Мини ГЭС/mini aquatic electro- the station

Автор: | 04.01.2018
Мини ГЭС/mini aquatic electro- the station

 

Мини ГЭС

В изобретении предлагается оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций, способ использования энергии как водного потока любого вида (рек, ручьёв, приливов, морской волны и т.д.) так и движения воздушных масс. При этом используется естественный поток, без предварительного преобразования (строительства дамб, каналов, напорных труб).

Данный способ отъёма мощности водного потока является наиболее выгодным и с экологической точки зрения, так как совершенно не нарушает естественного русла реки, занимая от 1% до 10% площади, тем самым, не препятствуя свободному перемещению речной Фауны и Флоры в отличие от существующих ГЭС.
Для того, что бы понять, ощутить, как и какие силы действуют в мини ГЭС, достаточно провести эксперимент в собственной квартире:
наберите воды в свою ванну, отмерьте 1метр и поставьте метки, для начала — просто проведите ладонь за 1сек. этот метр.
Попробовали?
Теперь возьмите на кухне разделочную доску и сравните её площадь с площадью моей лопасти – 180 х 500 мм. Скорее всего, она будет 0,5 площади лопасти. Осторожно проведите потихоньку несколько раз, стараясь приблизиться к скорости 1м/сек. Почувствовали — какое усилие?
Но это ещё не всё! Поверните свою доску на 45 градусов и попробуйте вновь, стараясь удержать руку параллельно длине ванны, по-прежнему стремясь к 1м/сек. Впечатляет!?
И даже это ещё не всё. У меня в установке, имеющей габариты 0,6х0,7х1,5м – 16 таких лопастей. Вот и перемножьте кто на 16, а кто и на 32, в зависимости от размеров своих досок.
Только это всё предыстория. История началась тогда, когда её начали смотреть специалисты.
Как сразу же определил проф. Л. Н. Бритвин – она создаёт перед собой небольшой подпор сантиметров 10 при скорости потока 1м/сек. а за собой – разряжение и потому на лопасть вода, падая с этого подпора, воздействует уже с иной скоростью, чем в окружающем потоке. А при наличии ещё и разряжения на выходе установки поток под действием центробежной силы и гравитационной постоянной увеличивает свою скорость!
Как говорит д.т.н. Чапкевич А.Л. – работает, как насос.
Самое же интересное на сегодня,увидел внутри установки старший научный сотрудник ФИАН-а к.т.н. Захаров С.Д. – два ряда лопастей движутся на встречу друг другу – следовательно, происходит закручивание потока, причём с образованием двух встречных вихрей. Число Рейнольдса у рассматриваемой установки = 170 000. Вода «кипит» внутри, даже цвет немного меняется!
Как я понял из его ещё далеко не законченных изысканий – явление кавитации заставили производить полезную работу, не разрушая – из-за малых скоростей и давлений – тело установки.
Несомненно, кто-то что-то в ней ещё найдёт…

Мини ГЭС

Мини ГЭС представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка) оси которых делят их на две (1/2) не равные части, большая из которых всегда (за счёт действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное её вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения. Оси лопастей, своей верхней и нижней частями, в свою очередь, закреплены на верхней и нижней, замкнутых в кольца — цепях ПРЛ (либо на любом другом гибком элементе). Цепи передают усилие через звёздочки (рабочие колёса) на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т.д. и т.п.) через гибкую муфту и промежуточный вал передаётся на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жёстко закреплены на каркасе установки, имеющим закрытые на 2/3 боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и 1/3 боковых стенок установки. В одном каркасе рационально размещать минимум три установки. Положение лопастей по отношению к основному потоку регулируется неподвижными направляющими для цепи и подвижными для большей из сторон лопасти, а, меняя расстояние между подвижной направляющей для лопасти и неподвижной для цепи, мы задаем необходимый угол поворота между лопастью и направлением основного потока от 00 до 450, добиваясь тем самым оптимального режима работы установки мини ГЭС, либо останавливая её полностью. Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под 900. Один из валов установки имеет натяжное устройство, регулирующее натяжение цепей. Лопасти должны иметь свободу вращения на своих осях, а оси так же свободно вращаться в креплениях к цепям. Между лопастью и местом крепления к цепи на осях должны устанавливаться ролики, которые и будут катиться по неподвижным направляющим, удерживая тем самым цепь постоянно в перпендикулярном положении относительно направления основного потока.
В отличие от ныне существующих источников электроэнергии данная мини ГЭС создавалась «подручной», приемлемой для ручного изготовления, монтажа и обслуживания. Она позволяет использовать комплектующие из уже выпускающегося на сегодня оборудования, как-то сельскохозяйственная техника, отслужившего свой срок автотранспорта и прочего подходящего «железа». А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца окупит как своё изготовление, так и заработает на следующее при сегодняшних тарифах на электроэнергию!
Геометрические размеры такой детали, как звёздочка (рабочее колесо) для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 500-350мм., так как от этого напрямую зависит число оборотов вала. Диаметр самого вала рассчитывается под каждые конкретные нагрузки и условия эксплуатации и колеблется от 25-5Омм. Размеры лопастей, их количество, соответственно и прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество штук установок в длину реки — от необходимой мощности потребления!
Под принятые характеристики изготавливается соответствующий корпус, желательно из трубы, для получения дополнительной плавучести. Каркас делается разборным, что позволит собирать его на месте эксплуатации без привлечения грузоподъёмных механизмов.
Размеры блоков не ограничены, в зависимости от необходимой мощности и размеров реки. Как пример, возьмём: ширина — 1200мм, глубина — 700мм, длина — 1250мм, т.е. объём — 1куб. метр, он позволяет разместить в нём 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющих, в свою очередь: ширину — 150мм и глубину — 500мм, т.е. каждая площадью — 0,075кв.м, а так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, тогда общая рабочая площадь одной установки — I,125кв.м, а сумма 3-хв одном каркасе (1куб.м потока) будет — 3,375кв. метра!!!
Именно это и позволяет нашей мини ГЭС наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды.
Именно это и позволяет использовать возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести, разделённого на секции, потока движущейся среды. В нашем случае — реки.
Из каких материалов следует изготавливать данную установку?! Из любых подручных. Дерево, пластмасса, алюминий, железо, титан — всё что угодно, что по карману. От этого будут завесить только сроки эксплуатации вашей установки, и всё. На выработку электроэнергии это никак не повлияет.
Назовите мне хотя бы одну из ныне существующих конструкций, допускающих такой выбор материалов для изготовления?! Нет таких, не вспоминайте.
Обратите внимание, число оборотов у неё довольно низкое (45/60), да и работает она постоянно в воде, т.е. износ материалов будет минимальным.
Много вопросов о её заиливании, зарастании водорослями и т.д. Брёвна, крупные ветки, прочий крупногабаритный мусор мы сеткой отвернём. Ну а всё остальное пройдёт через неё как по конвейеру. В зимний период применим давно используемый плотогонами способ поднятия теплых нижних слоёв воды с помощью нескольких брёвен перед установкой имеющих на одном конце груз, а на другом – поплавок. Вода, поднимаясь, размоет во льду необходимую нам майну.
Размеры рассматриваемой мини ГЭС: длина — 1250мм, ширина – 1200мм, глубина — 700мм, итого 1куб. метр занимаемого объёма реки. Возможны любые другие комбинации данных размеров, для ручья — уменьшенная глубина, но за счёт количества установок в вдоль длины ручья набираем любую необходимую мощность. Ведь скорость в ручьях значительно выше и, например, при скорости потока: V=10 м/сек, с каждого куб. метра мы можем СНЯТЬ — at=10х10: 0,2 = 500м/секF=1000х500=500000н; P= 500000х0,63 = 315000н; или N =315кВт!
Материалоёмкость одного киловатта нашей установки, в зависимости от используемых материалов на изготовление, будет варьироваться от нескольких сот грамм (пластмасса) до 2-Зкг (сталь) на 1кВт уст. мощности.
Сроки изготовления – будут, измеряется в зависимости от технической подготовленности изготовителя — месяцами, неделями, днями, а при серийном изготовлении на профильном заводе на выпуск 1кВт. уст. мощности — часы и минуты!
Сроки монтажа — это в зависимости, о какой установке идёт речь. Если мы говорим о переносной установке для туристов, охотников, рыбаков и т.д., то на её развёртывание и установку в реку (вместе с надуванием наплавного понтона) потребуется полчаса — час. Если же мы говорим о ГЭС мощностью в несколько МВт или ГВт для крупного города или промышленного предприятия — 1-2-3 года, смотря, кто и как будет монтировать. Смотря, какие средства будут на это сразу отпущены и т.п. вопросы, никак не зависящие от самой конструкции.
Эксплуатационные потребности — следить, конечно, надо, а в остальном не сложнее граблей установка получилась, а потому и персонал на обслуживание скорее честный нужен, чем образованный.
Вот и сравните с любым из ныне существующих источников энергии. По любому из показателей наша переносная ГЭС на порядок, а то и на два имеет преимущества перед аналогами.
Установка переносной ГЭС, позволяет получать электроэнергию как со свободного течения рек (бесплотинная гидроэлектростанция), так и с любого, даже самого незначительного движения воздуха (ветроэлектростанция).
Для понимания преимуществ данной станции по отношению к аналогам остановимся, для начала, на особенностях данной конструкции.
Что отличает нашу мини ГЭС от других?
Первое. Мы увеличили рабочую площадь. В нашей установке нет ни одной лопатки, которая бы не работала в каждый отдельно взятый момент или противодействовала работе остальных. Лопасти расположены двумя рядами, каждый из которых является рабочим. На развороте – лопасти также работают.
Сравнивая нашу модель с существующими аналогами, мы не можем назвать ни одной конструкции, которая бы имела такое соотношение рабочей площади к общей площади конструкции (рабочего окна).
Второе. Мы поставили рабочие лопатки по отношению к движущемуся потоку под 45 градусов. Тем самым мы не только на останавливаем движение воды, отнимая у неё всю энергию, но провоцируем возникновение дополнительных сил, значительно увеличивающих мощность водного потока, а, соответственно, и нашей установки. Так при скорости течения реки 1 м/с нам удалось снять 11 кВт с установки, размерами 1,5*0,7*0,6м.
Третье. Мы задействовали два вала. В отличие от всех существующих турбин, где так или иначе присутствует форма винта, правда в некоторых случаях несколько видоизменённая, мы ушли от этой формы. Объясню почему. Винт обязывает нас соблюдать точность изготовления, нужны и особо прочные материалы из-за высоких оборотов вращения турбин. В нашей же конструкции использование двух валов со множеством рабочих лопаток позволяет сосредоточить всю механическую энергию на цепи (тросе, фале, ленте и т.д.), что автоматически снимает с нас обязанность точности и особой прочности изготовления лопаток, валов и прочих элементов.
Четвёртое. Форма установки, а также преимущество, описанное в п.2 (лопатки под 45 градусов, не останавливающие поток) позволяют говорить о блочном строительстве наших станций. Мы имеем возможность ставить наши станции вплотную друг к другу по длине, ширине или глубине реки. Тем самым мы можем говорить о блочном строительстве БГЭС (ВЭС) любой необходимой потребителю мощности: и для небольшого потребителя (десятки КВт у.м. ), и для среднего (сотни КВт у.м.), и для большого (МВт-ы ГВт-ы) – реки-то в России длинные, а конструкция позволяет максимально использовать любую реку наиболее эффетивно – только размеры блоков изменяй…
Отметьте: в нашей установке частота вращения валов – всего 30-60 оборотов в минуту. Согласитесь, совсем немного мы сместили акценты: два вала вместо одного + множество одновременно работающих лопастей вместо одной = в итоге получаем малые обороты при большой мощности, позволяющих нам не соблюдать особую точность и отказаться от каких-то особых материалов при изготовлении конструкции + возможность эффективного использования свободного течения рек.
Всё вместе взятое позволило нам получить значительные преимущества при позиционировании нашей установке на рынке источников энергии.
Актуальность внедрения подобных конструкций – очевидна:
Во-первых, на фоне истощения, уже в обозримом будущем, рентабельных запасов невозобновляемых энергоносителей – нефти и газа.
Мы используем возобновляемый источник энергии – движение воды в реках, причем движение свободное, без плотин и дамб.
Отмечу, что эта же конструкция, изготовленная из более лёгких материалов – например, пластмассы, позволит использовать и энергию ветра.
Во-вторых, с точки зрения состояния сегодняшней экономики России: у нас нет возможности вкладывать деньги в долгосрочные проекты со сроком окупаемости 10-15 лет.
В нашем случае нет необходимости единовременно вкладывать большие средства в строительство станций. Здесь применяется блочная система. Достаточно найти денег на строительство первой партии установок (1-5 блоков), а остальные строить, когда уже первые введены в эксплуатацию.
В-третьих, экологическая сторона вопроса. Сегодня уже все понимают, насколько важно для людей сохранять экологическую безопасность той территории, где они проживают. Именно из-за этого фактора многие проекты на сегодняшний день либо заморожены, либо, вообще, остаются многие годы только на стадии проектирования. Примером могут служить строительство Катунской ГЭС, проект строительства ГЭС в верховьях реки Абакан (Хакасия).
В предлагаемом Вам проекте мы используем лишь свободное течение рек, именно поэтому нам нет необходимости перегораживать всю реку, достаточно использование 1-10% течения, что в свою очередь никак не будет влиять ни на движение водной фауны (количество оборотов на валу установки – всего 30-60 об./мин.), ни, к слову сказать, на судоходство.
В-четвёртых, не мало важный вопрос – капитальные вложения на 1 кВт уст. мощности. На сегодняшний день имеется достаточное количество, казалось бы, перспективных проектов в области энергетики, единственным недостатком которых является высокая себестоимость получаемой электроэнергии.
Свои деньги сегодня умеет считать каждый. Поэтому наша установка и в этом случае является оптимальной: стоимость 1 кВт установленной мощности здесь – не более 1000 евро.
В-пятых, с точки зрения сложности изготовления конструкции. Следует учитывать и этот вопрос. Сегодня в России осталось не так уж и много работающих предприятий, тем более не много квалифицированных рабочих, а тем более – современного оборудования.
Наша Переносная ГЭС создавалась именно в расчёте на эти условия. Одна из опытных конструкций изготавливалась на предприятии коммунального хозяйства. Т.е. для её изготовления не требуется специального оборудования, как впрочем, и высокой квалификации специалистов.
В-шестых, очень актуален на сегодня вопрос развития энергетики России, где генерирующие объекты и линии электропередач становятся самостоятельными хозяйствующими субъектами.
В нашем случае мы, строго в духе данной программы, имеем возможность автономной эксплуатации наших мини ГЭС даже в очень удалённых от существующих ЛЭП населённых пунктов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *