Рис. 19. Мощный советский ветродвигатель «ЦВЭИ-Д-50» на 1000 киловатт; проект.
В 1945 году все проекты последних моделей советских ветряков были рассмотрены и проверены специальной комиссией под председательством академика Винтера. Она одобрила к массовому производству несколько лучших марок ветряных двигателей из тех, которые хорошо показали себя в работе. Среди этих ветродвигателей — самые различные образцы ветряков, от ста ватт до тысячи киловатт мощности.
Один из лучших советских быстроходных ветряков средней мощности имеет марку «Д-12». Его мощность — двенадцать-пятнадцать киловатт. Этот двигатель можно применять для самых различных работ: для освещения, молотьбы, орошения полей, очистки и помола зерна, для лесопилок и других машин. Ветродвигатель «Д-12» хорошо работает в Арктике (на островах Ледовитого океана) с 1935 года (рис. 20).
Рис. 20. Ветродвигатель «Д-12».
Там же с 1939 года работают маломощные ветродвигатели марок «ВИМЭ-Д-5» и «ВИСХОМ-Д-1,5», также одобренные комиссией. «ВИСХОМ-Д-1,5» — это очень маленький, простой и безотказный в работе ветрянок. Диаметр его ветрового колеса всего полтора метра. Он способен работать при ураганных ветрах и морозах в сорок — сорок пять градусов. Вырабатывая сто — сто двадцать ватт электрической энергии, «ВИСХОМ-Д-1,5» освещает две точки.
Лучший советский тихоходный ветряк имеет марку «ТВ-8». Его мощность доходит до 6 лошадиных сил. Этот ветродвигатель изготовляется на наших заводах по плану послевоенной пятилетки.
Очень много работают советские конструкторы ветродвигателей над упрощением конструкции и изготовления ветряков, которые можно было бы делать в небольших слесарных мастерских. Основные материалы для изготовления таких ветродвигателей — дерево и черное железо, а подчас и просто отработанные части различных сельскохозяйственных машин.
Таковы, например, простейшие ветродвигатели системы инженера Фатеева, предложенные им в годы Отечественной войны. Они строятся в настоящее время силами колхозов во многих областях Советского Союза. Это — деревянные ветряки, похожие по своему устройству на ветряную мельницу. Мощность их — от шести до двенадцати лошадиных сил.
В поисках кладовой для ветра
Итак, в настоящее время у нас строятся как очень простые по конструкции ветродвигатели, так и весьма сложные, очень мощные установки по использованию самой дешевой энергии — энергии голубого угля. Устройство всех этих ветряков позволяет использовать ветер с самыми различными скоростями и добиваться в то же время равномерного получения механической или электрической энергии.
Однако до сих пор еще не разрешен до конца вопрос о запасании энергии ветра впрок, так, чтобы и в безветренный день ветроэлектрическая станция бесперебойно снабжала нас электрическим током.
Как можно заставить работать ветер, когда его нет? Решением такой, на первый взгляд невыполнимой, задачи заняты сейчас конструкторы ветродвигателей.
Решить эту задачу можно только одним способом — это научиться «откладывать» часть голубого угля при работе ветряка в запас и затем, во время безветрия, использовать этот запас до тех пор, пока не подует снова ветер.
Но куда же, в какую кладовую лучше всего откладывать этот запас?
Было предложено много проектов аккумулирования (запасания) энергии голубого угля. Вот главные из них:
Запасать часть вырабатываемого ветроэлектростанциями электричества в особых хранилищах — аккумуляторах. По этому предложению построены и работают много типов ветродвигателей. Но аккумуляторы стоят дорого, и запасти в них много электрической энергии невозможно.
Было предложено расходовать часть ветровой энергии на нагревание воды с тем, чтобы при безветрии использовать энергию нагретой воды. Этот способ плох тем, что мы умеем использовать только энергию кипящей воды — в паровых котлах. Значит, в течение двух-трех безветренных дней нам нужно сохранять не просто горячую, а кипящую воду, или непрерывно подогревать ее, тратя топливо.
Часть энергии ветра можно использовать на разложение воды. Известно, что вода состоит из водорода и кислорода, а водород можно использовать как горючее в особых газовых (взрывоводородных) двигателях. Значит, если при работе ветряка получать из воды водород, то при безветрии этот водород можно использовать как горючее и тем самым не прекращать подачи энергии.
Можно, наконец, запасать энергию ветра в виде энергии воды, то-есть строить спаренные установки ветряного двигателя и водяной турбины (водяного колеса типа колеса водяной мельницы). Построенные по этому принципу до настоящего времени установки не смогли, однако, обеспечить бесперебойную работу электростанции. Часто запасов воды не хватало на весь период безветрия. Но вот в 1923 году проф. Погоржельский и позднее другие предложили новое остроумное сочетание ветряка с водяной турбиной (иначе говоря, ветро-гидродвигатель), которое, по расчетам, заставит ветер работать все дни года! В этом двигателе обе его основные части — ветродвигатель и водяная турбина — работают по очереди. В ветреную погоду трудится ветряк, отдыхает турбина. Прекращается ветер — начинает работать водяная турбина, бездействует ветродвигатель.
Устроен ветро-гидродвигатель так.
Рядом с глубокой шахтой установлен обыкновенный современный ветродвигатель с генератором (то есть с динамомашиной для получения электрической энергии). В шахте, на глубине двух — двух с половиной километров (такие шахты мы уже умеем делать), помещается водяная турбина также с генератором. Ниже ее устроен резервуар для воды, объемом в несколько десятков кубических метров. Вода в турбину может подаваться по особому каналу из ближайшей речки с поверхности земли.
Чтобы лучше понять, как ветряк и водяная турбина помогают друг другу в работе, представим себе ветро-гидродвигатель в действии.
Дует ветер. Работает ветряк на поверхности земли. Водяная турбина в это время выключена, вода в нее не поступает (канал закрыт). Но вот ветер прекращается, с ним прекращает свою работу и ветродвигатель. Но тут же его сменяет турбина. Смотритель ветро-гидродвигателя пускает воду по каналу в шахту. Падая с высоты в два километра, вода приобретает огромную силу и легко приводит в движение лопасти водяной турбины. Генератор турбины начинает вырабатывать электрическую энергию, а отработанная вода стекает в подземный резервуар. Расчеты показали, что в генераторе турбины, если через нее в одну секунду проходит всего один стакан воды, будет вырабатываться более двух киловатт мощности. Так турбина работает до нового ветра. И как только вверху вновь заработает ветряк, подача воды в турбину прекращается.
Но как же быть с водой, заполнившей подземный резервуар?
Воду можно выкачать наверх с помощью насоса, работающего от ветряка во время ветра. На эту работу затрачивается лишь часть вырабатываемой ветродвигателем электроэнергии, так что остальная энергия может использоваться потребителями.
Когда вся вода из резервуара шахты будет поднята наверх, турбина снова готова к работе.
Так предполагается заставить работать ветер даже тогда, когда он прекращается.
В самом деле, выкачивая воду из шахты, ветер тем самым подготовляет работу водяной турбины; он как бы передает ей часть своих сил на случай безветрия.
Конечно, установка таких гидро-ветродвигателей практически выгодна только в том случае, если имеется готовая шахта. Рыть шахту глубиной в два — два с половиной километра специально для установки гидро-ветродвигателя — дело очень дорогое. Но это и не нужно. Для этого можно использовать готовые шахты, в которых уже прекращены работы в связи с полной выработкой полезного ископаемого. Такие заброшенные шахты имеются во многих местах.