Orange

Аэро ГЭС

Оригинал взят у bari_x_andrew в Мир без нефти - Аэро ГЭС




Известно, что солнечная энергия, доходящая до нашей планеты, примерно в 10000 раз превосходит потребности человечества. Из нее примерно четверть уходит на испарение воды и фактически постоянно более-менее равномерно аккумулируется в атмосфере над любой точкой мира. Так как в год выпадает примерно 1 м осадков в среднем с высоты 5 км, то это дает потенциальную мощность порядка 810 TВт, что более чем в 60 раз превосходит все текущие потребности человечества (13 TВт). Стандартная гидроэнергетика принципиально способна использовать только малую часть этой энергии, так как все осадки теряют основную часть своей потенциальной энергии по пути к земле на преодоление сопротивления воздуха и удар об землю. Для того, чтобы использовать эту потенциальную энергию более рачительно, надо собирать воду на той высоте, где она конденсируется, и срабатывать в ГЭС весь перепад высот. Именно это и составляет сущность данного решения.

Схема одного из вариантов решения показана на рисунке. Аэро ГЭС содержит нижний бьеф 1, верхний бьеф 2, водовод 3, турбогенератор 4, сетчатые, тканные или пленочные поверхности 5, дирижабль 6 и крепежные тросы 7.



Дирижабль 6 поднимает поверхности 5 на высоту вблизи или выше точки росы для данных атмосферных условий (обычно это 2-3 км - линия конденсации или база облаков на аэрологической диаграмме). Там переохлажденная атмосферная влага начинает активно конденсироваться (или собираться из облаков) на поверхностях 5. Дренажная система на поверхностях 5 отводит эту воду в небольшой резервуар (верхний бьеф 2), откуда вода под напором всего перепада высот (2-3 км) поступает по напорному или безнапорному водоводу 3 в нижний бьеф 1 на земле, производя электроэнергию в турбогенераторе 4.

Всю установку можно легко смонтировать в любом удобном для потребителя электроэнергии и воды месте, просто подняв и переместив ее целиком с помощью того же дирижабля 6.


Если в данной точке дуют постоянные устойчивые ветры, или это портативная установка (например, для туристов или военных), то можно обойтись без дирижабля 6 и использовать поверхности 5 как параплан для самостоятельного удержания всей конструкции в воздухе (как это происходит при запуске воздушного змея).

Также поверхности 5 могут быть выполнены с полной или частичной металлизацией (например, вплетением металлических проводников). Это позволит увеличить прочность конструкции, снизить солнечный нагрев, усилить конденсацию водяного пара за счет подачи электрического поля (например, имеются эксперименты по использованию для этого коронного разряда), а также при необходимости уменьшить обледенение за счет подачи тока.

Вообще, обледенение может использоваться как стандартный режим, так как система обладает автоматической устойчивостью — при накоплении льда вся конструкция самостоятельно снизится в область более высоких температур атмосферы, а после таяния льда сама поднимется на необходимую высоту.

Как это работает

С точки зрения генерации электроэнергии все работает точно так же как и в обычной ГЭС, но у обычных ГЭС есть принципиальные общие недостатки: они требуют значительных капитальных затрат на сооружение плотины, занимают значительные территории под водохранилище, наносят ущерб экологии и обычно удалены от потребителя. Кроме того, всегда существует потенциальная опасность возможного разрушения плотины. В известной мере, все эти недостатки являются следствием сравнительно небольших перепадов высот при огромных объемах воды, характерных для большинства равнинных рек.

Тем не менее и перепады высот в 2 км, как в Аэро ГЭС, не являются экстраординарными. В мире есть несколько электростанций например, в Швейцарии), работающих с такими перепадами. При этом используют очень простые ковшовые турбины, изобретенные еще в 1889 г. американским инженером А.Пелтоном.

Принципиальным отличием Аэро ГЭС является конденсация влаги из воздуха, что на первый взгляд кажется забавным и практически неосуществимым курьезом. Тем не менее и тут нет ничего необычного. На свете существует несколько прекрасно работающих установок, называемых сборщиками тумана. Например, установка для сбора питьевой воды в Чили была испытана еще в 1987 г. и прекрасно описана со всеми техническими характеристиками.

Что это дает


  • практически вечную и ничем не ограниченную дармовую электроэнергию и чистую воду для питья и орошения, причем в любой точке планеты, где это надо потребителю

  • минимальный расход места на земле (как под ЭС, так и под ЛЭП), а также возможность использования любых поверхностей (включая огромные территории пустынь, морей, океанов и т.п.)

  • модульность (можно собирать системы любой мощности из стандартных модулей, например, по 1 МВт)

  • мобильность (для оперативного перебазирования при необходимости или даже для использования на транспорте, например, для снабжения электроэнергией и водой океанских судов)

  • чистоту и экологичность из-за сравнительно небольших локальных гидропотоков по сравнению с обычными ГЭС и полным отсутствием тепловых, химических или ядерных выбросов в окружающую среду

  • увеличение удельной мощности ГЭС (т.е. мощности на единицу расхода воды) путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом (от высоты конденсации атмосферной влаги до уровня земли)

  • существенно более низкие капитальные затраты на единицу мощности и издержки по сравнению с любыми другими известными видами возобновляемой и невозобновляемой энергетики

  • возможность дополнительного использования для сетевой связи, видеонаблюдения, высотной рекламы, грозозащиты, климатической защиты (например, против ураганов и торнадо в США по берегу Мексиканского залива), регулирования климата (например, отсечением дождей в Питере по дамбе при преобладающей юго-западной розе ветров), ПВО (например, для Израиля), затенения в жарких странах и многое другое...



Технико-экономические расчеты

Работоспособная установка может быть даже портативной. Например, турист или дачник может соорудить это просто в виде параплана или воздушного змея, причем в промозглом Питере это начнет давать воду уже с высоты полкилометра :)

На самом деле, есть сайты и расчетные модели, которые позволяют даже рассчитать высоту точки росы в любой реальный момент времени в любом месте планеты по аэрологическим диаграммам. Кроме того, есть и прекрасные теоретические модели, разрабатываемые в Гатчине нашими физиками В.Г.Горшковым и А.М.Макарьевой. Для расчета турбины можно использовать сайт М.Н.Розина.

По данным чилийской установки такие сетчатые поверхности давали от 3 до 13 литров с квадратного метра в сутки. Учитывая, что в Чили установки были полностью пассивными, а мы можем активно управлять Аэро ГЭС, меняя положение поверхностей 5 по высоте (для максимальной конденсации) и ориентации на ветер (для максимального потока атмосферной влаги), можно надеяться, что выход воды будет значительно увеличен. Но даже приняв его для простоты на том же уровне ~ 10 л/м2/сутки, мы получаем, что всего лишь кусок нейлоновой сетки 10 х 10 м (100 м2) полностью обеспечивает потребности одного человека в воде (~1000 л/сутки) и бытовой электроэнергии (~150-200 кВт-час/месяц).

Прикинем, например, технико-экономические данные небольшой Аэро ГЭС для поселка в 100 человек. Такая установка будет давать воды до 100 м3/сутки (1.16 л/с) и иметь мощность 20-50 кВт (в зависимости от высоты подъема).

Пусть минимум - высота 2000 м, 20 кВт -- 10000 м2 сети (100 х 100 м)
Цена нейлоновых сетей от 0.5 $/м2, вес от 10 г/м2 -- 5000 $, 100 кг
Аэростат 500 м3 (водород, примерно как в блокадном Ленинграде) поднимает 500 кг -- оболочка пусть 2000 $, водород всего 100$ (по 2 $/кг) -- гелий бы стоил около 5000 $.
Шланг нужен с внутренним диаметром сопла всего 3 мм, скорость воды в сопле 200 м/с (примерно то же самое, что и на вышеупомянутой швейцарской ГЭС), вес всей воды в шланге 50-100 кг (в зависимости от геометрии).
Общий вес воды в безнапорном шланге, на сетях и в верхнем резервуаре - пусть 100-200 кг
Простейшая ковшовая турбина + генератор на 20 кВт + нейлоновые тросы и прочее - пусть еще 3000 $

Итого даже при такой предельно малой мощности имеем:

  • Общая цена ~ 10000 $ (по 100 $ с каждого жителя поселка).

  • Вес 200-400 кг при грузоподъемности аэростата до 500 кг.

  • Удельная капиталоемкость 500 $/кВт.

  • Издержки близки к нулю.


Для сравнения

  • самые дешевые в сегодняшней энергетике ТЭЦ с газовыми турбинами ~ 500-700 $/кВт при самых больших издержках ~ 5 центов за кВт-час,

  • обычные ТЭЦ  ~ 1500 $/кВт при издержках ~ 2.5 цента за кВт-час,

  • ГЭС ~ 1000-3000 $/кВт при издержках ~ 0.5 цента за кВт-час,

  • АЭС ~ 5000 $/кВт при издержках ~ 2.5 цента за кВт-час,


Ясно, что при увеличении мощности, показатели должны только улучшаться. Для типичных мощностей в сотни и тысячи МВт, можно ожидать снижение удельной капиталоемкости до 200-300 $/кВт.

В данном примере оценка была проведена для минимальной производительности - пассивная система сбора тумана ~ 2 Вт/м2 для небольшой частной Aэро ГЭС. Теперь давайте посмотрим, что действительно дает природа, если мы хотим построить мощную станцию ​​на тропическом побережье - оценка максимальной производительности. В грозовой туче у нас до 5 г/м3 воды. Пусть это будет только 1 г/м3, на высоте 5 км, обычная скорость ветра здесь составляет 10 м/с, получаем 500 Вт/м2. Для сравнения, блок АЭС мощностью 500 МВт будет эквивалентен ~ 1 км2 сетки для Аэро ГЭС. Не так много, учитывая, что блок АЭС находится на земле и занимает примерно такую же территорию (не считая еще ~100 км2 санитарной зоны вокруг АЭС). И эта земля потеряна навсегда. А нам нужно только место для турбины, остальная часть находится на высоте 5 км и может быть демонтирована в любой момент.

Итого

Аэро ГЭС может решить экологические и энергетические проблемы человечества. Примерный рынок: как минимум 7 млрд. людей на планете по 100 $ = 700 млрд. $. Если кто-то хочет начать производство, осчастливить человечество и заодно стать самым богатым человеком на Земле -- обращайтесь... :)))

Благодарности

Особая благодарность моему другу Жене Кобзареву (ведущему инженеру в Сименс, Нюрнберг, Германия) за детальное обсуждение и множество ценных замечаний, а также моему сыну Арсению за создание необходимых сайтов.

(Заявка на Патент RU 2012115407 от 17.04.12, Международная заявка PCT/RU2013/000070)

Интересно, что уже придумав это решение, я стал искать в интернете по ключевым словам подобные идеи и неожиданно обнаружил, что еще в 1915 году в одной из статей гениальный Никола Тесла практически был в полушаге до реализации этой идеи, правильно принципиально оценив необходимый ресурс, но так и не найдя схему для его реализации, для чего все было готово еще сто лет назад. Обидно. Если бы он тогда докрутил эту идею, то мы все жили бы совсем в другом мире -- чистом, экологичном, изобильном, без войн за нефть, без власти нефтебаронов и обслуживающих их подонков в погонах и без... увы, человечество потеряло сто лет!


другие места обсуждения:
http://airhes.com
http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/post/2012/06/air-hes
http://www.linkedin.com: Global Solar, Hydro, PV & Wind Energy Consortium
http://www.linkedin.com: Hydroelectric Power

http://habrahabr.ru/post/143099/
http://www.diforum.ru/index.php?showtopic=27185
http://www.membrana.ru/particle/18019
http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/t/1655/
https://www.facebook.com/groups/fansofdirigibles/488928084477948
http://forum.israelinfo.ru/viewtopic.php?f=1&t=49408
Проект Солярис



promo ammo1 february 14, 19:00 145
Buy for 300 tokens
В отличие от обычных ламп накаливания, различающихся только мощностью и качеством изготовления, светодиодные лампы имеют много параметров, влияющих на качество и безопасность освещения. Я расскажу об основных параметрах светодиодных ламп и порекомендую, какие лампы лучше подойдут для дома.…
Самое интересное, что про способ добывания энергии при помощи сдвоенных аэростатов я читал примерно лет 20 назад. Но там принцип заключался в использовании разницы температур на разных высотах.

В этом случаи я что-то не совсем понял, что заставит влагу конденсироваться именно на поверхности 5. Поверхность эта будет практически всегда несколько теплее, чем воздух вокруг из за нагрева солнышком. А значит влага конденсироваться там не будет. Ей проще прямо в воздухе сконденсироваться и а=выпасть дождем. Что собственно говоря и происходит в таких условиях.
Наверно Вы имели в виду это решение - http://bari-x-andrew.livejournal.com/5896.html?thread=40712#t40712

По сути, тут тоже используется разность температур в глобальной термодинамической машине по циклу Ренкина - http://bari-x-andrew.livejournal.com/5896.html?thread=26376#t26376

Механизм конденсации влаги на поверхностях 5 состоит как в создании центров конденсации или кристаллизации атмосферной влаги, что аналогично воздействию реагента в установке Александра Сергеевича Байбикова (http://bari-x-andrew.livejournal.com/5896.html?thread=56840#t56840), так и в чисто механическом сборе капель влаги, уже сконденсированной в облаке, что аналогично работе систем сбора тумана (http://en.wikipedia.org/wiki/Fog_collection).
Нельзя, забрав влагу в то место, где ее раньше не было, не отобрать ее оттуда, где она была. Так что экологичность гидроэнергетики как традиционной, так и представленной - иллюзия.
Примеры - Аральская лужа, озеро Балхаш.
А вокруг места установки такого девайса вся растительность не высохнет нафиг? Если девайс будет действительно эффективен, и будет собирать атмосферную воду на себя, дождика-то вокруг него никогда не получится...
Зависит от типа водовода. Если безнапорный, то только вес оболочки (так как если вода свободно падает, то ничего не весит). Если напорный, то для указанного примера около 1.5 тонн, т.е. надо использовать не один блокадный аэростат, а 3-4.
Два вопроса: 1. А если молния в дирижабль с водородом? Биг бадабум? 2. Не легче ветровую турбину присобачить на дирижабль? Понятно, воду давать не будет, но основная цель ведь электроэнергия?
1) Читайте приведенные дискуссии... Но в целом есть системы грозозащиты - была целая эра дирижаблей и аэростатов заграждения в Первую и Вторую Мировую Войну, и эти проблемы были успешно решены, по крайней мере от молний ничего не происходило.
2) Такие проекты известны, но здесь речь идет о другом конкурирующем решении.
Сказочная хрень. Очередной наебайтунг.
После фразы > без войн за нефть, без власти нефтебаронов и обслуживающих их подонков в погонах

вообще можно ставить диагноз.
честно говоря, до этого репоста относился к хозяину журнала с определённым доверием
после - увы
вы б еще рекламой циркониевых браслетов или магнитных колец на топливопровод занялись бы.
проработанность проектов на одинаковом уровне
любому знакомому с метеорологией, физикой и сопроматом это ясно с первого взгляда
выбор же источника из лагеря запятнавших свою репутацию вообще ставит точку
с сожалением, ваш читатель

--
АПД: Расформирование РАН теперь выглядит вполне закономерно. До этого хоть кто то отрезвлял общественность от торсионщиков и прочих жуликов/умалишенных.

Edited at 2013-07-03 08:59 (UTC)
Вы пишете полную ерунду, да еще бахвалитесь этим!

АэроГЭС физически работает абсолютно также, как и обычная ГЭС. Системы сбора тумана тоже известны давным давно и детально научно исследованы. Аэростаты летают с Первой Мировой Войны. Сложили - получили АэроГЭС. Аналогичная система, предложенная А.С. Байбиковым (д.т.н., профессор) уже давно запатентована.
Фигня какая-то выходит, откуда у вас взялись киловатты?!

Потенциальная энергия 1л сферической воды в вакууме на высоте 2км: Eп = m*g*h = 1*10*200 = 2000 Джоулей
1 КВт*ч = 3600 МДж
Получая в сутки 1000л, вся чистая энергия составит лишь 0.55 КВт*ч сферической энергии в вакууме.

Нонсенс. Любой ветряк на такой высоте на тросе сделает в мильён раз больше электричества.

Edited at 2013-07-03 09:15 (UTC)
как персонаж, которому доводилось проводить некоторое время в облаках, могу сказать, что предложенная хрень работать не будет - потому как

- облака не конденсируюцца на чем попало - ткань может отсыреть, и только
- на высоте 5км температура обычно сильно ниже нуля
- чтобы собрать достаточное количество просто выпадающих осадков, площадь поверхности должна быть такой, что ветровая нагрузка будет фатальной
- шланг порвецца от веса воды уже на сотне метров, а толстые стальные трубы хрен поднимешь аэростатом

впрочем, идея применима для крыш больших и высоких зданий
1) облака, тот же туман, системы сбора тумана известны.
2) на экваторе - положительная (см. аэрологическую диаграмму)
3) ветровую нагрузку можно посчитать и можно снизить как оптимизацией сети, так и ее свободным подвесом
4) кевларовый шланг не порвется - http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_strength
Как всегда в таких прожектах, забыты "мелочи".
"Немного забыто", что наверху часто дуют довольно сильные ветры, а парусность у этой "байды" будет ой-ой какая.
Берем пример тот что приведен - электростанция для небольшого поселка - площадь ткани получается 10тысяч квадратных метров. Для сравнения: площадь парусов знаменитого клиппера "Катти Сарк" меньше 3 тысяч квадратных метров. Так он двигался в воде со скоростью 15 узлов - 30 км/час.
А тут площадь в три раза больше - чем крепить то будете??? Какие тросы эти усилия выдержат и сколько будут весить?
И, кстати, 20 кВт на 25-30 домов, при том, что один электрочайник или приличный пылесос имеют мощность по 2квт.
Или автор предполагает, что жители будут созваниваться на тему кому когда чай кипятить и кино смотреть? :)

Ну и еще одно - высота плотины в швейцарии - 200 метров, т.е. напор около 2МПа. Если автор сделает напор водяного столба 2 км, то давление на выходе его форсунки составит 20МПа. Для справки, у гидромониторов, которыми горные породы разрушают давление всего 10-15 МПа. :)
Неплохой "ножик" получится. не хотел бы я рядом оказаться, если там что-то "крякнет".

Ну и т.д и т.п.
1) парусность считается и может быть значительно снижена свободным подвесом сети - я не ветер использую, а воду - ветер могу и пропустить...
2) максимальные показатели по сбору тумана на omnidirectional сборниках тумана (которые конструктивно примерно соответствуют АэроГЭС), дают величины в 30 раз выше, до 300 л/м2/сутки - соответственно мощность будет в 30 раз больше (тут до 600 кВт), а удельная стоимость кВт в 30 раз меньше. Теоретическая аппроксимация для больших установок (с удельной мощностью ~500 Вт/м2) показывает, что удельная стоимость электроэнергии на АэроГЭС может быть на 2-3 порядка ниже любых существующих систем.
http://www.sswm.info/sites/default/files/reference_attachments/SCHEMENAUER%20and%20CERECEDA%201994%20Standard%20Fog%20Collector%20for%20Use%20in%20High%20Elevation%20Regions.pdf - стр. 1321
3) высота НАПОРА ВОДЫ в Швейцарии ИМЕННО почти 2 км - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%AD%D0%A1_%D0%91%D1%8A%D0%B5%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BD
Алексей, вы хоть источники свои то "фильтруйте", а? Вы ж вроде технарь.
Я понимаю, что вы в дороге, но такую наукообразную фигню с серьезным видом гнать...
Феерично, да
Непрерывная струя воды равного диаметра протяженностью N метров будет иметь скорость на входе 0,1 м/с и на выходе 200 м/с? Я правильно Вас понимаю ? ))) Т.е. скорость всасывания будет в 2000 раз меньше, чем скорость на выходе при РАВНЫХ диаметрах. Жидкости? Браво! Детям не помогайте только уроки делать )
Алексей, плиз, "удовлетворите мое детское любопытство": вы с этим увлеченным товарищем в дороге познакомились? ;)

Ну нельзя же так, мне работать надо, а я изпатстала вылезти не могу. :)))

ПыСы
сорри, промахнулся с комментом в первый раз.
Знаете сколько стоит просто поднять аэростат в воздух? Без нагрузки. Узнайте. И забудьте о рентабельности навсегда.
а по сути:
1. К массе конденсирующих поверхностей прибавляется масса воды.
2. Наземное обслуживание этого чуда
3. Ветер на высоте
После пункта 3, можно дальше и не размышлять.
Найдите приличную горку с постоянными облаками над ней. Водрузите туда свою конструкцию. Что, не течёт вода? Подумайте, почему.
Я знаю. Читайте дискуссию в группе "Фанаты дирижаблей" https://www.facebook.com/groups/fansofdirigibles/488928084477948
Аэростаты тысячами поднимали во время Первой и Второй мировых войн на ту же высоту. При массовом производстве они будут стоить (как и практически любые массовые товары) примерно удвоенную цену материала. Легко посчитать, что это вполне рентабельно и вписывается в мое ТЭО. Кроме того, при увеличении установок их относительная стоимость будет быстро снижаться по известному закону 3/2 (цена пропорциональна их площади, а производительность пропорциональна их объему). Современные оболочки позволяют их практически не обслуживать годами. Ветер на высоте 2 км обычно порядка 10 м/с, тогда как многие аэростаты рассчитаны на ветер до 35 м/с.
Мир без нефти...
А из чего без нефти будут делаться детали этой замечательной машины?
Из досок, железа и свиных шкур?
Мдя. Автору идеи явно пора слезать с тяжёлых наркотиков ;-)
Комментировать не буду, тут и до меня хорошо по идее оттоптались ;-)
Вопрос организационный: а самопальное подвешивание аэростатов на высоту 5 км вообще допускается? У кого разрешение спрашивать?
Не допускается. Но все мои запросы от МО, до командира Ржевского полигона были проигнорированы. Более того, не найти даже карту зон полетов (мне нужна зона G). Так что даже провести испытания или научные эксперименты я не могу легально.
Очередное нереализуемое красивое неэффективное говно.
*Ушёл кидать с лопаты уран в топку домашнего реактора*
Помимо прямого аккумулирования энергии в виде запаса воды в верхнем бьефе (аналогично тому, как это выполняется на любых гидроаккумулирующих ЭС), АэроГЭС можно легко модифицировать для увеличения ее аккумулирующей способности примерно в 600 раз! Для этого достаточно кроме водовода спустить вниз и водородовод и использовать баллонетные аэростаты, которые при этом не только будут обеспечивать поддержание элементов АэроГЭС, но и хранить запас водорода в качестве энергоаккумулирующего агента. Легко показать, что 1 кг водорода (с удельной теплотой сгорания 120.9 МДж/кг) удерживает в верхнем бьефе примерно 10 кг воды с запасом гидроэнергии всего в 0.2 МДж. Таким образом на АэроГЭС в период перепроизводства энергии всегда можно путем закачки водорода (полученного внизу электролизом) и сбалансированного слива воды обеспечить необходимое количество воды в верхнем бьефе (для поддержания конструкции в равновесном состоянии и максимального снижения натяжения удерживающих тросов) и увеличенный в 600 раз запас энергии, который при необходимости в энергии всегда можно так же сбалансировано получить обратно в топливных элементах (из водорода) и турбогенераторе (из воды). Кстати, можно еще и подцепить на это транспортировку САМОГО водорода КАК ТОПЛИВА в этих дирижаблях, транспортировку грузов этими дирижаблями и т.п.