В правильности выбранного типа ветродвигателей для производства ВЭУ нет сомнений ни у специалистов по ветроэнергетике, ни у производителей ВЭУ. Но можно ли считать производимые сегодня ВЭУ, продуктом 21 века? Ведь сам принцип использования энергии ветра современных ВЭУ, уходит корнями в далекое прошлое. По сути, используется принцип работы средневековых ветряных мельниц. Можно ли назвать такой принцип работы современных ВЭУ, технологиями 21 века? Да, с использованием современных материалов и технологий, производители ВЭУ довели до совершенства "средневековые ветряные мельницы". Да, современные ВЭУ способны на 50 % преобразовать кинетическую энергию ветра в электрическую. В сравнении с ветряными мельницами, прогресс несомненный, но принципиальных изменений в технологиях использования энергии ветра не произошло.
Сегодня самые эффективные ветродвигатели горизонтального вращения, доведенные до совершенства, могут использовать кинетическую энергию ветра лишь на 50 %. На первый взгляд, развитие ветроэнергетики достигло своего пика и нет альтернативы для современных ВЭУ. Отнюдь. Потенциал развития ветроэнергетики далеко не исчерпан. Необходимо лишь принципиально изменить технологию использования энергии ветра, оставить принцип работы ветряных мельниц в прошлом и перейти к более эффективной технологии использования энергии ветра. Назовем ее технологией "рукотворного смерча".
Всем известно, какой страшной разрушительной силой обладает смерч даже небольшого диаметра. Смерч обладает колоссальной кинетической энергией, а это всего лишь ветер, закрученный в спираль. В природе он образуется неожиданно, и так же неожиданно исчезает. Использовать его колоссальную энергию мы не можем, но мы можем создать установку, которая порождает внутри себя искусственный смерч, и мы можем использовать его силу и мощь для получения электроэнергии. Чтобы создать "рукотворный смерч", необходимо выполнить два условия: разогнать и закрутить воздушный поток в определенной точке. Разогнать воздушный поток в несколько раз, возможно с помощью диффузора.
Расчеты показывают, при соотношении площади вершины и основания диффузора 1 – 10, воздушный поток ускоряется в 4,6 раза, в зависимости от угла наклона стенок диффузора. Условно возьмем площадь основание диффузора, направленное в сторону воздушного потока 10м2, а вершину диффузора, направленную на рабочую поверхность ветроколеса, площадью 1м2, получим следующие результаты. При скорости ветра 5 м/с на входе в диффузор, скорость ветра на выходе увеличивается в 4,6 раза получится 23 м/с. Т. е. разогнать воздушный поток в несколько раз возможно. Таким образом, для создания "рукотворного смерча", первое условие выполнимо. Второе условие, закрутить воздушный поток внутри установки. Для этого необходимо правильно установить боковые стенки диффузоров. Установив правильно диффузоры по всей окружности ветроколеса, мы закрутим воздушный поток внутри установки.
Диффузоры прямоугольной формы в виде раструбов устанавливаются по всей окружности ветроколеса широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (вершиной) направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса и примыкают к ней вплотную. Диффузоры, расположенные таким образом, позволяют использовать в равной степени, воздушный поток с любого направления, по всей окружности ветроколеса, увеличивая в десятки раз саму площадь используемого воздушного потока и соответственно мощность ветродвигателя. Диффузоры устанавливаются неподвижно и представляют собой единую конструкцию, внутри которой устанавливается ветроколесо. При любом направлении ветра, одновременно работают сразу три диффузора, тем самым увеличивая мощность ветродвигателя.
Предлагаемый ветродвигатель, является лишь базовой моделью принципиально новой технологии использования энергии ветра, его еще предстоит доводить до совершенства. Однако, даже в таком виде ветродвигатель способен преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую, более чем на 90 %.
Благодаря такой форме ветроколеса, воздушный поток движется с большой скоростью по наружному радиусу внутри установки, при этом через длинный рычаг облегчен момент страгивания ветроколеса вначале вращения.
Отвечая на вопрос о конкурентных преимуществах предлагаемого ветродвигателя, начну с недостатков современных ВЭУ. В качестве примера возьмем Германию, как наиболее продвинутую страну мира в производстве электроэнергии современными ВЭУ. Рассмотрим, с какими проблемами столкнулась Германия в связи переходом на альтернативные источники получения электроэнергии. О чем молчат производители ВЭУ и о чем предпочитают не говорить экологи, которых и финансируют производители ВЭУ. Под лопастями ВЭУ, ежегодно гибнут десятки тысяч птиц.
В районе ветропарков в Германии, полностью исчезли многие виды птиц. Исчезновение птиц, несомненно, приведет к нарушению природного равновесия в районах ветропарков. Под площади ветропарков в Германии, выделяются огромные территории, и количество ветропарков растет с каждым годом. Широкое применение ВЭУ негативно действует не только на дикую природу, но и на людей, живущих неподалеку от ветропарков. Ну никак не вписываются в природные ландшафты стометровые монстры с крутящимися огромными лопастями. Не хотят люди жить по соседству с промзоной. Да и круглосуточный шум (более ста децибел на каждую установку, а их десятки) вынуждая, особенно пожилых немцев, покидать родные места и переезжать подальше от ветропарков. Многие немцы, жители сельских районов, поначалу охотно сдавали свои земли в долгосрочную аренду для размещения ВЭУ.
Стоимость аренды земли под одну ВЭУ 2–3 тысячи евро в год, но вскоре поняли свою ошибку. Не в силах жить по соседству с ВЭУ многие арендодатели, вынуждены покидать родные места. Среди населения Германии, растут протестные настроения против строительства ВЭУ и это только начало. Сегодня развитие ветроэнергетики в Германии, пошло по пути гигантомании. Строятся все более высокие башни, с огромными лопастями. Все больший ущерб наносится природе, и все больше создаётся неудобств, для обычных людей, вынужденных проживать неподалеку от этих "монстров".
Так ли уж хороши современные ВЭУ, предлагаемые сегодня производителями "зеленой энергии", которые с одной стороны сберегают природу от вредных выбросов, а, с другой стороны, варварски уничтожают природу, в частности птиц, и приносят столько неудобств простым людям? Опыт Германии показывает, решая проблему вредных выбросов, с помощью ВЭУ, немцы получили не менее серьезную экологическую проблему. При этом зарождается еще и социальная проблема в Германии. Перечисленные выше проблемы не являются основным препятствием массового применения ВЭУ. Главным препятствием для потенциальных покупателей ВЭУ, является их чрезмерно высокая цена и большие сроки окупаемости. Мне довелось присутствовать на конференции по возобновляемым источникам энергии. Торговый представитель голландской фирмы-производителя ВЭУ, оптимистично объяснял участникам конференции – срок окупаемости их установки не более 15–16 лет. По словам того же представителя, стоимость технического обслуживания ВЭУ мощностью в 200 кВт. обойдется владельцу не более 10 тысяч долларов в год. Высокая цена ВЭУ, большой срок окупаемости, дорогое техническое обслуживание.
В результате коммерческая привлекательность ВЭУ импортного производства, для потенциальных российских покупателей, практически равна 0. Для бурного развития ветроэнергетики в России, нам нужны свои, российские высокоэффективные и недорогие ВЭУ, со сроком окупаемости в 2–3 года, простые в производстве и обслуживании, доступные по цене людям со средним достатком. Именно технология "рукотворного смерча" и позволяет создавать не дорогие, эффективные и доступные ВЭУ.
Предлагаемая мною, базовая модель ветрогенератора в 7–8 раз дешевле, аналогичного по мощности ветрогенератора импортного производства, следовательно и сроки его окупаемости не 15–16 лет, а 2–3 года. Он прост в изготовлении. Рассчитывая конечную стоимость продукта для российского потребителя, я не брал в расчет автономность в энергообеспечении производителя ВЭУ. Имея собственный источник электроэнергии, производители ВЭУ в России существенно снизят себестоимость производимых ВЭУ.
Отопление и освещение производственных помещений, горячая вода, работа станков и электрооборудования, за которые не придется платить энергетикам, существенно снизят себестоимость производимых ВЭУ. Еще одно серьезное преимущество перед импортными ВЭУ – предлагаемые мною ветрогенераторы возможно использовать в городской черте. Их возможно устанавливать на плоских кровлях зданий, будь то жилые здания, заводские цеха, административные здания, больницы, школы и т. п… Для таких ветрогенераторов не требуется выделение земель под строительство ветропарков. Потребитель имеет возможность устанавливать ветрогенераторы непосредственно на кровлях принадлежащих ему зданий. Каково количество потенциальных покупателей недорогих, высокоэффективных, быстро окупаемых ВЭУ, основанных на технологии рукотворного смерча в мире? Сколько таких покупателей в России сегодня, трудно сказать. Кто является потенциальным покупателем ВЭУ в России? Малые и средние производственные предприятия, тепличные комбинаты, птицефабрики, фермерские хозяйства, станции техобслуживания, придорожные кафе, кемпинги…
Именно российским производителям продукции сегодня как воздух необходимы недорогие, высокоэффективные ВЭУ российского производства. Необоснованно растущие тарифы на электроэнергию, теплоснабжение и топливо поставили российских производителей на грань выживания. С "энергетической удавкой" на шее трудно развивать собственное производство. Только получив свой, независимый источник электроэнергии, возможно бурное развитие малого и среднего бизнеса в России, занятого в производстве продукции и обслуживание населения.
Развитие Российских территорий напрямую зависит от близости пролегающих линий электропередач. Но даже близко проходящая ЛЭП не дает гарантии подключения к ней, если подключение и возможно, то за само подключение энергетики требуют баснословные суммы. Я говорю не о северных российских территориях, а о центральных районах России. Проблема с энергообеспечением не только в отдаленных деревнях и поселках, дачных товариществах, фермерских хозяйствах, но и в больших и малых городах России.
На муниципальном уровне остро стоит проблема с уличным освещением поселков и районных центров. С наступлением темного времени суток освещается лишь центральная площадь и центральная улица районного центра, вся остальная территория погружается во тьму. Как в средние века без факела (фонарика) до дома не дойти. И ведь нельзя в этом винит районные и поселковые власти, у них действительно нет денег на уличное освещение. Одна ВЭУ российского производства мощностью 500 квт и стоимостью менее пяти миллионов рублей, установленная на въезде в райцентр, способна раз и навсегда решить проблему уличного освещения среднего по размерам районного центра.
К потенциальным покупателям ВЭУ можно отнести и региональные власти. Тяжким бременем для региональных бюджетов являются отдаленные районы, где основным источником электроэнергии служат дизельгенераторы. В основном это районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, Сахалин, Камчатка, Курилы… По всей России десятки тысяч дизельгенераторов являются единственным источником существования цивилизации. Стоимость одного кВт часа, производимого дизельгенератором, 40 – 50рублей и выше. При таких ценах кВт часа недорогая и эффективная ВЭУ окупится за 2–3 месяца. ВЭУ должна стать основным источником энергообеспечения отдаленных районов, оставив дизельгенераторам роль резервного источника электроэнергии.
Дорогостоящие ВЭУ импортного производства региональным бюджетам не по карману, но и проблемы с доставкой топлива в отдаленные районы для дизельгенераторов, высокая стоимость кВт часа, которую приходится покрывать из регионального бюджета скоро тоже станут не по карману. К потенциальным покупателям ВЭУ можно отнести и население России, в первую очередь средний класс. В последние годы вокруг городов бурными темпами растут коттетдждные поселки. Люди хотят работать в городах, а жить в своих домах поближе к природе.
Представьте себе, что Вы купили участок земли в пригороде, возвели два этажа своего дома и стоите перед выбором, строить высокую красивую крышу стоимостью 300 тысяч рублей, или, вместо крыши, установить ВЭУ мощностью 30 кВ, т стоимостью 300 тысяч рублей, которая не только сделает Ваш дом независимым в энергообеспечении, но и выполнит роль кровли вашего дома. ВЭУ мощностью 30 кВт достаточно для отопления Вашего дома, подогрева воды, освещения и работы электроприборов, для уличного освещения участка, подогрева теплиц или зимнего сада. За все эти блага Вам никому не придется платить.
Поразительно, но технологии из Шамбалы настолько просты и эффективны, не могу к этому привыкнуть. В России миллионы километров автомобильных и железных дорог. Устанавливая на опорах над автомобильными дорогами, данные установки, мы получим огромное количество электроэнергии, не выделяя для этого землю под ветропарки, энергии которой будет достаточно для всех населенных пунктов, прилегающих к автодорогам. Устанавливая на опорах над полотном железных дорог, данные установки, мы получим электроэнергию напрямую в контактную сеть, для движения электропоездов и питания прилегающих железнодорожных станций. Понимаю, не всех это устроит. На эту установку, у меня есть авторские права, от которых я официально отказываюсь. Следовательно, любой гражданин, любая организация, в любой стране мира может наладить свое производство ВЭУ "Рукотворный смерч" не нарушая ни чьих авторских прав. Мне бы хотелось, чтобы первые установки появились в России.
Гидроэнергетика
Равнинные реки России. Миллиарды кубических метров воды находятся в постоянном движении. Кинетическая энергия равнинных рек огромна и неиссякаема, но этот неиссякаемый источник получения электроэнергии недостаточно используется. В основном, все ГЭС в России, построены еще в прошлом веке. В 21 веке гидроэлектростанции на равнинных реках в России уже не строятся и тому есть веские основания. Для строительства классических ГЭС на равнинных реках необходимо строить плотины, именно необходимость строительства плотин является сдерживающим фактором использования огромной кинетической энергии равнинных рек России. Строительство плотин приводит к затоплению огромных территорий, что наносит непоправимый вред экологии и людям, живущим на берегах рек попадающим в зоны затопления. Мало найдется желающих добровольно покинуть родные места навсегда, покинуть могилы предков, согласиться на их затопление. И все-таки, слишком огромен потенциал равнинных рек России, экологически чистой энергии, чтобы его не использовать уже сегодня.
На равнинных реках возможно строить гидроэлектростанции, не затопляя огромных территорий, не нарушая экологии и избежать необходимости насильственного переселения людей, живущих на берегах рек. Для этого придется оставить технологии строительства плотинных ГЭС в прошлом и перейти к технологиям без плотинных, подводных ГЭС. Подводные ГЭС, не создадут помех для судоходства и ледовый покров для подводных ГЭС не помеха. Практически на каждой равнинной реке можно построить десять-двадцать подводных ГЭС мощностью от нескольких тысяч до двух-трех миллионов кВт! При этом для строительства не потребуется никаких подводных работ. Имеется лишь одно существенное ограничение – подводную ГЭС невозможно построить на прямом участке русла реки. Но ведь любая равнинная река, это сплошные "петли" – идеальные условия для строительства подводных ГЭС. Само строительство также не представляет никакой сложности. По сути – это обычный "нулевой цикл". Выглядит он следующим образом. Сначала строится новое русло – в том месте, где предстоит спрямить участок русла реки. По дну нового русла строится каскад ГЭС, затем убираются перемычки, отделяющие построенное новое русло от старого русла и перекрывается старое русло в форме петли. Водный поток пойдет по новому, прямому руслу, по дну которого и располагается каскад гидроэлектростанций. Для того чтобы увеличить скорость водного потока в районе подводной ГЭС новое русло должно быть искусственно создано горловиной реки.
Сама ГЭС выглядит следующим образом: от одного берега нового русла до другого берега строится галерея, – причем ниже уровня будущего дна реки, с таким расчетом, чтобы верхний свод галереи и дно нового русла находились в одном уровне. В галерее через каждые пять метров устанавливаются генераторы мощностью 500 кВт. Над каждым генератором, сверху на галерее, устанавливаются турбины, которые и будут передавать крутящий момент через вал и редуктор на генератор. На галерее, по всей длине, перед самыми турбинами – примыкая к ним вплотную – строится искусственный порог в виде трамплина, высотой в 1/2 диаметра турбины. Это позволит еще больше увеличить давление на лопасти турбины, тем самым, соответственно, увеличивая мощность турбины.
Возьмем условно ширину нового русла 500 метров. Следовательно, в одной галерее, возможно установить 100 генераторов мощностью 500 кВт. Таким образом, суммарная мощность одной галереи составит 50000 кВт. Условно возьмем длину нового русла в 1500 метров. При этом мы имеем возможность строить галереи через каждые 20 метров друг от друга. При ширине галереи не более 10 метров мы сможем разместить по дну нового русла каскад из 50 галерей мощностью 50000 кВт. каждая. Нетрудно подсчитать мощность данной ГЭС – 2,5 миллиона кВт!
Следует обратить внимание, что в расчет берутся большие реки России, но и на малых реках, можно построить десятки подводных ГЭС небольшой мощности. Строительство подводных ГЭС недалеко от потребителей (населенных пунктов, промышленных предприятий) позволит избежать больших затрат на передачу электроэнергии на большие расстояния. Себестоимость строительства подводных ГЭС существенно ниже себестоимости строительства классических плотинных ГЭС аналогичных по мощности. Первая подводная ГЭС просто должна быть спроектирована и построена в России и затем уж, используя данную технологию, Россия может строить подводные ГЭС по всему миру, вместо того, чтобы минировать весь мир, строя атомные электростанции. Сегодня, Правительство Монголии планирует построить каскад ГЭС на реке, впадающей в озеро Байкал. Это приведет к катастрофе. Озеро Байкал неминуемо погибнет, как погибло Аральское море, но в первую очередь, окончательно погибнет река Ангара, единственная река, берущая свои истоки в озере Байкал. Нельзя этого допустить. Может совместно с Монголией, построить на ее территории, первую в мире подводную ГЭС? Но это не единственный выход. Может и не надо строить в Монголии ГЭС? Степная страна. Ветров, для производства электроэнергии достаточно в любой точке Монголии. Вполне достаточно будет установок "искусственный смерч".
В заключении скажу о значимости концептуальной идеи, именно востребованная концептуальная идея лежит в основе технического прогресса и приведу наглядный пример этому.
Это старая и всеми забытая история строительства останкинской телебашни.
В конце пятидесятых годов, Совет Министров СССР принял решение о проектировании и строительстве новой телебашни, в замен старой телебашни на Шаболовке. Были выделены огромные, по тем временам средства, было выделена территория под строительство, в районе деревни Останкино, был собран коллектив из лучших строителей – проектировщиков, под руководством Николая Васильевича Никитина.