Как устроен ветрогенератор

Ветрогенератор превращает ветер в электричество в три шага: лопасти ловят поток и вращаются, вращение раскручивает ротор генератора, генератор выдаёт ток. Звучит просто – но именно на последнем шаге прячется техническая хитрость, без которой турбина не смогла бы отдавать энергию в общую сеть. В России такие турбины уже дают 5,5 млрд кВт·ч в год.

Основных узлов четыре, и каждый решает свою задачу.

Внутри гондолы у генератора те же две части, что и в любой электрической машине: ротор и статор. Ротор вращается лопастями, статорная обмотка стоит неподвижно вокруг него – и на этой обмотке возникает переменный ток.

На словах всё просто: покрутили лопасти – получили ток. На деле генератор турбины выдаёт переменный ток, частота которого зависит от того, как быстро в данный момент дует ветер. А сеть требует строго определённую частоту – в России это 50 герц, без отклонений.

Ветер же не дует ровно: порыв – затишье – порыв. Если отправить в сеть ток «как есть», частота будет плавать вместе с ветром, и сеть такое не примет. Поэтому внутри турбины стоит электронный блок, который сначала выпрямляет переменный ток в постоянный, а затем снова превращает его в переменный – но уже точно под частоту сети. Именно этот незаметный шаг и позволяет турбине отдавать в общую сеть стабильный ток при нестабильном ветре.

Снаружи кажется, что ветрогенератор – это просто вышка с крутящимся пропеллером. На деле у турбины есть две системы управления, которые работают постоянно и незаметно.

Yaw-система разворачивает всю гондолу вслед за ветром. Флюгер на крыше гондолы измеряет направление потока, контроллер сравнивает его с текущим положением гондолы и, если ветер сменил сторону, включает привод, который плавно доворачивает гондолу – лопасти должны смотреть точно на ветер, иначе турбина теряет мощность.

Pitch-система меняет угол атаки самих лопастей – поворачивает их вокруг своей оси. При слабом ветре лопасти разворачивают так, чтобы ловить максимум потока. При сильном – наоборот, уменьшают угол атаки, чтобы турбина не раскручивалась выше расчётной скорости. А в настоящий шторм лопасти разворачивают почти плашмя к ветру – это называют флюгированием – и турбина останавливается, чтобы её не разнесло собственной центробежной силой.

Обе системы работают от одних и тех же датчиков – анемометра и флюгера на гондоле – и управляются автоматикой без участия человека.

Ветроэнергетика в стране пока небольшая, но растёт быстро. На 1 января 2023 года суммарная мощность российских ветропарков достигла 2108 МВт, а за 2022 год они выработали 5,5 млрд кВт·ч – это 0,5% всей электроэнергии в стране.

Строят ветропарки не энтузиасты-одиночки, а крупные структуры. Фонд развития ветроэнергетики – это «Фортум», «Роснано» и датская Vestas вместе – держит установленную мощность 1858,3 МВт. Второй крупный игрок – «НоваВинд», дочерняя структура «Росатома», с мощностью 1172,5 МВт. По прогнозу самого «Росатома», через семь лет мощность отечественной ветроэнергетики должна вырасти до 3,6 ГВт – это почти вдвое больше, чем сейчас.

Пока в России достраивают проект, который станет крупнейшим ветропарком в стране, – Новолакскую ВЭС в Дагестане. Строит её «НоваВинд», инвестиции превышают 50 млрд рублей.

После ввода всех очередей установленная мощность станции достигнет 300 МВт, а плановая среднегодовая выработка – 879 млн кВт·ч. Первая очередь уже работает и поставляет электроэнергию в единую энергосистему страны – то есть проект не на бумаге, а уже в сети.

Выбор именно Дагестана не случаен: горная местность создаёт устойчивые воздушные потоки, а близость к югу страны и морю добавляет ветру силы и постоянства – то, что нужно турбине для стабильной работы круглый год.

За каждой турбиной – не только производитель лопастей, но и инженеры, которые считают, где вообще ставить ветропарк: замеряют силу и постоянство ветра на конкретной площадке за месяцы до начала стройки, ведь ошибка в расчёте оборачивается турбиной, которая крутится вхолостую.

Дальше нужны специалисты по монтажу многотонных конструкций на высоте, электрики, которые встраивают ветропарк в энергосистему, и инженеры, которые обслуживают турбины удалённо: датчики на лопастях и генераторе передают данные о состоянии узлов, не дожидаясь визита техника. Для отрасли, которая в России ещё только набирает обороты, это устойчивый спрос на редких специалистов – от геодезистов до наладчиков автоматики.

Как работает ветрогенератор простыми словами?

Ветер вращает лопасти, лопасти раскручивают ротор генератора, генератор вырабатывает электрический ток. Внутри турбины ток дополнительно преобразуют, чтобы он точно подходил под частоту электросети.

Из чего состоит ветряная электростанция?

Из лопастей (обычно трёх), ротора, гондолы с генератором и электроникой, башни и систем управления – yaw (разворот по ветру) и pitch (изменение угла лопастей).

Сколько энергии даёт один ветрогенератор?

Зависит от мощности турбины и силы ветра на площадке. Новолакская ВЭС в Дагестане после полного ввода будет вырабатывать в среднем 879 млн кВт·ч в год при мощности 300 МВт.

Сколько ветроэнергии вырабатывается в России?

На начало 2023 года – 5,5 млрд кВт·ч в год, около 0,5% всей российской электрогенерации. Мощность растёт: прогноз – 3,6 ГВт через семь лет.

Что происходит с ветрогенератором в сильный шторм?

Специальная pitch-система разворачивает лопасти почти плашмя к ветру – это называют флюгированием – и турбина останавливается, чтобы избыточная скорость вращения её не повредила.