Альтернативная гидроэнергетика

Некоторые типы ВЭС могут служить отличными волнорезами, защищая побережье от волн и экономя таким образом миллионы долларов на сооружение бетонных волнорезов.

Под руководством директора Лаборатории эннергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был разработан проект первой в мире океанской электростанции. Она будет сооружена во Флоридском проливе, где берет начало Гольфстрим. На его выходе из Мексиканского залива мощность водяного потока составляет 25 млн. м3 в секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! По подсчетам специалистов средства, вложенные в проект, окупятся в течение пяти лет.

В этой уникальной электростанции для получения тока мощностью 38 кВт будет использоваться турбина Горлова. Эта геликоидная турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее скорости течения. В отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса ее всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.

Гольфстрим не единственное океанское течение, которое может быть использовано для выработки электорэнергии. Японские ученые, например, говорят о большой эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио. О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие цифры: у южной оконечности острова Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения - до 700 м, а объем потока - почти 38 млн. м3 в секунду.[8, с.23]

 

3 РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

 

С появлением и развитием такой науки, как гидрогазодинамика, на протяжении многих лет в различных странах (там, где о «гидравлическом таране» помнили), для объяснения происходящих процессов и поиска оптимальных характеристик, предпринимались многочисленные попытки точного решения существующих основных гидродинамических уравнений. Однако такое решение для неустановившегося или, как принято говорить, «нестационарного» потока, каким является процесс течения воды в «гидравлическом таране», возможно только численными методами, требующими знания многих заранее неизвестных данных. Поэтому такие попытки не имели успеха. Это подтверждается тем, что в разные годы было получено множество различных патентов на модернизацию этого устройства, которые не касались изменения или усовершенствования самого принципа его работы. Однако, теории «гидравлического тарана», изложенной в работе Чистопольского, при ее внимательном рассмотрении вполне достаточно, чтобы понять — какие факторы и параметры влияют на работу «гидравлического тарана», а также для всестороннего анализа. Именно эта теория, многократно подтвержденная на практике и существенно дополненная авторами, лежит в основе доказательства существования иной гидродинамической схемы разгона воды, то есть доказательства существования иного водоподъемного устройства, у которого вообще может отсутствовать какой-либо слив воды.

Такое движение (с периодическим увеличением и понижением давления) многократно повторится до тех пор, пока столб воды в трубе, не исчерпает свою кинетическую энергию. При этом за определенное время в колпак  поступит определенное количество воды. Такой же процесс будет происходить, если вместо мембраны на входе в трубу установить открывающийся клапан. 

Однако если этот клапан сделать «обратным» (то есть закрывающимся со стороны трубы), при соприкосновении с первой «ударной волной», двигающейся навстречу потоку воды и создающей за собой зону повышенного давления, он получит тенденцию закрыться (от действия разницы давления). При этом начнет перекрывать протекающий через него водяной поток.

В результате математического описания этой схемы, учета различных особенностей механизма закачки, всех временных характеристик, механизма изменения давления в колпаке, а также различных потерь, особенностей горизонтальной и вертикальной схемы втекания воды, была разработана достаточно полная теория такой гидродинамической схемы и метод расчета параметров необходимый для проектирования. А в результате конструкторского поиска была найдена и требуемая конструкция клапана.

Эту гидродинамическую схему можно, разумеется, использовать и в условиях, в которых работает «гидравлический таран». Правда при этом появляется проигрыш по давлению. Однако нет препятствий для работы такого водоподъемного устройства и без питательного бака. Для этого достаточно погрузить его в воду на определенную глубину h. В таком исполнении схема превращается в идеальный насос малого напора, который можно использовать только для подъема воды, например, в опреснителях морской воды.

Результаты теоретических расчетов и разработанная методика проектирования устройства подтвердились экспериментальными исследованиями. В 2003 году нами был разработан и изготовлен в Испании экспериментальный малогабаритный полупромышленный энергетический модуль, состоящий из расчетной схемы горизонтального исполнения, гидротурбины и электрического генератора. Глубина его погружения ~50 метров. Этот модуль имел расчетную выходную электрическую мощность ~97,4 кВт. В качестве основных деталей (колпака, труб 2,7 и т.д.) схемы и приборов контроля давления в колпаке, почти полностью использовался набор элементов конструкции стандартного опреснителя морской воды.

[6, с.21]

 

3.1 Энергетические возможности

 

Объем колпака, размер труб, арматура клапанов были выбраны из условий их совместимости при минимальных затратах на доработку. В качестве гидротурбины применялась реактивная гидротурбина производства голландской компании «Energi Teknikk, A/S» специально модернизированная на входной напор ~33 метра. В качестве электрогенератора использовался синхронный генератор переменного тока с номинальным напряжением ~6,0 кВ при номинальной мощности ~100 кВт с автоматической регулировкой частоты и напряжения. Для нагрузки применялось балластное омическое сопротивление от мощных ветроэлектрогенераторов. Все детали этого энергетического модуля, а также аппаратура регистрации давления в колпаке, независимый источник питания для нее, гидротурбина и электрогенератор были смонтированы в герметическом контейнере, имеющим в передней части фланцевое соединение для стыковки труб, а в верхней части — люк для выхода отработанной воды. Для доступа к клапанам (для обеспечения их ручной регулировки) в контейнере имелись дополнительные герметические люки. Конструкция этого энергетического блока обеспечивала стыковку ускорительных и нагнетательных труб любой длины и, в случае необходимости, быструю их замену. [6, с.14]

 

3.2 Результаты испытания

 

Испытания проводись путем опускания данного контейнера на тросе с корабля на заданную глубину в Атлантическом океане. Было проведено несколько серий испытаний. В качестве независимых наблюдателей на всех испытаниях присутствовали представители трех авторитетных в Испании компаний. В результате, был получен устойчивый самоподдерживающийся режим, а обработка осциллограммы избыточного давления в колпаке дала осредненные результаты.

При этом избыточное давление в колпаке оказалось меньше теоретического на ~5,2%, время нагнетания меньше на ~4,3%, а время разгона до восстановления процесса больше на ~5,2%.

В то же время прямой замер вырабатываемого электрического напряжения показал значение напряжения 5,8±0,35 кВ, а прямой замер силы тока —15,96±0,46 А. При этом диаграмма получаемого электрического напряжения и силы тока не носила ступенчатый характер. Это соответствовало о полученной электрической мощности равной 92,73±8,25 кВт, что по среднему значению меньше теоретического значения всего на ~ 4,8%.

Таким образом, новое водоподъемное устройство, представляющее, по сути, новый преобразователь гравитационной энергии, способно простым способом вырабатывать любое промышленное количество экологически чистой и мощной электроэнергии, и потенциально способно заменить (по мощности) существующие тепловые и атомные электростанции.[9]

 

 

3.3 Перспективы

 

В настоящее время широкое внедрение этого изобретения в энергетику в техническом плане не представляет проблем. При этом детальная экономическая оценка показывает, что при разработке и создании подобных энергетических модулей и (на их базе) электростанций мощностью более 100 мВт, наиболее целесообразно использовать схему с вертикальным расположением модуля при единичной выходной мощности ~500 кВт.

Такой промышленный модуль под названием «Подводный электропреобразователь гравитационной энергии» уже создан нами в Испании. Пакет таких энергоблоков для электростанции любой мощности потребует резервуар, заполненный водой, площадью не более 5,5 м²/мВт и высотой 21 метр. Масса энергоблока при использовании электрогенератора «IFC4-Siemens» (Германия) и специально созданной для этих целей реактивной гидротурбины «PHY-500P» (Испания) при выходном напряжении электрического тока равным 6,3 кВ, составляет 6,2 т. Выходное напряжение — 6,3 кВ. Частота — 50 Гц. Длина — 8,1 м. Диаметр опорного основания 2 м. Важно, что удельная себестоимость такого источника электроэнергии получается минимальной (из всех известных энергогенераторов). Общие затраты на строительство электростанции с таким модулем не превысят стоимости строительства промышленного ветрогенератора.

В заключение следует отметить, что результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили авторам этой статьи и группе специалистов, участвовавших в разработке этого изобретения сделать несколько заявок на Европейские патенты и получить на него в 2005 году Евразийский патент.[7, с.55]

           

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 Таким образом, изучение альтернативной гидроэнергетики позволило сделать следующие выводы: 

1) воду можно использовать для преобразования механической энергии в электрическую  энергию, 

2) гидроэнергетика выгодна для экономики, 

3. в техническом плане не представляет проблем.

В результате проведенного теоретического исследования материала по данной теме была достигнута цель работы – определена сущность понятия «альтернативная гидроэнергетика», охарактеризованы его виды и особенности применения в различных областях.

Для достижения указанной цели в работе были выполнены следующие задачи:

1. определено содержание понятия «альтернативная гидроэнергетика», 

2)  охарактеризована  польза гидроэнергетики на данный  момент;

3) описаны особенности  применения гидроэнергетики в  различных областях науки и  техники.

Новизна работы обусловлена тем, что в работе представлены различные используемые и разрабатываемые методы на данное время, в работе представлен анализ понятия «альтернативной гидроэнергетики», охарактеризованы новейшие достижения в данной области.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что гидроэнергетика дает почти треть

мире.

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: вчера, сегодня, завтра// Электрические станции.- 2005.- N2.- С.35-47.
2. Даффи Дж. А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. – М.: Мир, 1977. – 420 с.
3. Ерофеев В.Л., Семенов П.Д. Теплотехника: Учебник для вузов. – М.: Академкнига, 2006. – 488с.
4. Заддэ В.В. Возобновляемые источники энергии для сельского дома // Энергия: экономика, техника, экология.-2005. - N7.- С.42-50.
5. Кондратьев К.Я. Актинометрия. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 692 с
6. Лисов О.М. Энергетика, экология и альтернативные источники энергии// Экология промышленного производства.-2006. - N1.- С.47-55.
7. Маляренко В.А, Варламов Г.Б Энергетические установки и окружающая среда – Харьков: ХГФГХ, 2002. – 397 с.
8. Шишкин Н.Д. Малые энергоэкономичные комплексы с возобновляемыми источниками энергии. – М.: Готика, 2000. – 236 с.
9. http://www.iis97.narod.ru/

10. http://www.inventions.ru/