Человечество с незапамятных времен умеет добыватьполезную энергию из водных потоков. Тому примером разнообразные водяные колеса, от самых примитивных,приводивших многие сотни лет назад в движение водяные мельницы, до суперсовременных роторов мощных водяных турбин, установленных на мегаваттных гидроэлектростанциях.
Однако все эти системы хорошо работают лишь в тех случаях, когда скорость движения воды превышает 8-10 километров в час (будь иначе, не понадобились бы мельничные запруды и плотины гидрокомплексов). Конечно, существуют минигидростанции, которые обходятся без плотин, но они дают приемлемую мощность только при установке в быстрых горных ручьях и речках.
Однако медленные воды все же могут стать экономически приемлемым источником электроэнергии. Во всяком случае, так считает профессор морских инженерных технологий Мичиганского университета Майкл Бернитсас [MichaelBernitsas], чья статья (в соавторстве с тремя аспирантами) появилась в ноябрьском выпуске ежеквартальника JournalofOffshoreMechanicsandArcticEngineering.
Он изобрел, построил и испытал экспериментальный генератор электричества,который успешно работает в медленных водных потоках. Бернитсас утверждает, что до сих пор подобных систем никто не предлагал. Во всяком случае, поиск в научных архивах и в патентной литературе пока что не обнаружил никаких предшественников его конструкции.
Идея Бернитсаса позволяет обращать на пользу экономике энергию водяных вихрей, которые возникают при турбулентном обтекании любого предмета. Вообще-то этот принцип давным-давно изобретен природой, точнее, биологической эволюцией.
Взгляните на плывущую рыбу – ее тело всегда изгибается. При этом справа и слева по направлению движения попеременно рождаются водные завихрения, которые создают между собой зону пониженного сопротивления водной среды. Не будь этого гидродинамического эффекта, рыбы плавали бы куда медленней. Бернитсас также отмечает, 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. Это сплошной алюминиевый цилиндр длиной 91 сантиметр и диаметром 12,5 сантиметров, горизонтально подвешенный на пружинах внутри бассейнапоперек водного потока. В таких условиях вокруг цилиндравозникают вихри, которые его раскачивают вверх и вниз на подвесе.
Таким образом, он работает в качестве конвертора, преобразующего энергию водных струй в механические (в данном случае, колебательные) движения, которые, в свою очередь, передается миниатюрному генератору электрического тока. В ходе проведенных испытаний это устройство хорошо работало при скорости воды в 3 километра в час.
По мнению изобретателя, в принципе подобные системы могут действовать даже в потоках, ежечасно делающих не более километра (для этого потребуется придавать поверхностям конверторов изогнутую форму, способствующую рождению вихрей) .
Профессор Барнитсас назвал назвал свою конструкцию VIVAGE. Это аббревитатура краткой формулировки технической идеи, которая лежит в ее основе — VortexInducedVibrationAquaticCleanEnergy(чистая водная энергия, извлеченная из вызванных вихрямивибраций). Пока что его существующий в единственном экземпляре конвертор работает только в лаборатории, но вряд ли это надолго. В скором времени он вместе с помощниками смонтирует в реке Детройт установку покрупнее, которая, если верить расчетам, сможет давать пиковую мощность в 3 киловатта.
Бернитсас полагает, что гидровихревые электростанции при массовом производстве будут выпускаться в виде модулей, мощностью от киловатт до сотен киловатт.
Эти модули можно будет объединять в системы с куда большей производительностью,генерирующие тысячи, десятки и даже сотни тысяч киловатт, которы будут устанавливаться в крупных реках или в приливных зонах. Он уже основал компаний VortexHydroEnergy, которая займется дальнейшей разработкой и коммерциализацией его изобретения.
Барнитсас утверждает, что электричество с его станций обойдется процентов на двадцать дешевле продукции ветровых электростанций и как минимум в три раза – солнечных.
Ветротурбина в кожухе
Фирма из штата Массачусетс приступает к лабораторным испытаниям ветротурбины новой конструкции.
Однако разработчики ветроэнергетических станций тоже не дремлют. В настоящее время тестируются или готовятся к тестированию немало конструкций, обещающих повысить КПД ветровых турбин и снизить себестоимость производимой ими электроэнергии.
Одну из таких систем разработала недавно созданная компания FloDesignWindTurbine. Руководители этой фирмы утверждают, чтопри переходе на ее машины цены на ветроэлектричествао упадут вдвое по сравнению с типичными нынешними показателями.
Инженеры FloDesignWindTurbineреализовали далеко не новую техническую схему, поместив турбинный ротор во внешний кожух. По идее, кожух сжимает воздух еще до его попадания на лопасти и тем самым позволяет извлечь из него больше механической энергии.
Теоретически показано, что без такого обрамления ветротурбина утилизирует не более 59,3 % кинетической энергии воздушного потока (это так называемый предел Бетца, которыйв 1920 году вычислил немецкий специалист по аэродинамике Иоганн Альберт Бетц). Хотя «одетая» турбина в принципе может выйти за эту границу, на практике подобные системы до сих пор не оправдывали ожиданий.
Однако разработчики новой турбины утверждают, что придуманная ими конструкция кожуха, снабженного неподвижными лопатками, расположенного у входного отверстия навстречу воздушному потоку, позволит преодолеть прежние препятствия.
Фирма уже изготовила небольшую модель новой турбины, предназначенную для тестирования в аэродинамической трубе. В случае успеха будет построена турбина расчетной мощностью 10 киловатт, предназначенная для полевых испытаний.
