Энергоинформ / Точка зрения / Есть ли будущее у ветрогенератора?
Есть ли будущее у ветрогенератора?
Энергия ветра, как вариант энергии Солнца, освоена человеком очень давно. Если верить традиционной истории, то суда под парусами уже бороздили океаны более 2-х тысяч лет назад. Но парус – это наиболее простой и понятный людям вариант укрощения энергии ветра. А вот додуматься до превращения кинетической энергии поступательного движения ветра во вращательную энергию ветряных мельниц людям удалось примерно лет 500 назад.
Одним из государств, в которых ветряные мельницы стали основой экономики при переходе от так называемого феодализма к так называемому капитализму стала Голландия, второе название которой Нидерланды (низкая земля). И географическая особенность этой страны стала, скорее всего, если не причиной изобретения ветряных мельниц, то мотивацией к их применению, так как большая доля территории Голландии находится ниже уровня моря. Ветряная мельница была изобретена в середине XVI в., и могла, помимо всего прочего, перекачивать воду на более высокий уровень. Это событие явилось прорывом в борьбе человека со стихией. С тех пор люди могли проложить дамбу вокруг озера, откачать из него воду и начать культивировать землю. Первым крупным проектом стало осушение в 1612 г. озера Бемстер в Северной Голландии, площадь которого составляет 7020 га. С помощью 42 ветряков этого удалось достичь за четыре года.
|
| Рис.1. Типичный ветряк. |
На протяжении веков жители этого государства боролись за сушу и буквально собственными руками создали свою страну. Немалый вклад в это трудное дело внесли ветряные мельницы, так называемые ветряки. Целые коллекции ветряных мельниц, Вы можете наблюдать в Голландских деревушках и городах.
Но ветряки, как и заградительные дамбы, имели свое ограничение — они не могли поднимать воду на высоту более 1,2 м (видимо голландцы плохо мыслили). Когда уровень воды был выше этой отметки, ветряки строились друг за другом. При каждом ветряке был пруд, куда накачивалась вода. Так называемая "Лестница" из ветряков, служила для перекачки воды наверх: каждый последующий ветряк стоит чуть выше предыдущего. Таким образом, откачивая воду с затопленных огороженных участков, голландцы создавали на их месте пастбища, на которых выращивали злаковые культуры, картофель, а также пасли коров, из молока которых делали свой сыр. Конечно, кроме перекачки воды, с помощью ветряных мельниц, как и во многих других странах, мололи муку. С подобными мельницами боролся Дон Кихот, спутав их с чудовищами. И действительно, для многих людей, ветряные мельницы, а также те, кто их строил и работал на них (мельники), были окружены ореолом таинственности. Считалось, что мельники дружат с нечистой силой, так как источник энергии, который молол зерно или перекачивал воду был людям непонятен.
Но шло время… Человек, перебрав множества способов извлечения кинетической энергии, в поисках энергии и энергоносителей уже посматривает на Луну, где по мнению ряда ученых имеются огромные запасы гелия-3, из которого энергетики надеются добывать энергию. Казалось, что ветряные мельницы отправлены в музей. Но энергетические и экологические проблемы вновь и вновь возвращают людей к идее использовать энергию ветра, но уже с учетом последних научно-технических достижений.
Ветроэнергетика, использующая ветроколеса и ветрокарусели, возрождается сейчас, прежде всего, в наземных установках. Ветер дует везде — на суше и на море. Человек не сразу понял, что перемещение воздушных масс связано с неравномерным изменением температуры и вращением земли, но это не помешало нашим предкам использовать ветер для мореплавания, о чем уже говорилось выше.
Но в глубине материков ветер более непостоянен, его направление часто меняется. Так как разные участки суши в разное время года нагреваются по-разному можно говорить только о преимущественном сезонном направлении ветра. Кроме того, на разной высоте ветер ведет себя по-разному, а для высот до 50 метров характерны нестационарные по силе и направлению потоки.
Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра, превращающаяся в тепло, составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Конечно, всю ее использовать невозможно, в частности, по той причине, что часто поставленные ветряки будут затенять друг друга. В то же время отобранная у ветра энергия, в конечном счете, вновь превратится в тепло.
Среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 м/с. Если выйти на высоту в 100 метров, используя подходящую естественную возвышенность, то везде можно ставить эффективный ветроагрегат.
Принцип действия всех ветродвигателей один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу генератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает агрегат. Принципиальная простота дает здесь исключительный простор для конструкторского творчества, но только неопытному взгляду ветроагрегат представляется простой конструкцией.
С виду ветряк представляет собой обыкновенную "тарахтелку", которую часто садоводы ставят на свои участки для отпугивания любопытных птиц или кротов. Многим, наверное, помнится фильм Н.Михалкова "Урга", в котором монгол из поездки в город привозит телевизор, подключает его к очень простому ветрогенератору и во время чаепития наслаждается диковинками мира.
Традиционная компоновка ветряков — с горизонтальной осью вращения — неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размахи лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на разной высоте ветер дует в разные стороны. В этом случае не только не удается оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей. Кроме того, концы лопастей крупной установки, двигаясь с большой скоростью создают шум. Однако главное препятствие на пути использовании энергии ветра все же экономическая — мощность агрегата остается небольшой и доля затрат на его эксплуатацию оказывается значительной. В итоге себестоимость энергии не позволяет ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную конкуренцию традиционным источникам энергии.
Это и неудивительно, так как каждый усилитель мощности имеет свой предел максимальной мощности и четкую нелинейную зависимость (с тенденцией к насыщению) между затратами на управление и мощностью на выходе. И если длина крыльев ветрогенераторов имеет предел в 60 метров, то и нет необходимости наращивать затраты на управление сверх оптимальных в надежде, что оказавшийся в режиме насыщения усилитель мощности даст лишний десяток ватт. В режиме насыщения любой усилитель мощности становится просто неуправляемым.
По прогнозам фирмы Боинг (США) — длина лопастей крыльчатых ветродвигателей не превысит 60 метров, что позволит создать ветроагрегаты традиционной компоновки с максимальной мощностью 7 МВт. Сегодня самые крупные из них — вдвое "слабее". В большой ветроэнергетике только при массовом строительстве можно рассчитывать на то, что цена киловатт-часа снизится до десяти центов. Маломощные агрегаты могут вырабатывать энергию примерно втрое более дорогую. Для сравнения отметим, что серийно выпускавшийся в 1991 году НПО "Ветроэн" крыльчатый ветродвигатель, имел размах лопастей 6 метров и мощность 4 кВт. Его киловатт-час обходился в 8...10 копеек.
|
| Рис.2. (источник - http://www.invertor.ru/veter.htm) |
Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история умалчивает имена их изобретателей. Основные разновидности ветроагрегатов изображены на рисунке (рис.2). Они делятся на две группы:
- ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) (2...5);
- ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные (1) и ортогональные (6)).
Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопастей. КПД различных типов ветроагрегатов показан на рис. 3. Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей-крыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра не изменяя своего положения.
Коэффициент использования энергии ветра (см. рис.3) у крыльчатых ветродвигателей намного выше чем у карусельных. В то же время, у карусельных — намного больше момент вращения. Он максимален для карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной скорости ветра. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.
|
| Рис.3. (источник - http://www.invertor.ru/veter.htm) |
Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование — использование многополюсного генератора работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов (мультипликатор [лат. Multiplicator — умножающий] -- повышающий редуктор) не эффективно из-за низкого КПД последних.
|
| Рис.4. Ветряки за работой. |
Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.
Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед ветропоклонниками ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них, в частности, проблема запуска. В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в дозвуковом самолете (см. рис. (6)). Самолет, прежде чем "опереться" на подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию — раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.
Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14...16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составит около 80 метров. У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми — взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным преобразователем можно просуммировать выходную мощность вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.
Мысль об использовании энергии ветра не нова — до изобретения паровой машины именно энергия ветра занимала лидирующее положение в энергетическом балансе многих стран. Но простота и дешевизна получения энергии из угля, нефти, газа, дров привела к развитию мощной энергетики, работающей на углеродном сырье. К середине 20 века стало ясно, что запасы угля, нефти или газа на планете не безграничны. Кроме того, использование топливных электростанций увеличивает вредные выбросы в атмосферу, что, в конечном итоге, приведет к глобальной экологической катастрофе. Например, тепловые электроцентрали (ТЭЦ), работающие на угле, оказывает радиационное и "парниковое" воздействие на природу больше, чем атомные электростанции (АЭС).
Сегодня во всех наиболее развитых странах мира приняты государственные программы поддержки ветроэнергетики, разработаны законодательные и экономические механизмы стимулирования её развития. Сегодня мировая ветроэнергетика — бурно развивающаяся индустрия с миллиардными оборотами. Германия, например, покрывает 4,7% своего энергопотребления; Дания с помощью ветроэнергетики планирует довести этот показатель до 50% к 2030 году! В настоящее время в России также отмечается рост интереса к ветроэнергетике — появляется много желающих пользоваться бесплатным и повсеместно доступным энергоресурсом — ветром.
|
| Рис.5. Рабочий узел ветроустановки. |
|
| Рис.6. Подготовка ветряка к подъёму. |
Однако, развитие сетевой ветроэнергетики (ветряки, оживляющие европейские ландшафты, относятся именно к этой категории) в России дело проблемное: для эффективной работы сетевых ветрогенераторов необходимо, во-первых, подключение их к сети сопоставимой мощности и, во-вторых, высокое качество электроэнергии, обеспечиваемое этой сетью. Кроме того, отсутствует стабильная законодательная и нормативная база, позволяющая независимым производителям продавать электроэнергию энергосистемам и даже включать свои генерирующие мощности в эту энергосистему. Плюс достаточно низкие (скорее всего, ПОКА низкие) тарифы на электроэнергию... И когда наши законодатели поймут, что энергия важнее любых тарифов?
А вот для частного использования (коттеджи, загородные дома и т.д.) ветрогенераторы подходят практически идеально:
- бесперебойное снабжение электроэнергией "особо важного" оборудования (например, системы безопасности, видеонаблюдения и т.д.);
- независимое электроснабжение низковольтной аппаратуры дома (датчики, электромеханические замки и т.д.);
- обеспечение электроэнергией удаленных объектов (например, дачи).
Ветроэнергетика в нашей стране сегодня только зарождается (точнее говоря, возрождается), поэтому пока нет, так называемых, "хорошо зарекомендовавших себя" (имеются в виду, главным образом, длительные сроки эксплуатации) моделей ветрогенераторов отечественного производства. Но есть "специально изготавливаемые" и хорошие "западные".
Ветрогенераторы отечественного производства мощностью от 15 до 30 кВт сегодня доступны по цене от 120 до 200 тыс. рублей. Установки такой мощности вполне могут обеспечить электропотребности "среднего" коттеджа. Планируется наладить серийное производство установок мощностью до 100 кВт. Учитывая стоимость установок, они широким массам пока еще недоступны.
Неоспоримым техническим преимуществом ветрогенераторов отечественного производства является то, что в отличии от большинства западных образцов, наши установки способны работать в экстремальных условиях: при очень низкой температуре и большой скорости ветра!
Интеграция ветрогенератора с дизель-генератором позволяет, во-первых, экономить до 50% топлива последнего и, во-вторых, достичь 100% надежного электроснабжения вашего дома! Подробнее о ветрогенераторах (типы установок, технические характеристики, цены и т.д.) можно узнать, посетив интернет-ресурсы, число которых постоянно растет.
Можно отметить, что полный комплекс автономного энергоснабжения дома (то есть, такой, который в состоянии обеспечить бесперебойное производство электроэнергии в течение 24 часов в сутки) состоит из следующих "элементов":
- ветрогенератор;
- дизель-генератор;
- солнечная батарея (система солнечных батарей);
- аккумуляторная система.
Данный перечень оборудования показывает, что ветроэнергетика пока еще не состоянии обеспечить потребителя безперебойным энергоснабжением. Иметь такое "хозяйство", например, фермеру или мелкому предпринимателю, а тем более наёмным работникам, проблематично. Во-первых, дорого, во-вторых, от пользователя требуется либо самому учиться, чтобы обслуживать эту технику, либо нанимать многорукого и многознающего помощника. Выручает электроника, но и для работы с ней требуется определенный уровень "профессиональной" подготовки пользователя.
Но, несмотря на многочисленные технические, организационные и социальные трудности ветроэнергетика развивается и инженеры и изобретатели ищут новые технические решения. Например, Германия (новость от 07:14, 06.10.2004) построила самый большой в мире ветрогенератор. Германская компания REpower Systems AG завершила монтаж ветрогенератора с диаметром ротора 126 метров, что соответствует заявлению фирмы Боинг об ограничениях на максимальную длину лопасти ветрогенератора 60-ю метрами. Эта электростанция — совместный проект Еврокомиссии и германской земли Schleswig-Holstein. Гигантский трёхлопастный ротор вознесся над землёй на башне высотой более 180 метров. Сама установка называется REpower 5M, что обозначает её мощность — 5 мегаватт. Это самый мощный ветрогенератор в мире. Любопытно, что в городке Brunsbuettel, где идёт сборка установки, неподалёку находится атомная станция.
Это символично — Германия в те годы была намерена в течение десятка-другого лет постепенно вывести из действия свои ядерные энергетические установки. Правда, некоторые эксперты сомневаются, что альтернативные источники энергии (в том числе, ветер) — смогут полностью компенсировать эту потерю. Интересно, что ранее та же компания уже сооружала в Германии несколько меньшие ветрогенераторы, которые также превосходят большинство известных в мире — с роторами диаметром 70 и 82 метра и мощностью в 1, 5 и 2 мегаватта.
Сегодня ветрогенераторы в России выпускаются многими фирмами, которые имеют в Интернете свои сайты. И не ради рекламы этих фирм, а для сравнения некоторых технических параметров приведем в качестве примера один из образцов этой техники:
ВЕТРОГЕНЕРАТОР "Бриз-5000" http://www.e-c.com.ua/prod/energ/windgen/briz_5000
Предназначен для наружного освещения, нагрева воды и отопления в зонах с хорошими характеристиками среднегодовой скорости ветра — от 7 м/с.
Мощность от 5 до 50 кВт может быть получена объединением нескольких ветрогенераторов "Бриз-5000"
Комплектация:
- Ветрогенератор "Бриз 5000"
- Электрический тормоз + кабель 70 м
|
Параметры "Бриз 5000"
|
|
Максимальная мощность при скорости
ветра 12 м/с
|
5 кВт |
|
Начальная рабочая скорость
ветра
|
3 м/с |
| Буревая скорость ветра |
40 м/с |
| Диаметр ротора |
5м |
| Количество лопастей |
3 |
| Масса без мачты |
230 кг |
| Высота мачты |
14,5, 15, 18, 20, 26, 27
м
|
| Рабочая температура |
от - 40°С до +60°С |
| Буревая защита |
Вывод ротора из-под
ветра
|
| Ориентация на ветер |
Флюгер |
| Материал лопастей |
Стеклопластик |
|
Соединение генератора с
ротором
|
Прямое |
| Генератор |
Синхронный трехфазный с возбуждением от
постоянных магнитов
|
| Тип мачты |
Стальная труба с растяжками / ажурная
без растяжек
|
| Гарантийный срок |
1 год |
| Срок эксплуатации |
20 лет |
| Монтаж |
Обученный
персонал
|
ВЕТРОГЕНЕРАТОР ВЭУ-2000 http://www.clean-wind.ru
Взято из журнала "Наука и жизнь" №5, 2006.
Например, специальное конструкторское бюро "АТИК" ("Авиационные технологии и композиты") (http//www.clean-wind.ru).занимается проектированием и строительством ветроэнергетических машин более десяти лет. Здесь был разработан ветроагрегат, аналогов которому в мире сегодня нет. Это ветрогенератор ВЭУ-2000 (рис.7)
|
| Рис.7. |
Эта ветроустановка, а точнее, комплекс из ветроустановки, солнечной батареи, дизельной установки и аккумуляторной батареи, имеет номинальную мощность 2 кватт, рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающей среды от -50 до +60оС. Количество секций (ветряков) от 3 до 5. Диаметр крыльчатки 3 м. Высота вышки 12 м. Максимальный вес ветроагрегата и вышки в сборе – 225 кг.
Вот отзывы некоторых покупателей ВЭУ-2000:
Булавко Андрей Юлианович, Московская область, Дмитровский район.
- У нас большой дом. Мы сразу выделили "группу потребителей" энергии от ветроустановки: холодильник, освещение, розетки. В нашей деревне довольно часто отключается электричество и, бывает, надолго. О ряде проблем я забыл, установив ВЭУ-2000. Так что теперь от неудобств, связанных с размораживанием холодильника или вечерним сидением в доме без света, мы защищены. Доволен ли? Не жалею о приобретении. Мне нужно больше энергии. Поэтому намереваюсь в будущем году заменить ветрогенератор на более мощный — ВЭУ-5000 от тех же производителей.
Кирьянов Борис Петрович, Московская область, Раменский район.
- Наш дачный поселок электрифицирован, но отключают линию чуть не каждую неделю. Черт их знает, почему! Купил ВЭУ-2000 и теперь отвечаю всем: включено там у вас электричество или нет — я точно не знаю, меня это не интересует, у меня электричество в доме есть…
Рыжов Александр Никитьевич, г. Донецк:
- Алло! Нет, на мой собственный участок только через неделю ветроустановку привезут… А те — я для других покупал. Я же официальный дилер. Кто купил — довольны. Никаких претензий не было…
Ну и еще несколько подобных отзывов. Благодаря целому ряду оригинальных технических решений создателям ветроустановки удалось в полтора-два раза по сравнению с современными зарубежными аналогами увеличить реальную выработку энергии. Генератор СКБ "АТИК" запускается при скорости ветра 2,5 м/с, а с 3 м/с энергия уже поступает в аккумулятор. Таким образом, даже в метеорологических условиях средней полосы России при правильном выборе места размещения ветряка изготовители гарантируют получение не менее 2000 — 3000 кВт.ч в год. Это примерно 180 кВт.ч в месяц, что вполне достаточно для освещения и обеспечения работы бытовых приборов среднего загородного дома. Разумеется, в идеале следует дополнить комплекс солнечными батареями, но сомневаться, что ветроустановка способна надежно снабжать дом электричеством, не приходится.
Назначенный гарантированный изготовителем ресурс бесперебойной работы установки — 40 тысяч часов. Это десять лет эксплуатации, хотя на самом деле срок работы гораздо выше. Кстати, монтаж и необходимое техническое обслуживание специалисты СКБ "АТИК" осуществляют по просьбе заказчиков, выезжая на место. Ветроустановка ВЭУ-2000 неоднократно демонстрировалась на выставках, в том числе и за границей. Потребители оценили изделие по достоинству. Немалая часть продукции СКБ "АТИК" экспортируется.
Установка ВЭУ-2000 (а в ближайшей перспективе и ВЭУ-5000) конечно же может использоваться не только для электрификации жилища. Диапазон ее возможного применения достаточно широк. Например — для автономного снабжения радиотрансляционных, метеорологических станций и телекоммуникационных комплексов. В Краснодарском крае компания "Вымпелком" построила экспериментальную станцию в горах, оснастив ее ветросолнечной установкой, а также дизельным агрегатом для энергообеспечения оборудования радиолинейной станции. Станция задумана как полностью автономная. Основу питания станции составляет солнечная батарея. В дополнение — ветрогенератор и в качестве резервного источника — дизельный агрегат. Ветер и солнце взаимно дополняют друг друга — ведь когда нет солнца, как правило, дует ветер. Таким образом, и этот комплекс создан по всем правилам, по которым монтируется любая энергетическая ветроустановка. Без аккумулятора, дизеля и солнечной батареи ветроустановка не в состоянии обеспечить запросы потребителя в должной степени. Это, с одной стороны, минус. Но, в другой стороны, в некоторых ситуациях минус оборачивается жирным плюсом, когда дизельная установка вместе с ветрогенератором помогают солнечной батарее обеспечивать потребителя электроэнергией без перебоев в течении многих лет.
Этих примеров достаточно, чтобы оценить возможности ветрогенераторов, показать не только их плюсы, но и отрицательные их качества. Самый главный недостаток – это нестабильность выработки электроэнергии, что делает такие установки непригодными для массового промышленного применения, особенно в тех отраслях, где требуется энергии много и энергии качественной, например, в черной или цветной металлургии.
Основная часть ветрогенераторов выпускается в виде крыльчатых модификаций Крыльчатка с двумя или тремя лопастями устанавливается на длинной штанге в 10-40 метров. Это налагает на материалы, из которых делается штанга и сами лопасти, высокие требования по прочности. Определенные трудности у ветрогенераторов этого типа возникают при штормовой погоде. Приходится иногда такие установки временно разбирать, чтобы сильный ветер их не разрушил. По правде говоря, ловить ветер крыльчаткой – это все равно, что носить воду решетом. Хотя это позволяет размещать несколько ветряков друг за другом на пути основного направления ветров.
Поэтому поиск решений продолжается и имеются оригинальные изобретения, на которые следует обратить внимание. Некоторые изобретатели предлагают ветрогенератор монтировать в виде длинной вертикальной трубы, метров в 100 высотой, в которой, по их предположению и математическим расчетам, возникает из-за температурного градиента между концами трубы мощный воздушный поток. Сам электрогенератор вместе с турбиной предлагается установить в трубе, в результате поток воздуха обеспечивает вращение турбины. Как показывает практика эксплуатации таких ветрогенераторов после раскрутки турбины и специального подогрева воздуха у нижнего края трубы даже при тихом ветре (и штиле) в трубе устанавливается сильный и стабильный поток воздуха. Это делает такие ветроустановки перспективными, но только в безлюдных местностях, ибо при работе такая установка не лишена существенного недостатка – она засасывает в трубу не только мелкие предметы, но и крупных животных. Представляют они опасность и для людей. Поэтому такие установки окружают специальной защитной сеткой, а систему управления приходится располагать на достаточном расстоянии.
Некоторые изобретатели предлагают ловить ветер специальным диффузором, как на рис.8. За основу этой конструкции взят ветродвигатель, предложенный доктором технических наук Т.Д. Каримбаевым (завод ЛОЭМ "Красная звезда"). Характеристики такой конструкции поразительны. За год ветродвигатель этого типа успевает "поймать" в 4 — 5 раз больше энергии, чем обычный. Очень ценна для нашего варианта еще одна его особенность — высокая скорость вращения ветроколеса.
|
| Рис.8. |
Достигается она с помощью диффузора. В узкой его части воздушный поток особенно стремителен, благодаря чему генератор набирает немыслимые для ветряков обычной схемы обороты даже при сравнительно слабом ветре. Расчет показывает, что в условиях Подмосковья такой ветряк с диаметром диффузора в два метра за год может дать, как минимум, столько же тепла, что и полторы тонны каменного угля!
Форма диффузора ветрогенератора на рис.8 очень похожа на сопло ракеты и реактивного сверхзвукового самолета. Такая форма сопла позволяет вначале разогнать поток воздуха до очень высокой скорости, которая после прохождения самого узкого сечения вместо торможения продолжает нарастать до сверхзвуковых значений.
Считая, что трубные ветрогенераторы несут в себе ценную идею — вместо ловли случайных рыскающих потоков ветра поток воздуха создается специально (принудительно). А это превращает такой ветрогенератор как вариант усилителя мощности в стабильный источник энергии. Но ряд конструктивных недостатков не позволяет трубные ветрогенераторы рекомендовать в качестве серьёзного технического решения. Верхнюю часть трубы требуется закрывать от осадков. Кроме того, дополнительные мощные приземные воздушные потоки нарушают экологическое равновесие. Нет возможности устанавливать такие станции вблизи друг от друга, что приводило бы к снижению эксплуатационных расходов.
В связи с этим у меня есть предложение совместить в ветрогенераторе положительные качества трубного ветрогенератора, ветрогенератора с соплом на рис. 8, а также некоторых соображений, высказанных А.В.Никитиным в статье о возможности использования вихрей для получения энергии или организации движения с опорой на вихрь, а также идей Д.Мотовилова.
Схематично техническое решение предлагается в соответствии с рис.9. Оно характеризуется тем, что электрогенератор располагается в центре тороподобной конструкции, а сама тороподобная конструкция помещается в шаровидный или эллипсовидный прочный корпус. В результате электрогенератор с турбиной размещается в самом настоящем сопле, как на рис.8, а циркулирующие воздушные потоки между зоной нагрева и зоной охлаждения ограничены объемом шара. При необходимости можно давление в шаре увеличить до нескольких атмосфер, что увеличит мощность потока и, следовательно, мощность энергогенаратора. Можно уменьшить процент кислорода в воздушной смеси, что снизит пожароопасность конструкции. Т.е. в масштабе внутреннего объема шара (замкнутого пространства) моделируется система воздушных потоков с использованием для этого энергии внешней среды, законсервированной в виде энергии фотонов Солнца, которая посредством электрогенератора превращается в энергию электрическую.
Причем восходящие и нисходящие потоки разделяются самой конструкцией ветрогенератора. И не менее важно, что воздушные потоки кроме поступательных потоков формируют два вида вихрей. Один вихрь образуется после выхода воздушного потока из турбины, а второй вихрь образуется вокруг торовидной конструкции. И этот последний вихрь создает зону разряжения и пониженной температуры внутри тора и повышенного давления с более высокой температурой при движении воздуха между тором и шаром.
|
| Рис.9. Закрытый блок ветро(гидро)электростанции. |
После начальной раскрутки генератора в режиме двигателя возникает самопроизвольная циркуляция воздушного потока, интенсивность которого определяется формой воздуховодов, типом турбины, мощностью электрогенератора и разностью температур между зоной нагрева и зоной охлаждения, плотностью воздуха (газа). Поэтому, если в нижней части шаровидного корпуса расположить бассейн с водой и в зоне нагрева использовать специальные нагреватели, а в зоне охлаждения дополнительно установить теплообменник для принудительного охлаждения воздуха (смастерить над шаром бассейн с водой), то можно получить воздушный поток со 100% влажностью при заданных температурах зоны нагрева и охлаждения, который будет "налетать" на турбину с заданной скоростью. А если дополнительно в центре тора сделать "винтовую" нарезку, то подходя к электрогенератору воздух будет закручиваться уже заранее, попадая на лопасти турбины под более эффективным углом.
Такая конструкция идеально бы подошла для установки на Камчатке или Исландии – снизу горячая вода гейзеров, а вверху холодный воздух или снег. В случае разрушения такого ветрогенератора из-за землетрясения ничего страшного в экологии не произойдет, а станцию всегда можно смонтировать на другом подходящем месте.
В результате в замкнутом пространстве создается искусственный саморазогревающийся и самовращающийся воздушный поток, извлекающий энергию Солнца или Вакуума из окружающего пространства, который, вращая турбину, будет вращать вал электрогенератора. В каком-то смысле эта конструкция будет представлять солнечную или тепловую батарею, в которой воздух (газ) будет рабочим телом. Для усиления циркуляции воздуха можно нижнюю часть шара снаружи окрасить светлой (серебрянкой), а нижнюю – черной краской. Размер шара (эллипсоида) может быть несколько десятков метров, а сами блоки можно объединять в секции по 5-10 штук.
В итоге сила ветра будет заключена в мощную оболочку, как Посейдон загонял свои ветра в бараньи меха и дарил Ахиллесу. А человечество получит экологически чистый источник энергии, безопасность работы которого можно будет легко контролировать. Даже если такой шар взорвется, что для шара маловероятно, то ущерб для природы будет минимальным. Конечно, такая конструкция ветрогенератора не исключает использования ветрогенераторов, созданных по классическим схемам, но уже в большинстве случаев отпадет необходимость поиска мест с наиболее выраженными воздушными потоками, так как такую закрытую конструкцию можно будет смонтировать в любом месте земного шара. И работать она в итоге будет на энергии Солнца.
Можно попробовать такими конструкциями заменить АЭС, ТЭЦ и другие пока широко распространенные источники энергии. Но, учитывая, что при необходимости теоретически любой усилитель мощности превращается в генератор энергии, есть даже смысл использовать сеть подобных генераторов энергии средней мощности для создания так называемого энергетического фона. И использовать эту мощность, как люди используют сегодня спички, зажигая костер или газовые плиты, для запуска более мощных энергогенераторов на базе усилителей мощности, которые при необходимости можно собирать в любом месте планеты из готовых блоков, получая таким образом во временное пользование реальные вечные двигатели любой заданной мощности.
Теперь сравним эту схему со схемой генератора "Торнадо" В.Шаубергера (рис.10.)
|
| Рис.10. Генератор "Торнадо" В.Шаубергера. |
Любой понимающий инженер скажет, что вода в генераторе "Торнадо" и воздух в моей схеме циркулируют, практически, одинаково. И наличие воздуха в генераторе "Торнадо", скорее всего, связано с тем, чтобы многорожковая конструкция при своем вращении не испытывала сильного сопротивления, а также в качестве демпфера на случай расширения воды при ее нагреве (чтобы двигатель при работе взрывался не через раз, а только через каждые десять). И если в моей схеме воздух заменить на воду, оставив небольшой воздушный пузырь наверху (как в курином яйце), то она начнет циркулировать также, как и в двигателе В.Шаубергера, и без всяких рожков. В предлагаемой мной схеме прекрасно будет работать турбина В.Шаубергера, которую он предлагал для рек.
Теперь оценим с тех же позиций сверх-единичный двигатель Клема.
В этом двигателе циркуляция масла соединена с вращательным движением (а значит с ускорением) в самом двигателе при выбрасывании масла из форсунок. И теплообменник здесь нужен именно потому, что сочетание двух вращательных движений, одно из которых вызывает сильные перегрузки рабочего тела (растительного масла), ведут к выделению большого количества энергии. Фильтр нужен для того, чтобы удалять частицы гари, которые могут образовываться в растительном масле при его перегреве и при обратном попадании внутрь мотора они могут закрыть отверстия в форсунках. Но в этом двигателе масло приходится прогонять с помощью наружного насоса, что оставляет от торовидной циркуляции жалкий осколок, а в закрытом ветрогенераторе, предлагаемом мной, движение воздуха обеспечивается силой тяжести и конвекцией вдоль градиента температур, что резко снижает затраты на управление данным усилителем мощности. Дополнительная энергия выделяется при распылении (дроблении) масла в форсунках под воздейстивем сильного ускорения. А может быть в момент объединения мелких капель в сплошную жидкую среду при снятии ускорения (перегрузки).
|
| Рис.11. Двигатель Р. Клема. |
Вихревой генератор Потапова также использует сложную закрутку водяного потока. Вода раскручивается мотором в плоскости вращения и одновременно закручивается перпендикулярно этому вращению. Т.е., имеется одновременно плоский и торовидный вихри. И в этом водовороте сильное ускорение также может разбивать ассоциаты воды на отдельные молекулы, захватывающих при этом энергию из окружающего пространства. Так как носителями энергии являются фотоны, то для них разность температур не играет никакого значения. Они просто летят туда, где концентрация их меньше. Нам их видеть не обязательно, но все пространство нашпиговано фотонами (электромагнитным излучением) до нельзя.
Объединение молекул воды после снятия ускорения ведет к выделению большого количества захваченной во время ускорения энергии в виде опять таки фотонов, как и положено при образовании полимерных структур. И пока эти фотоны летят туда, где концентрация их меньше, то они успевают немного по вселенским меркам нагреть воду. Все дело в локальности процесса. Воды вращается мало, а Земля большая. Для Земли энергии (фотонов) немного туда, немного обратно роли не играет, но вот для вихревой камеры теплогенератора Потапова разница уже проявляется ощутимо временным локальным нагревом воды до 95ОС. И, скорее всего, при достаточном объеме и мощности вращающейся воды двигатель в теплогенераторе Потапова можно будет отключать совсем, так как вихрь перейдет в стационарный режим самоуправления. Производители теплогенераторов Потапова, скорее всего, сознательно до этого дело не доводят, чтобы не вступать в конфликт с государством и РАО "ЕЭС Россия". Это ж будет скандал вселенского масштаба, если пользователи генераторов Потапова перестанут покупать энергию! На что тогда государственные чиновники жить будут, если от них никто зависить не будет? Как считает наше правительство, энергию надо экономить, но покупать её у производителей, так называемых собственников энергогенерирующих мощностей, должны все!!! Так что пользователям теплогенератора Потапова следует пробовать иногда отключать генератор от сети и смотреть, что из этого получается.
Даже в организме человека кровь использует эту комбинацию вращений. Каждый эритроцит вращается вокруг своей оси, кольцо из эритроцитов вращается в виде тороподобной структуры, а точнее в виде спирали, вокруг центра артерии, а весь объем крови совершает при своем движении два круга кровообращения. И если учесть, что каждый эритроцит заряжен, как правило, отрицательно, то можно представить, какой мощности электромагнитные потоки пронизывают наш организм.
Таким образом, на вопрос "Есть ли будущее у ветрогенератора?", полагаю, можно дать утвердительный ответ. Я уже отмечал, что производство энергии – это аналог охоты или животноводства. Люди на определенном этапе своего развития поняли, что содержать домашний скот выгоднее, чем убивать гуляющих самих по себе мамонтов. Загнав огонь в паровую машину, а затем в дизель и ДВС, человек приручил и одомашнил энергию огня. Закрутив в своем теплогенераторе воду, Потапов и Шаубергер приручили энергию воды. Посадив в графитовую клетку расщепляющийся уран, люди одомашнили ядерную энергию. Теперь настало время заняться одомашниванием ветра. И пространственная комбинация шара с тором позволит эту проблему решить красиво и эффективно. Главное — никакого нарушения экологического равновесия, при минимуме строительных и эксплуатационных расходов. И на долгое время можно забыть о термоядерных реакциях, а также связанной с ними суетой сует.
Источник: Власов В.Н., Есть ли будущее у ветрогенератора? // "Академия Тринитаризма", М., Эл № 77-6567, публ.14557, 01.09.2007
