Техника - молодёжи 1998-11-12, страница 26

ЭНЕРГЕТИКА

ЯЙМ1

«АХИЛЛЕСОВА ■ U ПЯТА» РЕЧНЫХ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ. Первым источником механической энергии, заменившим мускульную силу, был простейший гидравлический двигатель — водяное колесо, приводимое в действие потоком воды Вплоть до изобретения паровой машины оно было единственным приводом механических устройств на металлургических, стекольных и пороховых заводах, на рудниках и лесопилках, сукновальных и бумажных фабриках. Кстати, с этим связано и само происхождение слова «завод» — стоящий «за водой», «у заводи».

После изобретения гидравлической турбины и появления возможностей передачи энергии на большие расстояния на смену водяным мельницам пришли гидроэлектрические станции. Мощность первых ГЭС, обслуживавших в начале 90-х гг. прошлого века отдельные предприятия и небольшие населенные пункты, составляла всего несколько сот киловатт. Сегодня гидростанции обеспечивают уже целые регионы. Их мощность измеряется гига-ваттами (на реке Янцзы в Китае — 13 ГВт, Итайпу на Паране в Бразилии — 12,6 ГВт, Саяно-Шушенская на Енисее — 6,4 ГВт), на долю ГЭС приходится до 20% всей производимой электроэнергии.

Однако необходимые для них водохранилища затопляют большие площади сельскохозяйственных угодий, при подготовке ложа искусственных морей нередко приходится вырубать огромные лесные массивы. Преграждая путь рыбе во время нереста, плотины наносят значительный ущерб рыбному хозяйству.

Так что в индустриально развитых странах сооружение электростанций на крупных реках, очевидно, не имеет перспектив. Более того, в США, например, разрабатывается программа постепенной ликвидации ГЭС, наносящих ущерб окружающей среде. «Первой ласточкой» явилось решение о выделении средств на демонтаж плотины электростанции Эдварде на реке Кеннинбек в штате Мэн. Он должен быть закончен до 1 января 1999 г.

ПЭС: ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ, НО... Экологически предпочтительнее

приливные гидроэлектростанции (ПЭС), использующие перепад уровней «большой» и «малой» воды во время морских приливов и отливов.

Первые ПЭС были построены в 60-е гг. во Франции (устье Ранса) и Советском Союзе (губа Кислая на Баренцевом море, о чем подробно писала «ТМ», N9 4 за 1979 г.), а позднее — в Канаде и Китае. Они удовлетворяли требованиям экологии, однако не получили распространения, главным образом — из-за высокой стоимости их сооружения, значительно превышающей стоимость обычной ГЭС такой же мощности (так, для ПЭС на Ранее эта разница составила 2,5 раза). Большие расхо

ды, в частности, требовались на возведение плотины, без которой не могла работать ни одна из применявшихся в то время гидротурбин.

Ученые не могли отказаться от идеи использования огромного энергетического потенциала морей и океанов. Однако для его осуществления необходимо было создать принципиально новый тип турбин, способных работать без плотины. ТУРБИНА ГОРЛОВА. В последние десятилетия в нашей стране и за рубежом предпринимались попытки создания низконапорных турбин для безплотинных ГЭС. Были разработаны различные конструкции (с осью вращения рабочего колеса, перпендикулярной или параллельной потоку). Например, инженер Б.Блинов сконструировал так называемую торцовую осевую турбину. Несколько гидродвигателей насаживались на гибкий вал (трос), образуя «торцовую гирлянду». В результате появлялась возможность использования энергии извилистых рек и даже ручьев (Блинов предложил ряд конструкций такого назначения, одна из которых описана в «ТМ», № 7 за 1964 г. — Ред.). В середине 70-х гг. проводились эксперименты по применению реактивной турбины Дарье с прямыми лопастями, предлагались сво-боднопроточная воронкообразная турбина Тайсона, многоступенчатый свободно-прямоточный гидродвигатель с лопастями из упругого материала и др.

Однако все эти устройства не получили распространения из-за низкого КПД, не превышающего 10—15%. Сложную техническую задачу удалось решить, создав реактивную поперечноструйную ге-ликоидную турбину со спиральными лопастями. Автор этого изобретения, запатентованного в США в 1994 г., — Александр Горлов, наш соотечественник, ныне — директор лаборатории энергетики воды и ветра Северо-восточного университета в Бостоне.

Геликоидная турбина (уже названная «турбиной Горлова»), взаимодействуя с океанским течением, при любом направлении потока вращается в одну и ту же сторону. Две или три ее спиральные лопасти в сечении представляют собой крыло самолета, только подъемная сила возникает здесь не при движении их в потоке, а потока относительно агрегата. При максимальной нагрузке линейная скорость обода рабочего колеса в 2-3 раза быстрее течения. Особенности конструкции позволяют проектировщику уменьшить диаметр с одновременным увеличением длины без потери мощности турбины.

В чем преимущества «турбины Горлова»? Ее КПД в 2-3 раза выше, чем у любой другой, работающей в свободном потоке, без плотины. Вращается она равномерно, без пульсаций и вибраций. В отличие от обычных многотонных металлических турбин речных и приливных электростанций, пластиковая геликоидная имеет

очень небольшие размеры (диаметр — 1 м, длина — 84 см) и весит всего 35 кг. Для получения требуемой мощности можно использовать любое количество таких турбин, насаженных на вал электрогенератора. Поверхность рабочего колеса имеет специальное эластичное покрытие, снижающее трение о воду и исключающее налипание водорослей и моллюсков.

Исследования с целью определения оптимальных параметров и совершенствования конструкции турбины проводились в лаборатории энергетики воды и ветра Северо-восточного университета, а затем — в лаборатории Мичиганского университета. В 1996 г. испытания опытных образцов были перенесены в производственные условия: три месяца они проработали во время приливов и отливов в морском канале Кейп-Код близ Бостона, показав высокую надежность и эффективность работы.

Можно было приступать к реализации перспективных планов использования нового гидравлического двигателя. «ОСЕДЛАТЬ» ГОЛЬФСТРИМ! Сегодня, после успешных испытаний геликоид-

Профессор А.Горлов со своей турбиной.

ной турбины, эта дерзновенная идея — уже не фантастика, а конкретная экономическая, организационная, конструкторская и технологическая задача. Под руководством профессора Горлова ведется разработка технического проекта первой в мире океанской гидроэлектростанции.

Местом ее расположения выбран Флоридский пролив, в южной части которого начинается Гольфстрим как сточное течение Мексиканского залива. Пассатные ветра нагоняют в него воду, и в результате существенного перепада уровней образуется поток мощностью 25 млн. кубометров воды в секунду, что в 20 раз больше, чем у всех рек Земли вместе взятых.

ТЕХНИКА-МОД ОДЕЖИ 11/12 98

24