Техника - молодёжи 1995-01, страница 4
СМЕЛЫЕ ПРОЕКТЫ Насколько наша страна обеспечена энергоресурсами? Похоже, что в последние годы тревоги по этому поводу подулеглись. Но с чего бы вдруг? Разве только на фоне дефицита в "ближнем зарубежье"? А у нвс, десквть, пока и на экспорт хватает... Вот именно — пока. Самые эффективные энергоносители — нефть и газ — добывать все труднее и дороже, а доступные их запасы тают на глазах. О "перспективности" угольных месторождений можно судить хотя бы по беспрестанным шахтерским забастовкам. Без шумв свер нуты грандиозные планы строительства и гигантских электростанций на низкосортных канско-ачинских углях, и рядв новых крупных ГЭС: не вынесут их ни нынешний госбюджет, ни окружающая среда. Умолкли яростные споры вокруг АЭС — тут тоже как-то незаметно все стали реалистами. Закрыть существующие станции никто уже всерьез не требует, но и их "триумфального шествия", судя по всему, не предвидится. Короче, решвть проблемы энергетики с помощью все новых "строек векв" больше не удастся. А ведь главный потребитель — промышленность — когда-нибудь наберет обороты после нынешнего спада... Что же делать? Это давно известно: жестко экономить горючее; снижать энергоемкость любой продукции; использовать местные ресурсы; наконец — срочно переходить от слов к делу в освоении альтернативных источников энергии. Основным среди них справедливо считается Солнце. Но таквя уж нвм доствлвсь страна — не самая солнечная в мире. Не лучше ли обратиться к ветру? На первый взгляд ветер кажется самым доступным из возобновляемых источников энергии. В самом деле: не в пример Солнцу, он вполне "работоспособен" на юге и на севере, зимой и летом, днем и ночью, в дождь и туман. Однако на этом все достоинства и кончаются; дальше, увы, — сплошные недостатки... Прежде всего, это очень рассеянный энергоресурс. Природа не собрала ветры в каких-то отдельных "месторождениях", подобно горючим ископаемым. И не пустила их течь по руслам, подобно рекам. Всякая движущаяся воздушная масса "размазана" по огромной территории. Правда, рассеянность, малая концентрация характерна и для солнечной энергии. Но с ветром еще хуже. Его основные параметры — скорость и направление — меняются гораздо быстрее, в более широких пределах и совершенно непредсказуемо. В итоге по надежности он почти везде уступает Солнцу. Отсюда и вытекают две главные проблемы проектирования ветроэнергетических установок (ВЭУ). Во-первых, с учетом рассеянности ветра стремятся "снимать" его кинетическую энергию с максимальной площади. Что имеется в виду? Для ВЭУ обычной конструкции (ветровое колесо на горизонтальной оси) — это площадь круга, который описывают лопасти при вращении; у специалистов она называется ометаемой площадью (ОП). Отсюда вроде бы следует, что диаметр колеса (длину лопастей) надо всячески наращивать. И действительно: известны проекты гигантских ВЭУ с диаметром ветроколеса до 120 м. Но для таких габаритов сильные ветры, в принципе более "выгодные", становятся уже нежелательными — из соображений безопасной эксплуатации. К тому же, рассчитывая прочность, тут приходится дополнительно страховаться даже от маловероятных ураганных порывов и тем еще больше перетяжелять громоздкую конструкцию. Путь явно тупиковый. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока на лопастях. Ведь в конечном счете качество электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, определяется именно стабильностью момента вращения и угловой скорости на валу ее генератора. Но если предыдущая проблема решается хотя бы до известного предела, то эта пока не решается никак. Общий вывод, видимо, ясен: нужна установка принципиально новой конструкции. Нащупать подходы к ней помогут несложные математические изыскания. Посмотрим, от каких основных параметров зависит энергетическая эффективность ВЭУ. Как известно, кинетическая энергия движуще ося тела W - mV2/2. Если речь идет о воздушном потоке, то V, естественно, и есть его скорость. С массой m чуть сложнее. В данном случае берется масса объема воздуха, про- Схема турбинной ветроэнергетической установки (вид сверху) и одного из ее воздухо а борных устройсп (вид сбоку). Система воздуховодов здесь служит мощным ' аэродинами ческим усилителем" ветра, доводя его скорость в рабочем канале до нескольких сот м/с. А управляемые полноповоротные воздухозаборники ( ожалуй простейшее средство регулирования скорости ветрового потока в канале) позволяют поддерживать эту скорость постоянной независимо от силы ветра, что очень важно для стабиль- ходящего через ОП в единицу времени. Значит, m = pSV, где р — плотность воздуха, S — ОП, V — та же скорость ветра. И тогда исходное выражение принимает вид W = pSV3/2. Это величина энергии в единицу времени, по сути — мощность. Итак, значение W определяется двумя переменными — S и V. Как в принципе можно ее увеличить? Если за счет S, то придется смириться с неизбежным ростом габаритов и массы ВЭУ (см. выше). Но из полученной формулы виден и другой поной работы электро енератора Элементарные оценки говорят об огромной энергетической эффективности подобной системы по сравнению традиционным ветряком. Цифрами обозначены: 1 — направление ветра; 2 — воздухозаборное устройство; 3 — входные воздуховоды; 4 - конфузор; 5 — серводвигатель поворота; 6 - поворотный круг; 7 — диаметр ВУ; 8 — устройство сброса; 9 — отводящие воздуховоды; 10 —диффузор; 11 — рабочий канал; 12 — электрогенератор; 13 — турбина. ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 '9 5 2 |
