В нашей стране вопрос о ветроэнергетике стал на повестку дня позже, чем на Западе. Многие отечественные историки пишут, что впервые об этом побеспокоился Ленин еще в 1918 году в «Наброске плана научно-технических работ». Правда, сказал он о них как-то неопределенно и вскользь, лишь упомянул «водные силы и ветряные двигатели вообще». Ленин почти 20 лет прожил в эмиграции в Европе, читал тамошнюю прессу и поневоле был в курсе европейских и американских достижений в этой области. Однако в плане ГОЭЛРО, утвержденном им в 1920 году, про ветроэлектрогенераторы нет ни слова.
Слова о них сказал академик Глеб Кржижановский, председатель Главэлектро ВСНХ и председатель ГОЭЛРО только в мае 1929 года на V съезде Советов: «Грубые прикидки наших ученых говорят, что мы можем с поверхности европейской части СССР получить в течение года 3000 млрд кВт.ч энергии ветра, то есть мощность, превосходящую все мыслимые мировые потребности в ней. Мы должны ветровыми двигателями более совершенной конструкции заменить старые ветряки в деревне, которые, как они ни были плохи, давали общую мощность до 800 тыс. л. с. Эти ветряки могут быть и пионерами сельской электрификации… А со временем мы их включим в сеть электропередач, и они заживут новой жизнью!»
В 1931 году в городе Курске ток дал ветряной генератор конструкции местного изобретателя Анатолия Уфимцева. Его ветроэлектростанция (ВЭС) и поныне стоит в Курске и охраняется государством как памятник отечественной инженерной мысли. Внешне она напоминает аналогичные датские ВЭС 1910-х годов, что неудивительно. Первая разработка Уфимцева датируется 1918 годом, когда он написал о своем изобретении председателю советского правительства Ленину и товарищу Кржижановскому с просьбой дать ему денег на строительство его «небесной шахты» (вероятно, название он придумал, подразумевая, что «топливом» его ВЭС служит небесный ветер, а не уголь из шахты, как для обычных ТЭС).
Денег вожди ему тогда не дали, зато выписали «охранительное временное свидетельствование за номером 1341» на его изобретение и прикрепили к нему в помощь куратора из Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) — профессора Владимира Ветчинкина. С его помощью изобретатель-самоучка конвертировал «временное свидетельствование» в полноценный патент №1457, выданный ему 31 июля 1926 года сроком на 15 лет (с приоритетом от 14 января 1924 года), а после речи Кржижановского на съезде Советов в 1929 ЦАГИ выделил ему из своего бюджета и средства, необходимые на сооружение ВЭС.
Весной 1931 года комиссия ЦАГИ провела испытания ветросиловой установки Уфимцева, которая к этому времени имела уже трехлопастной ротор (а не двухлопастной, как в его патентной заявке), кстати, внешне удивительно похожий на роторы современных горизонтальных ВЭС, только более массивный относительно всей конструкции ВЭС. В протоколе испытаний была зафиксирована мощность ветросиловой установки — 2 л. с. (1,5 кВт) при силе ветра 4 м/с. В течение пяти лет до кончины Уфимцева в 1936 году она исправно снабжала электричеством мастерскую изобретателя и освещала его усадьбу. Сейчас она памятник.
В иностранных справочниках и энциклопедиях, включая Британскую энциклопедию, по какой-то странной причине до сих пор в число знаменательных вех истории ветроэнергетики включают «Ялтинскую ВЭС мощностью 100 кВт, построенную в 1931 году». Прямо так и пишут, что она была предтечей (forerunner) современных ветрогенераторов горизонтального типа. Такая ВЭС действительно вошла в строй в 1931 году и во многом предвосхищала тот путь, по которому после нефтяного кризиса в 1970-е годы, ставшего толчком для реанимации мировой ветроэнергетики, пошла инженерная мысль, то есть действительно была предтечей, прообразом, архетипом современных ВЭС.
Но эта ВЭС была не в Ялте, а в Севастополе, точнее на полпути между Севастополем и Балаклавой. В Ялте же, точнее на плато Ай-Петри над Ялтой, по инициативе наркома тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе начали в 1936 году строить такую же ВЭС, как в Балаклаве, только мощностью не 100 кВт, а 5 МВт. Построили циклопических размеров бетонный стакан под ее основание, потом решили строить не 5-мегаваттную, а все-таки 100-киловаттную ВЭС, но с двумя роторами-пропеллерами, а потом, когда нарком Орджоникидзе скоропостижно скончался от инфаркта, решили вообще ничего там не строить. С тех пор многие поколения ялтинских властей ломали себе голову, к чему бы им приспособить бетонный стакан на Ай-Петри, но пока ничего не придумали.
Иная история была у Балаклавской ВЭС, она исходно строилась как «опытовая», экспериментальная, на ней предполагалось проверить и отработать все узлы ВЭС большой мощности, чтобы потом оптимальный вариант запустить в серию. Ее мощность была 100 кВт с перспективой повышения ее до 400 кВт, в то время когда мощность работавших ветроагрегатов за рубежом не превышала 50–70 кВт.
Упоминавшийся выше профессор Ветчинкин на основе теории идеального гребного винта Жуковского в 1914 году сформулировал теорию идеального ветряка. Она и проверялась экспериментальным путем в ЦАГИ, а потом в Центральном ветроэнергетическом институте (реорганизованном в дочерний институт отделе ветроэнергетики ЦАГИ).
В 1924 году была спроектирована и установлена на бакинских нефтяных промыслах первая ветроустановка ЦАГИ для привода насосов нефтяных скважин с диаметром рабочего колеса 14 м и мощностью 36,8 кВт. Для колхозов и совхозов (как привод для насосов и мельниц) были созданы многолопастной тихоходный ветродвигатель ТВ-5, мощностью 1,8 кВт и затем его сменила более мощная модификация ТВ-8, которая пошла в серию, и к 1936 году их было в стране 1300 штук. Что же касается быстроходных трехлопастных ВЭС, то в серию в 1935 году пошла модель 3ЦВИЭ Д-12 с диаметром ветроколеса 12 м и мощностью генератора до 15 кВт с вертикальной червячной трансмиссией от ветроколес к электрогенераторам у основания башни. До войны их было построено 1500 штук. По заказу дирекции Северного морского пути были разработаны несколько конструкций ВЭС для аномальных атмосферных условий — ветра до 40 м/с и температура воздуха до минус 40°С, которые эксплуатировались на десятках полярных станций от Баренцева моря до Чукотки до начала 1950-х годов.
Но все основные инженерные решения для ВЭС большой мощности проверялись на экспериментальной Балаклавской ВЭС. Общее руководство работами на ней осуществлял профессор Ветчинкин, а непосредственно руководил тестированием ВЭС инженер В.Р. Секторов. Выбор места для ее строительства определяли сразу несколько факторов: средняя годовая скорость ветра (6-8 м/с), близость в Севморзаводу, где собирали электродвигатель для ВЭС (10 км), развитая электросеть для присоединения к ней ВЭС без дополнительных затрат (эту сеть электроэнергией обеспечивала севастопольская паротурбинная ТЭС) и близостью к запроектированной ГЭС на реке Черной мощностью 17 МВт (18 км). Так что трамвайная линия Севастополь-Балаклава, для питания которой, как часто пишут, якобы строилась Балаклавская ВЭС, тут вообще ни при чем, трамваи по ней прекрасно возили граждан с 1925 года.
Пусковая наладка станции заняла май и июнь 1931 года, она проработала в режиме замедленных оборотов (19 об/мин) до сентября, потом для перехода на режим 30 об/мин потребовались демонтажные и монтажные работы, которые длились до февраля 1932 года. В этом году ВЭС проработала 8 месяцев с множеством остановок на осмотр, замену подшипников, лопастей и прочих элементов конструкции. В 1933 году ВЭС работала от 4 до 10 часов в сутки. Остальное время занимало устранение неполадок, связанных, как выяснилось в основном с крыльями (23 случая) и системой автоматического управления (25 случаев). Общее время работы машины на 1 июня 1933 года равнялось 1500 часов, в городскую сеть ушло около 40 000 кВт электроэнергии.
Все это показывает, насколько сложной была в ветроэнергетике доводка чертежей до реальности. Но главное было достигнуто: станция работала без заметных колебаний ее мощности даже при ураганных порывах ветра в 44 м/с, была проста в обслуживании, ее постоянный штат состоял из трех человек: начальник станции (электрик), механик и сторож. Эксперименты инженеров на ней продолжались, но с 1934 года она практически без перебоев вносила свою лепту в энергосистему города, сглаживая там пиковые нагрузки.
В 1935 ЦВЭИ был закрыт, и началось эпопея с мертворожденным по инициативе товарища Орджоникидзе мегаваттным мастодонтом на Ай-Петри. Зачем было закрывать институт на пике его успехов, рассуждать не имеет смысла. Причина и ее последствия очевидны: аппаратные интриги инженерной науке всегда приносили, приносят и будут приносить только беду. У инженеров-разработчиков самой мощной на то время в мире Балаклавской ВЭС Н. В. Красовского, Г. Х. Сабинина, В.Р. Секторова появилось время оформить авторские свидетельства на свои изобретения, связанные с конструкцией ВЭС, их можно почитать, они доступны в интернете.
Балаклавская станция давала ток до января 1942 года, когда фашистская авиация уже давно сравняла с землей севастопольскую ТЭС. Отдел ветроэнергетики в ЦАГИ был воссоздан только в 1946 году, но несмотря на наличие в нем ведущих специалистов в области электроветроэнергетики головной организацией в этой отрасли был назначен ВНИИ механизации и электрификации сельского хозяйства (ВИМЭ).
Сейчас мало кто помнит, что в середине 1950-х годов ветродвигатели производились в СССР 44 заводами примерно по 10 тысяч штук в год. В Краснодарском крае они обеспечивали до 30% энергопотребления животноводства. Но к концу 1950-х в связи с массовой электрификацией колхозов и совхозов с подключением их к централизованному электроснабжению электроветроэнергетика в нашей стране ушла на обочину как в научно-инженерном плане, так и в практическом, как это было в Европе и США за сорок лет до этого. Последняя попытка возродить ее распоряжением сверху имела вид «Постановления Совета Министров СССР от 17 сентября 1987 года № 1052 "Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1989-1995 годах"». Это «ускорение» закончилось тем же, чем закончилось вся политика Перестройки и ускорения.
На Западе толчком к возрождению ВЭС, как уже сказано, был ближневосточный «топливный» кризис 1970-х годов, и хотя ни тогда, ни в нашем веке ветроэнергетика не стала дешевле по сравнению с временами мистера Браша, она тем не менее по известным причинам всяко поощрялась и поощряется как политически, так и экономически. В итоге всевозможные конструктивные вариации ВЭС исчисляются на сегодня десятками, самы�� высокие вытянулись до 220 м, самые мощные выдают до 13 МВт площади ветряных ферм (ветропарков по нашей терминологии) измеряются уже не гектарами, а квадратными километрами).
По данным Всемирной ассоциации ветроэнергетики (WWEA) в последнем доковидном 2019 году мощность ВЭС в мире составляла 650,7 ГВт. Вклад РФ в эту цифру составляет примерно 0,2%. Ситуация для прямой конкуренции бессмысленная, но отнюдь не безнадежная. В активе у нас столетняя история российской конструкторской ветроэнергетической школы, ведь не бесследно же она пропала! Так что будем ждать новых отечественных изобретений и новых прорывных технологий в области «небесных шахт».
Полезное от Онлайн Патент:
Какие выгоды можно получит от регистрации программы для ЭВМ?
Не только айтишники: какие компании могут внести свои программы в Реестр отечественного ПО?
Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале