16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/234/15601.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 22 (234) ноябрь 2013 года

АэроГЭС – воздушная гидротурбина

Наука и новые технологии Андрей КАЗАНЦЕВ 5006

Автор предлагает необычный, но сравнительно дешевый и экологически чистый способ добычи энергии.

Электростанция представляет собой своеобразный гибрид аэростата и гидротурбины.



Сущность решения

Известно, что солнечная энергия, доходящая до нашей планеты, примерно в 10 тысяч раз превосходит необходимое нам количество. Примерно четверть ее уходит на испарение воды и фактически постоянно более-менее равномерно аккумулируется в атмосфере над любой точкой мира. Так как в год выпадает примерно 1 метр осадков в среднем с высоты 5 километров, то это дает потенциальную мощность порядка 810 TВт, что более чем в шестьдесят раз превосходит все текущие потребности человечества (13 TВт).

Стандартная гидроэнергетика фактически способна использовать только малую часть этой энергии, так как все осадки теряют основную часть своей потенциальной энергии по пути к земле на преодоление сопротивления воздуха и удар об землю. Для того чтобы использовать эту потенциальную энергию более рачительно, надо собирать воду на той высоте, где она конденсируется, и срабатывать в ГЭС весь перепад высот.



Способ реализации

АэроГЭС содержит нижний бьеф, верхний бьеф, водовод, турбогенератор, сетчатые, тканые или пленочные поверхности, дирижабль и крепежные тросы.

Дирижабль поднимает пленочные поверхности на высоту около или выше точки росы в зависимости от атмосферных условий (обычно это 2‑3 километра – линия конденсации или база облаков). Там переохлажденная атмосферная влага начинает активно конденсироваться (или собираться из облаков) на поверхностях. Дренажная система на поверхностях отводит эту воду в небольшой резервуар (верхний бьеф), откуда вода под напором всего перепада высот поступает по напорному или безнапорному водоводу в нижний бьеф на земле, производя электроэнергию в турбогенераторе.

Всю установку можно легко смонтировать в любом удобном для потребителя электроэнергии и воды месте, просто подняв и переместив ее целиком с помощью того же дирижабля.

Если в данной точке дуют постоянные устойчивые ветры или это портативная установка (например, для туристов или военных), то можно обойтись без дирижабля и использовать поверхности как параплан для самостоятельного удержания всей конструкции в воздухе (как это происходит при запуске воздушного змея).

Также поверхности могут быть выполнены с полной или частичной металлизацией (например, вплетением металлических проводников). Это позволит увеличить прочность конструкции, снизить солнечный нагрев, усилить конденсацию водяного пара за счет подачи электрического поля (например, имеются эксперименты по использованию для этого коронного разряда), а также, при необходимости, уменьшить обледенение за счет подачи тока.

Вообще, обледенение может использоваться как стандартный режим, так как система обладает автоматической устойчивостью – при накоплении льда вся конструкция самостоятельно снизится в область более высоких температур атмосферы, а после таяния льда сама поднимется на необходимую высоту.



Как это работает

С точки зрения генерации электроэнергии все работает точно так же, как и в обычной ГЭС, но у ГЭС есть принципиальные общие недостатки: они требуют значительных капитальных затрат на сооружение плотины, занимают значительные территории под водохранилище, наносят ущерб экологии и обычно удалены от потребителя. Кроме того, всегда существует потенциальная опасность возможного разрушения плотины. В известной мере, все эти недостатки являются следствием сравнительно небольших перепадов высот при огромных объемах воды, характерных для большинства равнинных рек.

Однако и перепады высот в 2 километра, как в АэроГЭС, не являются экстраординарными. В мире есть несколько электростанций (например, в Швейцарии), работающих с такими перепадами. При этом используют очень простые ковшовые турбины, изобретенные еще в 1889 году американским инженером А. Пелтоном.

Принципиальным отличием АэроГЭС является конденсация влаги из воздуха, что на первый взгляд кажется забавным и практически неосуществимым курьезом. Тем не менее и тут нет ничего необычного. На свете существует несколько прекрасно работающих установок, называемых сборщиками тумана. Например, установка для сбора питьевой воды в Чили была испытана еще в 1987 году и описана со всеми техническими характеристиками.



Что дает внедрение проекта

АэроГЭС будет обладать следующими характеристиками:

• практически вечная и ничем не ограниченная дармовая электроэнергия и чистая вода для питья и орошения – причем в любой точке планеты, где это надо потребителю;

• минимальный расход места на земле (как под электростанцию, так и под ЛЭП), а также возможность использования любых поверхностей (включая огромные территории пустынь, морей, океанов и т. п.);

• модульность (можно собирать системы любой мощности из стандартных модулей, например по 1 МВт);

• мобильность (для оперативного перебазирования при необходимости и даже для использования на транспорте – например, снабжения электроэнергией и водой океанских судов);

• чистота и экологичность из‑за сравнительно небольших локальных гидропотоков по сравнению с обычными ГЭС и полным отсутствием тепловых, химических или ядерных выбросов в окружающую среду;

• увеличение удельной мощности ГЭС (то есть мощности на единицу расхода воды) путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом (от высоты конденсации атмосферной влаги до уровня земли);

• существенно более низкие капитальные затраты на единицу мощности и на издержки по сравнению с любыми другими известными видами возобновляемой и невозобновляемой энергетики;

• возможность дополнительного использования для сетевой связи, видеонаблюдения, высотной рекламы, грозозащиты, климатической защиты (например, против ураганов и торнадо в США по берегу Мексиканского залива), регулирования климата (например, отсечением дождей в Санкт-Петербурге по дамбе при преобладающей юго-западной розе ветров), ПВО, затенения в жарких странах и многое другое.



Технико-экономические расчеты

Работоспособная установка может быть даже портативной. Например, турист или дачник может соорудить ее просто в виде параплана или воздушного змея, причем в некоторых местах (Санкт-Петербург, Лондон) она начнет давать воду уже с высоты полкилометра.

Есть расчетные модели, которые позволяют вычислить высоту точки росы в любой реальный момент времени в любом месте планеты по аэрологическим диаграммам. Кроме того, есть и прекрасные теоретические модели, разрабатываемые в Гатчине нашими физиками В. Горшковым и А. Макарьевой. Для расчета турбины можно использовать работы М. Розина.

Сетчатые поверхности чилийских установок для сбора питьевой воды давали от 3 до 13 литров с квадратного метра в сутки. Учитывая, что в Чили установки были полностью пассивными, а мы можем активно управлять АэроГЭС, меняя положение поверхностей по высоте (для максимальной конденсации) и ориентации на ветер (для максимального потока атмосферной влаги), можно надеяться, что выход воды будет значительно увеличен. Но, даже приняв его для простоты на том же уровне (примерно 10 л/м2 в сутки), мы получаем, что кусок нейлоновой сетки размером всего лишь 10х10 м (100 м2) полностью обеспечивает потребности одного человека в воде (~1000 л/сутки) и бытовой электроэнергии (~150‑200 кВт-ч в месяц).

Рассмотрим, в качестве примера, технико-экономические данные небольшой АэроГЭС для поселка с населением около ста человек. Такая установка будет давать воды до 100 м3/сутки (1,16 л/с) и иметь мощность 20‑50 кВт (в зависимости от высоты подъема).

Пусть минимум – высота установки 2000 метров, мощность – 20 кВт. Необходимо 10 тысяч квадратных метров нейлоновой сети (100х100 метров).

Итого даже при такой предельно малой мощности имеем: общая цена ~ 10000 долларов США (по 100 долларов с каждого жителя поселка); вес 200‑400 килограммов при грузоподъемности аэростата до 500 килограммов; удельная капиталоемкость 500 долларов/кВт; издержки близки к нулю. Для сравнения. Самые дешевые в сегодняшней энергетике ТЭЦ с газовыми турбинами имеют стоимость 500‑700 долларов/кВт, обычные ТЭЦ – примерно 1500 долларов/кВт, ГЭС – 1000‑3000 долларов/кВт, АЭС – 5000 долларов/кВт при издержках 2,5 цента за кВт-ч.

АЭС, Генерация, Гидроэнергетика , Кабельная арматура, ЛЭП, Мощность, Провод, Сети , Турбины, ТЭЦ, Электростанция, Электроэнергетика, Электроэнергия , Энергия ,

АэроГЭС – воздушная гидротурбинаКод PHP" data-description="Автор предлагает необычный, но сравнительно дешевый и экологически чистый способ добычи энергии.<br /> &lt;br&gt;" data-url="https://www.eprussia.ru/epr/234/15601.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/iblock/fb2/fb227e5695fa11277c2ad39795222022.jpg" >

Отправить на Email


Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.