Большие возможности малой энергетики
794
Ольга МООС
В поисках источников возобновляемой энергии мы все чаще обращаемся к солнцу и ветру. Складывается стереотип, что вода как источник, еще в древности поставленный на службу человеку, уже исчерпала все свои возможности и не может ничем удивить. Между тем изобретательное человечество вовсе не отвратило свой взор от воды как дарительницы не только жизни, но и энергии. И в нашем Отечестве есть ученые, предлагающие остроумные и недорогие установки, использующие ее силу. Мало того, их изобретения могут заметно улучшить работу и всем известного ветрогенератора.
Когда произносится слово «гидроэлектростанция», нам представляются огромные плотины на огромных же водных пространствах. В Казахстане ГЭС нет, может быть, и к лучшему, ведь большая гидроэлектростанция заметно влияет на речные экосистемы. И есть опасность прорыва дамбы. Это случается редко, но последствия катастрофичны.
Достаточно вспомнить аварию пятилетней давности на Саяно-Шушенской ГЭС. В результате промышленной техногенной катастрофы 17 августа 2009 года погибли 75 человек, оборудованию и помещениям станции нанесен серьезный ущерб. Была приостановлена работа многих крупных предприятий, последствия аварии отразились на экологической обстановке акватории, прилегающей к ГЭС, на социальной и экономической сферах региона. Так, загрязнение воды нефтепродуктами привело к гибели около 400 тонн промышленной форели в рыбоводческих хозяйствах, общая сумма экологического ущерба оценивалась в 63 млн. рублей.
Крупнейшая авария за всю историю ГЭС – прорыв плотины китайского водохранилища Банкяо в 1975 году. В результате каскадного разрушения плотин ниже по течению сразу погибли 26 тыс. человек, после затопления утонули еще 145 тыс. Всего число пострадавших составило 11 млн. И стоит напомнить, что даже ГЭС, работающая в нормальном режиме, постоянно наносит вред экологии.
Между тем в мире несколько тысяч малых гидроэлектростанций, сочетающих преимущества большой ГЭС, с одной стороны, и возможность децентрализованной подачи, с другой. Нужда в МГЭС, особенно при малой плотности электросетей в Казахстане, огромная, а польза очевидная: повышение уровня жизни сельских жителей, срок эксплуатации более 70 лет, никакого вреда окружающей среде, а экономике только плюсы, ведь при строительстве малой ГЭС полностью задействованы местные ресурсы: материалы, технологии, рабочая сила.
Проект создания гидроэлектростанции с применением эрлифтно-водоемной мини-ГЭС и проект создания для нее водных ресурсов в моногородах, селах и фермах предлагает академик Сантай Жетесов. Более того, директор военно-технической лаборатории им. Первого Президента РК в Карагандинском государственном техническом университете, доктор технических наук считает, что малая гидроэнергетика является одним из наиболее понятных для инвесторов направлений развития альтернативной энергетики.
– Мини-ГЭС уже сегодня могут конкурировать с дизельными генераторами, привлекательны для малого и среднего бизнеса, создают стимулы для регионального развития, – утверждает Сантай Жетесов. – И в настоящее время в мире треть электроэнергии на основе возобновляемых источников вырабатывается на МГЭС.
Принципиальное отличие малой энергетики от обычной в том, что нет необходимости сооружать крупные гидротехнические объекты. Это упрощает строительство и лицензирование. Мощность МГЭС может быть от 5 до 25 МВт, а у совсем миниатюрной микроГЭС от одного до трех мегаватт.
Не вдаваясь глубоко в технические подробности, раскроем принцип работы МГЭС. Для нее нужен водоем, озеро или колодец не менее четырех метров глубиной, чтобы он вмещал как минимум 120 кубометров воды. Установки, созданные по изобретениям Жетесова, заставляют воду циркулировать подобно крови в организме человека. Вода поднимается наверх, опускается вниз, закручивается, развивает скорость и внизу вращает турбину. На пути воды установлен направляющий желоб, и благодаря ему она еще эффективнее вращает турбину. Интересно, что желоб спиральной формой повторяет строение ДНК. Такая конструкция не случайна – только таким образом можно превратить турбулентное движение в ламинарное, когда сопротивление воды от стенок трубы сводится к минимуму. Вот вам и эрлифтная установка. Один виток может дать 100 киловатт в час, два витка – 200 киловатт электроэнергии и так далее.
Вопрос тщательно изучен, в том числе и в историческом плане. Так, с помощью примерно такого эрлифта после войны откачивали воду из затопленных шахт Донбасса. Ученые лаборатории Жетесова исследовали и современную ситуацию, изучили многие гидроэлектростанции разной мощности по всему миру. И пришли к выводу, что водоподъем, или напор, на Саратовской, Днепровской, Волховской ГЭС небольшой, всего-то от 12 до 15 метров. А от этого показателя напрямую зависит мощность станции, ее КПД. Установка Жетесова способна поднять тонну воды на высоту 420 метров при минимальном количестве воздуха и силе его давления. Воздух поднимает воду, и вода, спускаясь, по пути вращает турбину. При эстакадном способе через каждые 20 метров будет осуществляться подача электроэнергии.
На изобретение получен инновационный патент Казахстана. Акимы нескольких областей выразили интерес к МГЭС Жетесова. А Сантай Сулейменович, конечно, хотел бы видеть такую установку в своей родной Караганде, например, на Федоровском водохранилище.
Подал Сантай Жетесов и заявление о выдаче инновационного патента РК на свою ветротурбину шнеко-спирального типа. Изобретение может быть использовано для устойчивой работы ветродвигателей как при низких, так и при высоких скоростях ветровых потоков. Это не то что всем известные ветряки: есть ветер – их пропеллеры крутятся, нет ветра – стоят. Принципиальное отличие изобретения в том, что турбина Жетесова может использовать не только кинетическую энергию, но и энергию давления ветра. А она в 3 000 раз выше кинетической энергии при скорости 280 км/ч и в 750 раз выше при скорости ветра более 50 км/ч. Это большая сила, именно она при скорости ветра, допустим, в даже не учитываемую синоптиками величину 0,3 км/ч, способна опрокинуть легкую стенку. К тому же эти турбины можно установить в любой местности: на их движение не влияет направление ветра, и они могут работать даже в сильный шторм, а прямоугольные установки для лопастей проще в изготовлении и подвергаются гораздо меньшим нагрузкам в процессе эксплуатации, чем криволинейные лопасти привычных нам пропеллерных турбин.
Итак, турбины Жетесова – это, по сути, ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Они напоминают знакомый нам всем по бытовой механической мясорубке винт Архимеда, если его установить вертикально. Представили? А теперь мысленно порежьте лопасти этого винта клапанами. Вот они-то открываются или закрываются при вращении, отбирая у воздушного потока не только кинетическую энергию, но и давление. Верхний конец мачты соединен с генератором, а нижний закреплен на бетонной площадке.
Энергетическая установка вырабатывает электроэнергию и дальше отправляет ее к потребителям. Порядка 5 Квт/ч достаточно, чтобы обеспечить потребность в электроэнергии восьмиквартирного подъезда, а для фермы этого даже чересчур. Четыре ветротурбины Жетесова на крыше пятиэтажки – и дом обеспечен электричеством. Чем выше дом, тем сильнее энергия ветра. Мачту можно сделать из металлических или многослойных пластиковых труб, даже из дерева. При сильном ветре излишки энергии аккумулируются и направляются в общую сеть или, к примеру, продаются государству. Обслуживает установки один человек, допустим, пенсионер. Ее стоимость – от 250 тыс. тенге.
– Стало традицией копировать российские установки или изобретения из дальнего зарубежья, – с горечью констатирует Сантай Жетесов. – Но ведь так нельзя! Надо выпускать свое, существенно отличающееся от других.
Свое изобретение академик показал директорам нескольких заводов Караганды. Они не прочь запустить производство ветротурбин разных типов, если будет заказ, один хочет даже построить установку на собственном доме, ради эксперимента. В самом деле, ну сколько мы будем с надеждой смотреть на Запад поверх голов наших отечественных изобретателей? Какого ветра ждем, к какому колодцу мечтаем припасть? Если ветер перемен не станет более ощутимым, мы рискуем потерять самый главный наш ресурс – человеческую способность нестандартно мыслить. Тягу к изобретениям, приводящую в движение все вокруг.
Когда произносится слово «гидроэлектростанция», нам представляются огромные плотины на огромных же водных пространствах. В Казахстане ГЭС нет, может быть, и к лучшему, ведь большая гидроэлектростанция заметно влияет на речные экосистемы. И есть опасность прорыва дамбы. Это случается редко, но последствия катастрофичны.
Достаточно вспомнить аварию пятилетней давности на Саяно-Шушенской ГЭС. В результате промышленной техногенной катастрофы 17 августа 2009 года погибли 75 человек, оборудованию и помещениям станции нанесен серьезный ущерб. Была приостановлена работа многих крупных предприятий, последствия аварии отразились на экологической обстановке акватории, прилегающей к ГЭС, на социальной и экономической сферах региона. Так, загрязнение воды нефтепродуктами привело к гибели около 400 тонн промышленной форели в рыбоводческих хозяйствах, общая сумма экологического ущерба оценивалась в 63 млн. рублей.
Крупнейшая авария за всю историю ГЭС – прорыв плотины китайского водохранилища Банкяо в 1975 году. В результате каскадного разрушения плотин ниже по течению сразу погибли 26 тыс. человек, после затопления утонули еще 145 тыс. Всего число пострадавших составило 11 млн. И стоит напомнить, что даже ГЭС, работающая в нормальном режиме, постоянно наносит вред экологии.
Между тем в мире несколько тысяч малых гидроэлектростанций, сочетающих преимущества большой ГЭС, с одной стороны, и возможность децентрализованной подачи, с другой. Нужда в МГЭС, особенно при малой плотности электросетей в Казахстане, огромная, а польза очевидная: повышение уровня жизни сельских жителей, срок эксплуатации более 70 лет, никакого вреда окружающей среде, а экономике только плюсы, ведь при строительстве малой ГЭС полностью задействованы местные ресурсы: материалы, технологии, рабочая сила.
Проект создания гидроэлектростанции с применением эрлифтно-водоемной мини-ГЭС и проект создания для нее водных ресурсов в моногородах, селах и фермах предлагает академик Сантай Жетесов. Более того, директор военно-технической лаборатории им. Первого Президента РК в Карагандинском государственном техническом университете, доктор технических наук считает, что малая гидроэнергетика является одним из наиболее понятных для инвесторов направлений развития альтернативной энергетики.
– Мини-ГЭС уже сегодня могут конкурировать с дизельными генераторами, привлекательны для малого и среднего бизнеса, создают стимулы для регионального развития, – утверждает Сантай Жетесов. – И в настоящее время в мире треть электроэнергии на основе возобновляемых источников вырабатывается на МГЭС.
Принципиальное отличие малой энергетики от обычной в том, что нет необходимости сооружать крупные гидротехнические объекты. Это упрощает строительство и лицензирование. Мощность МГЭС может быть от 5 до 25 МВт, а у совсем миниатюрной микроГЭС от одного до трех мегаватт.
Не вдаваясь глубоко в технические подробности, раскроем принцип работы МГЭС. Для нее нужен водоем, озеро или колодец не менее четырех метров глубиной, чтобы он вмещал как минимум 120 кубометров воды. Установки, созданные по изобретениям Жетесова, заставляют воду циркулировать подобно крови в организме человека. Вода поднимается наверх, опускается вниз, закручивается, развивает скорость и внизу вращает турбину. На пути воды установлен направляющий желоб, и благодаря ему она еще эффективнее вращает турбину. Интересно, что желоб спиральной формой повторяет строение ДНК. Такая конструкция не случайна – только таким образом можно превратить турбулентное движение в ламинарное, когда сопротивление воды от стенок трубы сводится к минимуму. Вот вам и эрлифтная установка. Один виток может дать 100 киловатт в час, два витка – 200 киловатт электроэнергии и так далее.
Вопрос тщательно изучен, в том числе и в историческом плане. Так, с помощью примерно такого эрлифта после войны откачивали воду из затопленных шахт Донбасса. Ученые лаборатории Жетесова исследовали и современную ситуацию, изучили многие гидроэлектростанции разной мощности по всему миру. И пришли к выводу, что водоподъем, или напор, на Саратовской, Днепровской, Волховской ГЭС небольшой, всего-то от 12 до 15 метров. А от этого показателя напрямую зависит мощность станции, ее КПД. Установка Жетесова способна поднять тонну воды на высоту 420 метров при минимальном количестве воздуха и силе его давления. Воздух поднимает воду, и вода, спускаясь, по пути вращает турбину. При эстакадном способе через каждые 20 метров будет осуществляться подача электроэнергии.
На изобретение получен инновационный патент Казахстана. Акимы нескольких областей выразили интерес к МГЭС Жетесова. А Сантай Сулейменович, конечно, хотел бы видеть такую установку в своей родной Караганде, например, на Федоровском водохранилище.
Подал Сантай Жетесов и заявление о выдаче инновационного патента РК на свою ветротурбину шнеко-спирального типа. Изобретение может быть использовано для устойчивой работы ветродвигателей как при низких, так и при высоких скоростях ветровых потоков. Это не то что всем известные ветряки: есть ветер – их пропеллеры крутятся, нет ветра – стоят. Принципиальное отличие изобретения в том, что турбина Жетесова может использовать не только кинетическую энергию, но и энергию давления ветра. А она в 3 000 раз выше кинетической энергии при скорости 280 км/ч и в 750 раз выше при скорости ветра более 50 км/ч. Это большая сила, именно она при скорости ветра, допустим, в даже не учитываемую синоптиками величину 0,3 км/ч, способна опрокинуть легкую стенку. К тому же эти турбины можно установить в любой местности: на их движение не влияет направление ветра, и они могут работать даже в сильный шторм, а прямоугольные установки для лопастей проще в изготовлении и подвергаются гораздо меньшим нагрузкам в процессе эксплуатации, чем криволинейные лопасти привычных нам пропеллерных турбин.
Итак, турбины Жетесова – это, по сути, ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Они напоминают знакомый нам всем по бытовой механической мясорубке винт Архимеда, если его установить вертикально. Представили? А теперь мысленно порежьте лопасти этого винта клапанами. Вот они-то открываются или закрываются при вращении, отбирая у воздушного потока не только кинетическую энергию, но и давление. Верхний конец мачты соединен с генератором, а нижний закреплен на бетонной площадке.
Энергетическая установка вырабатывает электроэнергию и дальше отправляет ее к потребителям. Порядка 5 Квт/ч достаточно, чтобы обеспечить потребность в электроэнергии восьмиквартирного подъезда, а для фермы этого даже чересчур. Четыре ветротурбины Жетесова на крыше пятиэтажки – и дом обеспечен электричеством. Чем выше дом, тем сильнее энергия ветра. Мачту можно сделать из металлических или многослойных пластиковых труб, даже из дерева. При сильном ветре излишки энергии аккумулируются и направляются в общую сеть или, к примеру, продаются государству. Обслуживает установки один человек, допустим, пенсионер. Ее стоимость – от 250 тыс. тенге.
– Стало традицией копировать российские установки или изобретения из дальнего зарубежья, – с горечью констатирует Сантай Жетесов. – Но ведь так нельзя! Надо выпускать свое, существенно отличающееся от других.
Свое изобретение академик показал директорам нескольких заводов Караганды. Они не прочь запустить производство ветротурбин разных типов, если будет заказ, один хочет даже построить установку на собственном доме, ради эксперимента. В самом деле, ну сколько мы будем с надеждой смотреть на Запад поверх голов наших отечественных изобретателей? Какого ветра ждем, к какому колодцу мечтаем припасть? Если ветер перемен не станет более ощутимым, мы рискуем потерять самый главный наш ресурс – человеческую способность нестандартно мыслить. Тягу к изобретениям, приводящую в движение все вокруг.
