|
ДЕШЕВОЕ ТЕПЛО И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ
ПОТОКОВ ВОДЫ РЕК И ВЕТРА
Дудышев В.Д. Россия , г. Самара
http://www.energy21.ru/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=62&Itemid=92
Настоящая статья посвящена обсуждению простых и эффективных способов и устройств альтернативного получения дешевой тепловой и электрической энергии без затрат топлива с использованием возобновляемой кинетической энергии потоков воды и ветра.
Постановка задач
Проблема получения дешевой тепловой и электрической энергии особенно остра и актуальна для жителей, проживающих в удаленных от городов районах.
Особенно она актуальна для населения Дальнего Севера. Однако если рядом с местом проживания есть река, то эту проблему достаточно быстро просто и дешево можно решить с помощью тросовых гирляндных тросовых гидроэлектростанций (ГЭС).
Причем электроэнергию в таких ГЭС можно, просто получить от обычных стандартных электрогенераторов, а тепловую энергию можно получить на берегу с применением кавитационных теплогенераторов (ТГ).
Об этом подробнее ниже.
В реальности, например на Дальнем Севере и Дальнем Востоке зачастую возникает острая потребность населения, а горячей воде и электроэнергии без топлива, поставка которого в столь отдаленные районы проживания населения - крайне затруднительна и дорога. Тем более что стоимость топлива и транспортных расходов постоянно и быстро возрастают.
Поэтому актуальность задачи получения дешевой тепловой и электрической энергии вообще без затрат топлива – для многих регионов мира крайне высока. Реально ли просто и эффективно решить эту проблему?
Вполне реально, если умело использовать напрямую природную возобновляемую энергию потока воды в реке или ветровую энергию с помощью простой ветростанции.
Новое – это хорошо забытое старое! И это правильно!
ДЕШЕВОЕ ТЕПЛО ПОЛУЧАЕМ ВРАЩЕНИЕМ ТРОСА В ВОДЕ РЕКИ
Конструкции автономной простейшей ГЭС давно были воплощены в жизнь отдельными умельцами еще полвека назад. Еще в журнале "Радио" за 50-е годы печатали информацию про гирляндную ГЭС, выполненную а консервных банках и с генератором от авто! /1/
Теперь обсудим подробнее пути и методы решения этой проблемы - получения дешевой тепловой и электрической энергии из воды реки подробнее..
ТРОСОВАЯ ГИРЛЯНДНАЯ ГЭС
Рассмотрим конструкцию простой тросовой гирляндной миниГЭС с турбинно-тросовым гидроприводом, который вращается от потока течения реки. На рисунке 1 показана, упрошено конструкция такой минигидроэлектростанции.
Рис.1 Гирляндная мини ГЭС
Обозначения
1. Подшипник;
2. Опора;
3. Металлический трос;
4. Гидроколесо (турбина);
5. Электрогенератор;
6. Уровень верхнего течения реки;
7. Русло реки.
В качестве гидроколёс (роторов),в тросовом гидроприводе миниГЭС можно использовать несколько «крыльчаток», изготовленных из тонкого металлического листа, диаметром около полуметра, по типу детской игрушки – пропеллера из квадратного листа бумаги. В качестве гибкого вала целесообразно использовать обычный стальной трос диаметром 10…15 мм.
Ориентировочные расчеты показывают, что от такой тросовой ГЭС, можно получить с одного гидроколеса до 1,5…2,0 кВт, при течении реки около 2,5 метра/сек!
Если опоры 2 с подшипниками 1 и электрогенератором 5 установить на дно реки, и подшипники с генератором поднять выше уровня реки, а всё это сооружение разместить по оси течения, то результат, практически будет тот же. Эта схема целесообразно применяется для очень «узких речек» но с глубиной более 0,5 метра. Тепловую энергию в такой ГЭС можно получить путем подключения электронагревателей к электрогенератору.
Роторы гирляндной ГЭС, как правило, располагаются в ядре потока (на 0,2 глубины от поверхности летом и 0,5 глубины от поверхности льда зимой). Глубина реки в месте установки гирляндной ГЭС не превышает 1,5 м. При глубине реки более 1,5 м. вполне возможно использовать роторы, расположенные в два ряда. Рассмотрим конструкцию оригинальной автономной теплоэнергоустановки на основе простейшей тросовой мини ГЭС и вихревого теплогенератора более подробно
ДЕШЕВОЕ ТЕПЛО ИЗ ВОДЫ ПОСРЕДСТВОМ ЕЕ КАВИТАЦИИ
С ПРИВОДОМ ВИХРЕВОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА ОТ РЕЧНОГО ТРОСОВОГО ГИДРОПРИВОДА
Эффект кавитационного нагрева воды открыт уже давно .При вспенивании воды от ее вращения или от ее пропускания через сопла Лаваля- кавитатор – она начинает интенсивно нагреваться /2,3/
Кавитационные теплогенераторы
Вихревые и прочие кавитационные водные теплогенераторы (ТГ ) уже известны и даже выпускаются серийно. Но для нагрева воды кавитацией им нужна электроэнергия, поскольку силовым приводом такого кавитатора в них служит электродвигатель, потребляющий значительную электроэнергию из электросети. Простейший кавитационный теплогенератор(ТГ) показан на рис. 2.
 
Рис2. Простейший кавитационный ТГ с гидростатическим кавитатором и электрическим насосом
1-электродвигатель 2-водяной насос 3-замкнутй трубопровод 4-кавитататор
Эффект кавитации в жидкости уже реально используется для получения тепловой энергии. Известны и уже достаточно широко применяются кавитационные теплогенераторы (КТГ), Потапова, Ларионова, Петракова и др., в том числе вихревые, роторные и прочие, основанные на полезном использовании явления выделения тепловой энергии при кавитации в жидкости. Главным недостатком КТГ является наличие мощного электродвигателя. Тем не менее, такие кавитационные нагреватели, основанные на гидродинамическом способе нагрева жидкостей, нашли достаточно широкое применение, поскольку лишены многих существенных изъянов, присущих классическим нагревателям, использующих электрические ТЭНы. В частности, потому что с их помощью можно нагревать практически любые жидкости, в то время как последние – ТЭНы - весьма требовательны к качеству подогреваемой воды. Вместе с тем, их КПД может быть весьма высоким, поскольку “потери” электрической энергии в насосе (с КПД~70 %) полностью идут на нагрев рабочей жидкости
КАК НАГРЕТЬ ВОДУ КАВИТАЦИЕЙ ВООБЩЕ БЕЗ ЭЛЕКТРОНАСОСА
В принципе, эффективно нагреть воду и циклическими электрогидроударами (ЭГД- нагреватель)в ней , но для этого надо иметь высоковольтный источник электроэнергии и специальную электрогидроударную камеру .Конструкция такого оригинального ЭГД-теплонагревателя предложена мною ранее и упрощенно показана на рис. 2-1 /3/
Рис.2-1 Электрогидроударный нагреватель воды Дудышева
Как показано ниже в статье/3/, такие уникальные ЭГД теплогенераторы для получения тепловой энергии вполне могут быть совмещены с автономными энергоузлами, работающими от кинетической энергии воды в реке и ветра.
Варианты конструкций кавитационных ЭГД- теплонагревателей раскрыты в патентах РФ /4,5/.В качестве высоковольтного электрогенератора миниГЭС целесообразно применить в том случае электрофорную машину с выработкой электроэнергии с напряжением 60-100 киловольт, достаточного для осуществления мощной кавитации воды посредством циклических электрических разрядов и мощных электрогидроударов в ней.
ГРЕЕМ ВОДУ КАВИТАЦИЕЙ ОТ ЭНЕРГИИ ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ПОСРЕДСТВОМ ВРАЩЕНИЯ ТРОСА ОТ ТРОСОВОГО ГИДРОПРИВОДА
Ниже предлагается оригинальная конструкция простого и относительно дешевого теплогенератора для выработки дешевой тепловой энергии с использованием кинетической энергии потока воды в реке посредством ее механической кавитации вообще без затрат электроэнергии. Тут применен простой механический вариант кавитационнного теплогенератора с механическим вращением кавитаторов от простого тросового механического гидропривода (рис.3).
Реализация данного устройства вполне реальна, если рядом с удаленным от электросетей местом проживания населения есть река или ручей
На рисунке 3 показана простейшая автономная энергетическая установка для прямого получения тепла из воды вообще без электроэнергии путем механической кавитации воды в отдельной емкости ротором, приводимым во вращение простым тросовым гидроприводом
Тут применена иная конструкция речного тросового гидропривода
Автономная теплоэнергетическая установка (рис.2)содержит три основные узла: гидропривод, механический передаточный узел и кавитационный теплогидрогенератор.
Тросовый гидропривод (рис.3)содержит стальной трос 1, заякоренный на дне реки 4, жестко закрепленную на нем гидротурбину 2, и механическую опору 3 для приема вращающегося троса 1 на берегу 5. Механический передаточный узел содержит узел вращения 14 троса 1, совмещенный редуктор (7,8),и вал вращения 13. Вихревой гидротеплогенератор состоит из емкости с водою 7 и водяного кавитатора 9, выполненного например, в виде кавитатора Кладова, представляющего собою два кавитационных диска вращающихся в противоположные стороны.
РАБОТА УСТРОЙСТВА Работа данного устройства достаточно проста и понятна. Течение потока воды в реке приходит во вращение гидротурбину 2 и трос 1. Торсионное вращение троса 1 передается через приемное передаточное механическое устройство, укрепленное на опоре 3 рабочему валу 13,который через редукторы передает момент вращения вертикального валу 14 вихревого теплогенератора
Нагретая кавитацией вода в емкости 7 поступает из этой емкости по водопроводам 11 к тепловым водяным радиаторам10, размещенным в местах потребления дешевой тепловой энергии, например в жилища.
Увеличение тепловой мощности можно достигнуть увеличением количества водяных турбин 2 на тросе 1 по всей длине троса 1 и увеличением размеров этих турбин.
Отметим, что трос должен быть выполнен из прочной нержавеющей стали.
В малых реках наиболее целесообразно погружение троса с турбинами во вводу по всей ширине реки, для чего потребуется две опоры 3 на обоих берегах реки 4.
Отметим также, что такая тросовая гидросиловая установка может работать в реке даже зимой, поскольку вращающийся трос не даст обрасти себя льдом
Значит, эта силовая гидроэнергетическая установка будет в работе надежной и позволит круглогодично обеспечить северян теплом и электроэнергией.
Это весьма важно для малонаселенных районов всей России, и особо для населения Дальнего Севера, например в Якутии, поскольку применение там электроэнергии проблематично, а завоз топлива для получения тепла - крайне сложен и дорог.
Энергетические показатели такой автономной энергоустановки высоки, и с учетом того что многочисленные реки там достаточно быстрые и полноводные, они обладают огромным потенциалом кинетической энергии.
ДОСТОИНСТВА ДАННОЙ ГИДРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ В отличие от известных вихревых ТГ в предлагаемом устройстве для получения тепловой энергии ИЗ ВОДЫ вообще не нужно топливо и электроэнергия
В данном устройстве нет потерь на трансформацию одного вида энергии в другой (типа: добыча Газа-доставка Газа-сжигание-преобразование тепловой
энерг. в электрическую-транспортировка электрической энергии-преобразование ее в тепловую-транспортировка тепловой энергии.
ОДНОВРЕМЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Для одновременного получения таким устройством мини ГЭС и электроэнергии можно параллельно снять с вращающегося троса – дополнительным валом отбора мощности момент вращения и направить его на вращение, к примеру, группы электрических генераторов от выброшенных авто, тракторов и прочей электротехники.
Это будет самая дешевая тепловая и электрическая энергия, которые так нужны людям зимой в удаленных от городов местах проживания
.
Короче, такая автономная установка, позволяющая достаточно просто получить и тепло и электроэнергию от течения реки, делается на месте, даже в самых примитивных мастерских и не требует много денег
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ТРОСОВОГО ГИДРОПРИВОДА
Расчет гидротурбины для тросового гидропривода
Мощность водного потока в реке, поступающая на лопасти турбины рассчитывается по формуле:
Р.= 1000 VVV S
Здесь: V- Скорость водного потока (м/с)
S - ометаемая площадь лопастями турбиной (м2)
Для свободнопоточных роторов гирляндных гидростанций эффективнее всего схема простого 2-х лопастного пропеллера. Ниже представлены мощности гидротурбин, вырабатываемые 2-х лопастным ротором, с ометаемой площадью 1,0 м2, при кпд =0,5 и при течении воды со скоростью:
V, m/cek: 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 10,0
-------------------------------------------------------------
P, kvt: 2,45 9,80 22,05 39,20 61,25 245,00
Как видно из представленной таблички, перспективы использования свободно - поточных, пропеллерных роторов, в качестве гидротурбин весьма заманчивы!
Эти расчеты показывают, что при скорости течения северных рек примерно 3-5 м/с и с размещение на тросе одной такой гидротурбины с ометаемой площадью всего по одному метру с такой гирляндной тросовой гидростанции вполне можно получить на берегу реки мощность тепловой и электроэнергии порядка 20 -60 кВт., а при наличии на тросе двух таких гидротурбин - вдвое больше.
ДЕШЕВУЮ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ И ДЕШЕВОЕ ТЕПЛО ПОЛУЧАЕМ ОТ ЭНЕРГИИ ВЕТРА ПРОСТЫМИ ВЕТРОТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
В удаленных населенных пунктах, не имеющих рядом рек, тоже нужна эффективная бестопливная энергетика и поэтому для одновременной выработки дешевой тепловой и электрической энергии без топлива вполне можно использовать силу и энергию ветров ,тем более что на Севере они дотаточно скоростные 6-10 с Для этого надо просто и быстро изготовить из подручных средств оригинальную многофункциональную ветротеплоэлектростанцию, правильно смонтировать и начать ее постоянную эксплуатацию. Причем весьма полезно применять именно простые роторные ветротеплоэлектростанции(ВЭТЭС), которе не тербуют сложных работ и дешевы ..
Современные серийные ветроэнергетические установки, преобразующие энергию движения воздуха в электрическую или механическую энергию, как правило, не производят непосредственно тепловую энергию.
Однако такая многофункциональная ветроэнергетическая установка ВЭТЭС по своей эффективности одновременного получения электрической и тепловой энергии будет значительно лучше, чем обычные ветроэлектростанции, производящие только электрическую энергию. Поскольку такая ВЭТЭС позволяет напрямую получать от энергии ветра и тепловую энергию путем кавитационного нагрева воды.
В этом ее варианте получение тепла ВЭТЭС намного проще конструктивно известных ВЭС, поскольку вообще исключаются дополнительные узлы и потери мощности для обратного преобразования выработанной ею электроэнергии в тепловую энергию.
Устройство многофункциональной роторной ветроэнергостанции
Ветроэнергетическая установка(ВЭУ) упрощенно показана на рис.4 Она содержит ветродвигатель роторного типа с парусным ротором Дарье, к примеру, , кинематически связанный с ним механическим приводом 2, электрогенератор, и узел выработки тепловой энергии в виде кавитационного теплогенератора, имеющего автономную замкнутую теплоцентраль.
Электроузел ВЭУ содержит также блоки аккумулирования электрической энергии( аккумуляторная батарея и аккумулятор тепловой энергии в виде термостатированной емкости с горячей водой
Ветродвигатель 1 состоит из вертикального вала вращения 2, установленного в подшипниках на опоре и кинематически связанной с механическим приводом 3. на валу вращения 2 жестко закреплена пара лопастей 4, протяженных по вертикали и образующих ротор Дарье.
В состав ВЭУ входит также электрчиескийэнергоузел, содержащий электрогенератор
Многофункциональная ветроэнергетическая установка роторного типа может работать практически с любым энергопотребляющим механизмом, индивидуально и в совокупности с другими энерговырабатывающими объектами, а также только для выработки тепловой или только электрической энергии, или как механический привод к различным агрегатам. Она автономна, не требует внешней энергетической дотации, мобильна, прочна и может использоваться в различных климатических и атмосферных условиях.
Причем при угрозе ураганных ветров, ее роторно-парусный ветродвигатель может быть быстро демонтирован, а при работе в автоматическом режиме при скоростях ветра, превышающих критические, заданные по программе, он стопорится в положении наибольшей обтекаемости
Рис.4 Многофункциональная ветроэнергетическая установка
с механическим кавитатором для нагрева воды
В этом варианте использования в ветроустановке такого оригинального ЭГД теплонагревателя существенно упрощается механическая часть ветроустановки , и значит, процентов на 30-40 снижается ее себестоимость.
РЕЗЮМЕ
Предложена простая и надежная автономная тросовая гидросиловая установка для получения дешевой тепловой и электрической энергии, работающая от кинетической энергии потока воды полноводных и быстрых рек, например в районах Дальнего Севера.
Для автономных удаленных поселений, особо для народностей Севера, живущих возле рек – такую энергетическую установку можно быстро и достаточно компактно и просто развернуть в течение суток.
По существу такая автономная энергетическая установка может решить многие энергетические и социальные проблемы всей автономной энергетической инфраструктуры и существенно улучшить условия проживания многих миллионов жителей России и мира.
Особенно актуальна такая автономная энергетическая установка для малонаселенных удаленных районов Дальнего Севера, например, в Якутии, В случае ее массового применения – она позволит эффективно и быстро решить острые энергетические проблемы населения Дальнего Севера.
Рис.5 Многофункциональная ветроэнергетическая установка с высоковольтным электрогенератором и электрогидроударным кавитационным нагревателем воды /патент РФ на ПМ /4,5/
19- электрогидроударная камера 9 – высоковольтный электрический генератор
Литература.
1.Новиков Ю.М. Возможности бесплотинных ГЭС. Сб. научных трудов «Энергетика и экология», СОАН СССР, институт теплофизики, Новосибирск, 1988
2. Фоминский Л.П. "Роторные генераторы дарового тепла" 2003 г.
3. Дудышев В.Д. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЖИДКОСТИ ПОСРЕДСТВОМ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА И КАВИТАЦИИ ЖИДКОСТИ-«Новая Энергетика «,декабрь 2005 г №20
4. Дудышев В.Д. Кавитационный электрогидроударный теплогенератор –патент РФ на полезную модель №72308
5. Дудышев В.Д. Сферический кавитационный ЭГД- теплогенератор –
патент РФ на полезную модель № 73453
6. Дудышев В.Д. Новейшие энергетические и экологические технологии
http://www.energy21.ru/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=62&Itemid=92
|
