территории России свое производство, санкции Запада не позволяют компании заниматься поставками оборудования в Крым.

То есть завод, производящий на территории России оборудование, не может поставить в российский регион это оборудование?

Это выглядит нелепо. Зачем тогда строился этот завод?

В Siemens, вероятно, нелепость ситуации тоже понимают.

Поэтому сделано так, что и волки сыты, и овцы — целы.

 

Невозможность поставки оборудования серьезно угрожает срокам строительства ТЭС в Крыму, хотя А. Козак в феврале 2017 г говорил, что все идет по графику.

В апреле 2017 г глава министерства А. Новак признал, что сроки сдачи ТЭС будут сдвинуты из-за проблем с поставкой оборудования иностранными компаниями.

Siemens, которая должна была поставить на ТЭС в г Севастополе и г Симферополе парогазовые установки (ПГУ) оказалась не в состоянии выполнить заказ.

 

Но есть и другие варианты — Россия планирует заключить контракт на поставку турбин для ТЭС в Крыму с Ираном.

И причем этот проект очень активно обсуждается.

Что ж, была ли поставка оборудования или нет, можно узнать только опытным путем — проверить.

 

Газовая турбина SGT5-2000E Siemens Gas Turbine (SGT) – хорошо зарекомендовавшая себя рабочая лошадка.

Газовая турбина SGT6-2000E (V84. 2) отличается прочностью и долговечностью и предназначена для рынков с частотой электросети 60 Гц.

Используется для ТЭС простого и комбинированного цикла, на нефтегазовых промыслах, для привода компрессорного оборудования и электрогенераторов.

Мощность турбины SGT6-2000E составляет 114 МВт, в комбинированном цикле: 171 МВт (1*1) и 342 МВт (2*1).

КПД достигает 34,3%, для комбинированного цикла: 51,3 и 52,0%, соответственно.

 

Машина характеризуется отработанной в течение длительного времени конструктивной концепцией:

— 1-корпусная турбина с 4 ступенями в 1-вальном исполнении

— 17-ступенчатый осевой компрессор,

— 2 подшипника ротора

— привод генератора с воздушным охлаждением ( часть лопаток также охлаждаются воздухом), со стороны компрессора

— составной дисковый ротор с хиртовым зубчатым зацеплением и центральным стяжным болтом для стабильности ротора

— камеры сгорания футерованы керамическими элементами и обеспечивают возможность их периодической замены

Комбинация данной проверенной конструкции и инновационных характеристик обеспечивает следующие преимущества:

— низкие капитальные затраты на единицу установленной мощности

— возможность сжигания разных видов топлива

— эксплуатационная гибкость

— низкие эксплуатационные расходы

— продолжительный срок службы

— короткий срок возврата инвестированного капитала

— низкие выбросы вредных продуктов сгорания топлива оксидов азота (NOx)

 

Комментарий: Турбины Siemens стали частью геополитической игры | Комментарии обозревателей DW и приглашенных авторов | DW

Международный концерн Siemens в эти дни вынужден давать объяснения. Как это возможно, что российский партнер крупнейшего производителя оборудования поставляет в Крым высококачественные турбины Siemens, а немецкий производитель якобы ничего об этом не знает? А что со специализированным российским предприятием, которое несет ответственность за установку и запуск этих турбин (СП «Сименс технологии газовых турбин» (65% у Siemens, 35% — у российских «Cиловых машин») произвело 4 турбины для «Технопромэкспорта», дочерней компании госконцерна «Ростех», затем эти турбины оказались в Крыму. — Ред.)?

Нападение — лучшая защита

Siemens является держателем части акций этого предприятия, но, как оказалось, весьма удивлен его крымскими планами. В концерне заявляют, что российские партнеры его обманули и нарушили договор. Поэтому Siemens подал иск против своего партнера в России — «Технопромэкспорта».

Кристиан Триппе

Нечто подобное обычно называют классическим примером защиты путем нападения. Ведь если бы удалось доказать, что Siemens поставляет в Крым окольными путями продукцию, на которую наложено эмбарго, это было бы очевидным нарушением санкций ЕС в отношении России. Тогда все увидели бы, что международный концерн готов встать на скользкую дорожку ради получения прибыли.

Опасения оказаться вовлеченным в Европе в конфликт, катастрофический, с политической точки зрения, и очень накладный — с юридической, у Siemens чрезмерно велики. Тогда уж лучше пойти на риск и начать во многом сомнительный судебный процесс в России. Выступить с иском против своего партнера на рынке, не имея гарантий соблюдения законности, — на это можно решиться только в крайнем случае, когда нет другого выхода.

Риски торговой политики

В торговой политике вокруг Крыма уже однажды возникала ситуация, когда Siemens, условно говоря, сел на мель. Через несколько дней после того, как Россия путем спецоперации заняла украинский полуостров и аннексировала его, глава Siemens Джо Кезер (Joe Kaeser) полетел в Москву, радостно встретившись с президентом России Владимиром Путиным.

Сразу после этого в одном из интервью Кезер заявил о «краткоросчной турбулентности», имея в виду резкую дипломатическую реакцию Запада на неоимпериализм Путина. Наблюдатели уже тогда высказали предположение, что для Кезера и других «капитанов бизнеса» их бонусы гораздо важнее, чем международное право. Еще три года назад Siеmens должен был знать, что хорошие экономические отношения никоим образом невозможны там, где в политическом смысле нет поля для маневра. А со временем атмосфера накалилась еще сильнее, и это ощущает не только Siemens.

Немецким компаниям и федеральному правительству снова и снова ставят в упрек якобы коварную двойную игру: с политической точки зрения, бесспорно, экономические санкции ЕС в отношении России, которые в первую очередь коснулись немецких производителей, до сегодняшнего дня соблюдаются, несмотря на сопротивление и возражения бизнеса. Но, с экономической точки зрения (и это является главным обвинением), немецкие предприятия, несмотря на санкции или вопреки им, все равно успешно ведут бизнес с Россией.

Геополитическая игра

Этот упрек звучит, прежде всего, из Киева и Варшавы, что неудивительно. Но все чаще слышен он и из Брюсселя, а это в Берлине должны расценивать как сигнал тревоги. С тех пор, как США пытаются торпедировать запланированное строительство российско-германского газопровода по дну Балтийского моря, экономические отношения Германии и России окончательно превратились в геополитическую игру. Хотя эта игра, в основном, напоминает хардбол — в ней почти нет правил и отсутствуют судьи.

То, что от появления газопровода «Северный поток-2», строительство которого стоит примерно 10 млрд евро, больше всего потеряет Украина, является чем-то большим, чем просто один из аспектов. Ведь ежегодно Киев не будет получать около двух миллиардов евро за транзит российского газа. В такой непростой ситуации Siemens и федеральное правительство должны позаботиться о своей четкой позиции.

Автор: Кристиан Триппе, обозреватель DW

Этот комментарий выражает личное мнение автора. Оно может не совпадать с мнением русской редакции и Deutsche Welle в целом.

Смотрите также:

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Все началось с телеграфа

  В 1846 году Вернер фон Сименс (Werner von Siemens) изобрел стрелочный телеграф, ставший предшественником факсимильного аппарата. Чтобы наладить серийное производство, вместе с механиком Иоганном Гальске (Johann Halske) он создал фирму Telegraphen-Bauanstalt von Siemens & Halske. В берлинской мастерской десять умельцев выпустили первую партию таких телеграфов.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Из мастерской на фабрику

  В 1850-е годы на фабрике Siemens наладили стандартизированное серийное производство. Здесь сконструировали паровые двигатели и придумали первые генераторы. Открытие электродинамического принципа — одно из главных достижений Сименса: он создал условия, при которых производство электроэнергии в больших объемах стало реальностью.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Уникальное судно

  В 1864 году фирма потерпела серьезные убытки, связанные с неудачной прокладкой телеграфного кабеля через Средиземное море. Спустя десять лет при помощи специального судна «Фарадей», оснащенного кабелеукладочной машиной, удалось связать Ирландию и США. В последующие годы таким же способом было проложено еще шесть трансатлантических линий.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Транспорт будущего

  В 1879 году фирма Siemens & Halske представила первую в мире электрическую железную дорогу, работающую от внешнего источника питания. Уже в 1881 году открылось трамвайное сообщение с длиной пути в два с половиной километра. Электрический трамвай мог развивать скорость до 30 км/ч и следовал от берлинской станции Лихтерфельде.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Социальный предприниматель

  Помимо технических изобретений Вернер фон Сименс был известен и как меценат. Деньги он жертвовал на развитие науки, в частности, на основание Берлинской национальной физико-технической лаборатории. Кроме того он заботился о сотрудниках своей компании: создал пенсионный фонд и библиотеку, сократил рабочий день. В 1890 году Сименс ушел в отставку, а спустя два года скончался от воспаления легких.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Город-фирма

  Компания увеличивалась с каждым годом. В 1897 году фирма Siemens & Halske приобрела незаселенную территорию на северо-западе Берлина. Постепенно здесь концентрировалось произоводство и строилось жилье для работников. В 1914 году эта площадь стала районом города и получила название Сименсштадт (Siemenssstadt).

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Труд подневольных рабочих

  Во время Второй мировой войны Siemens & Halske использовала труд подневольных рабочих, в частности, узников женского концлагеря Равенсбрюк, на территории которого компания возвела завод. Женщины занимались сборкой телефонов и другого оборудования связи. Лишь в конце 1990-х фирма создала специальный фонд для выплаты компенсаций.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Больше заводов и фабрик

  Турбины, средства автоматизации, железные дороги, электростанции, частные коммуникационные системы, медицинская техника, стиральные машины, — чего только не выпускала компания Siemens. К началу 1980-х годов фирма открыла свои производства в 37 странах. В 1990-х годах две трети выручки составили именно зарубежные доходы.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Громкий скандал

  В 2006 году компания оказалась в центре громкого коррупционного скандала. Около 1,3 миллиарда евро оказались в черной кассе, из которой деньги ради выгодных сделок направлялись сомнительным посредникам. Пострадала не только репутация компании — многие топ-менеджеры и члены правления потеряли свою работу. Позже концерн провел радикальную реструктуризацию.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Большой куш

  Самый большой заказ в истории концерна — на более 6 миллиардов евро — Siemens получил от немецкой железнодорожной компании Deutsche Bahn на создание новых поездов ICE. Еще одна крупная сделка была заключена в Египте: там строится самая мощная газовая электростанция в мире.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Siemens сегодня

  Сейчас концерн представлен в 140 странах и насчитывает около 348 тысяч сотрудников по всему миру. Современная индустрия формата 4.0 бросает компании новый вызов: привычная производственная цепочка должна полностью измениться.

• Взлеты и падения концерна Siemens

  Новая проблема

  В июле 2017 года концерн оказался замешанным в скандале из-за поставки двух турбин Siemens в порт Севастополя. Он обвинил российских партнеров в несоблюдении условий договора. Газотурбинные установки предназначались для проектов в Тамани, а не для аннексированного полуострова. Представители Siemens подали в суд на заказчиков.

  Автор: Хильке Фишер, Ксения Сафронова

Что такое картридж для турбины.

Если с турбиной возникли проблемы, как правило основной ремонт заключается в замене картриджа. Произвести замену можно как самостоятельно, так и в сервисном салоне.
Картридж для турбины – это основное место турбины, который включает в себя корпус подшипников и ротор, т.е. колесо компрессора с валом.

Когда производится замена картриджа турбины, то можно сказать, что в результате работ получается новый турбокомпрессор, но затраты на замену картриджа несравнимо меньше нежели при замене турбокомпрессора. При этом технические характеристики сохраняются полностью, а если производить замену картриджа у нас, то можно получить еще и 1 год гарантии. Наш сервисный центр поможет вам подобрать и купить картридж для вашей турбины и поможет с его заменой.

Многие предпочитают купить картридж на турбину и самостоятельно сделать его замену, потому что эта работа не представляет особой сложности. Уже при заводской сборке картридж турбины сбалансирован и при замене не нужно проводить балансировку вновь. Полный каталог картриджей для турбин представлен у нас на сайте. На все картриджи дается гарантия.

Замена картриджа турбины самостоятельно:

Для начала нужно правильно осуществить демонтаж турбины. Проверить, чтобы были отсоединены маслопровод, маслоотвод и водяное охлаждение, но прокладки, которые были на трубках, нужно сохранить. При этом необходимо запомнить какие трубы и как были присоединены, потому что при установке нужно будет сохранить прежнюю сборку. Далее нужно по очереди отсоединить трубки всасывания и рычаг.

Затем можно отсоединять корпуса турбины и компрессора, но предварительно обозначить как они были установлены относительно друг другу, чтобы с точностью воспроизвести эту сборку после замены картриджа. После того, как корпуса будут отсоединены нужно проверить нет ли на лопастях царапин или кусочков металла. Если они будут обнаружены проблему заменой картриджа не решить.

После того, как сама замена картриджа произойдет, корпуса турбины сразу не нужно устанавливать, а следует предварительно их очистить в растворе. После того, как все корпуса будут установлены назад, турбину с новым картриджем необходимо установить на двигатель, для этого:
• Вручную поверните колесо турбины
• Проверьте нет ли трения
• Присоедините турбокомпрессор, если в комплекте есть новые прокладки, то установить и их
• Иногда необходимо повернуть корпуса в какую-то сторону, в этом поможет пружинное стопорное кольцо.

Если у вас есть вопросы по поводу замены картриджа для турбины вы можете связатся с нашими специалистами и они дадут вам полную консультацию.

Устройство турбины дизельного двигателя

---

Автомобильные двигатели с турбиной у нас не слишком популярны. Ходит мнение, что они слишком сложны и капризны в работе, слишком требовательны к качеству топлива и слишком дороги в ремонте. Ничего подобного. Сейчас мы сами в этом убедимся и рассмотрим конструкцию простейшего турбодизеля, который устанавливается уже даже на самые бюджетные модели автомобилей.

Содержание:

1. Для чего турбина дизелю
2. Как устроен турбонаддув
3. Конструкция турбины
4. Ресурс, регулировка и диагностика турбины

Для чего турбина дизелю

Конечно, как и любой другой автомобильный мотор, двигатель с турбиной может тоже иногда ломаться. Но как показывает практика, делает он это не чаще, чем атмосферный мотор при условии правильной эксплуатации и своевременного обслуживания. Для того чтобы самостоятельно определить неисправность турбины, необходимо в общих чертах знать устройство турбины дизельного двигателя.

Принцип её работы, как и устройство, не слишком сложны. Наддув предназначен для того, чтобы искусственным путём повысить наполняемость камеры сгорания рабочей смесью солярки и воздуха. В результате, при том же объёме камеры сгорания и при том же расходе топлива, мощность двигателя на порядок возрастает. Конструктивно турбонагнетатель выглядит так.

Как устроен турбонаддув

Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос, который приводится в движение отработанными выхлопными газами. Он представляет собой две крыльчатки, которые расположены на одной оси и помещённые в корпус. Поток выхлопных газов на высокой скорости проходят через ведущую турбину и заставляют её вращаться, а она в свою очередь, вращает всасывающую турбину с такой же скоростью.

Ось турбокомпрессора может вращаться с частотой до 140 000 оборотов в минуту, а это значит, что лопасти крыльчатки могут развивать огромную скорость, сравнимую со скоростью звука. Компрессор всасывает отфильтрованный воздух, сжимает его и под давлением подаёт во впускной коллектор. Чем больше сжатого воздуха за единицу времени поступит в коллектор, тем больше будет прирост мощности.

Конструкция турбины

Корпус турбины имеет непростую геометрию. Воздух попадает к нагнетателю через спиралевидный канал с постепенно сужающимся диаметром, что в свою очередь также влияет на повышение рабочего давления турбины. В зависимости от предназначения мотора, конструкция корпуса наддува (улитки) может быть различной. У грузовых автомобилей поток выхлопных газов должен быть разделен во избежание разрушительного резонанса, а в случае разделения потока газов, резонанс используется для более эффективной работы турбины.

Ротор турбины и ось изготовлены из разных материалов, поскольку работают в разных условиях. Процесс изготовления наддува выглядит следующим образом — ось и ротор раскручиваются в противоположном направлении до высокой скорости и во время вращения ротор насаживается на ось. Таким образом получают прочную неразъемную спайку. В конструкции оси есть ещё одна хитрость. В месте усадки ротора она полая, что позволяет затруднить передачу тепла от ротора к оси и улучшить охлаждение сопряжённых элементов. После точной финишной обработки ось балансируется и устанавливается в корпус.

Турбина имеет сложную систему смазки и такую же сложную систему динамических уплотнителей, что и диктует высокую цену турбины в сборе. Они называются динамическими, потому что работают, используя принцип разницы давления в разных частях турбины:

1. Ось турбины непостоянного диаметра и эти вызывается разница давления, которая препятствует проникновению масла в турбину.

2. С обеих сторон оси уплотнители установлены в пазах, кроме того, они служат преградой для передачи избыточного тепла на корпус наддува..

3. Внутренняя геометрия корпуса оси также создаёт препятствие проникновению масла в ротор.

4. Из корпуса наддува масло вытесняется в полость оси, откуда иго избыток поступает по маслопроводу в систему смазки двигателя.

Ресурс, регулировка и диагностика турбины

Даже поверхностное изучение системы смазки и конструкции турбины уже говорит о том, что это очень требовательный механизм как к качеству масла, так и к правилам эксплуатации. Эти правила просты и понятны, а ресурс турбонаддува может быть не меньше, чем ресурс дизельного двигателя, при условии соблюдения этих условий:

• использовать только сертифицированное масло и вовремя проводить его замену;

• не нагружать непрогретый двигатель;

• перед остановкой мотора необходимо некоторое время дать ему поработать на холостых оборотах;

• следить за чистотой системы смазки, поскольку засорение маслопровода турбины может существенно сократить её ресурс.

О неисправности наддува могут говорить несколько симптомов, но самый вопиющий из них — невозможность развить полную мощность двигателя и густой чёрный выхлоп. Это говорит о том, что либо засорился воздушный фильтр, либо впускной коллектор потерял герметичность. В случае попадания масла в коллектор через турбину отчётливо виден сизый дым из выхлопной трубы. В этом случае может потребоваться ремонт и чистка наддува.

Таким образом, если соблюдать все правила ухода и эксплуатации наддува, его ресурс может быть вполне сопоставим с ресурсом дизельного мотора. Пусть проблемы с турбиной обойдут ваш мотор стороной и удачных всем дорог!

Читайте также:

---

как горячий пар превращается в электричество / Блог компании Toshiba / Хабр

Учёные до сих пор бьются над поиском самых эффективных способов по выработке тока — прогресс устремился от гальванических элементов к первым динамо-машинам, паровым, атомным, а теперь солнечным, ветряным и водородным электростанциям. В наше время самым массовым и удобным способом получения электричества остаётся генератор, приводимый в действие паровой турбиной.

Паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. В этом посте мы упрощённо расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему Toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.

Как устроена паровая турбина

Принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. Чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.

Сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. Поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. В этих тонких трубах вода превращается в пар.

Понятная схема работы ТЭЦ, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. Источник: Мосэнерго

Турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. За каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).

Пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. В одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.

На вход в турбину подаётся пар с очень высокой температурой и под большим давлением. По давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15—22,5 МПа) и сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления. Для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 МПа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 МПа.

Чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. На вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °C! Зачем так много? По мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. Почему бы не перегреть пар выше? До недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.

Паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. Сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. Дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.

Но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает КПД турбины. Для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. Этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).

Цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. Пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.

Вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. Чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в России ток в сети имеет частоту 50 Гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.

Упрощённо говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. Регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и управляют потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. Если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу ТЭС и разлетаются на расстояние в несколько километров.

Как появились паровые турбины

Примерно в XVIII веке до нашей эры человечество уже укротило энергию стихии, превратив её в механическую энергию для совершения полезной работы — то были вавилонские ветряные мельницы. К II веку до н. э. в Римской империи появились водяные мельницы, чьи колёса приводились в движение нескончаемым потоком воды рек и ручьёв. И уже в I веке н. э. человек укротил потенциальную энергию водяного пара, с его помощью приведя в движение рукотворную систему.

Эолипил Герона Александрийского — первая и единственная на следующие 15 веков реактивная паровая турбина. Источник: American Mechanical Dictionary / Wikimedia

Греческий математик и механик Герон Александрийский описал причудливый механизм эолипил, представляющий собой закреплённый на оси шар с исходящими из него под углом трубками. Подававшийся в шар из кипящего котла водяной пар с силой выходил из трубок, заставляя шар вращаться. Придуманная Героном машина в те времена казалась бесполезной игрушкой, но на самом деле античный учёный сконструировал первую паровую реактивную турбину, оценить потенциал которой удалось только через пятнадцать веков. Современная реплика эолипила развивает скорость до 1500 оборотов в минуту.

В XVI веке забытое изобретение Герона частично повторил сирийский астроном Такиюддин аш-Шами, только вместо шара в движение приводилось колесо, на которое пар дул прямо из котла. В 1629 году схожую идею предложил итальянский архитектор Джованни Бранка: струя пара вращала лопастное колесо, которое можно было приспособить для механизации лесопилки.

Активная паровая турбина Бранка совершала хоть какую-то полезную работу — «автоматизировала» две ступки.

Несмотря на описание несколькими изобретателями машин, преобразующих энергию пара в работу, до полезной реализации было еще далеко — технологии того времени не позволяли создать паровую турбину с практически применимой мощностью.

Турбинная революция

Шведский изобретатель Густаф Лаваль много лет вынашивал идею создания некоего двигателя, который смог бы вращать ось с огромной скоростью — это требовалось для функционирования сепаратора молока Лаваля. Пока сепаратор работал от «ручного привода»: система с зубчатой передачей превращала 40 оборотов в минуту на рукоятке в 7000 оборотов в сепараторе. В 1883 году Лавалю удалось адаптировать эолипил Герона, снабдив-таки молочный сепаратор двигателем. Идея была хорошая, но вибрации, жуткая дороговизна и неэкономичность паровой турбины заставили изобретателя вернуться к расчетам.

Турбинное колесо Лаваля появилось в 1889 году, но его конструкция дошла до наших дней почти в неизменном виде.

Спустя годы мучительных испытаний Лаваль смог создать активную паровую турбину с одним диском. На диск с лопатками из четырех труб с соплами под давлением подавался пар. Расширяясь и ускоряясь в соплах, пар ударял в лопатки диска и тем самым приводил диск в движение. Впоследствии изобретатель выпустил первые коммерчески доступные турбины с мощностью 3,6 кВт, соединял турбины с динамо-машинами для выработки электричества, а также запатентовал множество новшеств в конструкции турбин, включая такую их неотъемлемую в наше время часть, как конденсатор пара. Несмотря на тяжёлый старт, позже дела у Густафа Лаваля пошли хорошо: оставив свою прошлую компанию по производству сепараторов, он основал акционерное общество и приступил к наращиванию мощности агрегатов.

Параллельно с Лавалем свои исследования в области паровых турбин вёл англичанин cэр Чарлз Парсонс, который смог переосмыслить и удачно дополнить идеи Лаваля. Если первый использовал в своей турбине один диск с лопатками, то Парсонс запатентовал многоступенчатую турбину с несколькими последовательно расположенными дисками, а чуть позже добавил в конструкцию статоры для выравнивания потока.

Турбина Парсонса имела три последовательных цилиндра для пара высокого, среднего и низкого давления с разной геометрией лопаток. Если Лаваль опирался на активные турбины, то Парсонс создал реактивные группы.

В 1889 году Парсонс продал несколько сотен своих турбин для электрификации городов, а еще пять лет спустя было построено опытное судно «Турбиния», развивавшее недостижимую для паровых машин прежде скорость 63 км/ч. К началу XX века паровые турбины стали одним из главных двигателей стремительной электрификации планеты.

Сейчас «Турбиния» выставляется в музее в Ньюкасле. Обратите внимание на количество винтов. Источник: TWAMWIR / Wikimedia

Турбины Toshiba — путь длиной в век

Стремительное развитие

электрифицированных железных дорог

и текстильной промышленности в Японии заставило государство ответить на возросшее электропотребление строительством новых электростанций. Вместе с тем начались работы по проектированию и производству японских паровых турбин, первые из которых были поставлены на нужды страны уже в 1920-х годах. К делу подключилась и Toshiba (в те годы: Tokyo Denki и Shibaura Seisaku-sho).

Первая турбина Toshiba была выпущена в 1927 году, она имела скромную мощность в 23 кВт. Уже через два года все производимые в Японии паровые турбины выходили из фабрик Toshiba, были запущены агрегаты с общей мощностью 7500 кВт. Кстати, и для первой японской геотермальной станции, открытой в 1966 году, паровые турбины также поставляла Toshiba. К 1997 году все турбины Toshiba имели суммарную мощность 100000 МВт, а к 2017 поставки настолько возросли, что эквивалентная мощность составила 200000 МВт.

Такой спрос обусловлен точностью изготовления. Ротор с массой до 150 тонн вращается со скоростью 3600 оборотов в минуту, любой дисбаланс приведёт к вибрациям и аварии. Ротор балансируется с точностью до 1 грамма, а геометрические отклонения не должны превышать 0,01 мм от целевых значений. Оборудование с ЧПУ помогает снизить отклонения при производстве турбины до 0,005 мм — именно такая разница с целевыми параметрами среди сотрудников Toshiba считается хорошим тоном, хотя допустимая безопасная погрешность на порядок больше. Также каждая турбина обязательно проходит стресс-тест при повышенных оборотах — для агрегатов на 3600 оборотов тест предусматривает разгон до 4320 оборотов.

Удачное фото для понимания размеров ступеней низкого давления паровой турбины. Перед вами коллектив лучших мастеров завода Toshiba Keihin Product Operations. Источник: Toshiba

Эффективность паровых турбин

Паровые турбины хороши тем, что при увеличении их размеров значительно растёт вырабатываемая мощность и КПД. Экономически гораздо выгодней установить один или несколько агрегатов на крупную ТЭС, от которой по магистральным сетям распределять электричество на большие расстояния, чем строить местные ТЭС с малыми турбинами, мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Дело в том, что при уменьшении габаритов и мощности в разы растёт стоимость турбины в пересчёте на киловатт, а КПД падает вдвое-втрое.

Электрический КПД конденсационных турбин с промперегревом колеблется на уровне 35-40%. КПД современных ТЭС может достигать 45%.

Если сравнить эти показатели с результатами из таблицы, окажется, что паровая турбина — это один из лучших способов для покрытия больших потребностей в электричестве. Дизели — это «домашняя» история, ветряки — затратная и маломощная, ГЭС — очень затратная и привязанная к местности, а водородные топливные элементы, про которые мы уже писали — новый и, скорее, мобильный способ выработки электроэнергии.

Интересные факты

Самая мощная

паровая турбина: такой титул могут по праву носить сразу два изделия — немецкая Siemens SST5-9000 и турбина производства ARABELLE, принадлежащей американской General Electric. Обе конденсационных турбины выдают до 1900 МВт мощности. Реализовать такой потенциал можно только на АЭС.

Рекордная турбина Siemens SST5-9000 с мощностью 1900 МВт. Рекорд, но спрос на такие мощности очень мал, поэтому Toshiba специализируется на агрегатах с вдвое меньшей мощностью. Источник: Siemens

Самая маленькая паровая турбина была создана в России всего пару лет назад инженерами Уральского федерального университета — ПТМ-30 всего полметра в диаметре, она имеет мощность 30 кВт. Малютку можно использовать для локальной выработки электроэнергии при помощи утилизации избыточного пара, остающегося от других процессов, чтобы извлекать из него экономическую выгоду, а не спускать в атмосферу.

Российская ПТМ-30 — самая маленькая в мире паровая турбина для выработки электричества. Источник: УрФУ

Самым неудачным применением паровой турбины стоит считать паротурбовозы — паровозы, в которых пар из котла поступает в турбину, а затем локомотив движется на электродвигателях или за счет механической передачи. Теоретически паровая турбина обеспечивала в разы больший КПД, чем обычный паровоз. На деле оказалось, что свои преимущества, как то высокая скорость и надежность, паротурбовоз проявляет только на скоростях выше 60 км/ч. При меньшей скорости движения турбина потребляет чересчур много пара и топлива. США и европейские страны экспериментировали с паровыми турбинами на локомотивах, но ужасная надежность и сомнительная эффективность сократили жизнь паротурбовозов как класса до 10-20 лет.

Угольный паротурбовоз C&O 500 ломался почти каждую поездку, из-за чего уже спустя год после выпуска был отправлен на металлолом. Источник: Wikimedia

В Siemens считают выкуп поставленных в Крым турбин простым решением конфликта — Экономика и бизнес

БЕРЛИН, 7 августа. /ТАСС/. Концерн Siemens считает, что выкуп газовых турбин, поставленных в Крым, мог бы стать достаточно простым решением конфликта. Об этом заявил в понедельник ТАСС представитель компании Филипп Энч.

«Технически это могло бы выглядеть как договоренность о цене, которую одна сторона готова заплатить, чтобы вернуть турбины, — сказал он. — С этой точки зрения, это достаточно простая операция».

При этом Энч отметил, что Siemens «в целом не комментирует переговоры с клиентами», однако с самого начала концерн публично заявлял о готовности выкупить изготовленные для ТЭЦ в Тамани газовые турбины.

В то же время в концерне в качестве «другого варианта возврата» турбин рассматривают поданный в Арбитражный суд Москвы иск. Энч заявил, что Siemens будет настаивать на возврате всех четырех поставленных в Крым агрегатов обратно в Краснодарский край.

«Очевидно, все четыре турбины перемещены в Крым вопреки заявлениям клиента и контрактным обязательствам, — сказал он. — Речь идет о месте использования турбин. Это была именно ТЭЦ в Краснодарском крае, в Тамани. Все документы были подписаны, даны гарантии, что там они будут использоваться. Этого мы и хотим добиться».

Ранее в «Технопромэкспорте» заявили, что компания не получала от Siemens никаких официальных предложений по выкупу турбин. Кроме того, «Технопромэкспорт» предлагал такой вариант концерну еще в 2016 году, однако Siemens тогда отказался, после чего оборудование было продано другой компании. В «Технопромэкспорте» отметили, что «на сегодняшний день турбины прошли модернизацию, и специфицированы по характеристикам под проект» с использованием российских ноу-хау.

Турбины и санкции

Скандал вокруг поставок турбин в Крым разгорелся в начале июля. Тогда агентство Reuters сообщило, что в Крыму находятся газовые турбины, произведенные Siemens, что противоречит санкциям Евросоюза.

Входящий в госкорпорацию «Ростех» «Технопромэкспорт» строит две газовые ТЭС мощностью по 470 МВт в Севастополе и Симферополе. Ввод в эксплуатацию первых блоков ТЭС на 470 МВт запланирован на начало 2018 года.

На крымских ТЭС планировалось ставить турбины, сделанные по технологии Siemens, но в конце 2016 года компания блокировала поставки из-за санкций. В феврале текущего года глава Ростеха Сергей Чемезов говорил, что госкорпорация завершает переговоры с Ираном о поставке турбин для ТЭС в Крыму. Но договориться стороны так и не смогли.

После того, как агентство Reuters со ссылкой на источники сообщило, что Россия поставила в Крым турбины немецкой Siemens, несмотря на санкции Евросоюза, Ростех заявил, что «Технопромэкспорт» приобрел четыре комплекта газотурбинных установок «со вторичного рынка». Однако при этом не уточнялось, кто является производителем энергооборудования.

Одним из подрядчиков, занимающихся установкой турбин, называлась компания «Интеравтоматика», в которой Siemens владеет 46%.

Министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров подчеркивал, что российская сторона обеспечила максимальную юридическую корректность при использовании технологий Siemens в производстве турбин для ТЭС в Крыму. Министр пояснял, что Симферопольская и Севастопольская ТЭС будут оснащены турбинами российского производства, но с использованием элементов зарубежного производства. У турбин есть российский сертификат, отмечал Мантуров.

Siemens в свою очередь заявил о приостановке поставок энергооборудования российским компаниям.

4 августа Евросоюз расширил санкции в отношении России из-за поставки турбин Siemens для ТЭС в Крыму в обход санкций. Под санкции попали замглавы Минэнерго России Андрей Черезов, глава департамента министерства Евгений Грабчак и глава ОАО «Технопромэкспорт» Сергей Топор-Гилка. Ограничения также введены против компаний-партнеров Siemens в России — ОАО «Технопромэкспорт», одноименного ООО «Технопромэкспорт» и ЗАО «Интеравтоматика».

Современные турбины

Современные турбины

Кто из автолюбителей не слышал волшебное слово «турбо»? Звенит в ушах, воображение рисует нечто мощное, стремительное. На этом фоне как-то скучно звучат термины «механический компрессор» или, хуже того — «объемный нагнетатель». На деле — не совсем так. Или совсем не так.

Какой водитель не мечтал о том что бы в его автомобиле жило намного больше лошадок под капотом чем есть. Если кто-то заявит, что он не из таких, то наверняка слукавит. Благо последнее время данную проблему довольно легко решить, вариантов увеличения мощности двигателя, да и комплектующих как грязи. В нашу жизнь плотно вошло слово «тюнинг» и многие тюнинговых ателье берутся сделать с вашим любимцем все, что угодно.

В русский язык с давних пор вошел термин «форсировка» (от английского force — сила), который означает «увеличение мощности». Стоит вспомнить, что мощность двигателя напрямую связана со следующими его основными параметрами:

— рабочим объемом цилиндров;

— количеством подаваемой топливо — воздушной смеси;

— эффективностью ее сжигания;

— энергетической «заряженностью» топлива.

Стоит заметить, что есть ещё несколько вариантов увеличения мощности — полировка впускного/выпускного каналов, применение фильтров нулевого сопротивления, применение прямоточной системы выхлопа, изменение параметров программного обеспечения (чип-тюнинг), расточка цилиндров или переходе с бензина на «нитру» (закись азота).

Перечисленные решения позволяют увеличить мощность, но не существенно, разве что это не касается «нитроса». Кардинальное решение одно — увеличение подачи топливо — воздушной смеси. Чем больше топлива сжигается в единицу времени, тем выше мощность мотора. Но бензин не горит «просто так», для этого нужен воздух (кислород) — во вполне определенных количествах. Чтобы увеличить подачу топлива, вначале придется соответствующим образом увеличить подачу воздуха. Сам мотор с этой задачей не справится — его возможности по всасыванию воздуха ограничены (даже при применении фильтров с нулевым сопротивлением). Поэтому и появились те самые «турбо», «компрессоры» и «нагнетатели». Они разные, и дают разные результаты.

Для начала немного теории:

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха (горючей смеси) находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда горючей смеси (для дизелей — воздуха) в цилиндре «поместится» больше. Энергия сгорания заряда с большим количеством топлива, само собой, станет выше; вырастет и общая мощность двигателя.

Для этих целей было придумано довольно много решений, но распространение получили не многие.

1. Роторный нагнетатель Roots.

Создан Фрэнсисом Рутсом еще в 1860 году. Первоначально использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Суть конструкции: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в общий кожух (напоминает современный маслонасос). Объемы воздуха в пространстве между зубьями шестерен и внутренней стенкой корпуса благополучно доставляются от впускного коллектора до выпускного. В 1949 году другой американский изобретатель — Итон — усовершенствовал конструкцию: прямозубые «шестерни» превратились в косозубые роторы, и воздух теперь перемещался не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился — воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название — объемный нагнетатель, а не компрессор.

2. Спиральный компессор Lysholm.

Автор идеи — немецкий инженер Кригар, время рождения — конец позапрошлого века, первоначальное назначение — промышленное, сейчас известен под именем Lysholm благодаря работам шведского инженера Алфа Лизхолма, который в конце 30-х годов прошлого века приспособил конструкцию для автомобильного применения. Внешне — если не снимать кожух — очень похож на нагнетатель Roots. Отличия внутри. Вроде бы те же два ротора, вращающиеся навстречу друг другу перекачивают объемы воздуха вдоль осей, но сильно лихо закручены. Сечения роторов намного сложнее, они разные. Самое главное: шаг закрутки роторов меняется по длине, и при перемещении вдоль осей объем перекачиваемого воздуха в каждой ячейке уменьшается — воздух сжимается. Поэтому Lysholm — не просто нагнетатель, а чистой воды компрессор.

3. Центробежный компрессор

(устоявшегося «фирменного» названия не имеет). В корпусе-улитке вращается крыльчатка сложной формы. Воздух засасывается по центру и отбрасывается по периферии, при этом благодаря действию центробежных сил происходит его сжатие. По этому это не просто нагнетатель, а тоже компрессор.

4. Турбокомпрессор, оно же турбонагнетатель.

По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо», пусть даже и «би…», и «твин…». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов, так сказать, по второй производной. Для данной конструкции присуща замедленная реакция на быстрый «подхват».

Как следует из определения, механический нагнетатель/компрессор — роторный, спиральный или центробежный — имеет механический привод, который осуществляется ремнем от коленвала двигателя (иногда через промежуточные шкивы). Здесь главное в том, что обороты нагнетателя/компрессора жестко связаны с оборотами коленвала.

Нагнетатель Roots и компрессор Lysholm

Нагнетатель Roots, и компрессор Lysholm имеют линейные характеристики, обороты компрессора увеличиваются синхронно с оборотами коленчатого вала, пропорционально растет подача воздуха, и кривая крутящего момента двигателя, практически не меняя свою форму, равномерно перемещается вверх. У центробежного и турбокомпрессоров характеристики нелинейные — их производительность увеличивается с ростом числа оборотов. Поэтому установка того или иного агрегата по-разному меняет характеристики (кривые мощности и крутящего момента) двигателя.

Оба типа компрессоров весьма эффективны с самых низких оборотов, но Lysholm обеспечивает более плоскую характеристику на высших, у Roots ее спад начинается несколько раньше. К преимуществам Lysholm можно отнести и более высокий КПД, и лучшее соотношение габариты/масса, к тому же он меньше нагревается при работе. Рабочая частота вращения обычно 12-14 тыс. оборотов, но может доходить до 25 тыс. об./мин. (Стоит заметить что компания Mercedes-Benz одна из первых начала использовать компрессора в своих автомобилях, при чем предпочтение они отдали именно роторным конструкциям.)

Роторы Lysholm с их сложной формой требуют высочайшей точности изготовления — компрессоры этого типа появились на рынке заметно позже других. Главные их производители — шведские компании Lysholm и Autorotor. Более известные потребителю фирмы Kleemann, Whipple и пр. в основном поставляют готовые комплекты на шведской основе, разработанные для конкретных двигателей. Комплекты включают интеркулер, систему привода, входной коллектор, переходники и разную мелочевку…

Механический центробежный компрессор

Механический центробежный компрессор конструктивно наиболее прост и компактен, из-за чего весьма популярен — у американских «самодельщиков». Правда, тут требуется промежуточное механическое устройство для повышения числа оборотов ротора (обычный диапазон — до 100.000 об./мин.). Производительность нелинейная — чем выше частота вращения, тем больше воздуха подается за каждый оборот. На низах эффективность практически нулевая, поэтому увеличения тяги здесь ожидать не приходится. Где-нибудь повыше можно получить заметный подъем кривой крутящего момента, но лишь в довольно узком диапазоне оборотов. Следовательно, понадобится коробка со сближенным рядом и постоянная активно-утомительная работа ее рычагом…

Турбокомпрессор / турбонагнетатель.

Турбокомпрессор, по большому счету — тот же центробежный компрессор, но с принципиально иным приводом. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Явное достоинство: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Минус — инерционность: «вдавил» резко газ и жди, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. Но с этим явлением, именуемым «турбо-яма» (по-английски «turbo-lag», что правильнее было бы перевести как «турбо-задержка» или «турбо-пауза»), научились бороться…

Поэтому, кроме собственно агрегата наддува, под капотом «поселились» два перепускных клапана: один — для отработавших газов, а другой — чтобы перепускать излишний воздух из коллектора двигателя в трубопровод до компрессора. Этот клапан также управляется давлением во впускном коллекторе. Таким образом, частота вращения ротора турбины при сбросе газа снижается незначительно, и при последующем нажатии на педаль задержка подачи воздуха составляет десятые доли секунды — время закрытия клапана.

В последнее время стали применять такой способ регулирования подачи воздуха, как изменяемый угол наклона лопаток компрессора. Идея эта, опять-таки, давняя, а вот воплотить ее долго не могли; в качестве примера назовем новейший агрегат наддува «опелевских» дизелей «Экотек».

Еще одна проблема использования турбин — это их небольшой срок жизни, хотя в последнее время удалось значительно увеличить это время. Как уже упоминалось, частота вращения ротора турбины должна быть очень велика. До 150-200 тысяч об/мин. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала именно долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли только недавно, когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Сперва это сделали японские фирмы, а затем и шведский СКФ — и машины с такими подшипниками появились на дорогах. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! На очереди — металлокерамический ротор турбины, который примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции.

По своему влиянию на характеристику крутящего момента двигателя турбокомпрессор вроде бы схож с механическим центробежным. Но «опосредствованная» система привода позволяет подстраивать характеристики турбокомпрессора в более широком диапазоне, выравнивая изначальные дефекты кривой крутящего момента мотора. Турбины низкого и высокого давления на сравнительно «маломерных» двигателях Volvo, Volkswagen или Saab — это ли не примеры.

Что касается «битурбо» и «твинтурбо» вместо одной турбокомпрессорной установки используются две — параллельно (бывает и последовательно, но реже). Каждый ротор поменьше, полегче, менее инерционен, более отзывчив. И управлять диапазонами их работы при последовательном наддуве можно по-разному, добиваясь нужной итоговой характеристики.

Дело в том что ротор турбокомпрессора нельзя сделать большим! И все потому, что чем больше диаметр турбины, тем выше ее момент инерции. Стало быть, даже если водитель при разгоне порезче нажмет на педаль акселератора, быстрого ускорения все равно не получится: придется подождать, пока турбина наберет соответствующие обороты. Итак, турбину следует сделать как можно меньше по диаметру. Но поступление воздуха зависит от окружной скорости лопаток, которая тем меньше, чем меньше диаметр ротора: Остается увеличивать обороты, хотя и тут есть ограничение, на этот раз со стороны допустимых нагрузок на материалы. Вот и используют несколько турбин с меньшим диаметром в параллель.

Система Интеркуллер.

Вы скорее всего встречали на машинах надпись «интеркулер» на борту. Сжимаемый компрессором воздух неизбежно нагревается. При этом уменьшается его плотность и содержание в нем кислорода, ради которого, собственно, все и затевалось. Посему перед подачей в двигатель сжатый воздух стоит охладить — в дополнительном радиаторе, который и именуется интеркулером. При умеренной форсировке мотора без интеркулера можно обойтись, но если делать все «по-большому», его применение неизбежно. Роль турбины заключается в увеличении плотности воздуха, поступающего в двигатель, таким образом обеспечивается возможность сжигать больше топлива. Больше сгоревшего топлива обеспечивает больше энергии от сгорания и соответственно больший момент. В случае с атмосферным (не турбовым) двигателем, наибольшее давление — это атмосферное, т.е. 1 бар или 14.5 psi. Прелесть турбовых двигателей заключается в возможности значительного увеличения давления…

Собственно турбина состоит из двух основных элементов — это сама турбина и компрессор. Выпускной газ проходя через турбину раскручивает крыльчатку, это такой вентилятор, расположенный в корпусе самой турбины. Вращение крыльчатки передается к другой части турбины — компрессору. Компрессорный пропеллер обеспечивает нагнетание воздуха в двигатель, это осуществляется потому же принципу что и работа турбины, только в направлении к двигателю.

Как Вы наверное уже догадались, чем больше давление — тем больше воздуха поступает в двигатель. Но вы не можете бесконечно увеличивать давление в двигателе (во всяком случае без возникновения проблем). Если турбина «перерабатывает» возникает излишнее тепло (следствие усиленной работы), обратное давление, пульсация, корпус турбины может треснуть, подшипники могут значительно сократить срок своей службы, может потечь масло и даже можно повредить двигатель. Поэтому давление можно увеличивать не злоупотребляя, типичные значения это от 8 до 12-14 psi, но если вы собираетесь поднимать больше, Вам скорей всего потребуется другая турбина.

Замена турбины

Типичная модификация турбина заключается в установке более высокопоточного компрессора, и возможно, несколько большей крыльчатки самой турбины. Обратный эффект от этого заключается в уменьшении воздействии выпускных газов на турбину, что способствует снижению ее скорости и как следствие снижению давления в начале цикла раскручивания. Обычно оба корпуса, как компрессора так и турбины, можно заменить на большие и таким образом открыть возможность для пропуска большего количества газа.

Однако следует помнить, что для Вашей модели, «нужную» турбину тщательно подбирал производитель. Это означает правильное соответствие между диаметрами выхода и входа (турбины и компрессора), как правило, производитель устанавливает одинаковые размеры. Однако недавно, стали получать распространение так называемые «гибридные» турбины. Очень важно понимать, что такая «высокопоточная» турбина не обеспечит такую же мощность в конце диапазона оборотов как и стандартная турбина. Производители автомобилей, как правило, подбирают турбину таким образом, чтобы была хорошая тяга с низов, при этом естественно теряется некоторый момент в конце диапазона оборотов.

Кроме этого, улучшения так же делается в плане надежности турбин для работы с высоким давлением. Большинство турбин используют 180-ти градусный упорный подшипник, расположенный в корпусе. Такой подшипник прекрасно работает при «нормальном» давлении, но довольно быстро изнашивается если значительно увеличивать давление. Решением является применение 360-ти градусного подшипника, который на большинстве турбин значительно улучшает надежность и соответственно продляет срок службы турбины.

Модификация турбин может вызвать на некоторых двигателях эффект обратного давления, когда поток воздуха начинает двигаться в обратном направлении, что обычно приводит к повреждению крыльчатки.

Возможные замены

Если у Вас небольшой бюджет для замены турбины, то лучше всего воспользоваться б/у комплектующими из Японии. Выбор довольно широк, начиная от крохотной IHI RHB31 до большой Garrett T3.

Лучше всего, ориентироваться по объему двигателя и брать турбину от автомобиля с двигателем близким по объему к Вашему. В качестве примера можем привести несколько турбин и примерную мощность которую развивает двигатели.

NISSAN SR20DET (Garrett T28) — 164kW

TOYOTA 2JZ-GTE (Toyota CT twin turbo) — 208kW

MITSUBISHI G63B Starion (TD05/6) — 131kW

MAZDA B6 Turbo (IHI RHB5*) — 104kW

DAIHATSU CB70 (IHI RHB5*) — 78kW

Современные турбины

Современные турбины часто используют керамику. Керамика имеет меньшую плотность чем сталь, таким образом уменьшается инерция, и турбина быстрей раскручивается. Большинство современных турбин используют сплав на основе никеля. «Керамические» турбины устанавливались на многие старые Ниссаны. Это связано с тем, что Ниссан одни из первых обнаружили полезные свойства керамики для турбин, которые выражаются в улучшении отдачи вплоть до 45%, и время на раскрутку турбины уменьшается примерно на 20%, в сравнении с обычной турбиной.

Однако керамические турбины больше подвержены воздействию всяких нехороших частей поступающих из выпускного коллектора. Кроме этого, такие турбины больше чувствительны к ударным нагрузкам (их желательно не ронять!).

Шариковые подшипники

Смысл применения шариков — это уменьшение трения, и соответственно увеличении силы выпуска. И снова, пальма первенства принадлежит компании Ниссан, улучшение от использования шариковых подшипников составляет около 45% и время на раскрутку уменьшается примерно на 25%. Шарикоподшипниковые или роллерные турбины Garrett можно узнать по 6 болтам на их корпусе. Garrett является ведущим производителем шарикоподшипниковых турбин, это компания снабжает своими частями многие известные фирмы, например такую как HKS. Компания APEXi использует части от IHI, эти турбины часто встречаются на автомобилях Субару.

Турбины с раздвоенным пульсом

Такие турбины имеют раздельные пути ведущие к турбине, это поддерживает пульс от выпускных газов в более изолированном состоянии, соответственно разные цилиндры оказывают меньше дурного влияния друг на друга, поэтому отдача улучшается. Так называемые турбиные с раздвоенным пульсом (или с двойным входом) доступны от многих тининговых компаний, серийно же они встречаются на двигателе Toyota 3S-GTE, а также на некоторых Ниссанах.

Изменяемая геометрия

Один из примеров изменяющейся геометрии это сопло турбины. Там несколько лопаток расположены по кругу корпуса турбины, и соединены с механизмом, регулирующим углы. Зазор между лопатками может меняться, таким образом изменяется раскручивание турбины. Естественно, для работы такой турбины требуется специальный управляющий механизм, цель которого обеспечить оптимальную производительность турбины во всем диапазоне работы. К сожалению такие турбины достаточно дорогие и не очень надежны.

Перепускные клапана (Wastegates)

Цель перепускного клапана — пустить часть выпускного газа в обход турбины, таким образом ограничив скорость вращения турбины и соответственно и давление на впускном коллекторе. Перепускные клапана бывают двух видов: внутренние и внешние. На большинстве турбин используются внутренние. В следствие их расположения, поток проходящего воздуха очень ограничен, что не способствует высокой эффективности, соответственно газ может устремиться в турбину, так как там пройти проще, и повредить ее или двигатель. Другая проблема, что выходящий из турбины газ и газ идущий в обход могут «резко встретиться», в следствие чего может возникнуть эффект турболенции, что оказывает отрицательное влияние на мощность.

Внешние перепускные клапана, устанавливаются отдельно от турбины, именно такие ставятся на гоночные машины. Такие клапана, как правило более надежны, но их размер часто не способствует удачному расположению под капотом обычной гражданской машины. Такие компании как HKS, Garrett и Turbonetics выпускают перепускные клапана нескольких размеров, выбирать подходящий следует в зависимости от мощности. Одно из преимуществ внешнего клапана это возможность регулировки механизма, т.е. точки когда пружина начинает действовать.

Отношение A/R

Это очень важный параметр, измеряется как отношение входа турбины к радиусу центральной части. Если Вам непонятно, то надо запомнить что больший номер означает что турбину будет раскручиваться медленнее чтобы достичь нужного давления и меньше будет отдача в конце диапазона оборотов. Нужны ли Вам карты развиваемого давления для выбора турбины? Да, если у Вас они есть и Вы точно знаете какой поток воздуха необходим вашему двигателю. Интересно, как Вы собираетесь измерять этот поток? Самый эффективный способ выбора правильной турбины для Вашего автомобиля это поэкспериментировать на стенде по замеру мощности!

В прошлый раз были рассмотрены устройства нагнетания, приводимые от коленчатого вала двигателя. Но существует иной тип устройств, именуемых турбонагнетателями или турбокомпрессорами, привод которых осуществляется от энергии выхлопных газов. Именно эти устройства в массовом автомобилестроении получили наибольшее распространение.

История

В начале прошлого века швейцарский инженер Альфред Бюхи, заведующий разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, разработал первое устройство нагнетания, использующее в качестве движителя энергию выхлопных газов. Будучи главным инженером научно-исследовательского отдела компании, г-н Бюхи в 1915 г. предложил первый прототип турбодизеля. К сожалению, он не был достаточно эффективным. Уже в 1917 г. ограниченное число турбонагнетателей было испытано на авиационных моторах в условиях Первой мировой войны. Это позволило самолету забираться более высоко, сохраняя необходимую мощность мотора. Немногим позже турбины появились и на судовых дизелях. В 1920 г. компании Mercedes и Fiat начинают свои исследования в области турбонаддува. Автомобильные турбонагнетатели сначала появились на грузовиках. Первый такой мотор был построен компанией Swiss Machine Works Saurer.

В годы Второй мировой войны турбонагнетатели широко использовались и в авиации, и на военном транспорте. В 1952 г. автомобиль с турбодизелем впервые принял участие в гонках Indianapolis-500. А первыми серийными турболегковушками стали Oldsmobile Jetfire Turbo Rocket и Chevrolet Corvair Monza (1962–1963 гг.). Не умаляя заслуг г-на Бюхи, стоит сказать, что массовое внедрение турбонагнетателей произошло благодаря работам Вильяма Вулленвебера конца 50-х–начала 60-х годов. Именно его конструкция является прародителем современных турбонагнетателей. Такие известные компании, как Garrett (США), Holset (Англия), KKK (Германия), IHI и Mitsubishi (Япония), в свое время приобрели лицензию на право использования его конструкции.

Нужно отметить, что механические нагнетатели уже тогда применялись с успехом. Вот почему турбонагнетателям приходилось отвоевывать свою нишу на этом рынке. После первого топливного кризиса в 1973 г. турбодизели стали все чаще использоваться на коммерческом транспорте. Экономия топлива покрывала высокие затраты на сами устройства турбонагнетания. На их распространение повлияли и высокие нормы по токсичности, принятые в 80-х годах. В 1975 г. появился легендарный Porsche 911 Turbo. А годом позже 2-литровая турбированная версия Saab показывает такие же возможности, что и 3-литровая, но атмо-сферная. В 1978 г. Renault начинает турбоэру в гонках Формулы-1. В то же время Buick, Saab и Mercedes начинают массовое производство автомобилей с турбонагнетателями. В настоящее время турбонагнетатели прочно заняли свое место под капотами автомобилей. Причем чаще всего можно встретить именно турбодизели. По возможностям они стали все более приближаться к своим бензиновым собратьям, сохраняя при этом главные преимущества – низкий расход топлива и хорошую экологичность. Бензиновые же моторы все чаще оснащаются турбинами не с позиций скорости и мощи, но как средство снижения расхода горючего и вредных выбросов.

Как известно, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) имеют низкий КПД. Дизельные моторы более эффективны, но и они не лишены недостатков. Так уж получается, что около 40% энергии, выделяемой при сгорании топлива, рассеивается с выхлопными газами. Почему бы не использовать эти отходы?

Конструкция

Так что же такое турбонагнетатель или турбокомпрессор? Фактически это тот же компрессор, призванный нагнетать воздух, но его привод осуществляется не от коленчатого вала через ременную передачу, а используя энергию потока отработавших газов. Работа турбонагнетателя предельно проста. Выхлопные газы, проходя в турбину, приводят во вращение ротор. Колесо центробежного компрессора жестко закреплено на оси ротора и вращается с той же скоростью. Нужно сразу сказать, что сама компрессорная часть может быть различной по конструкции, но именно центробежный тип стал превалирующим. Чем большей энергией обладают выхлопные газы, тем быстрее вращаются колеса турбины и, соответственно, компрессоры. Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, тем выше мощность. При этом частота вращения турбокомпрессора может быть очень и очень высокой – 150 тыс. об/мин и более. Колесо турбины соединено с валом сваркой трением. Использование иных методов не дает необходимой точности соединения.

Дело в том, что конструкция вал–турбина должна быть идеально сбалансирована. Иначе, памятуя о высоких скоростях крыльчатки, даже небольшое биение приведет к гарантированной поломке. Вал в месте соединения с колесом обычно выполняется пустотелым. Этот прием позволяет понизить теплоотдачу от колеса турбины на вал и предотвратить нежелательный перегрев подшипников. К слову, о подшипниках. Так уж получается, что колесо турбины, подвергаясь прямому воздействию горячих отработавших газов, не несет столь большой тепловой и, особенно, механической нагрузки, какую испытывает вал. Турбокомпрессоры выполняют по нескольким конструктивным схемам. И в основном отличия этих подходов сводятся к размещению опор крепления вала. В турбонагнетателях именно вал и опоры являются крайне уязвимым звеном. Подвергаясь воздействию высоких температур от выхлопных газов и серьезным механическим нагрузкам, обусловленным высокими скоростями вращения роторов, эти опоры представляют серьезную проблему для разработчиков. Сейчас можно встретить схемы с подшипниками качения, но наибольшее распространение получили подшипники скольжения (например, бронзовые втулки и т. п.). Как правило, втулки выполняют плавающими (т. е. с зазором и относительно корпуса, и относительно самого вала). Это позволяет поддерживать необходимый масляный клин и сократить внутренние линейные скорости вращения, что ведет к снижению нагрузок на весь подшипниковый узел. Смазка подшипникового узла осуществляется от системы смазки ДВС. Причем, как и в самом двигателе, масло служит даже больше для отвода тепла от подшипников и корпуса, нежели для непосредственно смазки трущихся поверхностей.

Удержание масла внутри подшипникового узла и недопущение его в зоны компрессора и турбины также важный и сложный вопрос. Тем более, что сейчас можно встретить конструкции с неподвижным подшипником, где ротор вращается в масляной ванне. Различные типы газо-масляных уплотнений не только должны эффективно сдерживать масло, но и противостоять воздействию высоких температур. На малых оборотах проблема утечек масла встает более остро, поскольку на этих режимах уже внутри подшипникового узла давление более высокое.

Сегодня большинство турбокомпрессоров имеют механизм изменения геометрии турбины. Дополнительное кольцо с управляемыми направляющими лопатками позволяет поддерживать поток выхлопных газов не только постоянным, но и управлять им. Так, на низких оборотах, когда поток невелик, поперечное сечение турбины уменьшается, что увеличивает скорость газов, поступающих на колесо, повышая ее мощность. На высоких же оборотах лопасти полностью открывают вход газам, увеличивая пропускную способность турбины. Такое гибкое управление позволяет не только расширить диапазон эффективной работы турбонагнетателя, но и существенно снизить потребление топлива и вредные выбросы.

Еще одно интересное конструктивное решение касается корпуса турбины. В основном такие турбины применяются на больших двигателях грузовых автомобилей, но теперь их все чаще можно встретить и на легковых машинах. Речь идет о корпусе турбины с двумя параллельными каналами. Дело в том, что поток выхлопных газов неравномерен. Четыре такта работы ДВС подразумевают поочередную работу цилиндров, что делает поток отработавших газов импульсным. Эти колебания давления могут перекрывать друг друга, что способно снизить эффективность турбины. Два параллельных канала позволяют разделить потоки от разных цилиндров (например, на один канал работают 1-й и 4-й цилиндры, а на второй – 2-й и 3-й). Каждый поток распределяется по всей поверхности рабочего колеса турбины, полностью используя импульсы давления. Такой тип наддува называется ипульсным. Здесь уместно вспомнить конструкции прошлых лет, чтобы увидеть, по какому извилистому пути шла мысль конструкторов-первопроходцев. Так, например, пытаясь максимально использовать энергию выхлопных газов, применяли дополнительную турбину. В то время как часть отработавших газов направлялась в турбину нагнетателя, вторая их часть вращала турбину, отдающую свою мощность непосредственно коленчатому валу двигателя. Такая комбинированная установка позволяла выдавать довольно большую мощность, но, вероятно, сложность самой конструкции не способствовала широкому ее распространению.

Другая идея еще более экстравагантна, но, тем не менее, весьма показательна для того времени. Предлагались проекты силовых установок для гоночных автомобилей, в которых двухтактный двигатель вырабатывал газ для тяговой турбины. Кстати, газотурбинные двигатели некоторое время использовались в гонках, пока их не запретили из-за того, что дальнейшее широкое использование вертолетных силовых установок могло привести к полному вытеснению поршневых двигателей, что окончательно отделило бы автоспорт от автопромышленности.

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины обеспечивает ему эффективную работу не только на высоких, но и на низких оборотах двигателя

Плюсы и минусы

Самое большое преимущество такого привода для нагнетания воздуха в том, что, в отличие от механических нагнетателей, приводимых от коленчатого вала, а стало быть, отнимающих мощность непосредственно у двигателя, турбонагнетатели используют фактически дармовую энергию, которая в обычном двигателе попросту выбрасывается из выхлопной трубы. Это делает турбонагнетатели более эффективными, нежели механические. Так, средние приблизительные оценки показывают, что турбонагнетатели отбирают у двигателя 1,5% мощности, в то время как центробежные механические нагнетатели – порядка 5% ( рутс-типа и того больше).

Одновременно турбонаддув позволяет получить очень высокие литровые мощности – свыше 300 л. с. с одного литра объема. Двигатель с турбонагнетателем может иметь мощность на 40% выше, чем без него. Как ни странно, но турбированные двигатели более экономичны. Низкое КПД двигателя внутреннего сгорание обусловливается потерями на трение и низкой тепловой эффективностью (теряется много тепла ). С увеличением размеров мотора эти потери резко увеличиваются. Небольшие турбированные моторы в этой связи более предпочтительны.

Ну и еще можно выделить такую положительную черту, как более устойчивая работа наддувных моторов в условиях высокогорья, где обычным атмосферникам подчас не хватает воздуха.

Складывая все вышеперечисленные преимущества, логичен вывод, что использование турбонагнетателей на спортивных автомобилях позволяет добиться очень высоких результатов, тогда как классических методов форсировки уже недостаточно. Здесь уместно также упомянуть и о весовой составляющей. По определению маленький мотор весит меньше большого, что крайне важно для автоспорта (хотя, именно там их использование запрещено).

Но в любой бочке меда есть и своя ложка дегтя. Турбонагнетатели несовершенны и обладают рядом проблемных мест. Самое заметное, о чем я уже сказал выше, – эффект «турбоямы», или «турболаг». Отсутствие механической связи между компрессором и двигателем приводит к несоответствию между требуемой мощностью, задаваемой водителем педалью акселератора, и производительностью компрессора. Происходит это по одной простой причине. При снятии ноги с педали газа частота вращения турбокомпрессора снижается. Если снова нажать на педаль, двигатель не сможет сразу развить необходимую мощность, пока турбокомпрессор снова не выйдет на свою скорость. Борются с этим по-разному. Часто можно встретить перепускные клапаны, позволяющие контролировать давление наддува и несколько снизить отрицательный эффект турбозадержки. Есть варианты, когда при отпускании акселератора особые клапаны-заслонки закрывают вход и выход компрессора, изолируя крыльчатки. Не имея значительного сопротивления, они какое-то время вращаются свободно по инерции с практически той же скоростью. Это позволяет при следующем нажатии на педаль газа снизить запаздывание турбины.

Самым большим недостатком турбокомпрессоров до сих пор считается невысокая эффективность работы на малых оборотах двигателя. Но в последнее время и эта проблема находит свои решения. Турбины с переменной геометрией (см. выше), установка двух и более турбин, работающих параллельно (системы biturbo и т. п.), позволяют повысить отдачу системы. В этом году были анонсированы новые турбонагнетатели twin-turbo от компаний BMW и Opel. Здесь используется пара турбин различного размера и производительности. Одна, малая турбина обладает более быстрой реакцией и позволяет добавить мощности на малых оборотах (до 1800 об/мин.). На средних оборотах (до 3000 об/мин.) подключается вторая, большая турбина. И на высоких работает только большой, высокопроизводительный турбонагнетатель. С использованием такой системы нагнетания, например, автомобиль Opel Vectra, оснащенный дизелем 1,9 л, с системой наддува twin-turbo вырабатывает 212 л. с. мощности и 400 Нм крутящего момента (в диапазоне 1400–3600 об/мин.), позволяя машине развивать 250 км/ч и достигать с места скорости в 100 км/ч всего лишь за 6,5 секунды. Такие характеристики делают этот дизельный мотор серьезным конкурентом своим бензиновым собратьям.

Турбокомпрессоры имеют те же недостатки, что и центробежные нагнетатели. Для эффективной работы они должны вращаться с очень высокой скоростью, даже большей, чем центрифуги. Плюс высокий нагрев (порядка 1000 °С), сложности в смазке, отводе тепла и т. д. Это накладывает особые требования к используемым материалам. Повышенные температуры сказываются не только на смазке деталей турбонагнетателя, но и на нагнетаемом воздухе: его охлаждение оказывается острым вопросом. Для эффективного охлаждения интеркулер рассчитывается и подбирается с особой тщательностью.

Как и в любом нагнетательном устройстве, в турбонагнетателе необходим клапан, спускающий излишнее давление. С турбиной же еще сложнее. Здесь нужно не только следить за давлением наддува, но и перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе, и исключить чрезмерно высокую скорость вращения ротора на высоких оборотах двигателя. Появившиеся в последнее время турбонагнетатели с электроуправляемыми перепускными клапанами (взамен существующих пневматических) позволяют вести более точную настройку мотора. Автопроизводители добиваются высоких показателей по экологии и топливной экономичности, а специалисты по доводке моторов имеют возможность либо чип-тюнингом, либо заменой турбонагнетателя на более производительный с его точной настройкой добиваться высоких результатов по мощности и крутящему моменту.

Нужно сказать и еще об одном устройстве, которое призвано увеличить срок службы подшипникового узла турбонагнетателей – самого уязвимого элемента. Дело в том, что после работы на повышенных оборотах турбина должна «отдохнуть» на холостых оборотах. Поработав так несколько минут, турбина остывает, и ее можно остановить, не опасаясь перегрева подшипников. Устройство, именуемое турботаймером, позволяет при выключении зажигания глушить двигатель через некоторое время, которое можно либо запрограммировать, либо оно определяется устройством автоматически, исходя из температуры мотора. В отсутствие такого прибора водитель должен обеспечить «режим остывания» самостоятельно.

COMPREX

Говоря о турбонагнетателях, нельзя не сказать об одной очень интересной разработке, объединяющей и энергию выхлопных газов, и механический привод от коленвала. Идею использования принципа волнового ротора впервые в 1942 г. предложил Клод Сейппел из Brown Boveri Company (BBC), Швейцария. Легковой автомобиль Mazda 626 Capella был первой машиной, на которой устанавливался COMPREX (COMPRession-EXpansion – сжатие-расширение) в качестве компрессора для дизельного мотора. Ford Motor Company и Caterpillar прорабатывали проекты с использованием нагнетателя подобного типа. Именно на дизельных моторах это устройство работало особенно хорошо.

Принципиальная идея волнового обменника (именно так его иногда называют) такова. Сердцем конструкции является цилиндрический ячеистый ротор, имеющий множество сквозных, продольных каналов. С одного торца к нему подходит воздух, а с другого – выхлопные газы. Ротор вращается приводом от коленвала. С торцов его прикрывают заслонки, имеющие расположенные особым образом перепускные отверстия. Процесс сжатия выглядит следующим образом. Воздух с одного конца заполняет каналы ротора, ротор проворачивается; с другого конца в те же каналы подаются выхлопные газы. Сама работа ДВС придает выхлопным газам определенное давление. Это давление и сжимает свежий воздух. Далее, ротор снова проворачивается, и уже сжатый воздушный заряд проходит во впускной коллектор. Процесс происходит непрерывно. Ротор вращается с определенной скоростью, задаваемой оборотами двигателя и передаточным числом привода. Разумеется, необходим интеркулер, поскольку воздух от прямого контакта с выхлопными газами нагревается особенно сильно. Некоторый замес выхлопных газов в воздух для дизельного двигателя только в плюс, поскольку это обеспечивает необходимую рециркуляцию и снижает токсичность дизеля. Одним из основных преимуществ волнового нагнетателя было то, что, в отличие от механических нагнетателей, его обороты были куда ниже, а в отличие от турбонагнетателей – у волнового отсутствовал эффект «турбоямы» и рабочий диапазон не ограничивался лишь высокими оборотами. В 90-е годы прошлого века двигатели Mazda, оборудованные волновым нагнетателем, по показателю крутящего момента превосходили аналогичные турбодизели. Однако в 1997 г. производство машин с компрессором COMPREX было свернуто. Турбины стали более совершенными. Но работы по волновым нагнетателям рядом западных компаний ведутся и сейчас.

Итоги

Сравнивая нагнетатели с механическим приводом от коленвала и турбоприводом, надо отметить один немаловажный факт. Массовое производство позволяет автомобильной промышленности существенно снижать себестоимость моторов с турбонагнетателями. Использование же их в тюнинге сопряжено с немалыми трудностями, прежде всего в установке. Аналогичные центробежные механические нагнетатели, как правило, более удобны и просты и в установке, и в эксплуатации. Однако достоинства турбонагнетателей приводят к тому, что их все чаще используют при доводке автомобилей. Существуют готовые комплекты для различных автомобилей.

Есть разработки и для отечественных моторов с использованием импортных комплектующих. Доводке подвергаются и сами турбонагнетатели. В заключение следует сказать, что турбонагнетатели несомненно интересны. Не зря большинство спортивных машин турбированны. Высокий КПД и прочие положительные факторы делают их крайне привлекательными как для обычных автомобилей, так и для серьезного тюнинга. Но и здесь, как и с их механическими собратьями, для достижения действительно выдающихся результатов без «железного» тюнинга не обойтись.

Что внутри ветряной турбины?

Обзор компоновки ветряных генераторов коммунального класса. Где основные компоненты? Что они делают? А какие различия можно найти между моделями и размерными рядами?

Добро пожаловать. В этом видео мы покажем вам схему типичного ветряного генератора, который используется на ветряных электростанциях по всему миру. Сейчас точные конструкции действительно различаются, но почти все турбины, используемые сегодня, представляют собой машины с горизонтальной осью, у которых есть трехлопастный ротор, вращающийся в вертикальной плоскости, прикрепленный к передней части корпуса, который мы называем гондолой, после обтекателя вокруг самолета. двигатель, и в этой гондоле у ​​нас есть генератор, часто коробка передач, а иногда и высоковольтный трансформатор, и все это находится на вершине башни, которая в основном предназначена для того, чтобы лопасти не копали яму.Мы склонны классифицировать турбины по их выходной мощности и, следовательно, по их физическим размерам. Ветряные электростанции могут использовать много субмегаваттных турбин, каждая из которых производит 400-600 киловатт каждая, или несколько многомегаваттных турбин, производящих, возможно, до 3 мегаватт на единицу. Помимо физического масштаба, они устроены немного по-другому, поэтому давайте начнем с типичной субмегаваттной модели.

Турбины этого типа обычно имеют высоту от 25 до 45 метров, а в основании часто встречаются две двери. Нижняя дверь ведет в охраняемый отсек, где у нас есть повышающий трансформатор высокого напряжения.Генератор в верхней части турбины вырабатывает около 690 вольт, и этот трансформатор преобразует это в несколько тысяч вольт, чтобы более эффективно отправлять его на подстанцию. Главный вход в турбину находится на уровне первого этажа, и там мы находим шкаф управления и основание лестницы или несколько лестниц. Часто в этих небольших турбинах лестницы ведут к серии платформ, и они меняют стороны на каждой платформе, чтобы дать вам место для отдыха и небольшую защиту от падения. Платформы, как правило, представляют собой просто деревянные диски, подвешенные внутри стен башни, и у них может быть люк или набор ограждений и ворота, в зависимости от того, как устроены посадочные модули.Основная трасса кабелей идет вверх по стене башни и проходит мимо любых промежуточных узлов, потому что, очевидно, башни не могут быть доставлены отдельными 40-метровыми секциями. Они бывают секциями по 20 метров, которые скреплены между собой множеством гаек и болтов.

По мере того, как мы продвигаемся все выше и выше по платформам, они постепенно становятся все уже и уже, поэтому лестницы становятся немного ближе друг к другу, но в конечном итоге основные кабели перестают быть прикрепленными к стене, и они свободно свисают в центре платформы. башня, чтобы они могли поворачиваться, когда гондола поворачивается навстречу ветру.Если они будут скручиваться слишком много раз, гондола будет вращаться, чтобы устранить скручивания. Но по мере продвижения вверх кабель проходит через отверстие в центре каждой платформы, а наверху башни у нас есть стальная платформа со стальным люком, которую мы называем платформой рыскания. Чуть выше у нас есть кольцо рыскания с подшипниками, которые позволяют гондоле и роторам вращаться, чтобы противостоять ветру, и эта стальная платформа действует как небольшая защита от огня, а также предотвращает падение людей обратно с башни, потому что на В верхней части гондолы у нас просто есть дыра, в которую мы пролезаем.Гондола в данном случае представляет собой трубу с нечетким конусом. Сзади у нас есть датчики ветра, которые показывают нам скорость и направление, а также позволяют турбине смотреть навстречу ветру и изменять угол наклона лопастей. Сама гондола представляет собой трубу из стекловолокна. Спереди у нас есть подобный кожух из стекловолокна, защищающий ступицу, которая представляет собой стальную отливку, к которой мы прикрутили все три лопасти. Лопасти могут поворачиваться или наклоняться, так что угол, который они образуют с ветром, можно изменять. С задней стороны ступицы у нас есть вал, который ведет в коробку передач, а высокоскоростной вал через разрыв — в генератор.И этот генератор затем подает электроэнергию, как я уже сказал, напряжением около 690 вольт на всем пути от башни до базы. А сзади у нас вентилятор охлаждения. Поскольку внутри гондолы мы генерируем полмиллиона ватт энергии, часть этой энергии теряется в виде тепла, и без эффективной системы охлаждения турбина может загореться.

Теперь компоновка более крупной турбины в целом аналогична. Но некоторые компоненты находятся в разных местах. Итак, давайте начнем с рассмотрения секции башни типичной 2-мегаваттной турбины.

То, где мы размещаем высоковольтные трансформаторы в многомегаваттных турбинах, гораздо более вариативно. Откровенно говоря, у нас намного больше места, поэтому мы можем решить. Они могут быть в гондоле, они могут быть в основании башни, они могут быть на первой платформе, в подвале, они могут быть снаружи в хижине. В этом примере трансформатор находится наверху, поэтому, когда мы войдем в нашу дверь, единственное, что мы не найдем, — это трансформатор. У нас есть высоковольтные выключатели, в данном случае на платформе номер два, но на платформе у входа у нас есть обычный шкаф управления и лифт, маленький зеленый ящик.И этот лифт доставит двух человек на вершину башни или почти на вершину, без необходимости подниматься по единственной, очень, очень длинной лестнице. Почти все большие турбины будут иметь только одну лестницу для большей части пролета башни, к ней будет прикреплено устройство для опускания или упора системы тросов или рельсов, но это все равно длинная утомительная лестница, которая это одна из причин, почему служебные лифты так важны. И снова башня секционная, поэтому ее можно доставить по стране без сноса деревень.Иногда, если мы бежим на большие дистанции и у нас нет места для подходящей платформы, мы можем поставить на место полумесяц. На платформе нет защиты от падения, но вы могли бы предположить, что на этом этапе вы будете держать свои шнурки подключенными, потому что это довольно длинный путь вниз. Трос, опять же, вырывается из крепления и пролегает в центре башни последние 10–20 метров или около того, так что он может вращаться, когда гондола раскачивается на ветру. И в лифте в конечном итоге заканчивается место. Помните, башня становится все уже и уже по мере того, как мы подбираемся к вершине, поэтому лифт имеет тенденцию парковаться примерно на половине платформы от вершины, и у нас есть обычная лестница, которая затем ведет к платформе рыскания, а затем начинает искать очень похоже на меньшую турбину.У нас есть кольцо рыскания, прикрепленное болтами к нижней стороне гондолы, соединяющее его с верхней частью башни, серия разрывов дисков проходит вокруг этого кольца рыскания, чтобы зафиксировать его в положении, когда ветер не меняет направление, и когда он , у нас есть серия электрических или гидравлических двигателей, которые вращают весь механизм вокруг вершины башни.

Компоновка гондолы мощностью несколько мегаватт, опять же, более вариативна, чем у ее меньшей версии. У нас всегда должен быть генератор, но может и не быть трансформатора.В некоторых случаях, например, в знаменитой гондоле Enercon в форме яйца, нам даже не нужен редуктор. У них прямой привод. У вас просто есть вал, соединенный с двигателем, а затем много чрезвычайно сложной электроники, которая настраивает эту мощность для подключения к сети. Но в большинстве случаев нам нужно то же самое, что и в маленькой турбине: редуктор, генератор, возможно, трансформатор, все в стеклопластиковой коробке. В нашем примере мы рассматриваем типичную конструкцию, используемую рядом производителей, где у нас есть гондола высотой 3 метра, шириной 2 с половиной метра, длиной 7 или 8 метров.Это коробка из стекловолокна размером с хижину. Как и раньше, у нас есть датчики ветра на крыше, как можно дальше от грязного воздуха, выбрасываемого лопастями, когда они вращаются. Эта конструкция представляет собой просто стеклопластиковую коробку с плоской крышей. Мы попадаем на крышу через пару мансардных окон. Некоторые конструкции, как и раньше, большие, цилиндрические, с двумя открывающимися дверями, некоторые имеют целую часть крыши, которая открывается (как в старом автофургоне). Если снять оболочку с коробки, внутри у нас будут те же компоненты, что и раньше.Они просто больше, и в них немного больше места, поэтому они немного по-другому расположены. Единственный дополнительный компонент, или опора, — это три зеленых цилиндра сзади. Это наш высоковольтный трансформатор, который раньше был у основания башни. Теперь мы удалили множество систем управления и гидравлических систем, которые просто мешали бы на красивой картинке, мы добавили элемент для масштабирования, но большинство крупных компонентов все еще здесь. Если мы посмотрим на самую переднюю часть гондолы, у нас есть пара подшипников, которые поддерживают главный вал, который представляет собой полую трубу диаметром 50, 60, 70 сантиметров.Он полый, поэтому мы можем пропустить электрические кабели через главный вал в ступицу, чтобы приводить в действие все системы управления внутри ступицы, и у нас есть пара штифтов на первом подшипнике, которые фиксируют основной ротор в нужном положении, если нам нужен доступ. концентратор. Это средство безопасности. Если ты там, и он начинает вращаться, становится страшно. Таким образом, наш главный вал приводит в движение нашу коробку передач, которая установлена ​​по центру, потому что зачастую это самый тяжелый компонент. Сзади, как и раньше, выходит высокоскоростной вал, в котором и находится тормозная система.Высокоскоростной вал приводит в движение генератор, который обычно заполнен маслом, затем генератор подает 690 вольт в данном случае на наш трансформатор, который находится рядом с ним. Этот сигнал высокого напряжения затем проходит через распределительное устройство в шкафах, вниз по кабелю-капельнице, прямо вниз к основанию башни, через переключатели на платформе 2 и далее на подстанцию.

И это, в качестве общего обзора, почти все, что касается этого. Осталось поговорить только о лопастях, которые, очевидно, действительно работают.У нас по-прежнему их три, они по-прежнему качаются, другими словами, они крутятся сами по себе, чтобы соответствовать ветру, и вы получаете доступ к ступице через зазор между этим стекловолоконным кожухом и литой ступицей. Это немного похоже на изгиб, но вы пролезаете, обычно ногами вперед, пролезаете через отверстие в середине ступицы, а внутри ступицы мы найдем управляющую электронику, насосы, двигатели и батареи, для управления шагом каждой лопасти, вращая ее на собственном подшипнике, чтобы установить оптимальный угол для ветра.Если мы повернем лопасти на 90 градусов так, чтобы они были обращены к ветру, чистая сила поворота отсутствует, это процесс, называемый флюгированием, и турбина остановится. Очевидно, что внутри турбины происходит гораздо больше, много проводки и систем управления, света, датчиков, огнетушителей и т. Д., Но в основном это все. Общий обзор большинства турбин, которые сегодня можно встретить на ветряных электростанциях.

Конструкции будущего будут существенно отличаться, но на данный момент это ветряная мельница на палке.

Самая большая ветряная турбина в мире будет выше, чем Эмпайр-стейт-билдинг

В США растет энергия ветра; мощность возобновляемых источников энергии в стране выросла более чем в три раза за последние девять лет, и в значительной степени ответственны за это энергия ветра и солнца . Теперь предприятия хотят использовать еще больше энергии ветра по более низкой цене, и один из лучших способов снизить затраты — это построить более мощные турбины. Вот почему альянс шести институтов во главе с исследователями из Университета Вирджинии проектирует самую большую в мире ветряную турбину высотой 500 метров — почти треть мили в высоту и примерно на 57 метров выше Эмпайр-стейт-билдинг.

Турбины уже сейчас заметно крупнее, чем были 15 или 20 лет назад. Размер варьируется, но типичные сегодня башни ветряных электростанций достигают около 70 метров в высоту с лопастями около 50 метров в длину. Их выходная мощность зависит от размера и высоты, но обычно она колеблется от одного до пяти мегаватт — в верхнем диапазоне, этого достаточно для питания около 1100 домов. «Есть такая мотивация перейти на более крупные ветряные турбины, и причина в значительной степени в экономике», — объясняет Джон Холл, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники в Университете Буффало, штат С.U.N.Y. Одна из причин, по которой гигантские турбины более рентабельны, заключается в том, что на больших высотах ветер дует сильнее и устойчивее. Таким образом, «вы получаете больше энергии» с более высокой структурой, — говорит Эрик Лот, руководитель проекта крупной турбины, который финансируется Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA – E).

Еще одна причина, по которой эксперты по ветру считают, что чем больше, тем лучше: более длинные лопасти турбины также более эффективно улавливают ветер, а более высокие башни позволяют использовать более длинные лопасти.Мощность турбины напрямую связана с ее «рабочей площадью» — круглой площадью, охватываемой вращением лопастей, — объясняет Кристофер Незреки, профессор машиностроения и директор Центра ветроэнергетики Массачусетского университета в Лоуэлле. И это соотношение не является линейным: если длина лезвия удвоится, система может производить в четыре раза больше энергии, объясняет Незрецкий. Он отмечает, что турбины большего размера также имеют более низкую скорость включения — скорость ветра, при которой они могут начать вырабатывать энергию.

Команда

Лота хочет спроектировать систему мощностью 50 мегаватт с лопастями длиной 200 метров, что намного больше, чем у современных ветряных турбин. Если исследователям это удастся, они считают, что турбина будет в 10 раз мощнее существующего оборудования. Но ученые не собираются просто увеличивать размеры обычных конструкций; они кардинально меняют конструкцию турбины. У сверхбольшой машины будет два лезвия вместо обычных трех, что снизит вес конструкции и сократит расходы. Лот говорит, что уменьшение количества лопастей обычно снижает эффективность турбины, но его команда использует усовершенствованную аэродинамическую конструкцию, которая, по его словам, в значительной степени компенсирует эти потери.

Концепция проекта SUMR. Предоставлено: Чао Цинь

. По словам Лота, команда также представляет себе эти гигантские сооружения, расположенные на расстоянии не менее в 80 км от берега, где ветры, как правило, сильнее и люди на суше не могут их видеть или слышать. Но сильные штормы обрушились на такие места — у берегов США.Например, южное восточное побережье Атлантического океана — поэтому команда Лота столкнулась с трудностью создания чего-то массивного, к тому же относительно легкого и устойчивого к ураганам. Чтобы решить эту проблему, исследователи обратились к одному из дизайнерских решений самой природы: пальмам. «Пальмы действительно высокие, но очень легкие по конструкции, и при сильном ветре ствол может согнуться», — говорит Лот. «Мы пытаемся использовать ту же концепцию — проектировать наши ветряные турбины, чтобы они имели некоторую гибкость, чтобы они могли изгибаться и адаптироваться к потоку.”

В проекте команды две лопасти расположены по ветру от башни турбины, а не против ветра, как на традиционных турбинах. Лезвия также меняют форму в зависимости от направления ветра, как у пальмы. «Когда лопасти изгибаются под углом с подветренной стороны, вам не нужно делать их тяжелыми или прочными, чтобы можно было использовать меньше материала», — объясняет Лот. Эта конструкция также снижает вероятность того, что сильный ветер согнет вращающийся клинок в сторону его башни, потенциально разрушая всю конструкцию [Видео].«Лезвия адаптируются к высоким скоростям и начнут складываться, поэтому на них действует меньше динамических сил», — говорит Лот. «Мы хотели бы, чтобы наши турбины могли выдерживать ветер со скоростью более 253 километров в час» в нерабочих условиях. При скорости ветра от 80 до 95 километров в час система отключается, и лопасти отклоняются от ветра, чтобы они могли выдерживать сильные порывы ветра, добавляет Лот.

500-метровая турбина все еще сталкивается с проблемами — есть веские причины, по которым никто еще не построил турбину такого размера: «Как сделать 200-метровые лопасти? Как их собрать? Как построить такую ​​высокую башню? Краны только так высоко поднимаются.А с морским ветром [есть] дополнительные сложности », — говорит Незрецкий. Конструкция группы включает сегментированный лопасть, которую можно собрать из частей на месте, но Незрецкий отмечает, что ветроэнергетика еще не совсем поняла, как сегментировать лопасти. «Есть много исследовательских вопросов, которые необходимо решить», — говорит он. «Это определенно высокий риск, но также есть потенциал для высокой награды. Я не думаю, что эти проблемы непреодолимы ». Холл также сомневается, является ли такая массивная турбина оптимальным размером . «Мы понимаем, что чем больше, тем лучше. Вопрос в том, насколько больше? Нам нужно найти эту золотую середину », — говорит он. «Мы многому научимся из этого проекта».

Лот и его команда еще не тестировали прототип; в настоящее время они проектируют конструкцию турбины и систему управления, а этим летом строят модель, намного меньшую, чем настоящая, — около двух метров в диаметре. Следующим летом они планируют построить более крупную версию с двумя 20-метровыми лопастями, которая будет вырабатывать мощность менее мегаватта и будет протестирована в Колорадо.Сам Лот не уверен на 100 процентов, что гигантская турбина его команды станет реальностью, но он уверен, что попробовать стоит. «Это очень новая концепция, поэтому [нет] никаких гарантий, что она будет работать», — говорит он. «Но если это произойдет, это произведет революцию в оффшорной ветроэнергетике».

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать как можно больше энергии. На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером. лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления воздух образуется на подветренной стороне лопасти. Затем воздушный карман низкого давления вытягивает лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъема на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра. передняя сторона клинка, которая называется drag .Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, отдельном месте недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроэнергетической установкой Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветровые турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами). Для коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин обычно строятся близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией .Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины. как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов.Распространено энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии. которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии. Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите офис ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США.Америки первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок, был включен в декабре 2016 года. В отчете Wind Vision Министерства энергетики США показано, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
WINDExchange DOE

Как работают ветряные турбины
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
U.S. Управление энергетической информации Energy Kids

Энергия ветра: турбины становятся выше, больше и мощнее

Снижение цен на солнечную энергию привлекает все больше внимания, но в ветроэнергетике тоже происходят большие события. И я имею в виду большой .

Математика ветряных турбин довольно проста: чем больше, тем лучше. В частности, есть два способа получить больше энергии от ветра в данном районе.

Первый — с более крупными роторами и лопастями для покрытия большей площади.Это увеличивает мощность турбины, то есть ее общую потенциальную производительность.

Второй — поднять лопасти выше в атмосферу, где ветер дует более устойчиво. Это увеличивает «коэффициент мощности» турбины, то есть количество фактически производимой мощности по отношению к ее общему потенциалу (или, проще говоря: как часто она работает).

История развития ветроэнергетики — это история создания все более высоких и высоких турбин с все более и более крупными лопастями.Это сложное и деликатное дело. Высокие, тонкие вещи, поставленные на сильном ветру, склонны гнуться и сгибаться. Когда длинные лопасти турбины изгибаются, они могут врезаться в башню или ступицу, как это произошло в датской системе в 2008 году после того, как ее «тормоз» вышел из строя и вышла из-под контроля:

Итак, третья инженерная задача — найти конструкции и материалы, которые могут выдерживать нагрузки, связанные с высотой и сильным ветром. Эти нагрузки становятся довольно интенсивными — посмотрите это видео, в котором инженеры испытывают огромную лопасть турбины, таща ее взад и вперед «весом примерно 16 африканских слонов».”

В любом случае, делать турбины все больше и больше — вот в чем дело. Когда дело доходит до наземных (береговых) турбин, этот процесс начинает сталкиваться с различными нетехническими ограничениями — узкими местами транспортировки и инфраструктуры, проблемами землепользования, опасениями по поводу видов, больших птиц, теней и т. Д.

Но особенно в Европе ветроэнергетика все больше перемещается в море. А в океане, где суша едва видна, единственное ограничение в размере — инженерное дело.Следовательно, морские турбины сегодня расширяются даже быстрее, чем береговые турбины за последнее десятилетие.

Яркий пример этой тенденции наметился в марте 2018 года (когда я впервые опубликовал эту статью). GE Renewable Energy объявила, что инвестирует 400 миллионов долларов в разработку новой турбины-монстра: Haliade-X, которая будет (по крайней мере, до следующего большого объявления) самой большой, самой высокой и самой мощной в мире.

Лопасти ветряной турбины GE Haliade-X мощностью 12 МВт высотой 351 фут являются самыми длинными в мире. GE Возобновляемая энергия

Это впечатляющий инженерный подвиг, но значение увеличения размера турбины выходит далеко за рамки этого. Большие турбины более стабильно собирают больше энергии; чем больше они становятся, тем менее гибкими и надежными они становятся и тем легче их интегрировать в сеть. Ветер уже превосходит другие источники на оптовых рынках энергии. Спустя еще несколько поколений роста это больше не будет соревнованием.

Какие ветряки получают до

Чтобы понять, насколько велика эта новая турбина GE, давайте начнем с некоторых сравнений.

Я позвонил Бену Хоену, исследователю из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, чтобы узнать последние данные о размерах ветряных турбин. (Он подчеркивает, что это предварительные цифры — у LBNL есть отчет об этом через несколько месяцев, но он не ожидает, что эти цифры сильно изменятся, если вообще изменятся.)

По словам Хоэна, средняя общая высота (от основания до кончика) наземной турбины в США в 2017 году составляла 142 метра (466 футов). Средняя турбина была ближе к 152 метрам (499 футов).Фактически, сказал Хоэн, медиана приближается к максимуму. Другими словами, со временем наземные турбины США, похоже, сойдутся примерно на этой высоте. Почему? Потому что, если вы строите выше 499 футов, Федеральное управление гражданской авиации требует некоторых дополнительных шагов в процессе утверждения, и, по-видимому, большинство разработчиков не сочли это стоящим хлопот.

Самые высокие наземные турбины США находятся на проекте Hancock Wind в округе Хэнкок, штат Мэн. Те — Vestas V117-3.3s, если вы должны знать, — около 574 футов в высоту.

Итак, это берег. А как насчет офшора? Что ж, на данный момент в США есть одна и только одна действующая морская ветряная установка — ветряная электростанция на Блок-Айленде недалеко от Род-Айленда. Его турбины поднимаются примерно на 590 футов.

Как Haliade-X по сравнению со всем этим? По данным GE, он достигнет высоты 853 футов и футов.

Хавьер Саррачина

Насколько я знаю, это самая высокая ветряная турбина в мире.Насколько я могу судить по поиску в Google (как я уже сказал, эти вещи быстро меняются), предыдущий рекордсмен — это 809-футовая береговая турбина в Германии.

Чем больше турбина, тем больше мощность, чаще

Но рост не имеет значения. Haliade-X также может похвастаться несколькими другими превосходными степенями.

Диаметр ротора — это размер полного поворота лопаток турбины (диаметр окружности, которую они определяют). При прочих равных, больший диаметр ротора означает, что турбина может собирать больше ветра.

В 2017 году, как сказал мне Хоэн, средний диаметр ротора ветряных турбин в США составлял 367 футов. Haliade-X будет иметь диаметр ротора 722 футов, что примерно вдвое больше среднего. По словам GE, лезвия будут гигантскими, длиной 351 фут каждое, длиннее футбольного поля и длиннее любого другого на сегодняшний день оффшорного лезвия.

Массивный диаметр ротора, устойчивый морской ветер, плюс турбина мощностью 12 МВт (на суше в среднем около 3 МВт; на море около 6 МВт), означает, что Haliade-X будет иметь необычно высокий коэффициент мощности.

Эта цитата из отчета Министерства энергетики о рынке ветроэнергетических технологий за 2016 год показывает, как факторы мощности ветра менялись с течением времени: «Средний коэффициент мощности в 2016 году среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составил 42,5% по сравнению со средним показателем 32,1% среди построенных проектов. с 2004 по 2011 год и только 25,4% среди проектов, построенных с 1998 по 2001 год ».

Для сравнения, в 2016 году средний коэффициент использования ядерного флота США составлял около 92 процентов. (Учитывая текущие рынки, ядерная энергия экономична только при непрерывной работе в качестве базовой нагрузки.) Уголь и природный газ составили 55 и 56 процентов соответственно. (Природный газ настолько низок, потому что он часто повышается и понижается в соответствии с колебаниями спроса. Раньше уголь был близок к 80, но эксплуатация угольных электростанций становится все менее и менее экономичной.)

Таким образом, в современных США ветровая энергия составляет 42,5 процента, а природного газа — 56 процентов. Haliade-X, по данным GE, будет иметь коэффициент загрузки 63 процента . Это чокнутый, хотя он не был бы самым высоким в мире — плавающие морские турбины в проекте Hywind Scotland недавно достигли 65%.

Добавьте все это, и на «типичном немецком предприятии в Северном море», по словам GE, каждый Haliade-X будет производить около 67 ГВтч в год, «достаточно чистой энергии для 16000 домашних хозяйств на одну турбину и до 1 миллиона европейских домашних хозяйств в конфигурация ветряной электростанции мощностью 750 МВт ». (Достаточно сказать, что это число будет меньше для американских домохозяйств, расточительно расходующих электроэнергию.) Это «на 45 процентов больше энергии, чем у любой другой морской ветряной турбины, доступной сегодня», — говорится в сообщении компании.

Первый Haliade-X в настоящее время строится в Роттердаме, Нидерланды.В апреле GE заявила, что начнет производить электроэнергию в конце этого года.

GE

Более крупные турбины, которые работают чаще, сокрушат всех конкурентов

Давайте посмотрим, что означают эти возрастающие коэффициенты мощности для ветра.

Я часто возвращаюсь к этой публикации 2015 года аналитика по энергетике Рамеза Наама об окончательном потенциале энергии ветра. «Ветер с коэффициентом мощности 60%, — писал он, — даже при той же цене за кВт / ч сегодня, был бы намного более ценным, чем сейчас, с меньшими ограничениями на то, сколько его мы могли бы использовать.

Почему? Некоторые причины.

• Чем более изменчивым является источник, тем больше требуется резервных копий, чтобы укрепить его и сделать надежным. (Сегодня резервное копирование чаще всего обеспечивается заводами, работающими на природном газе, хотя аккумуляторы постепенно разряжаются.) За счет того, что ветер становится менее изменчивым и более надежным, более высокие коэффициенты мощности сокращают затраты на резервное копирование.
• Переменные возобновляемые источники энергии (солнце и ветер) имеют тенденцию «съесть свой обед». Поскольку все это производит энергию одновременно (когда светит солнце или дует ветер), следующий прирост добавленной мощности приводит к снижению клиринговой цены для всех остальных приращений.Чем больше энергии сразу поступает в сеть, тем ниже цена. Распределяя энергию на более длительный период — примерно вдвое больше, чем у турбин 2011 года выпуска — турбина с коэффициентом мощности 60% притупляет и замедляет этот эффект снижения цен.
• При увеличении часов работы турбина с высоким коэффициентом мощности с большей вероятностью будет работать во время пиков нагрузки, когда мощность является наиболее ценной.

Фактор емкости более 60 процентов — это не совсем «базовая нагрузка», но определенно выглядит гораздо менее изменчивой.Так что турбины, подобные Haliade-X, были бы более ценными, даже если бы цена на ветровую электроэнергию не изменилась.

Но, конечно, не останется прежним; он упал на 65 процентов с 2009 года. В недавнем отчете NREL прогнозировалось, что инновации в технологии ветроэнергетики (среди которых более крупные турбины — одна из многих) могут снизить его еще на 50 процентов к 2030 году. (Исследователи из Университета Вирджинии работают над проект морской турбины, которая будет возвышаться на 1640 футов выше здания Эмпайр-стейт.)

Скажем, к 2025 году средняя высота ступицы новых ветряных турбин в США достигнет 460 футов, что примерно соответствует текущим прогнозам. По данным NREL, такие турбины могут иметь коэффициент полезной мощности более 60 процентов на территории США более 750 000 квадратных миль и более 50 процентов на территории 1,16 миллиона квадратных миль.

NREL

Такое количество ветра при таком коэффициенте мощности и прогнозируемых достижениях в ветроэнергетике позволит производить электроэнергию, достаточно дешевую, чтобы полностью сокрушить всех конкурентов.И 2025 год не так уж и далек.

турбина | Британника

Полная статья

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. За счет организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала касательная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводящий трубопровод), для преобразования этого так называемого напора в работу. Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет.Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине. Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем.Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания.Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Они обычно монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветровой турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до XIX века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реакционные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода.Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллера, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидротурбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии бегунка, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потреблением. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянный КПД в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудару) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину, по существу, существует осевой поток. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя, родившегося в Великобритании Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

Ветряная турбина — Музей науки и промышленности

Постройте ветряную турбину для выработки электроэнергии и исследуйте процесс преобразования энергии.

Материалы

• Три трубы из ПВХ, одна длиной около 30 см, а другие длиной не менее 15 см
• Три тройника из ПВХ
• Одно колено из ПВХ
• Двигатель
• Провод (длиной около двух футов)
• Провод фрезы
• Ступица (можно приобрести у Kid Wind Project)
• Деревянные дюбели
• Мультиметр
• Зажимы типа «крокодил»
• Ножницы
• Лента
• Фен или вентилятор
• Материалы для лезвий, такие как бальзовая бумага, алюминиевая фольга, конструкционная бумага , палочки для мороженого и т. д.

Указания

1. Вставьте 15-сантиметровую трубу из ПВХ в среднее отверстие тройника из ПВХ. Повторите то же самое с другой 15-сантиметровой трубой из ПВХ и тройником.
2. Соедините две части вместе, вставив свободные концы труб по сторонам третьего тройника со средним отверстием вверх.
3. Вставьте оставшуюся трубу из ПВХ в тройниковое отверстие, направленное вверх, так, чтобы труба стояла вертикально.
4. Поместите последний тройник на свободный конец башни.
5. Подсоедините к двигателю два провода.Надежно установите двигатель в шарнир наверху башни. Пропустите провода по трубе башни и выведите из одного из тройников на основании. При необходимости используйте изоленту, чтобы надежно удерживать двигатель на месте.
6. Прикрепите пластиковую круглую деталь, называемую ступицей, к прямой металлической детали на внешней стороне двигателя.
7. Подсоедините провода к мультиметру с помощью зажимов типа «крокодил». Установите мультиметр на 20 вольт.
8. Вставьте несколько небольших деревянных дюбелей в отверстия ступицы.Создайте ветер с помощью фена или вентилятора. Проверьте мультиметр, чтобы узнать, сколько энергии вырабатывается.
9. Используя различные материалы, спроектируйте различные лопасти ветряной турбины. Учитывайте вес, гладкость поверхности и количество необходимых лезвий. Прикрепите лезвия к дюбелям с помощью скотча.
10. Снова включите фен или вентилятор и проверьте турбину с каждым типом лопастей, которые вы разработали. Чем отличается электрическая мощность? Протестируйте турбину с разными скоростями ветра, такими как низкие, средние и высокие настройки вентилятора.Влияет ли скорость ветра на выработку электроэнергии?

Что происходит?

Поскольку кинетическая механическая энергия движущегося ветра вращает лопасти ветряной турбины, генератор внутри турбины также вращается. Это заставляет спиральный провод вращаться вокруг магнита и создает электрический ток, который мы измеряем с помощью мультиметра.

Так как энергия не создается и не разрушается, чем больше энергия вводится, тем больше будет выход энергии.Следовательно, чем больше механической энергии вы начинаете — чем быстрее вращаются лопасти — тем больше электроэнергии будет вырабатывать турбина.

Справочная информация

Ветер возникает из-за разницы в давлении, создаваемой неравномерным нагревом поверхности Земли солнцем. Излучение солнца заставляет землю накапливать тепловую энергию. Воздух над землей также получает тепловую энергию и расширяется, становясь менее плотным и поднимаясь вверх.

Это движение вызывает область низкого давления на поверхности, создавая вакуум, который втягивает воздух.Более холодный и плотный воздух течет в область низкого давления на поверхности, заполняя пространство, оставшееся поднимающимся нагретым воздухом. Это создает конвекционный ток, а тепловая энергия преобразуется в кинетическую механическую энергию в виде движущегося воздуха или ветра.

Ветряная турбина преобразует механическую энергию ветра в электрическую. Турбина берет кинетическую энергию движущейся жидкости, в данном случае воздуха, и преобразует ее во вращательное движение. Когда ветер проходит мимо лопастей ветряной турбины, он перемещает или вращает лопасти.Эти лопасти вращают генератор. Генератор работает как инверсия электродвигателя; вместо того, чтобы применять электрическую энергию для поворота и создания механической энергии, он использует механическую энергию для поворота и создания электрической энергии. Генераторы вращают спиральную проволоку вокруг магнитов для создания электрического тока.

Хорошая вибрация: безлопастные турбины могут принести энергию ветра в ваш дом | Возобновляемая энергия

Гигантские ветряные электростанции, расположенные вдоль холмов и береговых линий, — не единственный способ использовать силу ветра, говорят пионеры зеленой энергетики, которые планируют заново изобрести энергию ветра, отказавшись от турбинных башен, лопастей и даже ветра.

«Мы не против традиционных ветряных электростанций», — говорит Давид Яньес, изобретатель Vortex Bladeless. Его стартап из шести человек, расположенный недалеко от Мадрида, впервые разработал конструкцию турбины, которая может использовать энергию ветра без широких белых лопастей, которые считаются синонимом энергии ветра.

Дизайн недавно получил одобрение государственной энергетической компании Норвегии Equinor, которая включила Vortex в список 10 самых интересных стартапов в энергетическом секторе. Equinor также предложит поддержку в развитии стартапов в рамках своей программы технического акселератора.

Безлопастные турбины стоят на высоте 3 метра и представляют собой цилиндр с закругленной вершиной, закрепленный вертикально с помощью упругого стержня. Неподготовленному глазу кажется, что он качается взад и вперед, как игрушку на приборной панели автомобиля. На самом деле он разработан, чтобы колебаться в пределах диапазона ветра и генерировать электричество от вибрации.

Это уже вызвало недоумение на форуме Reddit, где турбину сравнивали с гигантской вибрирующей секс-игрушкой, или «скайбратором». Безошибочно фаллический дизайн собрал на сайте более 94 000 оценок и 3500 комментариев.Самый популярный комментарий предполагает, что подобное устройство может быть найдено в ящике комода вашей матери. Он получил 20 000 положительных оценок пользователей Reddit.

«Наша технология обладает различными характеристиками, которые могут помочь заполнить пробелы, в которых традиционные ветряные электростанции могут не подходить», — говорит Яньес.

Эти пробелы могут включать городские и жилые районы, где влияние ветряной электростанции было бы слишком большим, а пространство для ее строительства было бы слишком маленьким. Он отражает ту же тенденцию к установке небольших локальных генераторов энергии, что помогло домам и компаниям по всей стране сэкономить на счетах за электроэнергию.

«Это могло быть ответом энергии ветра на домашние солнечные батареи», — говорит Яньес.

«Они хорошо дополняют друг друга, потому что солнечные панели производят электричество в течение дня, а скорость ветра, как правило, выше ночью», — говорит он. «Но главное преимущество технологии заключается в снижении ее воздействия на окружающую среду, визуального воздействия, а также затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание турбины».

Турбина не представляет опасности для миграций птиц или дикой природы, особенно при использовании в городских условиях.Для людей, живущих или работающих поблизости, турбина будет создавать шум с частотой, практически не обнаруживаемой людьми.

«Сегодня турбина небольшая и вырабатывает небольшое количество электроэнергии. Но мы ищем промышленного партнера, который расширил бы наши планы до 140-метровой турбины с мощностью 1 мегаватт », — говорит Яньес.

Vortex — не единственный стартап, который надеется заново изобрести энергию ветра. Alpha 311, начавшаяся в садовом сарае в Уитстабле, Кент, начала производство небольшой вертикальной ветряной турбины, которая, по ее утверждению, может вырабатывать электричество без ветра.

2-метровая турбина, сделанная из переработанного пластика, предназначена для установки на существующие уличные фонари и вырабатывает электричество, поскольку проезжающие машины вытесняют воздух. Независимое исследование, проведенное по заказу компании, показало, что каждая турбина, установленная вдоль автомагистрали, может вырабатывать столько же электроэнергии, сколько 20 квадратных метров солнечных панелей, что более чем достаточно, чтобы держать уличный фонарь включенным, а также обеспечивать питание местной энергосистемы.

Уменьшенная версия турбины высотой менее 1 метра будет установлена ​​на O2 Arena в Лондоне, где она поможет вырабатывать чистую электроэнергию для 9 миллионов человек, которые посещают развлекательные заведения в течение обычного года.

«Хотя наши турбины можно разместить где угодно, оптимальное расположение — рядом с шоссе, где они могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Нет необходимости что-либо копать, так как они могут быть прикреплены к уже имеющимся осветительным колоннам и использовать существующие кабели для непосредственного ввода в сеть », — говорит Майк Шоу, представитель компании. «Площадь небольшая, а автомагистрали — не самое красивое место».

Пожалуй, наиболее амбициозным отклонением от стандартной ветряной турбины стал немецкий стартап SkySails, который надеется использовать бортовую конструкцию для использования энергии ветра прямо с неба.

SkySails производит большие полностью автоматизированные воздушные змеи, предназначенные для полета на высоте 400 метров, чтобы уловить силу высокогорного ветра. Во время подъема кайт тянет за трос, привязанный к лебедке и генератору на земле. Воздушный змей вырабатывает электричество, когда он поднимается в небо, и, будучи полностью разобранным, использует только часть произведенного электричества, чтобы вернуться к земле.

Стефан Рэйдж, исполнительный директор SkySails, говорит, что воздушные ветроэнергетические системы означают «минимальное воздействие на людей и окружающую среду… Системы работают очень тихо, практически не оказывают видимого воздействия на ландшафт и почти не отбрасывают тень», он добавляет.

Сегодня проект может генерировать максимальную мощность от 100 до 200 киловатт, но новое партнерство с немецкой энергетической фирмой RWE может увеличить потенциальную мощность с киловатт до мегаватт.