Бесплотинные ГЭС нового поколения на основе гидроэнергоблока

Бесплотинные ГЭС нового поколения на основе гидроэнергоблока

Сегодня уже запатентован оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций способ использования энергии как водного потока любого вида (рек, ручьев, приливов, морской волны и т.д.), так и движения воздушных масс (патент №2166664 от 10.05.01). При этом используется естественный поток без его предварительного преобразования - строительства дамб, каналов, напорных труб.
Данный способ отъема 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 и, в отличие от существующих ГЭС, не препятствуя свободному перемещению речной фауны и флоры.



Эксперимент в собственной ванной

Для того чтобы понять, как и какие силы действуют в гидроэнергоблоке (ГЭБ), достаточно провести эксперимент в собственной квартире. Для этого наберите в ванну воды, отмерьте 1 метр и поставьте метки.

Для начала- просто проведите ладонью по воде. Попробовали? Теперь возьмите на кухне разделочную доску и сравните ее площадь с площадью моей лопасти - 180 х 500 мм. Скорее всего, она будет 0,5 площади лопасти. Осторожно проведите этой доской по воде несколько раз, стараясь приблизиться к скорости 1 м/сек. Почувствовали какое усилие?

Но это еще не все! Поверните свою доску на 45 градусов и попробуйте вновь, стараясь удержать руку параллельно длине ванны, по прежнему стремясь к 1 м/сек. Впечатляет!?

И даже это еще не все. В моей установке, имеющей габариты 0,6 х 0,7 х 1,5 м, - 16 таких лопастей. Вот и перемножьте на 16 или на 32, в зависимости от размеров своих досок.

Три установки в одном каркасе

Конструкция ГЭБ представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка), оси которых делят их на две неравные части, большая из которых всегда (за счет действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное ее вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения.

Оси лопастей 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 звездочки (рабочие колеса) на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т.д.) через гибкую муфту и промежуточный вал передается на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жестко закреплены на каркасе установки, имеющем 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 как минимум три установки. Положение лопастей по отношению к основному потоку регулируется неподвижными направляющими для цепи и подвижными для большей из сторон лопасти. Меняя расстояние между подвижной направляющей для лопасти и неподвижной для цепи, мы задаем необходимый угол поворота между лопастью и направлением основного потока от 0о до 45о, тем самым либо добиваясь оптимального режима работы установки, либо останавливая ее полностью.

Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под углом 90о. 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, тем самым постоянно удерживая цепь в перпендикулярном положении относительно направления основного потока.

Учитываем глубину реки

В отличие от ныне существующих источников электроэнергии, данная конструкция создавалась "подручной", приемлемой для ручного изготовления, монтажа и обслуживания. Она позволяет использовать комплектующие из уже выпускающегося оборудования: сельскохозяйственной техники, отслужившей свой срок, автотранспорта и прочего подходящего "железа". А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца не только окупит как свое изготовление, но и заработает на следующее (при сегодняшних тарифах на электроэнергию 20 кВт x 24 часа x 30 дней x 0,48 руб. (тариф региона) = 7000 руб. в месяц).

Геометрические размеры такой детали, как звездочка (рабочее колесо), для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 500 350 мм, так как от этого напрямую зависит число оборотов вала. Диаметр самого вала рассчитывается под каждые конкретные нагрузки и условия эксплуатации и колеблется от 25 до 50 мм. Размеры лопастей, их количество и, соответственно, прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество штук установок на длину реки - от необходимой мощности потребления.

Под принятые характеристики изготавливается соответствующий корпус, желательно из трубы, для получения дополнительной плавучести. Каркас делается разборным, что позволяет собирать его на месте эксплуатации без привлечения грузоподъемных механизмов.

Размеры блоков не ограничены и выбираются в зависимости от необходимой мощности и размеров реки. В качестве примера возьмем блок шириной 1200 мм, глубиной 700 мм и длиной 1250 мм. Получается объем 1 м3, что позволяет разместить в нем 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющие, в свою очередь, ширину 150 мм и глубину 500 мм, т.?е. каждая площадью 0,075 м2. Так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, то общая рабочая площадь одной установки - 1,125 м2, а сумма 3 установок в одном каркасе (1 м2 потока)?- 3,375 м2!

Именно это и позволяет наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды, а также возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести разделенного на секции потока движущейся среды (в нашем случае - реки).

Используем подручные средства

Данную установку можно изготавливать из любых подручных материалов. Дерево, пластмасса, алюминий, железо, титан - все что угодно, что "по карману". От этого будут зависеть только сроки эксплуатации вашей установки. На выработку электроэнергии это никак не повлияет. Кстати, в настоящее время вообще не существует конструкций, допускающих выбор материалов для изготовления.

Следует обратить внимание на то, что число оборотов установки довольно низкое (45?/?60), да и работает она постоянно в воде, т.е. износ материалов будет минимальным. Что же касается вопросов о заиливании установки, зарастании ее водорослями и т.д., то бревна, крупные ветки и прочий крупногабаритный мусор можно отвернуть сеткой. Все же остальное пройдет через нее как по конвейеру.

В зимний период применим давно используемый плотогонами способ поднятия теплых нижних слоев воды с помощью нескольких бревен перед установкой, имеющих на одном конце груз, а на другом?- поплавок. Вода, поднимаясь, размоет во льду необходимую майну.

Помимо установки рассматриваемых размеров (длина - 1250 мм, ширина - 1200 мм, глубина - 700 мм, итого - 1 м3 занимаемого объема реки), возможны любые другие комбинации размеров. Например, для ручья - уменьшенная глубина. В этом случае необходимая мощность набирается за счет количества установок вдоль длины ручья. Ведь скорость в ручьях значительно выше, и при скорости потока, скажем, V = 10 м/сек с каждого кубического метра можно снять: at = 10 х 10: 0,2 = 500 м/сек; F = 1000 х 500 = 500000 н; P = 500000 х 0,63 = 315000 н или N =315 кВт.

С гидроэнергоблоком - на рыбалку
Для изготовления рассматриваемой установки необходимо следующее количество материалов:

каркас (деревянный брусок 50 x 50 мм): длина 1250 x 8 шт = 10000 мм x?- 50 x 50 = 0,025м3; ширина - 1200 x 8 x 50 x 50 = 0,024 м3; глубина - 700 x 4 x 50 x 50 = 0,007 м3. Итого на изготовление корпуса - 0,056 м3;

лопасти - 17 шт. x З уст. = 51 шт. x 150 x 500 x 20 = 0,0765 м3;?-

обшивка дна и 2/3 боковых стенок - (1250 + 500 + 500) x 1200 x 20 =?- 0,054 м3.

Всего: корпус - 0,056 + лопасти - 0,0765 + обшивка - 0,054 = 0,1865 = 0,2 м3.

Кроме того, валы - 1,6 м x 3 уст. = 4,8 пог. м; трубы диаметром 25 50 мм; звездочки - 12 штук (материал - сталь, дюраль, дерево). И, наконец, направляющие - 4 уголка + 4 трубки x 1000 мм x 3 уст. = 24 погонных метра.

Стоимость перечисленных материалов - 2000 5000 руб. + работа - 10000 15000 руб., всего = 20000 рублей.

Стоимость электрогенератора составляет 500 5000 руб. за 1 кВт мощности вместе с регулирующей аппаратурой. Итого: 10000 100000 руб.

Полная стоимость установки мощностью 20 кВт будет не более 50000 120000 рублей, т.е. не более 5000 рублей за 1 кВт установленной мощности.

Материалоемкость одного киловатта нашей установки в зависимости от используемых материалов на изготовление будет варьироваться от нескольких сот грам (пластмасса) до 2-З кг (сталь) на 1 кВт уст. мощности.

Сроки изготовления измеряются в зависимости от технической подготовленности изготовителя?- от нескольких дней до нескольких месяцев.

Сроки монтажа зависят от того, о какой установке идет речь. Если мы говорим о переносной установке для туристов, охотников, рыбаков и т.?д., то на ее развертывание и установку в реку (вместе с надуванием наплавного понтона) потребуется полчаса?- час. Если же мы имеем в виду ГЭС мощностью в несколько МВт или ГВт для крупного города или промышленного предприятия, то на монтаж уйдет 1 3 года. Это зависит от того, кто и как станет монтировать установку, какие средства будут на это отпущены и от других вопросов, никак не связанных с самой конструкцией.

Что же касается эксплуатационных потребностей, то никаких особых навыков тут не требуется.

Николай ЛЕНЕВ