Гидроэнергетика.

[Батороев]

Я уже внедрением новых технологий позанимался. Обнищал в те годы изрядно.

[Qx15(RUS)]

Батороев в сообщении #250844 писал(а):

...Примем диаметры конусов на входе и выходе одинаковыми, например по $D= 3 $ $m$, в узкой части $d=1$ $m$. Внутренний диаметр лопаток турбины (диаметр ступицы турбины) - $d_1=0,5$ $m$
Скорость течения реки $v_1=1\frac{m}{c}$
Расход воды $Q=\dfrac{\pi D^2\cdot v_1}{4}= 7 $ $ \frac{m^3}{c} $
Скорость течения в узкой части (условная - без учета потерь на сопротивление): $ v_2=v_1\cdot \frac {D^2}{d^2-d_1^2}= 12 $ $\frac {m}{c^2}$
Кинетическая энергия воды, протекающей через узкую часть в течение 1 $c$, а фактически мощность (условная): $p=\dfrac {mv_2^2}{2t}=\dfrac {(\rho \cdot Q)\cdot v_2^2}{2} = \dfrac{(1000 \cdot 7)\cdot 12^2}{2\cdot 1000} = 504 $ $kWt$,
где $\rho$- плотность воды...

*Извините если будут какие-нибудь ошибки, я пишу тег Math в первый раз.

Давайте просто обмозгуем:
$v$ - скорость реки; $v=$ 1 $\frac{m}{c}$
$d$ - диаметр узкой части; $d=$ 1 $m$
$D$ - диаметр широкой части; $D=$ 3 $m$
$d_1$ - размах лопастей; $d_1=$ 0,5 $m$
$\rho$ - плотность воды; $\rho =$ 0,5 $m$
$Q$ - расход воды; $Q=\dfrac{\pi D^2\cdot v_1}{4}= 7 $ $ \frac{m^3}{c} $
Значит объем воды $V$, протекающий за время $t =$ 1 $c$, $V =Qt=7$ $m^3
Масса этой воды $m=\rho \cdot V=7$тонн
Кинетическая энергия данной воды, перемещаемой в пределах внешнего диаметра $E=\frac{mv^2}{2}=\frac{7000}{2}=3,5$КДж.
Соответственно мощность потока $N=3,5$КВт(Время - 1 секунда)
Данная мощность является МАКСИМАЛЬНОЙ, которую вы сможете получить в пределах данной окружности в 3 метра. А "504 КилоВатта" Вы получили потому, что:
- Не учли того факта, что в данном случае при уменьшении меньшего диаметра обечайки, расход воды неизбежно уменьшиться, с повышением скорости иначе это противоречит закону сохранения энергии.
- Просто воде будет проще обойти данную конструкцию, чем "втискиваться в узкий желоб".

Может я и некорректно объяснил, но суть в том, что вы не сможете получить больше энергии, чем забираете обечайкой. Вот и все.
Ну а вообще идеал, без трения об стенки, 100% КПД турбины и внутренним диаметром лопаток турбины, равен 3,14КВт.(посчитал, формулы влом выкладывать ) Разумеется, конечная цифра будет в районе 1-2КВт, Вот и думайте... Проще 1 ГЭС поставить, мощностью 5МВт или 3 тысячи таких штук, радиусом 3 метра, а потом их обслуживать...

Я конечно полностью за второй вариант, но надо бы элементарно посчитать стоимость такой штуки, её конечную мощность, узнать сумму, на которую надо раскашелиться, что-бы сравняться с ГЭС, которую там можно постоить ну и сделать вывод, что дешевле А уж еси будет все кутотень, только тогда в Минэнерго "закидывать".

Ну и кто будет модель этой штуки делать?

-- Вс окт 11, 2009 21:27:45 --

Извините, некорректно написАл:
$\rho =1000$ $\frac{m^3}{kg}

-- Вс окт 11, 2009 21:28:49 --

Плотность воды - 1000, а не 0.5 (кубометров на килограмм)

[Батороев]

Qx15(RUS) в сообщении #251000 писал(а):

Не учли того факта, что в данном случае при уменьшении меньшего диаметра обечайки, расход воды неизбежно уменьшиться, с повышением скорости иначе это противоречит закону сохранения энергии.

Согласно закона неразрывности расход воды не изменяется. По крайней мере, для идеальных жидкостей.

Qx15(RUS) в сообщении #251000 писал(а):

Может я и некорректно объяснил, но суть в том, что вы не сможете получить больше энергии, чем забираете обечайкой. Вот и все.

Никто не собирается отменять закон сохранения энергии.
Помимо рассмотренной выше кинетической энергии в потоке воды присутствует потенциальная энергия.
Запишем уравнение Бернулли для сечений входного отверстия и суженной части:
$ p_1+\dfrac{\rho v_1^2}{2} = p_2 +\dfrac{\rho v_2^2}{2} $
где в данном случае $p$ - давление воды.

Преобразуем выражение:
$ p_1-p_2= \dfrac{\rho v_2^2}{2}-\dfrac{\rho v_1^2}{2} $

и домножим на $Q$:

$ Q(p_1-p_2) = \dfrac {\rho Qv_2^2}{2} - \dfrac {\rho Qv_1^2}{2} $
В правой части получаем увеличение кинетической энергии, приведенной к единице времени (мощности), а в левой - уменьшение потенциальной.

Qx15(RUS) в сообщении #251000 писал(а):

Плотность воды - 1000, а не 0.5 (кубометров на килограмм)

$\rho = 1000$ $\frac {kg}{m^3} $ (килограмм на кубометр).

[Кардановский]

Батороев: Мне тоже это поприще знакомо изрядно...Я тоже не очень то разбогател в России на этой ниве,но пока держусь хотя бы на плаву. Что делать! Не очень то повезло нам со временами,а,возможно, и с очень тяжким на инновации менталитетом окружения...

[Батороев]

Кардановский: Я писал про обнищание - в те времена, когда занимался внедрением.
"Все несли в дом, я - из дома; многие несли с предприятий, я - на предприятие".
С братом покупали станки, оборудование, мастерили опытные образцы технологических установок и т.д. (хотя могли бы эти же деньги пустить на другие цели). Когда наконец-то сумели создать опытную технологическую линию, оказалось, что никому она и не нужна. Шла приватизация и все руководители заняты были банкротством собственных предприятий с целью последующей их скупки за бесценок. На кой им нужны были новые технологии?
Было это в середине 90-х.
Потом и я поправил свои дела, отойдя от внедренческой деятельности.

[Кардановский]

Батороев: Все понятно! Я сам через эти перипетии нашей истории прошел...

[Батороев]

Кардановский
Будем надеяться, что эти перипетии канули в лета и что сейчас - другие времена.

Оптимизм - двигатель прогресса!

[Qx15(RUS)]

Батороев:
Извините, с плотностью я что-то намудрил, пока эти "дфраки" писал, в общем неправильно.
Не учел того, что потенциальная энергия уменьшается. Наверно потому, что не имел представления о ней
И все таки, как вы увеличили кинетическую энергию с 3,5КВт до 504? Неужели за счет потенциальной? Но ведь на выходе из узкой части в широкую (вторая обечайка), потенциальная энергия вновь ВОЗРАСТЕТ, в отличии от кинетической энергии, часть которой мы уже забрали. Получается, что она на время уменьшилась и увеличилась, вернувшись к исходному значению. Ни какой работы она не должна совершать, поскольку за полный цикл не изменИлась. За значит, что и брать ее в расчет не нужно. Откуда у вас 504КВт мощности с еле ползущей речки получилось?

Мое творчество не совпало с 90ми годами, поэтому я не думаю так пессимистически об этой идее.

[Батороев]

Qx15(RUS)
Я показал, в каких пропорциях может происходить переход потенциальной энергии в кинетическую в самой воде.
Естественно, что все 504 кВт мы не "снимем".
Более того, чтобы получить такую кинетическую энергию (приведенную к единице времени) требуется $ \Delta p =0,7$ $\frac {kg}{sm^2}$. А такая разность, даже в стоячей воде, может существовать на глубинах не менее 7 м.
Так, что вопросы, конечно есть.

Но существуют и другие эффекты, об одном из которых (наблюдавшийся немцем Гербрандом и прибавивший мне оптимизма ) несколько дней назад узнал из статьи Ю. С. Потапова (http://www.transgasindustry.com/books/Potapov/3.html).
Так, что нужны исследования.

Что касается воды, выходящей из установки, то по-видимому с ней происходит то же, что и с водой, вытекающей из обычной ГЭС. Что именно, я не знаю. Может быть, она становится холоднее.

-- Ср окт 14, 2009 12:08:25 --

Кстати, обратите внимание: в конце статьи упоминается эффект "гидравлического тарана". На мой взгляд, немаловажный эффект в рассматриваемом вопросе.

[hlop]

Здравсвуйте.
Увы идея не найдет своего развития для крупных электростанций.
Ну начтенм с того, что гидростанции занимают в энергосистеме вполне определенную роль пиковых электростанций, т.е. тех которые быстро заполняют срочную потребность потребителей в энергосистеме и столь же быстро отсанавливаются без потери устойчивости и аварийных ситуаций (естественно в разумных пределах этой теме посвященны курсы "переходных процессов" в энергетичеких вузах, которые наши чубайсята-торгаши скупившие энергетику явно не слушали). Ни одна другая электростанция, из существующих, кроме пожалуй дизельной не обладает такой мобильностью.
Еще один неучтенный фактор, у нас волновая трехфазная энергосистема поэтому частота вращения генератора имеет принципиальное значение и никакой редуктор (я смеялся) тут не поможет.
Для удовлетворения двух вышеперечисленных условий Вам все равно придется делать "накопитель" потенциальной энергии, т.е. мы опять приходим к плотине.
Я здесь избегну гидродинамических выкладок все неплохо показал Qx15(RUS)
Затем я впоследнее время часто слышу (и здесь на форуме упоминалось) предложения заменить большие ГЭС чередой маленьких. Мысль прямо скажем дурацкая. Я не буду разводить рассуждения о качестве энергии, то бишь энтропии и эксергии, и их связи с напряжением. Присутсвующие здесь физики думаю разбираются в этом лучше. Приведу лишь конкретную техничекую причину. Для того чтобы при нынешних технологиях передать электроэнергию на большие расстояния при небольших эксергетических потерях ее напряжение должно иметь порядок десятков и сотен кВ (лень сейчас копаться в справочниках в поисках все равно Вам не нужных цифр). Повышающие трансформаторы таким образом "сожрут" у Вас львиную долю выработки этих малых электростанций. Грубо говоря, от милиарда батареек все равно не получить такого же количества энергии и такого же напряжения как и от одного пром. генератора. Я уж молчу о расходах на обслуживание.
Но не все так мрачно.
Для малой энегретики на небольших речках, да такие проекты весьма переспективны и перед развалом Советсвкого Союза их много предлагалось для небольших горных или дргугих узких быстротекущих речек. Помню была даже воплощена в железе небольшая переносная гидроэлектростанция для туристов (я тогда еще в школе учился и интересовался такими штуками). На последнем съезде ЦК КПСС была даже выдвинута идея развития малой энергетики, чтобы сгладить пиковый нагрузки с больших электростнаций и тем самым повысить общий КПД энергосистемы, но потом стало не до того.
Так что дерзайте идея интересная, но реальной альтернативы большим электростанциям она не сделает.

[Кардановский]

Батороев: Времена,на самом деле,изменились по-сути своей не очень то с 90х. Просто мы стали другими... hlop: Так никто же не предлагает немедленно демонтировать все существующие уже ГЭС! Обсуждается ведь только проектная идея на будущее!

[Qx15(RUS)]

Вот это статья! Авторы конечно немного сомневаются в теории, но рядом же вполне реальные факты. Но тут слишком много факторов, формул, что-бы здесь все правильно посчитать. Тут эксперимент нужен и точка.

hlop в сообщении #251629 писал(а):

...гидростанции занимают в энергосистеме вполне определенную роль пиковых электростанций, т.е. тех которые быстро заполняют срочную потребность потребителей в энергосистеме и столь же быстро отсанавливаются без потери устойчивости и аварийных ситуаций (естественно в разумных пределах этой теме посвященны курсы "переходных процессов" в энергетичеких вузах, которые наши чубайсята-торгаши скупившие энергетику явно не слушали). Ни одна другая электростанция, из существующих, кроме пожалуй дизельной не обладает такой мобильностью.

Это можно решить 2 способами: Увеличить кол-во энерго-установок или создать промышленный аккумулятор.
С первым все просто: Увеличивать до тех пор, пока не удовлетворим пиковую потребность. Ведь с помощью таких установок у нас открывается 3 измерение - у нас в распоряжении весь объем воды с ее огромной инерцией, а не ее "плотинная" плоскость. Ими можно все дно усеять и удовлетворить любые постоянно растущие потребности, просто добавляя элементы со временем. А плотина - построил и все, больше не выжмешь...
Второй вариант как альтернатива. Ведь кол-во потребляемой энергии постоянно варьируется, а значит можно поставить среднее-арифметическое кол-во установок и создать аккамулятор, компенсирующий перепады потребления. Но это же государственный, гигантский масштаб! Запасать энергию можно различными способами, но мне кажется здесь самый простой в реализации, дешевый, неприхотливый и окупающий себя - электролит! Если мы строем огромные плотины, что мешает построить огромный аккамулятор! Возмем участок суши, выроем бассейн, размерами в два-три раза больше олимпийского
закроем от солнца и дождя крышей. Далее засыпем туда две кучи металлолома(анод и катод) со свалки. Зальем это раствором какой-нибудь химической хрени, которую каждый день сливают тоннами, главное, что-бы на этом металлоломе осаждались ионы, не дающие газов и валя! Вот и гиганский аккамул!

hlop в сообщении #251629 писал(а):

Еще один неучтенный фактор, у нас волновая трехфазная энергосистема поэтому частота вращения генератора имеет принципиальное значение и никакой редуктор (я смеялся) тут не поможет.
Для удовлетворения двух вышеперечисленных условий Вам все равно придется делать "накопитель" потенциальной энергии, т.е. мы опять приходим к плотине.

Ну вообще здесь планируется вначале создать энерго-систему в постоянным и низким напряжением. Затем это напряжение трансформировать в трехфазное(наверняка есть установки, хоть в КПД в 70%), и поэтапно(100в->1000в->10кв) увеличить этот трехфазный ток до приемлимого для передачи уровня. Хотя как это все сделать, без понятия

[Батороев]

hlop в сообщении #251629 писал(а):

Затем я впоследнее время часто слышу (и здесь на форуме упоминалось) предложения заменить большие ГЭС чередой маленьких.

А с чего Вы взяли, что мы обсуждаем строительство маленьких ГЭС?
Трехметровая гидроустановка - это только начало.
В последствии совместно с US и нашими кубинскими друзьями построим каскад подводных ГЭС во Флоридском проливе.
Расход воды в этом проливе в 20 раз превышает общий расход всех рек мира, скорость течения ~2 м/с и плотину не построишь - глубина до 1,5 км, а наименьшая ширина - 80 км.

А представляете, какое там количество энергии?!
Хватит на то, чтобы продавать энергию близлежащим странам, а на вырученные деньги затем потихоньку скупить всю Южную Америку.

[barga44]

Этот принцип давным ждввно импользуется во всем мире.Если вы используете гугл, то возле Монреаля , а он как бы стоит на острове в верхней части исполтзуетмя именно такая схема гидроэлектростанции.Никакого затопления нет.И плотины не надо, круглый год работает выработка элекитроэнергии.Здесь не используется теплоцентлали нигде.
\поэтому в доимах используется в 3 раза меньше электроэнергии для отопления домов, чем в России.
\поэтому и ненужно

[Батороев]

Погуглил. Ничего, кроме маловразумительных схем (http://images.yandex.ru/yandsearch?text=%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D1%86%D1%8B&stype=image), при помощи которых одна британская фирма пытается пустить гос. средства на ветер под воду, не нашел.