21 июля 2020

 

Вся альтернативная энергетика сегодня, по существу, использует один и тот же энергетический потенциал – Солнечную энергию. Эта энергия используется либо напрямую - преобразование излучения Солнца в электричество с помощью солнечных панелей, либо косвенно – использование ветряной и гидравлической энергии.

Излучение Солнца постоянно обеспечивает приход в верхние слои атмосферы нашей планеты около 174 ПВт энергии.

 

 

Процентное распределение поступающей солнечной энергии

 

Почти половина этой энергии поглощается поверхностью Земли. А как всем известно, почти 71% поверхности Земли – это мировой океан.

 

\ На Мировой океан – приходится около 94% всей гидросферы Земли.

 

 

 

Состав гидросферы планеты Земля

 

Океаны, поглощая солнечное излучение, нагреваются, вода в них испаряется, порождая Гидрологический цикл, в обиходе всем известный как «Круговорот воды в природе».

 

 

Мировой круговорот воды в природе

 

При этом специфика процесса такова, что 84% испарений воды приходится на океаны, а осадков выпадает над ними всего 74% от общего количества. Моря теряют из-за испарения больше воды, чем обратно возвращается к ним в виде осадков. Следовательно, на суше этот процесс обратный, так как общий баланс воды неизменный.

Всё это порождает огромный (примерно 800 ТВт) гидроэнергетический потенциал, что в 400 раз превосходит мощность всех электростанций мира.

Встаёт вопрос: а как мы можем использовать подобный мощный процесс для собственных энергетических нужд?

Возникает идея использования сконденсированных паров воды, например, отбор влаги у облаков и использование (спуска) этой воды в качестве гидравлического потенциала.

Но как вообще собрать из облаков воду? Как ни странно, но такие методы по отводу влаги из атмосферы (тумана, облаков и даже океанского бриза) существуют и уже реализованы.

 

| Сбор тумана реализован канадской группа «FogQuest» еще в 1982 годах.

 

Самым ярким примером является созданная инженером Питером Траутвейном (German Water Foundation) система сбора пресной воды из тумана. Система подтвердила свою способность собирать до 36 000 литров воды в день, что вполне достаточно для обеспечения потребностей более 800 жителей одного из самых засушливых регионов Марокко.

 

 

 

CloudFisher – Облачный ловец. Это первый в мире серийный противотуманный коллектор, способный выдерживать скорость ветра до 120 км/ч. CloudFisher ловит и собирает капли воды в воздухе. Система успешно эксплуатируется с 2017 года

 

«CloudFisher может обеспечить сотни тысяч людей высококачественной питьевой водой, соответствующей стандартам ВОЗ в области питьевой воды. В зависимости от региона и сезона может быть собрано от 36 до 126 литров в день одним модулем с поверхностью в 9 кв.м. В Марокко были измерены пиковые значения более 600 литров в день.

 

Итак, родилась концепция – подобным методом собирать (конденсировать) воду из атмосферной влаги в облаках на высотах 2-3 км, отбирать её и спускать вниз. Вода с такого перепада высоты высвободит большой гидравлический потенциал, который можно использовать в турбогенераторе для вращения турбины и выработки электроэнергии.

 

Великолепная концепция нового экологически чистого возобновляемого источника энергии!

 

Разработкой этой концепцией занялись российские учёные: инженер-энергетик А.Н.Казанцев и профессор, д.т.н. А.С.Байбиков.

Проект получил название «АэроГЭС».

Принципиально схематически АэроГЭС выглядит так:

 

 

Схема АэроГЭС

 

Аэростат (6) поднимает влагосборники (5) на высоту 2-3 км. Там охлаждённая атмосферная влага конденсируется (собирается) на влагосборнике (5). Дренажная система отводит сконденсированную воду в верхний резервуар (2), далее вода из-за перепада высот самотеком поступает по водоводу (3) в нижний резервуар (1), находящийся на земле, через турбогенератор (4), вращая турбину и генерируя электроэнергию. Вся конструкция фиксируется крепёжными тросами (7).

 

Если судить по опыту эксплуатации высокогорных систем сбора тумана, даже той же «CloudFisher», то величина сбора в среднем будет составлять 10 л/м2 в сутки. Верхний предел производительности системы может доходить до значений более 100 л/м2 в сутки в экваториальной зоне.

 

Эффективность подобной системы обуславливается большим перепадом высоты, благодаря которой вода в водопротоках с высоты 2км будет создавать перед турбиной давление в 200 атм. Так, судя по опыту эксплуатации высоконапорной ГЭС Бьедрон (Швейцария), кинетическая энергия потока воды с высоты в 1869 метров составляет 315 кДж на 1 см2. Ковшовые турбины, работающие с подобными напорами, имеют КПД более 90%.

Следовательно, нерешённых технологических и конструкционных проблем в технологии АэроГЭС нет, что делает проект принципиально осуществимым.

 

 

AirHes

 

Как и полагается в случаях с подобными проектами, авторы АэроГЭС подошли к реализации своей идеи комплексно. Это и теоретические расчёты, и технико-экономическое обоснование, и компьютерное моделирование, и постройка реального прототипа.

 

 

Выдержка из расчёта по сопротивлению ветровым нагрузкам

 

Учитывая способность сбора 10 л/м2 воды в сутки, одна установка АэроГЭС, с водосборником (например, с нейлоновой сеткой) 10 на 10 метров, способна собрать 1000 литров воды в сутки, которые сгенерирует энергию в 5 кВт*ч в сутки.

 

 

Компьютерное моделирование сбора мелкодисперсной влаги в атмосфере

Прототип в натурном гаражном эксперименте.

 

Аэростат объёмом 500 м3, наполненный водородом (гелием), способен поднять 450-500 кг груза. Такой сравнительно небольшой аэростат может нести сетку 100 на 100 метров, собирать до 100 м3 воды в сутки и генерировать электрическую мощность в 35 кВт. Общий вес всей конструкции и оборудования с единовременным водным потоком будет составлять не более 400 кг.

 

|В 2013 году был испытан принцип сбора влаги на высоте облаков.

 

 

 

Тестовый научный прототип АэроГЭС.

 

Был использован небольшой аэростат с размещённой под ним полипропиленовой сеткой площадью 0,9 м2. На высоте порядка 1500 метров, судя только по косвенным признакам, удалось получить около 5 л/м2 в час.

 

Трос, удерживающий аэростат на высоте полтора километра, не выдержал и лопнул. Точных замеров произвести не удалось, аэростат был потерян.

 

Авторами были разработаны и другие прототипы, которые подтвердили правильность их идеи и возможность её реализации.

 

 

Помимо аэростата, сбор влаги можно осуществлять, воздушными змеями и даже дронами.

 

Свои сложности в этой технологии имеются, и главная – это её новизна. На практике, в атмосфере на таких высотах никто ничего подобного не делал. Поэтому сам проект обязательно сталкивается с постоянным инжинирингом проб и ошибок, с малой предсказуемостью метеорических явлений и всевозможными «подводными камнями», которые даже не принимались в расчёт, и о которых, возможно, и не помышляли. Однако выгода от реализации подобной технологии многократно превысит все вложенные в неё инвестиции и исследования.

Особенно это актуально сегодня, когда энергетические доктрины Японии, Германии в частности и всего Евросоюза в целом, и даже, отчасти, России отводят водородной экономике важнейшую роль в энергетическом будущем (подробнее я писал об этом тут). АэроГЭС может, фактически, самостоятельно, без внешних затрат производить водород и кислород путём электролиза. Ведь на конечном участке ее технологии есть всё необходимое – идеальная пресная вода и энергия. На практике это может реализоваться в производство очень дешёвого и чистого водорода, который к 2050 году станет полноценным конкурентом природному газу.

 

 

АэроГЭС, как новый альтернативный вид энергетики в представлении художника.

 

Авторы, проделав огромную работу в доказательной части проекта, предоставляли все патенты и заявки с свободный доступ, тем самым навсегда оставшись идейными вдохновителями новой, перспективной, экологически чистой энергетической технологии.

Теперь кто угодно может реализовать эту технологию.

 

 

Теперь каждое облако – это потенциальная, извлекаемая энергия эквиваленту блоку АЭС.

 

P.S. Тем более мне приятно, что такие учёные и исследователи являются подписчиками моего канала.

 

Источник https://zen.yandex.ru/media/dbk/rossiiskie-tehnologii-energiia-iz-oblakov--aeroges--5f16d6f0673eea1af88a2ee6