Экология

Деление без остатка

Производители ищут способы полной утилизации лопастей ВЭУ

Один из аспектов движения к устойчивому развитию предполагает создание замкнутой экономики с переработкой всех возникающих отходов. У ветроэнергетики, которая не использует топливо для выработки энергии, «больное» с точки зрения экологии место — это лопасти. Переработать их сложно, поэтому большую часть вышедших из строя лопастей пока закапывают. О том, что производители ветроустановок делают, чтобы композитные лопасти можно было утилизировать, мы побеседовали с генеральным директором «Вестас Рус» (дочерней компанией датской Vestas) Кималом Юсуповым.

Кимал Юсупов

Генеральный директор «Вестас Рус»

Квалифицированный инженер-энергетик, ранее работал на совместном узбекско- немецком предприятии компании ABB, в компании MAN Diesel & Turbo Russia Ltd, в компании Siemens, где занимался различными проектами электростанций в Узбекистане, Украине и Греции, руко­водил направлением возобновляемой энергии для России и стран Средней Азии, возглавлял подразделение систем среднего напряжения и руководил меро­приятиями по локализации компании Siemens в России.

Профиль

— Кимал Наилевич, первые ветропарки появились примерно четверть века назад. Каков срок службы лопастей ветроустановок?

— Лопасть «живет» 30–35 лет. Откуда этот срок? Сама индустрия все еще молодая, поэтому сроки службы лопастей сопоставимы со сроками службы самих ветроустановок. Именно большими, длинномерными лопастями индустрия занимается около 30 лет. Поэтому и срок жизни примерно такой, сколько существует крупная ветроиндустрия. Ну и, конечно, под этим сроком есть научная и инженерная база — расчеты, статистика.

— В атомной промышленности сейчас повсеместно продлевают срок службы существующих энергоблоков. Если раньше он составлял 40 лет, то сейчас продлевается до 60 и даже 80 лет. Есть такие возможности в ветроэнергетике? Можно ли продлить срок службы лопасти?

— Конечно, так и происходит. Во-первых, есть наработанная база данных по существующим ветростанциям. У нас в сервисной эксплуатации порядка 85 % выпущенных установок. Таким образом, база получаемых нами данных по дефектам — как ведут себя разные компоненты ветроустановок, причем в разных климатических зонах, — колоссальная, и она становится все больше и больше. Во-вторых, мы учимся, как продлевать срок службы того или иного компонента. Раньше мы визуально оценивали состояние установок только с земли, сейчас активно используем дроны. Подняв дрон со специальной камерой, которая делает дефектоскопию, мы получаем гораздо больше информации о состоянии лопасти и на ранней стадии можем предпринимать те или иные меры.

Лопасть вполне подлежит ремонту, потому что это одновременно и простая, и сложная вещь. Она сложна с точки зрения дизайна и геометрии, но работает она по тем же известным законам аэродинамики, которые поднимают в небо самолет. У нее есть наветренная и подветренная сторона, за счет увеличения давления с одной стороны и разрежения с другой лопасти вращаются. И геометрия лопасти, и используемые материалы подчиняются одной задаче: как снять максимальное количество ветровой нагрузки и перевести ее в энергию, но при этом сохранить целостность установки. Для этого лопасти должны быть одновременно прочными и легкими. Такими свойствами сейчас обладают только композиты. Неудивительно, что композитные материалы развиваются сейчас семимильными шагами. Это прямой конкурент металлам и бетону. Многие исторически металлургические компании имеют департамент композитных материалов. А в России есть прекрасная компания UMATEX, «дочка» Росатома, которая обеспечивает полный цикл производства углепластиков, мы с ними участвуем во многих конференциях и хорошо дружим, потому что живем в одной отрасли.

— Расскажите, пожалуйста, поподробнее, из каких композитов делают лопасти.

— Традиционно лопасти делаются из стекловолокна. Из них, в свою очередь, изготавливают стеклоткани. Но сейчас производство все сильнее сдвигается в сторону использования углеволокна и углепластика. Разница между ними в исходном материале. Первый создают из песка, а второй — из нефти. В Алабуге UMATEX недавно открыл завод, я там был, это современное производство, где мало людей, многие процессы роботизированы. Углепластик имеет феноменальную прочность. Поэтому все электрические автомобили, поезда, трамваи — везде, где нужна легкость и прочность, — используют углепластик. У него только один серьезный недостаток — он пока гораздо дороже стеклопластика.

— «Гораздо» — насколько?

— В несколько раз. Поэтому сейчас в теории произвести лопасть полностью из углепластика можно, но никакая бизнес-модель этого не выдержит. Поэтому мы основную часть лопасти производим из традиционного стеклопластика, который тоже показывает хорошие свойства. Но закладываем внутрь пултрузионный профиль — можно назвать его ребрами жесткости — из углепластика. Это тонкие пластинки, которые слоями укладываются в профиль лопасти практически по всей ее длине. Углепластиковые пластины делают лопасти пластичными — они гнутся, но не ломаются. Это важно при работе: большая масса ветра давит на лопасть, она изгибается, при этом угол наклона достигает 40–45º, потому что она длинная, сейчас уже есть больше 100 метров — и возвращается в исходное положение. Ни алюминий, ни другие металлы такими свойствами не обладают. Использование углепластика продлевает срок службы лопастей. Если раньше давали гарантию на 15 лет, то сейчас — на 25. И я уверен, что в недалеком будущем производители будут давать гарантию на 30–35 лет. Композиты, не побоюсь этого слова, — вечный материал. С ними ничего не может произойти. Может только разрушится само изделие от внешнего механического воздействия.

— Что может разрушить композитную лопасть длиной несколько десятков метров?

— Удары молнии. Ветроустановка — одно из самых высоких сооружений в открытой местности. Представьте: в России сейчас строят ветроустановки с длиной башни 80 м, плюс гондола — это почти 100 м и лопасти. Общая высота — около 160 м. И даже если у вас ветропарк с большим количеством машин, в какую-то из них может попасть молния. Есть регионы, например в Мексике или Южной Америке, где молнии могут бить в ветропарк по несколько десятков раз за день. В России, к счастью, такой проблемы нет — здесь молнии очень редки.

— Как лопасти можно защитить?

— Сейчас производители оснащают ветроустановки системами защиты от молний. Они представляют собой бронзовые или медные наконечники на лопастях, от которых по всей их длине проложены провода. Плюс на лопастях монтируют специальные металлические бляшки, которые при попадании молнии снимают электромеханический заряд и уводят его через заземление. Правда, системы защиты помогают не всегда. Если разряд молнии мощный, он может и разрушить лопасть — она ломается от удара, начинает гореть, плавиться и так далее. Это самая главная угроза. Второй момент: наверняка вы слышали про обледенение лопастей, много таких разговоров началось после событий в Техасе. Лед на них действительно намерзает, но он также и отваливается, потому что они очень гладкие. Они же двигаются, а любое вращение приводит к тому, что льду не за что зацепиться. Правда, это верно, если машина работает. Если она стоит, например, во время холодов (потому что чем холоднее, тем ниже скорость ветра), масло начинает подмерзать, перестает работать электротехника — тогда она начинает обледеневать. Решается проблема проворотом машины, если это возможно, или прогревом из сети. А в последнее время стали использовать покрытия с наноразмерными полупроводниками, по которым можно пропускать электрический ток — аналог теплого пола.

— А как ремонтируют лопасти?

— Их снимают, исправляют повреждение и ставят обратно. Приведу пример — у нас был довольно необычный случай. Клиент попросил нас заменить одну из лопастей. На лопасти был разрыв — предположили, что молния попала. Мы поднялись, вырезали окошко и увидели, что края дыры не обуглены. Обсудили и поняли, что это след от пули.

— Неужели охотники стреляют?

— Да, именно так. Дело в том, что на конце лопасти есть две красные полоски — так положено по правилам авиационной безопасности. Фактически вращающаяся цель, в нее удобно стрелять. Это распространеннейшая забава в Техасе, а теперь и в России появилась. Ну а мы починили — вклеили заплату на поврежденное место, теперь лопасть проработает еще несколько лет.

— Но если лопасти, как вы говорите, вечные, как их можно утилизировать?

— Можно утилизировать стекловолокно, стеклоткань и продукт после отвердения — то есть материал, пока не пропитанный смолой. Это остатки стекловолокна, обрезки стеклоткани после того, как из полотна вырезали деталь. Утилизировать просто: надо измельчить куски на мелкие фракции любым удобным способом и продать строителям. Те подмешивают стеклянную крошку в бетон в качестве наполнителя — легкого, прочного и экологически безвредного. Так делают во всем мире.

— А в чем тогда проблема? Почему не перерабатывают лопасти, а закапывают их?

— Главная проблема в том, что стеклопластик надо пропитать смолой, чтобы изделие было прочным. А при переработке отделить смолу от стекловолокна пока сложно до степени невозможности. Просто измельчить и продать нельзя: смола токсичная, ее нельзя подмешивать в бетон. Сжигать тоже нельзя — частицы смолы останутся в печи, ее потом придется только выкидывать.

— Много ли ветроэнергетика генерирует композитных отходов?

— Ветроэнергетика — это не главный производитель отходов. На ее долю приходится лишь 5–10 % от общего объема композитных отходов. Но поскольку масштаб проблемы со временем будет расти, а производители ветроустановок, наши заказчики, привержены целям устойчивого развития, то аргумент «мы мало закапываем, по сравнению с другими» мы не используем, а ищем альтернативы.

— Какие, например?

— Яркий пример — опыт наших конкурентов, Siemens Gamesa, которые в 2021 году объявили о том, что у них есть лопасть, 100 % которой можно переработать. Они применяют новые типы смол. Есть так называемые «зеленые» смолы — не по цвету, конечно, а по их свойствам. Специальный растворитель может отделить смолу от стекловолокна, после чего можно полностью переработать оба компонента. Понятно, что «зеленые» смолы стоят дороже, но зато у покупателя есть выбор — приобрести стандартную лопасть или экологичную. Но если у одного производителя такие смолы появились, то и другие вскоре подтянутся. Vestas в настоящий момент обеспечивает переработку 42 % от массы лопасти, к 2030 году компания планирует довести этот показатель до 100 %.

— Перерабатываемость лопастей будет конкурентным преимуществом?

— Конечно. Но наша аналитика показывает, что в поиске более экологичных вариантов есть не только конкуренция, но и объединение усилий.

— А что делать с уже закопанными лопастями?

— Если собственник ветропарка принял решение о захоронении на полигоне — они лежат, не разлагаются, токсины не выделяют. Ждут своего часа, когда придумают технологию по их переработке, выкопают и утилизируют. Уверен, что час этот наступит в ближайшие пять лет. Но большую часть лопастей делят на части на месте, около 40 % массы (кабели и бальсу — самое легкое дерево в мире) перерабатывают. В этом смысле России повезло: здесь ветропарки молодые, а к тому времени, когда надо будет выводить их из эксплуатации, уже наверняка появятся технологии полной переработки лопастей.

— О каком количестве лопастей идет речь — в России и в мире?

— Если исходить из того, что до 2024 года в России будет построено 3200 МВт, каждая машина в среднем мощностью 3 МВт и у каждой — три лопасти, то и получится примерно 3200 штук.

— По данным IRENA, в мире сейчас около 734 ГВт установленных ветромощностей. Получается, что в мире, округляя, 734 тысячи лопастей.

— Через 30 лет, когда надо будет перерабатывать производимые сейчас лопасти, все будет другим. Может, башни будут композитными или ветроустановки перестанут быть такими, как сейчас. В настоящее время длина лопасти уже перевалила за 100 м, но она вряд ли будет 200 или 300 м — законы физики не обойти. Но человечество придумывает все новые способы производства электроэнергии. Сейчас это водородная тематика, через 30 лет — кто знает — ветроустановка будет уже не стоять на земле, а летать в воздухе, такие разработки есть. Возможно, перейдем на углепластик, у которого смолы проще отделяются от углеродной основы. Люди давно уже работают с продуктами переработки нефти и подобрали способы. Наконец, есть так называемые «зеленые композиты» — их делают не из песка или нефти, а из конопли. А все остальное в ветроустановке — и башня, и начинка гондолы — уже давно легко перерабатывается. Они делаются из железа, меди и идут в переплавку. Единственное, что еще представляет проблему, — редкоземельные металлы, которые используют для производства магнитов. Их нельзя оставить в неизменном виде, их даже хранить надо особенным образом.

— Но это же совсем небольшой объем, единицы тонн.

— Верно, но я к тому, что над этим тоже надо работать. Производители заинтересованы в том, чтобы снять претензии к отрасли. Раньше нас упрекали в том, что мы дорогие. Но сейчас говорят, что точка паритета с традиционной энергетикой в России, например, будет достигнута в 2030–2035 годах. Сейчас идут нападки на то, что лопасти не перерабатываются. Ну вот — учимся.