Электростанции на возобновляемых источниках энергии

Энергия воды и ветра обладает огромным потенциалом. Первой в мире государственной электростанцией на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) стала гидроэлектростанция, построенная в 1881 году с применением генератора компании «Сименс». Таким образом, «Сименс» является одним из первых разработчиков продуктов и решений в области производства энергии из возобновляемых источников. 

Установка ротора генератора на гидроэлектростанции «Арднакруша» на реке Шеннон, 1929 год
Установка ротора генератора на гидроэлектростанции «Арднакруша» на реке Шеннон, 1929 год

1929 год: гидроэлектростанция «Арднакруша» на реке Шеннон

В конце 1920-х годов в Ирландии электричеством было обеспечено лишь несколько городов. Общая мощность всех государственных электростанций составляла всего 27 000 киловатт. Однако этого было недостаточно для дальнейшего экономического развития. По сути, требовалось обеспечить электроэнергией территорию площадью около 70 000 квадратных километров, на которой проживало примерно три миллиона человек. На территории провозглашенного в 1922 году Ирландского Свободного государства было мало угольных месторождений, поэтому его правительством было принято решение сосредоточиться на использовании огромного энергетического потенциала водных ресурсов. 

 

Для достижения этой амбициозной цели в 1925 году правительство Ирландии привлекло компанию «Сименс». Ключевым объектом данного энергетического проекта стала гидроэлектростанция «Арднакруша» (Ardnacrusha) на реке Шеннон. Первая очередь этой ГЭС, которая была введена в эксплуатацию в 1929 году, состояла из трех генераторов мощностью 30 МВА каждый. Вторая очередь еще на 25 МВА была завершена в 1933 году. 

 

Контракт на строительство трех очередей гидроэлектростанции «Арднакруша» стал крупнейшим международным контрактом, полученным немецкой компанией со времен строительства Багдадской железной дороги в 1903 году. Этот масштабный проект стал впечатляющим подтверждением возможностей компании «Сименс» как сильного игрока на международном рынке.

Установка генератора на гидроэлектростанции «Итайпу» в Бразилии, 1983 год
Установка генератора на гидроэлектростанции «Итайпу» в Бразилии, 1983 год

1978 год: начало работ по строительству крупнейшей в мире гидроэлектростанции «Итайпу»

В 1978 году начались работы по строительству крупнейшей в мире гидроэлектростанции на границе Парагвая и Бразилии. К моменту завершения работ в 1991 году электростанция вырабатывала 75 миллиардов киловатт-часов в год, являясь лидером не только по мощности, но и по объемам производства электроэнергии.

 

В ходе строительства ГЭС «Итайпу» (Itaipu) на реке Парана компания «Сименс» поставила не только огромное количество различных компонентов, но и оборудовала сердце электростанции, установив пять крупнейших в мире гидроэлектрогенераторов. Генераторы были изготовлены на заводе в г. Лапа в Бразилии и имели мощность 823,6 МВА каждый. 

 

Трансформаторы на 275 МВА, изготовленные для этой электростанции, тоже отличались невиданными размерами: каждый из них был высотой в три человеческих роста и весил 215 тонн. Успешная транспортировка этих огромных установок стала уникальным достижением с точки зрения логистики.

Высокотемпературный твердооксидный топливный элемент (SOFC), 1995 год
Высокотемпературный твердооксидный топливный элемент (SOFC), 1995 год

1994 год: топливный элемент, установивший мировой рекорд

Топливные элементы позволяют получать электроэнергию непосредственно из кислорода и водорода с помощью процесса, который иногда называют холодным горением. По сравнению с традиционными источниками энергии эта технология обладает более высоким КПД и отличается существенно меньшим уровнем выбросов загрязняющих веществ.

 

В 1994 году высокотемпературный твердооксидный топливный элемент (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) компании «Сименс», работающий на водороде и кислороде, впервые в мире развил мощность 1,8 киловатта (кВт). Предыдущий рекорд составлял 1,3 кВт. Удельная мощность, составившая 0,6 Вт/см2, также стала мировым рекордом.

 

Во время более чем 300-часовой эксплуатации батареи были смоделированы ключевые процессы, такие как включение и выключение питания. Оказалось, что даже после повторного включения электрические характеристики батареи оставались неизменными.

Самая длинная лопасть ветровой турбины, 2012 год
Самая длинная лопасть ветровой турбины, 2012 год

2012 год: самая длинная лопасть ветровой турбины в мире

В 2012 году на морской ветровой электростанции мощностью 6 МВт недалеко от города Остерилд в Дании состоялся пробный пуск самой большой в мире ветровой турбины «Сименс». Длина каждой из ее лопастей составляла 75 метров, что также на тот момент было абсолютным мировым рекордом.

 

Новые лопасти отличались высокой устойчивостью к нагрузкам в сочетании с небольшим весом. Это была крупнейшая в мире стеклопластиковая лопасть цельной формовки, она не имела ни швов, ни клеевых соединений. Инновационный дизайн лопасти обеспечивал оптимальную производительность при различных скоростях ветра. Если бы эту лопасть изготавливали традиционным способом, она весила бы на 25–50% больше. А чем тяжелее лопасти ротора, тем большим нагрузкам они подвергаются и тем прочнее корпус, мачты и опоры им нужны. Таким образом, сочетание хорошо продуманной конструкции и небольшого веса помогло снизить стоимость выработки ветровой электроэнергии.

 

Морские ветровые турбины такой модели могут производить до 25 миллионов киловатт-часов чистой энергии, что достаточно для снабжения электричеством 6 000 домов.

Край лопасти DinoTail (слева) и DinoTail Next Generation (справа), 2016 год
Край лопасти DinoTail (слева) и DinoTail Next Generation (справа), 2016 год

2017 год: технология OWL

Ветропарки производят экологически чистую электроэнергию, но в то же время создают много шума. Чем быстрее работает турбина, тем она громче. В открытом море это не проблема, но при строительстве наземных ветровых электростанций необходимо соблюдать множество требований по защите жителей близлежащих районов от слишком большого уровня шума. Во многом поэтому наземные ветровые турбины традиционной конструкции часто не могут вращаться с максимальной скоростью. Но чем медленнее они вращаются, тем меньше электричества производят. 

 

Чтобы решить эту проблему, в компании «Сименс» разработали инновационную конструкцию лопастей ветровых турбин. Их форма имитирует перья совы, имеющие бахромчатый край. Новую форму лопастей назвали OWL, что в переводе с английского как раз и означает «сова». Благодаря такой конструкции шумовое воздействие наземных ветровых турбин удалось уменьшить на 10%.

 

Кроме того, специалисты «Сименс» объединили ранее использовавшийся дизайн лопастей DinoTail («Хвост динозавра»), который характеризуется зазубренной формой края, с новой разработкой. Использование инновационной технологии, которая получила название DinoTail Next Generation («Хвост динозавра: новое поколение»), позволило избежать значительного ограничения мощности турбины, соблюдая при этом нормативы по допустимому уровню шума. Это также дало возможность увеличить годовой объем вырабатываемой энергии на 1,5%.

 

Подобные разработки являются крупным технологическим достижением компании, оказывающим влияние на весь рынок наземных ветроэлектростанций.