Текст книги "Малая нетрадиционная и возобновляемая энергетика. Энергия из реки. Сверхмощные универсальные микро – ГЭС"

Иван Чекараш
Малая нетрадиционная и возобновляемая энергетика. Энергия из реки. Сверхмощные универсальные микро – ГЭС

© Издательство «Aegitas», 2018

От автора

Здравствуй уважаемый читатель! Книга, которую ты держишь в руках, является итогом многолетнего и кропотливого труда в области малой и промышленной гидроэнергетики, не имеющей аналогов ни в России, ни в мире. Конструкции микро – ГЭС, созданные на базе полученных знаний, являются простыми и уникальными разработками.

Официальная наука говорит нам, что из текущей воды невозможно получить большую мощность, но мной на практике доказано – течение реки, особенно на малых скоростях, намного мощнее, чем принято считать во всём мире!

Возникает естественный вопрос: «Разве учёные и специалисты прошлого не смогли определить этот эффект?» Да, смогли, они нашли его, но никому из них не удалось проанализировать и систематизировать данное явление.

Первая в мире гидроэлектростанция на Ниагарском водопаде по проекту Николы Теслы отбирала мощность у падающей воды, по этой схеме до сих пор строится подавляющее большинство ГЭС. Данная технология производства электроэнергии является многозатратной и низкопроизводительной, что и будет доказано далее на страницах этой книги.

В 1930-м году германскими энергетиками был замечен следующий феномен: часть русла реки Рейн была перегорожена невысокой дамбой, из – под которой по встроенному в неё каналу водяной поток с большой скоростью устремлялся опять в русло, уже за дамбой, ниже по течению. На конце водовода была установлена гидротурбина с генератором, расход воды при этом составлял 50 м³/с. На соседней, плотинной ГЭС высотой 12 метров, расход воды был 250 м³/с, однако обе, разные по конструкции гидротурбины, выдавали одинаковую мощность! Этот факт есть яркий пример эффективности «свободопоточных» ГЭС. Эти, шокирующие, на первый взгляд, показатели по непонятным причинам немецкие инженеры не стали придавать широкой огласке.

Советский гидротехник Б.С. Блинов, создатель гирляндной микро-ГЭС, также писал о полученной большой мощности текущей воды, которую обнаружил ещё в пятидесятых годах двадцатого века. Его детище активно использовали вьетнамские партизаны во время американской агрессии для зарядки аккумуляторных батарей переносных раций и радиостанций. После ухода американцев благодарные вьетнамцы установили ему памятник в г. Хо Ши Мин! Однако непоколебимые догмы, устои и традиции советской академической науки просто подавили его порыв.

В 2006 году английские инженеры опытным путём установили наличие необычно большой мощности в течении, но дальше обработки результатов испытаний дело не пошло.

Летом 2008 года мной были начаты первые опыты в этом направлении. Поначалу казалось, что эта тема из области чего – то запредельного и недосягаемого. А в 2013 году все работы и испытания успешно завершились. Дальнейшая четырёхлетняя переписка с различными фирмами, институтами и инвестиционными фондами ни к чему не привела. В нашей стране (да и во всём мире) чрезвычайно трудно продвинуть свои достижения, особенно в области возобновляемой энергетики. Нефтяным олигархам совсем не хочется помогать своим конкурентам. Думаю, будет уместно рассказать, как работает Российский частный бизнес на благо Родины. В 2017-ом году в Москве состоялась презентация бизнес – проектов в различных отраслях деятельности на соискание инвестиций. «Бизнес – ангелы» три дня знакомились с множеством предложений и, наконец, на исходе третьего уединились в отдельном зале, чтобы решить – какой из представленных проектов заслуживает первоочередного финансирования. После полутора часов обсуждения вынесли свой вердикт. И что бы вы думали? Гран – при получило «Средство для устранения неприятного запаха в сельских туалетах»… Им далеко начхать на просьбы, нужды и чаяния простого народа. Такое решение лишний раз доказывает их полную некомпетентность в экономике и то, что находящиеся у них собственности денежные средства заработаны незаконным или криминальным путём.

В результате решил опубликовать данную монографию, дабы хоть как – то донести свои знания до людей.

Итак, если у тебя есть желание иметь собственную недорогую, высокопроизводительную речную электростанцию, не требующую никакого топлива и работающую круглосуточно, то эта книга для тебя. Конструкции просты и надёжны. Здесь ты найдёшь всё необходимое.

ВНИМАНИЕ! Представленные ниже разработки способны обеспечить огромные преимущества в различных сферах деятельности, поэтому убедительная просьба: не наносить вреда себе, людям и природе. Помогайте нуждающимся, на сколько посчитаете нужным, ибо вы в своих возможностях уйдёте далеко вперёд. Ваши положительные и благородные поступки окупятся сторицей. Будьте мудрее и прозорливее.

Введение

«Самый лучший генератор для простого обывателя тот, который он создаст своими руками»

Петер Линдеманн

В настоящее время всё больше стран на планете обращают свой взор в сторону возобновляемой энергетики, понимая, что получать электроэнергию посредством сжигания углеводородов, это всё равно, что пилить сук, на котором сидишь.

Углеводородная энергетика непомерно дорога, особенно для бедных и развивающихся стран, не имеющих на своей территории достаточных объёмов природных ископаемых. Кроме того, обладают низким коэффициентом полезного действия, в среднем 40 %. Энергоустановки постоянно требуют подпитку дорогим топливом, поэтому очень долго окупаются, а, по прошествии 12-15 лет работы нуждаются в капитальном ремонте или замене, по цене сопоставимом со строительством нового объекта. При этом наносится колоссальный экологический урон природе, от которого опять же страдает всё живое.

Промышленная гидроэнергетика по КПД (коэффициент полезного действия) мало чем отличается от тепловых станций, разница лишь в том, что не потребляет топлива и относится к возобновляемым источникам энергии. Однако, искусственно созданные водохранилища тоже по – своему вредят фауне и флоре, этот факт общеизвестен. Кроме того, с падающей воды снимается максимум 0,5-3% мощности, по сравнению с тем, что можно было бы получить, если применить новейшие технологии (см. в конце «Универсальная гидротурбина Бутусова»). Другими словами, современное человечество не умеет строить гидроэлектростанции. А может, не хочет?… Последние германские разработки гидротурбин позволяют извлекать из падающей воды до 92 % энергии, тем не менее, даже они не способны обеспечить глобальный прорыв в этой отрасли. Для этого необходим кардинальный пересмотр и решительный переход на новейшие технологии и разработки, представленные в этой книге.

Ежегодный объём мировых инвестиций в производство и внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) составляют свыше 330 миллиардов долларов, и с каждым годом эта сумма неуклонно растёт. Наибольшей популярностью пользуются практически не окупаемые солнечные батареи и ветряные электростанции. На них приходится львиная доля всех инвестиций, почти 95 %.

Солнечные батареи, при достаточно высокой цене, имеют низкий КПД, не превышающий 23 – 25 %, а фактически 13-18 %. Работают только днём, а при наличии облачности производительность падает наполовину. Кроме того, в каждый последующий год работы установок восприимчивость панелей уменьшается на 1-2%. Это происходит из-за постепенного атрофирования свето – приёмных элементов. В добавок, при нагреве на солнце ими выделяются ядовитые вещества, совсем не полезные для природы.

Ветровые электростанции – тоже являются дорогостоящим оборудованием, а заявленная производителем мощность достигается весьма редко. Наилучшие условия работы установок наблюдаются при скорости ветра не менее 10 м/с (36 км/ч). Общий эксплуатационный КПД 10-20 %, ведь ветер нужной скорости дует не всегда, а малые обороты лопастей не успевают захватывать весь поток целиком, что и приводит к резкому снижению коэффициента использования пропеллера. К тому же, издаваемый работающими гигантскими установками инфразвук и вибрация подавляюще действует на всё живое вокруг, включая людей. В западных странах местные жители уже активно протестуют против близкого размещения громоздких ВЭС.

В этом рейтинге мировая традиционная гидроэнергетика несправедливо находится на предпоследнем месте (после био – и геотермальной энергетики), объём инвестиций не достигает и 1,5 %. Вложения в энергетику морских течений, приливных и волновых электростанций меньше ещё почти в 20 раз, чем традиционная гидроэнергетика. Хотя энергетический потенциал и эффективность водяного течения в несколько раз выше, чем всех остальных видов ВИЭ вместе взятых, и, помимо всего прочего, намного дешевле.

Доминирует предвзятое мнение, что течение равнинной реки не способно выдать большую мощность, что эта прерогатива плотинных ГЭС высотой не менее 2,0 м, или рек с быстрым течением, скорость которых не должна быть ниже 1,7 – 2,0 м/с. Такие реки находятся только в горах и в Сибири. Все без исключения микро-ГЭС серийного производства, предлагаемые современным рынком, адаптированы именно к таким условиям эксплуатации. Равнинные реки, которых в нашей стране подавляющее большинство, никак не подпадают под эту категорию, поэтому и не происходит никакого развития малой бесплотинной гидроэнергетики. А полное отсутствие конкретных знаний в этой области среди учёных и мастеров приводят в тупик все изыскания и разработки.

Существует несколько причин, по которым малая гидроэнергетика признана дорогой и малоэффективной:

– первая, строительство плотин занятие дорогостоящее и долгосрочное, с низким КПД турбин и огромным периодом окупаемости;

– вторая, применение традиционных видов движителей, коэффициент использования последних не превышает 40 %, значит, они не отвечают потребностям современности;

– третья, установка лишь одной гидротурбины в водяном створе плотинных ГЭС;

– четвёртая, расчёт мощности потока ведётся по старым академическим формулам, в корне не соответствующим истинному положению дел, именно для текущей воды;

В них не учитывается эффект ускорения течения. Моя универсальная формула выдаёт точный результат на всех диапазонах скоростей течения и с минимальной погрешностью.

Официальная наука утверждает, что скорость ветра менее 6.0 м/с и течения менее 1,0 м/с – не рентабельны. Скорость воды в 1,0 м/с и ветра 10,0 м/с способны произвести всего 0,5 кВт/м² площади движителя. Заявляю с полной ответственностью: это глубоко ошибочное утверждение, особенно для текущей воды.

Универсальная формула Бутусова для расчётамощности водного и воздушногопотока

«Если ты кого-то или что-то сильно любишь – у тебя это отнимут. Если кого-то или что-то сильно ненавидишь – тебя этим накажут. В душе должен быть Творец, всё остальное вторично».

В мире используют два вида упрощённых формул для расчёта мощности водяных и ветровых потоков:

P = ½ V³SRK; или P = V³SRK;

Где, Р – мощность, кВт;

V – скорость потока или воздуха, м/с;

S – рабочая площадь движителя, м²;

R – плотность среды (вода-1, воздух-0,00124);

K – КПД движителя или турбины (как правило, менее 1,0);

Данные формулы рекомендую без всякого сожаления выбросить из головы и навсегда забыть. Первая даёт примерный результат только при скорости потока, приблизительно, 10,0 м/с, вторая только около 5,0 м/с.

Если производить расчёты по этим формулам при скорости менее 5,0 м/с, то результат занижается до безобразия, а если выше 10,0 м/с, то завышается до небес.

Великий немецкий учёный – самоучка Виктор Шаубергер и русский гидротехник Б.С. Блинов со всей ответственностью говорили: при расчёте мощности потока учитывается именно квадратичная зависимость скорости от мощности, и ни в коем случае не кубическая! Создаётся впечатление, что эти формулы были подброшены специально, чтобы люди не обольщались по – поводу дармовой энергии. Цель – запутать народ как можно хитрее и оградить доступ к свободной энергии как можно дольше. Иначе у власть имущих абсолютно всё выйдет из-под контроля. Вы, наверное, понимаете, о чём идёт речь?

Главная задача для них – полный контроль над всей планетой. Сокращение численности населения в несколько десятков раз, при этом максимально морально и духовно деградировать его и, попутно, поголовно чипировать с рождения. Эти меры обеспечат им тотальную власть и контроль не только над оставшимися в живых людьми, но и над энергоносителями, наукой и финансами. Получается этакий «небольшой» электронный концлагерь планетарного масштаба, в котором все заключённые работают на горстку представителей высшей касты. Как они говорят: «Самый лучший раб тот, который не знает, что он раб». В настоящий момент подавляющее число жителей планеты уже являются экономическими рабами, и это только начало. Вот такое «радужное» будущее ожидает наших потомков, если мы сегодня не научимся жить в согласии с природой и не сможем научить этому своих детей, и если будем сложа руки годами сидеть напротив телевизора. Кстати, телевизор, сотовая связь, централизованные электросети, Интернет и есть основные средства воздействия на сознание и подсознание. Нас обложили со всех сторон. Чтобы успешно противостоять этому нужно копить духовные и технические знания, ибо именно они и являются тем истинным богатством и самым действенным оружием, которое никто и никогда не сможет у вас отнять или украсть. А технические навыки нужны для того, чтобы точно знать, чем живёт и дышит наш противник. Человек, просто живущий по праведным законам, являющийся хорошим семьянином, уважающий и понимающий природу, сохраняющий и преумножающий традиции своего народа и не ставящий деньги во главу угла – это и есть могучий и несокрушимый воин против Вселенской несправедливости.

Данный тандем формул можно расценить как «Ложь-1» и «Ложь-2», то есть полноценная копия выступления Сергея Данилова в «Думе об обезьяне», представленной в Интернете. Не нравиться результат по одной формуле, значит, воспользуются другой, и пускай народ мечется между ними в поисках призрака. А истина где – то там, вне зоны досягаемости… Просто и гениально, не правда ли? Подобные тандемы существуют практически во всех сферах жизнедеятельности, нужно быть очень внимательным.

При испытаниях своих установок меня поразила в разы большая мощность, по сравнению с расчётной, вычисленной по выше указанным неправильным формулам. Пришлось копать глубже и, в итоге, всё встало на свои места.

Свою настоящую формулу расчёта мне удалось вывести опытным путём, логическим измышлениям и благодаря подсказкам из книг Виктора Шаубергера, Николы Теслы, а также из работ Б.С. Блинова. Хочу продемонстрировать вам пример логических рассуждений. Ниже приведена таблица мощностей при разных скоростях течения, которая была составлена английскими инженерами во время испытаний в 2006 году. Точно такие же данные обнаружил и наш соотечественник Б.С. Блинов пятьюдесятью годами ранее. Замеры были произведены при использовании одного и того же движителя, КПД которого составлял около 50 %.

Скорость потока, м/с …….. 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 10,0

Мощность, кВт ……………. 2,45 9,8 22,05 39,2 61,25 245,0

Предположим, что по иронии судьбы КПД испытуемого движителя был не 50, а 49 %, перевес в один процент, в общей сложности, ничего не меняет, но это на первый взгляд. Делим данные показатели мощности на 49 и умножаем на 50, получаем:

2,5 10,0 22,5 40,0 62,5 250,0

А теперь узнаем полную мощность речного потока, умножив результаты на 2, ответ будет:

5,0 20,0 45,0 80,0 125,0 500,0

Любому, даже мало-мальски разбирающемуся в математике человеку сразу бросается в глаза, что между полученными цифрами есть что-то общее, а именно: все числа кратны пяти, делим на пять, и вот результат:

1,0 4,0 9,0 16,0 25,0 100,0

А теперь сравните эту строчку с самой верхней… Нижняя строка, ничто иное, как квадрат скорости верхней! Совсем просто, не правда ли? Но чтобы дойти до этого были потрачены годы изыскательских работ и размышлений. Здесь чётко видно, что скорость находится именно в квадратичной зависимости от мощности потока.

Таким образом, окончательный вариант формулы приобретает следующий вид:

P = 5V²SRK

Где цифра «5» – есть коэффициент мощности течения.

Для доказательства и достоверности давайте сделаем пробный расчёт на примере всем известной Саяно-Шушенской ГЭС. Высота водяного уровня у неё 300 м, мощность одного гидроагрегата 640,0 тысяч кВт, диаметр водяного створа 7,5 м, следовательно его площадь составит 44,15 м², КПД турбины 0,5. Все показатели взяты из официальных источников. По известной формуле вычислим скорость падения водяного потока: V = квадратный корень из 2gH, где g – ускорение свободного падения (9,8 м/с), Н – высота уровня воды в водохранилище, получается 76,7 м/с. Вставляем все необходимые данные в формулу, и вот результат – 649416,0 кВт. Погрешность составляет полтора процента, практически мизер. Столь незначительная нестыковка в конечных результатах объясняется лишь небольшим отклонением в расчётах КПД данной гидротурбины.

Дорогие друзья, для полной уверенности таким же образом рассчитайте мощность одного гидроагрегата С – ШГЭС по «традиционным» формулам. Надеюсь, теперь вы понимаете, где правда? В интернете представлена масса других вариантов расчёта мощности гидротурбины данной гидроэлектростанции, но все они очень далеки от истины.

Для разнообразия рассчитайте мощность течения при скорости 0,5 м/с, площадь 1,0 м², используя все три формулы, думаю вас приятно удивит результат последней, правильной формулы.

Естественно, напрашивается вопрос: ведь расчёт мощности гидротурбин плотинных ГЭС осуществляется совершенно по другим постулатам, где приоритетом является расход воды в кубометрах в секунду + высота плотины? Ответ: А разве запрещается рассматривать падающий поток в закрытой трубе как быстро текущую воду?

Конструктивные особенности установок

«Умение видеть и слышать – искусство, умение учиться – талант».

В самом начале моей исследовательской деятельности мне пришлось опробовать возможности практически всех известных видов движителей. Для того, чтобы ускорить этот процесс приходилось строить не полномасштабные конструкции, а небольшие модели. Данный приём значительно сократил время и средства.

После первых же испытаний на реке выяснилось, что ни одна из них не выдаёт той мощности, которая заявлена в справочнике. Позже определил, что свои полные возможности они проявляют лишь при скорости воды не менее 1,5 м/с. А моя главная задача состояла в том, чтобы извлечь более – менее приличные показатели при скорости течения 0,7 – 1,0 м/с. Все работы проводились на реке Уфа, что течёт на Урале, в русле которой доминирует именно такая скорость.

Самые худшие результаты оказались у ортогональной и геликоидной конструкций, это так называемые роторные турбины. Обороты слишком медленные и отдача мощности ничтожная. Объясняется это тем, что данные установки «работают» лишь одной половиной своей площади, а, учитывая, что сопротивление противоположно расположенных друг к другу лопастей, относительно «рабочих» тормозит вращение получаем КПД в пределах 30 – 35 %. К тому же, как уже говорилось выше, низкие обороты не обеспечивают полный захват потока, добрая треть его пролетает вхолостую. Кроме того, потери мощности на повышающем редукторе, из-за малых оборотов ротора, достигают около 25-30 %. Примерно такие же характеристики присущи и другим разновидностям движителей, за исключением традиционного пропеллера. К сожалению, низкие обороты не позволяют ему извлекать из потока мощность даже 50 %. К тому же, присутствующий в конструкции микро – ГЭС повышающий редуктор сокращает эти показатели ещё на 25 – 30 %. В конечном счёте, извлекаемая мощность не превышает 0,30 – 0,35 от полного объёма энергии течения.

Главная конструктивная особенность высокопроизводительных движителей состоит в том, чтобы количество лопастей было не более двух! Такая компоновка вдвое увеличивает обороты при одной и той же скорости течения, и в конечном итоге, ощутимо повышает отдачу мощности. Трёхлопастная конструкция теряет обороты в полтора раза, по сравнению с двухлопастной, четырёх лопастная в два раза, и так далее. Таким образом, возникает возможность ступенчатого регулирования оборотов движителя. Увеличение количества лопастей актуально при скорости течения свыше 2,0 м/с, чтобы агрегат не разрушило повышенной вибрацией и прочими сопутствующими нагрузками при работе. Никаких изменений по мощности, в этом случае, не происходит. Она всегда остаётся неизменной.

Диаметр винта или турбины имеет прямую зависимость на частоту вращения. Например, при скорости воды 0,7 м/с винт диаметром 16,0 см вращается с частотой 500,0 об/мин на холостом ходу. Винт диаметром 40,0 см развивает 200,0 об/мин, а диаметром 80,0 см – всего 100,0 об/мин. С увеличением скорости потока прямо пропорционально увеличиваются и обороты движителя. На удельную мощность данные показатели никак не влияют, она постоянна. Кроме того, имеет место квадратичная зависимость диаметра движителя к мощности. Если диаметр винта уменьшить вдвое, то мощность падает вчетверо. Во избежание потерь мощности за счёт низких оборотов нужно грамотно подобрать диаметр движителя будущей установки, другими словами, минимизировать их. Но об этом чуть позже.

Существует ещё один немаловажный показатель, касающийся частоты вращения: при работе агрегата при полной нагрузке обороты падают на 25 – 30 %, относительно оборотов холостого хода.