Интегратор природных энергий (ИПЭ) «СМЕРЧ»
Integrator of natural energy (INE)
Принципы функционирования
ИПЭ вертикального типа (рис.) вырабатывает электроэнергию на восходящих газо-воздушных потоках, в т.ч. нагретых, в круглосуточном режиме за счет возобновляемой и нетрадиционной энергии природных явлений и низкопотенциальных источников энергии, включая их совместные комбинации:
- Ветровая энергия;
- Солнечная тепловая энергия;
- Геотермальная энергия;
- Гравитационная энергия в т.ч.:
- Напор восходящих нагретых газо-воздушных потоков;
- Пневмо-гидроэнергий природных или техногенных гидропотоков,включая энергию приливных волн;
- Использование теплового эффекта экзотермических химических реакций и работы расширения газообразных продуктов реакций любых углеродсодержащих видов топлива и органических отходов в любом агрегатном состоянии и любой каллорийности с помощью соответствующих огневых, пиролизных, плазменных и химических теплогенерирующих систем;
- Вторичная низкопотенциальная энергия технологических процессов и климатических систем зданий;
- Тепловая энергия радиационно-изотопного распада;
- Тепловая энергия нетрадиционных источников в режиме бестопливной электрогенерации, включая:
- Трансформаторы теплового потенциала окружающей среды – тепловые насосы;
- Кавитационные теплогенераторы;
- Генераторы тепла на принципе низкоэнергетичных ядерных реакций LENR (в
- случае их реальной работоспособности и промышленного производства).
Производство электроэнергии происходит за счет напора восходящего газо-воздушного потока через внутренний тракт установки. Ускоренный вихревой восходящий поток энергоносителя формируется за счет специальной конструкции установки для передачи энергии турбо-электрогенератору стандартной конструкции. Требования к показателям качества вырабатываемой электроэнергити обеспечиваются системой управления воздушным потоком и скорости вращения вертикального вала с электрогенератором, а также стандартной комплектацией аналогичного электрооборудования, применяемого в ветроэнергетике.
Потребление электроэнергии в ИПЭ «Смерч» для собственных нужд не превышает 500 Вт для системы управления воздушным потоком (заслонки, руль-машинки, воздухозаборник, магнитные муфты) и нескольких киловатт при использовании тепловых источников с электроприводом.
Нагрев восходящих потоков воздуха происходит за счет теплообменного оборудования, размещаемого в наземной корневой части установки.
Тепловые, в т.ч. низкопотенциальные, источники энергии или отработанные вторичные технологические энергоносители должны обеспечивать скорость газовоздушного потока через вертикальный тракт ИПЭ «Смерч» от 2,5 м/сек или температуру восходящих потоков 60 - 800 С.
Максимальная частота вращения вала установки – 200 об./мин.
Мощностной ряд: от 10 кВт до 1 МВт.
Климатологические аспекты работы ИПЭ «Смерч»:
- чем ниже температура окружающей среды, тем меньше затраты вносимой тепловой энергии для создания необходимого напора в газо-воздушном тракте установки и тем ниже стоимость производимой электроэнергии;
- ИПЭ «Смерч» в режиме ветрогенератора, благодаря конденсации атмосферной влаги на внешней охлаждаемой оболочке установки, вследствие внутреннего радиального температурного градиента в воздушном потоке, одновременно с производством электроэнергии обеспечивает также сбор атмосферной влаги и получение питьевой воды для территорий с засушливым климатом.
Экологичность: минимальный уровень шумов во всем звуковом диапазоне, низкое наземное расположение и наличие ограждающей конструкции подвижных частей установки исключает попадание птиц, не создает помех на радарах авиадиспетчеров.
Инновационность: в конструкции и принципах работы ИПЭ «Смерч» используются 12 «ноу-хау», включая несколько аэродинамических способов управления формой и скоростью воздушных потоков в пневмотракте установки. ИПЭ «Смерч» является эффективной и не имеющей аналогов альтернативой турбинному или поршневому циклам производства электроэнергии из углеродсодержащих топлив или перегретого пара.
В различных конструктивных вариантах ИПЭ «Смерч» планируется также использовать нетрадиционные ускорители ветрового потока и увеличение подъемной силы лопаток турбоагрегата на принципах ионного ветра с ионизацией молекул воздуха на наноповерхностях.
Новая энерго-технология перевода тепла в электроэнергию на базе единичных установок ИПЭ «Смерч» или в составе энергопарков позволяет при минимальных капитальных затратах эффективно согласовывать и решать проблемы централизованных удаленных мощностей электрогенерации и затратных распределительных сетей с децентрализованным способом потребления, повышает суточную и всесезонную устойчивость электроснабжения.
Становится возможным производить и потреблять чистую электрическую энергию круглосуточно в любой климатической зоне в необходимом количестве по минимальной стоимости. Создаваемая экономия масштаба на технологических издержках создает предпосылки для перехода на новый технологический уклад и освоения новых экстремальных территорий.
Экономическая эффективность: по сравнению с горизонтальными ветроустановками сравнимой мощности в 1 МВт стоимость 1 кВт установленной мощности ИПЭ «Смерч» в режиме ветрогенератора будет в 2,5 раза меньше. При мелкосерийном производстве стоимость такой мегаватной установки составит примерно 330 тыс. $.
Наземное базирование, простота доставки, монтажа, техническое обслуживание электростанции 100 МВт не более двух человек в смену, длительность эксплуатации без ремонта, бестопливный режим электрогенерации обеспечивают ИПЭ «Смерч» значительные технико-экономические преимущества при сравнении с любыми электростанциями на углеводородной энергетике, гидроэнергии и «зеленой» энергетике на возобновляемых источниках. В конструкции ИПЭ «Смерч» отсутствует критическая зависимость от скорости ветровых потоков и ветровых зон, что обеспечивает стабильность выработки электроэнергии и независимость выходной мощности энергоустановок от времени суток и погодных условий. Энергоустановки на базе ИПЭ «Смерч» характеризуются высоким коэффициентом использования площадей, отведенных под электростанцию. При увеличении плотности размещения установок на единицу площади, благодаря синергетическому эффекту совместного увеличения тяговых характеристик, будет расти общий КПД электростанции, который может увеличиться в 1,3-2,4 раза по сравнению с единичной установкой.
Электростанции на основе ИПЭ «Смерч» характеризуются:
- низкой стоимостью 1 кВт установленной мощности и минимальными капитальными затратами;
- низкими эксплуатационными затратами благодаря исключению любых видов органического топлива: газ, мазут, уголь, биомасса и связанных с этим затрат на приобретение, доставку, хранение, подключение к инфраструктуре, экологические платежи за выбросы;
- независимостью выходной мощности установок «Смерч» от времени суток, сезонности и погодных условий;
- равенством установленной и отдаваемой потребителю мощности.
Дополнительную коммерческую ценность таким электростанциям создает ее способность, аналогично гидроаккумулирующим станциям, регулировать пиковые нагрузки в электросетях, балансировать нежелательные перетоки энергии и легко интегрироваться в региональные «умные сети» (Smart Grid).
Некоторые нестандартные области применения ИПЭ «Смерч»
Благодаря работе на низкопотенциальных энергоисточниках и возможности одновременного использования нескольких видов возобновляемых и других видов энергоносителей, высококонкурентными областями применения установок ИПЭ «Смерч» могут стать:
- независимое экстерриториальное электрообеспечение зарядных станций для автомобильного электротранспорта с использованием любых удобных для местных условий природных энергоносителей;
- комплектация установками ИПЭ «Смерч» согласованной мощности агрегатов землеройной и обогатительной техники, буровых станков для улучшения экономических параметров добычи полезных ископаемых в труднодоступных или удаленных энергодефицитных месторождениях;
- оптимизация логистических цепочек сбора, заготовки, и хранения с/х продукции с помощью автономного и передвижного электроснабжения на базе ИПЭ «Смерч» перерабатывающей, холодильной, сушильной техники;
- благодаря крышному или наземному внутриквартальному расположению установок возможно децентрализованное производство «зеленой» муниципальной электроэнергии для освещения, кондиционирования и электрообогрева высотных зданий, энергообеспечения инженерных городских коммуникаций;
- использование ИПЭ «Смерч» в составе котелен в качестве автономного и стабильного источника электроэнергии, независимого от чрезвычайных ситуаций, для штатных энергоагрегатов (насосов, дымососов, дутьевых вентиляторов), КИПиА с использованием энергии отходящих газов или отработанного водяного пара. Использование режима когенерации на основном или отработанном тепле городских тепловых централей для оптимизации тарифов и улучшения рентабельности ТЭЦ независимо от сезонности генерации;
- на базе отработанных технологий и массового применения тепловых насосов, включая термосифоны и тепловые трубы, появляется возможность производства электроэнергии от низкопотенциального тепла грунта, незамерзающих водных бассейнов и морской воды, обводненных скважин, сбросной и шахтной воды, систем переработки городских и промышленных органических стоков;
- электрогенерация на базе низкопотенциальных (до 1000 С) геотермальных источников;
- независимая от погодных, суточных и сезонных факторов регулирующая электрогенерация на базе ИПЭ «Смерч» для оптимизации работы «умных электрических сетей»;
- оффшорные энергопарки с использованием ветровой и/или гидронапора приливной энергии морских волн (ноу-хау);
- установка ИПЭ «Смерч» на палубах морских платформ/барж, выполняющих роль передвижных мини-электростанций, позволит организовать электроснабжение нефтегазовых морских платформ, временных или труднодоступных промышленных и жилых прибрежных объектов с минимальными экономическими издержками;
- палубное размещение ИПЭ «Смерч» мощностью 400-600 кВт на морских судах среднего тоннажа позволит создать принципиально новые силовые установки, преобразующие силу ветра любой направленности в электроэнергию для гребных винтов и бортовой электросети.
Пилотная часть проекта
Стоимость изготовления опытно-промышленной установки, всесторонних испытаний, подготовки технической документации к серийному производству, международное патентование составит 528 тыс. Евро, срок 9 месяцев.
Для запуска установочного серийного производства 150-170 шт. в год единичной мощностью 500 кВт -1 мВт необходима инвестиция 18 млн. Евро.
Доктор техн. наук И.Г. Киуила, г. Харьков
Принципы и преимущества работы.pdf
План производства ИПЭ СМЕРЧ.pdf
Внешний вид конструкции ИПЭ " СМЕРЧ"