Эммануил Соболь. Наш агрегат в потоке воздуха.

Уникальное изобретение сулит большое будущее ветроэнергетике.

Еще В 1928 году Владимир Иванович Вернадский написал, что человечество становится "геологической силой", то есть его влияние на процессы, происходящие на планете, соизмеримы с природными катаклизмами. По расчетам демографов, с 17 июля 1999 года пошел отсчет седьмого миллиарда землян. Седьмого!

Состояние цивилизации зависит от решения многих проблем. Но, решая любую из них, мы сталкиваемся с необходимостью решения проблемы энергетики. Вся история цивилизации, по сути, это история энергетики.

Сегодня человечество впервые столкнулось с первым пределом - экологической емкостью среды обитания. Но планета предоставляет нам, как это ни парадоксально, практически неисчерпаемые источники энергии. Один из них - ветроэнергетика. Ресурсы ветровой энергии во много раз больше, чем все запасы биогенного топлива в земной коре, накопившиеся за миллионы лет. Мы живем на дне океана энергии. Пока существует планета и ее газовая оболочка, нагреваемая Солнцем, будет происходить перемещение воздушных масс.

К концу 1998 года установленная мощность ВЭУ достигла в мире 8600 МВт (в т.ч. в России - 28 МВт, или 0,3%). Прогнозируется, что только в Европе мощность ВЭС достигнет к 2000 году 8 тыс., к 2010 году - 40 тыс., а к 2020 году - 100 тыс. МВт. А запасы ветровой энергии в мире только в приземном слое над сушей определяются в 5,3х1010 МВт. Стоимость 1 КВт генераторной мощности традиционной ВЭУ с ветроколесом достигает 1200-1500 долл. США, что ниже, чем тепловые или атомные.

Ветроэнергетика весьма интенсивно развивается в последние десятилетия. Общий подход к конструкциям энергетических ветроагрегатов прост: чем длиннее лопасть ветряка, тем больше ветровой энергии она может перехватить. Так же: чем больше скорость ветра, тем больше его давление на лопасти и тем больше количество перехватываемой энергии. Именно поэтому конструируются все более крупные ветродвигатели и все более высокие башни, на которых их устанавливают.

Все эти меры - увеличение размеров и прочности, введение дополнительных элементов и систем - снижают надежность и рентабельность традиционных ветроэнергетических энергоустановок (ВЭУ).

И вот группой российских специалистов (без копейки государственного финансирования) разработан и запатентован новый, не имеющий аналогов, способ преобразования энергии воздушных потоков в электрическую.

Одной из основных составляющих сопротивлению летательных аппаратов и транспорта, устойчивости зданий и сооружений является разрежение, создаваемое за объектом вследствие турбулентного обтекания его воздушным потоком. Причем для ракет это так называемое донное давление достигает нескольких килотонн, а окна небоскребов делают в несколько раз более прочными, чем окна с подветренной стороны. Конечно, гораздо более очевидным является загрязнение задних стекол автомобилей, автобусов и других транспортных средств. Эти очевидные эффекты совершенно не используются на практике.

Российские специалисты и предприняли удачную попытку объединить эти якобы несовместимые явления - энергию набегающего потока и создаваемое им разрежение на донном срезе (за объектом).

Принципиальное отличие данной установки от всех типов традиционных ветряков в том, что она обеспечивает использование обтекающих установку воздушных потоков (по крайней мере, в десять раз больших, чем максимальный диаметр установки) и их последовательное ускорение в многоступенчатой системе сопел Лаваля. В итоге достигается околозвуковая (!) скорость потока на лопатках турбины. Синергический эффект действия композиции потоков - внешнего и внутренних - многократно превышает суммарный эффект действия каждого потока в отдельности. Испытания экспериментальной установки подтвердили перспективность нового подхода.

У разработанного нового вида ветряка много преимуществ перед традиционными ВЭУ, главные из которых - исключение динамических нагрузок на установку (нет ветроколеса) и расширение диапазона эффективно используемых скоростей воздушных потоков. Кроме того, и это принципиально важно, новая ВЭУ позволяет преобразовывать часть тепловой составляющей (энтальпии) воздушного потока в кинетическую энергию, а затем в электрическую. Реализуется более полное использование всей энергии потока. Это пока уникальное техническое решение.

Как правило, новые изобретения улучшают предшественников или, как говорят изобретатели, прототип по одному или двум-трем параметрам или элементам. В данном случае таких отличий беспрецедентно много. Благодаря геометрической форме достигается возможность автоматической ориентации ветряка по направлению потока. Работа в мощных потоках со скоростью до 60 м/сек. Высокая скорость вращения турбины позволяет применять высокооборотные электрогенераторы, весовые характеристики которых значительно лучше, чем используемые низкооборотные. Намного проще регулирование частоты тока, так как частота вращения турбины почти постоянная. Абсолютная безопасность в эксплуатации - турбина расположена внутри каналов установки. Долговечность конструкции в связи с отсутствием динамических нагрузок от больших вращающихся масс. Возможность создания установок единичной мощностью 30-50 МВт и их соединение в модули. Низкая удельная материалоемкость (в 5-6 меньше, чем у традиционных ВЭУ). Аэростатное исполнение позволяет получать энергию в любом месте, где она необходима. Отсутствует инфразвук, угнетающе действующий на биологические объекты.

Реализация этого изобретения позволит, как надеются авторы, приступить к решению ряда проблем. Сокращение дефицита энергии. Обеспечение энергией отдаленных пользователей (побережья северных морей, степи, пустыни, горы, острова и даже целый материк - Антарктида). Продвижение многих производств на новые территории и решение ряда социально-демографических проблем.

Совершенно новое конструктивное решение позволило использовать вредное явление - донное давление - как полезное. Все конструкторы, разрабатывая движущиеся в атмосфере устройства - автомобили, поезда, летательные аппараты, - стараются придать им выгодную аэродинамическую форму, а здесь с успехом используется самая невыгодная - конус. Пионерные изобретения, как правило, требуют нового оборудования, технологий, материалов, подготовки новых кадров, специального образования (вспомним появление радио, телевидения и др.). Для изготовления новой конструкции, нового устройства надо создавать новое производство. В данном же случае почти 100% всего устройства может изготавливаться на существующих предприятиях практически без их модернизации. Таким образом, требуются исключительно невысокие капитальные вложения в производство новой энергетической установки. Расчеты показывают низкую себестоимость 1 КВт установленной мощности - не более 600 долларов (для сравнения - традиционные ВЭУ более 1000). Себестоимость 1 КВт часа вырабатываемой электроэнергии не более 0,01 доллара.

Кроме патента, у авторов изобретения есть компьютерные расчеты моделей, подтвердившие качественные и количественные характеристики, а также заключения ряда крупных специалистов в области аэрокосмической техники о перспективности разработки. После помещения в Интернете информации о новшестве разработчикам поступило несколько сот запросов из разных стран мира, только из Канады несколько десятков.

А из России ни одного. А сколько пишут, выступают, кричат о нехватке энергии, о северном завозе.