Электричество из воды и ветра
В Мичиганском университете построен опытный образец энергетической установки нового типа, преобразующей медленные струи воды в электрический ток
Человечество снезапамятных времен умеет добыватьполезную энергию из водных потоков. Тому примером разнообразные водяныеколеса, от самых примитивных,приводивших многие сотни лет назад в движение водяные мельницы, досуперсовременных роторов мощных водяных турбин, установленных на мегаваттныхгидроэлектростанциях. Однако все эти системы хорошо работают лишь в техслучаях, когда скорость движения воды превышает 8-10 километров в час (будьиначе, не понадобились бы мельничные запруды и плотины гидрокомплексов).Конечно, существуют минигидростанции, которые обходятся без плотин, но они даютприемлемую мощность только при установке в быстрых горных ручьях и речках. Однако медленныеводы все же могут стать экономически приемлемым источником электроэнергии. Вовсяком случае, так считает профессор морских инженерных технологий Мичиганскогоуниверситета Майкл Бернитсас [MichaelBernitsas], чья статья(в соавторстве с тремя аспирантами) появилась в ноябрьском выпускеежеквартальника JournalofOffshoreMechanicsandArcticEngineering. Он изобрел, построил и испытал экспериментальный генераторэлектричества,который успешно работаетв медленных водных потоках. Бернитсас утверждает, что до сих пор подобных системникто не предлагал. Во всяком случае, поиск в научных архивах и в патентнойлитературе пока что не обнаружил никаких предшественников его конструкции. Идея Бернитсасапозволяет обращать на пользу экономике энергию водяных вихрей, которыевозникают при турбулентном обтекании любого предмета. Вообще-то этот принципдавным-давно изобретен природой, точнее, биологической эволюцией. Взгляните наплывущую рыбу – ее тело всегда изгибается. При этом справа и слева понаправлению движения попеременно рождаются водные завихрения, которые создаютмежду собой зону пониженного сопротивления водной среды. Не будь этогогидродинамического эффекта, рыбы плавали бы куда медленней. Бернитсас такжеотмечает, что возможность полезного использования вихревого движения (правда,не воды, а воздуха) первым осознал (как и многое другое) еще Леонардо да Винчи– где-то около 1540 года. Установка,которую изготовили Бернитсас и его ассистенты, внешне обманчиво проста. Этосплошной алюминиевый цилиндр длиной 91 сантиметр и диаметром 12,5 сантиметров,горизонтально подвешенный на пружинах внутри бассейнапоперек водного потока. В таких условияхвокруг цилиндравозникают вихри, которыеего раскачивают вверх и вниз на подвесе. Таким образом, он работает в качествеконвертора, преобразующего энергию водных струй в механические (в данном случае,колебательные) движения, которые, в свою очередь, передается миниатюрномугенератору электрического тока. В ходе проведенных испытаний это устройствохорошо работало при скорости воды в 3 километра в час. По мнению изобретателя,в принципе подобные системы могут действовать даже в потоках, ежечасно делающихне более километра (для этого потребуется придавать поверхностям конверторовизогнутую форму, способствующую рождению вихрей) . ПрофессорБарнитсас назвал назвал свою конструкцию VIVAGE. Это аббревитатура краткой формулировкитехнической идеи, которая лежит в ее основе - VortexInducedVibrationAquaticCleanEnergy(чистая водная энергия, извлеченная извызванных вихрямивибраций). Пока чтоего существующий в единственном экземпляре конвертор работает только влаборатории, но вряд ли это надолго. В скором времени он вместе с помощникамисмонтирует в реке Детройт установку покрупнее, которая, если верить расчетам,сможет давать пиковую мощность в 3 киловатта. Бернитсасполагает, что гидровихревые электростанции при массовом производстве будутвыпускаться в виде модулей, мощностью от киловатт до сотен киловатт. Эти модулиможно будет объединять в системы с куда большей производительностью,генерирующие тысячи, десятки и даже сотнитысяч киловатт, которы будут устанавливаться в крупных реках или в приливныхзонах. Он уже основал компаний VortexHydroEnergy, которая займется дальнейшей разработкойи коммерциализацией его изобретения. Барнитсас утверждает, что электричество сего станций обойдется процентов на двадцать дешевле продукции ветровыхэлектростанций и как минимум в три раза – солнечных. Ветротурбина вкожухе Фирма из штатаМассачусетс приступает к лабораторным испытаниям ветротурбины новойконструкции. Однакоразработчики ветроэнергетических станций тоже не дремлют. В настоящее времятестируются или готовятся к тестированию немало конструкций, обещающих повыситьКПД ветровых турбин и снизить себестоимость производимой имиэлектроэнергии. Одну из таких системразработала недавно созданная компания FloDesignWindTurbine. Руководители этой фирмы утверждают,чтопри переходе на ее машины цены наветроэлектричествао упадут вдвое по сравнению с типичными нынешнимипоказателями. Инженеры FloDesignWindTurbineреализовали далеко не новую техническуюсхему, поместив турбинный ротор во внешний кожух. По идее, кожух сжимает воздухеще до его попадания на лопасти и тем самым позволяет извлечь из него большемеханической энергии. Теоретически показано, что без такого обрамленияветротурбина утилизирует не более 59,3 % кинетической энергии воздушного потока(это так называемый предел Бетца, которыйв 1920 году вычислил немецкий специалист по аэродинамике Иоганн АльбертБетц). Хотя «одетая» турбина в принципе может выйти за эту границу, на практикеподобные системы до сих пор не оправдывали ожиданий. Однако разработчики новойтурбины утверждают, что придуманная ими конструкция кожуха, снабженногонеподвижными лопатками, расположенного у входного отверстия навстречувоздушному потоку, позволит преодолеть прежние препятствия. Фирма ужеизготовила небольшую модель новой турбины, предназначенную для тестирования ваэродинамической трубе. В случае успеха будет построена турбина расчетноймощностью 10 киловатт, предназначенная для полевых испытаний.