Деревянные ветряки

Иллюстрация Петра Перевезенцева

В Кельне, в Германии, есть совершенно потрясающий римско-католический Кельнский собор. Безусловно — жемчужина Европы. Возможно, кто-то бывал из вас в Кельне и видел эту невероятную красоту, шедевр готики.

Кельнский собор ведет свою историю с середины XIII века. На протяжении шести веков его непрерывно строили и достраивали, потому что был замысел — построить самый высокий собор в мире. Когда 140 лет назад собор окончательно закончили достраивать, он действительно был самым высоким зданием мира. Сегодня же он занимает третье место в списке самых высоких церквей на Земле.

Его высота от основания до кончиков двух башен составляет 157 метров. А теперь мысленно поставьте рядом с собором ветряк рождения 2020 года и мощностью 20 тысяч киловатт.

Как вы думаете, как они соотнесутся по высоте? Так вот, его гондола, к которой крепятся лопасти, будет находиться как раз на уровне кончика башен собора, то есть на высоте почти 160 метров. А длина каждой лопасти — больше, чем длина футбольного поля. Невероятная громадина! Просто монстр!

Если бы такой ветряк стоял у нас в Москве, то он в полном комплекте — башня плюс лопасть — возвышался бы над рубиновой звездой на шпиле главного здания МГУ на Ленинских горах на 40 метров. В общем — жуть, на мой взгляд.

Первую ветряную турбину, вырабатывающую электроэнергию, показал миру австриец Йозеф Фридлендер. Он представил ее на Венской международной электротехнической выставке в 1883 году. Спустя четыре года профессор Джеймс Блат из Глазго установил в саду своего загородного дома ветрогенератор с матерчатым парусом, заряжал аккумулятор и освещал свой дом.

Однако до середины XX века ветряки были скорее экзотикой, игрушкой ученых и инженеров. Но все изменил 1973 год, когда взлетели до небес цены на нефть. Тогда-то и начали изучать альтернативные источники электроэнергии, чтобы отвязаться от ископаемых углеводородов. А потом и зеленые подоспели со своей патологической ненавистью к СО₂ — молекуле жизни.

В результате эволюция ветрогенераторов ускорилась. Сегодня это гигантские конструкции из стали, бетона и стеклопластика.. За последние 40 лет ветряки невероятно выросли в прямом смысле этого слова.

Если в 1980 году диаметр ротора, или размах лопастей ветряка, мощностью 40 киловатт составлял всего 15 метров, то сегодня диаметр ротора самого большого ветряка в Германии — 252 метра. А высота его башни превышает высоту Кельнского собора.

Почему ветряки растут вверх? До чего они хотят дотянуться? Чем выше над землей, тем более устойчивый и сильный ветер дует и, следовательно, тем больше выход энергии. Специалисты называют этот высотный ветер «коммерческим». Таким образом, высота башен новых ветряных турбин непрерывно растет. А большой диаметр ротора позволяет захватить этих ресурсов побольше.

Но с большими ветряками много проблем. И первая из них — транспортировка. Как доставить 100-метровую лопасть с завода на место установки? Это просто настоящая специальная транспортная операция.

Башни нужны все более высокие, но это так дорого, что ветряки становятся нерентабельными. Да и экологически не безупречными. Где выход? Оказывается, решение есть. Решение, которое отсылает нас к первоисточнику — деревянным мельницам.

Эта прекрасная идея родилась в Германии. Прежде от древесины для ветряков отказались потому, что она слишком неоднородна по своей природе: есть сучки, отверстия и неровные волокна. А всякая неоднородность — это место напряжения и потенциального слома.

Но сегодня эта проблема решена. Сегодня из древесины делают великолепный монолитный материал — клееную древесину. Годичные кольца дерева снимают по одному и склеивают слой за слоем в виде ламината. В результате получается суперпрочный материал во всех направления.

Вообще, как это ни странно, натуральная древесина превосходит по долговечности сталь. Сталь ведь тоже уязвима — ее жрет ржавчина.

Еще одно достоинство древесины — она легче стали, поэтому она не будет деформироваться под тяжестью собственного веса, если работает в качестве несущей конструкции.

Но самое большое преимущество древесины в ветроэнергетике — это ее так называемая усталостная прочность. Ветер постоянно дергает башню, она вздрагивает и вибрирует от каждого оборота роторов. Древесина выдерживает все это гораздо лучше стали, потому что от природы заточена на такие нагрузки. А сталь не такая гибкая, быстрее утомляется и разрушается.

Одним словом, теоретически можно поставить деревянную башню высотой в 1,5 километра. И прослужить деревянная башня может до 1000 лет при весьма скромном и необременительном уходе.

В 2006 году два молодых немецких инженера при поддержке немецкого производителя ветряных турбин построили первую в мире деревянную ветряную электростанцию из примерно 400 кубометров ели. Этот ветряк стоит в Ганновере-Мариенвердере. На верху деревянной башни находится гондола из стали весом около 100 тонн, к которой прикреплены лопасти из стеклопластика длиной 40 метров.

Этот ветряк мощностью 1,5 мегаватта работает и по сей день. То есть уже 17 лет. Но почему-то не вдохновляет инженеров. Производители и операторы всегда работали со сталью и стеклопластиком. А тут дерево. Надо переучиваться.

Много сомнений, много неуверенности, но джинн уже выпущен из бутылки. Уже появились апологеты деревянных ветряков, которые верят в силу этого природного материала. В Австрии строят деревянную ветряную электростанцию с ферменной конструкцией, аналогичную Эйфелевой башне. В конце года этот ветряк уже должен быть установлен.

В общем — назад в будущее. В очередной раз природа утерла нам нос и предложила готовое решение в виде древесины. Посмотрим, как будут разворачиваться события и куда приведет нас эволюция ветряков.