?

Log in

No account? Create an account
Научная кунсткамера [entries|archive|friends|userinfo]
Научная кунсткамера

[ website | lj ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Заменим безбашенные электростанции... [May. 4th, 2014|12:24 am]
Научная кунсткамера

science_freaks

[vsounder]
[Tags|, , ]

Гидроэлектростанции, с которыми мы не знакомы

Борясь за чистоту атмосферы, за уменьшение выбросов при сжигании углеродистого топлива, технический мир создает множество разработок в области альтернативной энергетики. Одно из направлений этой деятельности – гидроэлектростанции различных по конструкции и условиям эксплуатации типов.

Традиционные ГЭС не могут работать без воды и ее напора: чем выше напор и больше расход воды, тем мощнее гидроэлектро­станция. Поэтому ГЭС строятся только на реках, а чтобы создать напор, надо возводить плотину, создавать водохранилище и сопутствующие гидротехнические сооружения. Даже для маломощных ГЭС (микро и мини) нужна плотина. Конечно, если есть хотя бы небольшая речка, можно подобрать большое количество малых гидростанций, но о них отдельный «разговор». Однако и там, где нет возможности строить ГЭС из‑за отсутствия рек, могут использоваться другие методы вырабатывания электричества. В основном это сжигание различного топлива (ТЭЦ), дизель-генераторы, ветроэлектростанции, комбинированные системы или АЭС.


А нельзя ли построить ГЭС «без привязки» к потоку реки? Оказывается, можно. И вариантов здесь достаточно много, нужно только опытным путем найти наиболее технологичный и дешевый из них.

Авторами предлагаются варианты мини-ГЭС, работающих без речного потока. Мы решили вынести на суд специалистов концептуальные разработки вариантов, сопровождаемые краткими описаниями их типов и способов работы.

Еще раз напоминаем, что речь идет о вариантах малой гидроэнергетики, хотя этот метод получения энергии подойдет и для электрических станций мощностью от 1000 кВт. Однако наша цель – обеспечить доступным и дешевым электричеством отдаленных от центра потребителей, без проводки линий электропередач с их опорами, завоза топлива и при отсутствии рек.


ГЭС на энергии взрывной волны

Если для мини-ГЭС (ее гидротурбины) нужна вода и напор, то сделать станцию не сложно.

Главное  – найти способ подачи достаточного напора воды на гидротурбину и создать постоянную циркуляцию ее. Мы решили использовать силу взрывной волны в воде, сосредоточив и направив ее на лопасти гидротурбины (турбины можно использовать традиционные, но лучше создавать для каждой мини-ГЭС свою).

Рассмотрим одиночный энергоблок, состоящий из корпуса в виде железобетонного или металлического цилиндра, заполненного водой, на дне которого размещено устройство с направляющим соплом, причем сама взрывная камера (пока представляет ноу-хау) выведена за пределы цилиндра. Диаметр цилиндра (в данном варианте) 80‑120 см, высота около двух метров, а в районе 1,5 м крепится гидротурбина с особой конструкцией лопастей, ось которых выходит на крышку цилиндра, где связана через редуктор с генератором тока. Работает устройство следующим образом.

С заданной периодичностью в камере взрывается расчетное количество взрывного вещества (ВВ). Взрывная волна жидкости (вода) по стволу выходит через сопло в заполненный водой цилиндр и вращает лопасти турбины, а та, в свою очередь, через редуктор вращает гидрогенератор. Главное – рассчитать вес ВВ для создания волны, а не всплеска воды. Если это одиночный энергоблок, то в верхней части цилиндра устраивается расширитель для гашения взрывной волны. Также важно рассчитать и периодичность взрывов, они должны идти в таком ритме, чтобы волна, действующая на лопасть, не имела больших перерывов и вращала лопасти с постоянной скоростью. Управлять работой подобных ГЭС может компьютер.

Мощность подобной мини-ГЭС примерно должна быть до 30 кВт. В зимнее время в цилиндре должна быть незамерзающая жидкость или соленая (морская) вода.

Из этих гидроэнергоблоков можно создать более крупную гидростанцию, соединив их в кассету. В этом случае вода заполняет весь кассетный блок, а цилиндры у донной своей части имеют отверстия для свободной циркуляции воды.

Подобная ГЭС, диаметром около 6 метров и высотой 2‑2,5 метра с шестью энергоблоками, уже может иметь мощность до 300 кВт.

Стоит сказать, что для создания взрывной волны не обязательны твердые ВВ. Можно использовать другие виды носителей энергии, способные создать волну.
Врывчатые вещества мы включили в разработку только потому, что оборонная промышленность утилизирует очень много боеприпасов.

Мощную гидростанцию можно создать и с традиционным напором воды на рабочие турбины, но с замкнутым циклом водоподачи, с помощью той же взрывной волны. Опыт и расчеты показали, что 50 граммов ВВ могут «подать» 1 тонну воды на высоту до 8 метров.

Этот вариант требует опытных экспериментов по подбору соотношений диаметров напорных трубоводов и труб, подающих воду в верхний бассейн.

Такие гидростанции (мини-ГЭС) могут обеспечить электроэнергией далекие поселки и предприятия в аварийных ситуациях на центральных линиях электропередач.

Бесплотинная гидроэлектростанция с промежуточным резервуаром

Задачей изобретения является определение основных конструктивных соотношений параметров, обеспечивающих экономическую эффективность строительства и эксплуатации напорных деривационных ГЭС.

Поставленная задача обеспечивается тем, что бесплотинная ГЭС содержит водозабор в реке, питающий напорный водовод от водозабора до резервуара. Последний в данном случае представлен в виде башни с цилиндрическим гасителем во внутренней полости резервуара, при этом длина питающего напорного водовода (L) определяется отношением проектной высоты (Н) напора воды в башне к среднему уклону (i) на используемом участке реки (выше течения). Площадь поперечного сечения промежуточного резервуара-башни должна быть не менее четырехкратной величины площади поперечного сечения питающего напорного водовода (независимо от количества нитей). Причем общая площадь поперечного сечения водовыпусков из резервуара на лопасти гидротурбин не должна превышать общей площади сечения питающих напорных водоводов.

Пропускная способность питающего напорного водовода (или водоводов) рассчитана из условия пропуска минимального среднегодичного расхода реки.

Трубчатые водовыпуски в здании ГЭС обеспечивают подачу воды из промежуточного резервуара на гидротурбины (ноу-хау), причем общая площадь поперечного сечения трубчатых водовыпусков не должна превышать площади сечения питающего водовода.

Работает устройство следующим образом. Вода, поступающая по питающему напорному водоводу (или нескольким водоводам) от водозабора, расположенного выше по реке, в промежуточный резервуар-башню, выходит из него в устойчивом режиме благодаря гасителю. Затем по трубчатым водовыпускам попадает на лопасти гидротурбин. Гидротурбины могут быть вынесены в отдельно стоящий машинный зал.

Заявленное предложение имеет следующие новые технические результаты:
– при значительно меньшей, по сравнению с плотинными ГЭС, стоимости обеспечивается стабилизация, с одной стороны, колебания уровней воды в реке в месте выхода отводящей деривации и, с другой стороны, выравнивание потоков воды, поступающих на лопасти гидротурбины из промежуточного резервуара-башни.

Отпадает необходимость в строительстве котлованов и плотин, а также шлюзов и рыбопропускников; главное – нет надобности в затоплении территории, что необходимо при возведении любых плотин.

Подобные башенные ГЭС могут размещаться где угодно вдоль рек, по обоим берегам или вдали от них, в ущельях горных потоков или на берегах морей и даже на искусственных островах и атоллах, лишь бы удобной и недорогой была прокладка напорных водоводов к зданиям ГЭС, которые могут, в целях экономии и защиты, размещаться вдоль берега или в русле реки. Башня и гаситель выполняются из цилиндрических конструкций методом «мокрого набрызга» (торкрета) в непосредственной близости от объекта.

Александр ЯКОВЕНКО и др.
LinkReply

Comments:
[User Picture]From: ignis_ru
2014-05-03 09:51 pm (UTC)
> С заданной периодичностью в камере взрывается расчетное количество взрывного вещества (ВВ). Взрывная волна жидкости (вода) по стволу выходит через сопло в заполненный водой цилиндр и вращает лопасти турбины

Оригинальный, однако, ДВС.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-03 10:20 pm (UTC)
Не очень. Где-то в популярной литературе оооочень давно описывался ДВС на порохе. И при этом объяснялось, что калорийность пороха намного ниже дров.. у ВВ она еще ниже.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ignis_ru
2014-05-03 11:06 pm (UTC)
Тут интереснее использование воды в качестве рабочей среды.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-04 07:31 am (UTC)
Вроде где-то я про использование воды слышал... строят плотины, паровые котлы...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ignis_ru
2014-05-04 05:02 pm (UTC)
Там либо тепловое расширение, либо перевод потенциальной энергии в кинетическую.
(Reply) (Parent) (Thread)
(Deleted comment)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-04 10:06 am (UTC)
Ну да, причем окислитель содержит больше балласта чем кислорода...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: a2712
2014-05-03 11:56 pm (UTC)
интересно, а как (и из чего) собирается автор производить ВВ без воздействия на атмосферу? это раз
и при взрыве ВВ разве образуется только запах фиалок? это два
три, четыре и т.д. - такие пустяки, что и говорить не хоЦЦа
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: scif_yar
2014-05-04 05:06 pm (UTC)
>>автор производить ВВ без воздействия на атмосферу?
-
это как раз легко. Берем ту же воду, разлагаем электричеством на водород и кислород, и бабахаем.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: Сергей Челноков
2014-05-04 07:46 pm (UTC)
Электричество берем с соседней электростанции
Солдат со своей кашей из топора нервно курит в сторонке
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: scif_yar
2014-05-05 04:18 am (UTC)
С этой берем ! ведь каждый школьник знает - энергия взрыва сильно больше энергии горения !
(Reply) (Parent) (Thread)
From: mechnik
2014-05-04 09:07 pm (UTC)
Так сказано же: утилизация старых боеприпасов с ТНТ

А вот про выхлоп, то это да - не подумали они. И про другие проблемы забыли.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: Сергей Челноков
2014-05-05 06:39 am (UTC)
Тогда это не научные, а чисто технические фрики
(Reply) (Parent) (Thread)
From: mechnik
2014-05-05 09:00 am (UTC)
Не видя расчетов - хрен пойми, какие, научные или только технические.

Но извращение знатное. скажу я.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kincajou
2014-05-04 12:49 am (UTC)
Опыт и расчеты показали, что 50 граммов ВВ могут «подать» 1 тонну воды на высоту до 8 метров.

да ну нафиг. Один грамм гексогена, конеш, может порвать кирпич. Но чтоб 1 тонну, да ещё на 8 метров?..

Edited at 2014-05-04 12:50 am (UTC)
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: sukina_docha
2014-05-04 04:53 am (UTC)
m*g*h= 1000 * 10 * 8 = 80 kJ
Qвзр= 4,2 кДж/г * 50 г = 210 кДж
КПД очень хороший, блаблабораторный просто. )) Но задача не ставится качать воду, сразу подается на турбину. Это еще на 0.85 умножать и на кпд генератора и т.д., но и это мелочи. Сама усатановка должна быть прочной (тяжелой ), плюс продукты токсичные ведут больше северных зверьков в места их обитания и выше
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-04 07:26 am (UTC)
Хороший пример. Кирпич разварится, но не полетит.

Теплота взрыва гексогена порядка 100 ккал/кг
Дрова (влажность30%) - 12300
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kincajou
2014-05-04 09:53 am (UTC)
просто я сам видел, что один грамм вышеупомянутого вещества делает с вышеупомянутым предметом :) с водой же.. зачем она вообще там нужна, ведь есть же нормальные взрывные генераторы. Бахнул вышеуказанные писят грамм (добавить натрия, чтоб легко ионизировался), плазма сквозь МГД шибанула - вот тебе и электричество.

Edited at 2014-05-04 09:53 am (UTC)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-04 10:02 am (UTC)
Польза такая же как от молнии....
(Reply) (Parent) (Thread)
(Deleted comment)
[User Picture]From: vsounder
2014-05-04 10:05 am (UTC)
30? это вряд ли. В импульсе может... но это действительно никому не нужно.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2014-05-04 11:51 am (UTC)
30 кВт - это 5 г взрывающегося гексогена в секунду при КПД преобразования 100%. Не так много.

Правда, если гексоген заменить на керосин, последнего потребуется в 8 раз меньше. Но жечь керосин - это же так скучно!
(Reply) (Parent) (Thread)