Гидроэнергетика.

[Батороев]

Dmitro
Откровенно говоря, не понял суть Ваших претензий.
Если я не прав в отношении того, что кпд ГЭС не стопроцентная по отношению к энергии воды, так это очевидно.
Если Вы считаете, что предложенная мной схема малоэффективна, так я уже не раз говорил, что не знаю, какую часть энергии потока воды мы снимем и поэтому нужны эксперименты.

Dmitro в сообщении #275751 писал(а):

Посмотрим с другой стороны. Если на выходе из турбины скорость воды меньше чем на входе, то давление на выходе соответственно будет выше. Количество воды ведь не изменяется. Плотность, кстати, тоже. Разряжение-сжатие здесь ни при чем. Тогда возникает вопрос – почему же вода вообще перемещается от более низкого давления к высокому, да еще при этом и отдает энергию?

По-видимому, потому же, почему Волга впадает в Каспийское море.

[Dmitro]

Уважаемый Батороев. Нет никаких претензий. Не хотел Вас обидеть.
К.п.д. конечно же не 100%, это ясно. Пример Волги и Каспийского моря, мне кажется здесь не совсем правилен, Волга же течет не в трубе. Ну да ладно.
Я просто хотел подтолкнуть к ответу на вопрос, который вы поставили в первом сообщении.

Цитата:

Почему гидроэнергетика пошла по пути подъема уровня воды в водохранилищах

Отвечаю. Главная особенность: вода (носитель энергии) движется поступательно, а турбина – вращательно. В преобразовании кинетической энергии поступательного движения в кинетическую энергию вращательного движения и заключается смысл. А преобразование осуществляется просто. Если посмотреть на канал по которому вода подается в турбину в плане, то сначала он имеет прямой участок по которому вода разгоняется, а затем улиткообразное закругление, где собственно кин. энергия потока воды преобразуется в кин. энергию вращательного движения. Эта энергия и преобразуется в электрическую.
Разберемся с энергиями. В верхней точке входа воды она имела энергию $E_1=\frac {mV_1^2} 2$. При движении вниз энергия поступательного движения воды увеличивается за счет потенциальной $E_2=E_1+E_{pot}$. Эта энергия преобразуется в энергию вращательного движения, и часть ее отбирается турбиной. В идеале эта часть - только $E_{pot}$. На выходе из турбины имеем поток воды движущейся поступательно с энергией $E_3=E_1$. Если сечение канала не изменяется.

В итоге, в электрическую преобразуется добавочная кинетическая энергия вращательного движения, получаемая из потенциальной за счет высоты плотины. А энергия воды на входе (сверху) и выходе – одна и та же. (не переживайте VladimirKu вода не остановится). И значения скорости воды на входе и выходе не важны. Линейная скорость выходного потока определяется в основном сечением ну и качеством обора энергии турбиной.

Конечно, изложено грубо. Без потерь, особенностей течения, влияния сечений, и т.д. Можно, конечно пообщаться об особенностях перераспределения энергии, отношения энергий на входе и выходе, но в целом смысл именно во вращательном движении потока.

Вывод 1. В общем-то, принцип закручивания воды необходимо реализовывать при построении малых, подводных и т.д. ГЭС. Например на внутренней поверхности входного подводного конуса установить резбообразущие ребра. Или вообще использовать не конус, а трубу с внутренней резьбой типа «большая длинная гайка», можно, конечно в итоге всему потоку предать вращательное движение. Но выходить вода будет из агрегата с той же линейной (вдоль оси) скоростью, что и входила. Интересно бы проверить экспериментально.
Вывод 2. Думаю, тема исчерпана.

А про к.п.д. я возмутился, потому что при определении к.п.д. нужно четко определиться какие мощности к каким относить.

П.с. Мне показалось, что в обсуждении гидроэлектростанцию кто-то называл ГРЭС. Это не правильно: ГРЭС – государственная районная электростанция. ГРЭС это тепловая электростанция, сокращенно ТЭС. А гидроэлектростанция – это ГЭС.

[Батороев]

Dmitro в сообщении #276031 писал(а):

Уважаемый Батороев. Нет никаких претензий. Не хотел Вас обидеть.

Помилуйте! Я не из тех, .. на которых воду возят. Просто не все понял в предыдущем Вашем сообщении.
Спасибо за последующие разьяснения!

Dmitro в сообщении #276031 писал(а):

Вывод 1. В общем-то, принцип закручивания воды необходимо реализовывать при построении малых, подводных и т.д. ГЭС. Например на внутренней поверхности входного подводного конуса установить резбообразущие ребра. Или вообще использовать не конус, а трубу с внутренней резьбой типа «большая длинная гайка», можно, конечно в итоге всему потоку предать вращательное движение. Но выходить вода будет из агрегата с той же линейной (вдоль оси) скоростью, что и входила. Интересно бы проверить экспериментально.
Вывод 2. Думаю, тема исчерпана.

Я тоже задумывался над закручиванием воды на входе.
Но потом пришла мысль, что и линейное движение воды, по-видимому, также можно неплохо преобразовывать во вращательное движение винта-зонтика (описанного выше). При этом я исходил из следующих соображений: Представим, что имеется щит, установленный поперек течения реки. Давление воды перед щитом больше, чем за ним. Если в щите просверлить отверстие, то скорость воды в отверстии будет больше, чем скорость реки. Увеличиваем толщину щита (увеличивается сопротивление стенок отверстия) с одновременным снятием больших фасок с обеих сторон отверстия (с целью уменьшения указанного сопротивления). Если пренебречь некоторым увеличением трения о стенки отверстия, считаем, что данная схема эквивалентна предыдущей. Принципиально полученная схема не отличается от двойного конуса. Следовательно, в конусе за счет разности давлений на входе и выходе имеем некоторое увеличение кинетической составляющей энергии воды (не исключаю того, что мои рассуждения довольно дилетантские, но и особых противоречий не нахожу).

Использование винта-зонтика удобно тем, что установив его в выходном конусе в непосредственной близости от суженной части, за счет осевого перемещения можно регулировать скорость его вращения в зависимости от изменений расхода воды (например, в период паводков на реке или в случае использования данной конструкции на приливно-отливных установках).
Если лопасти винта выполнить упругодеформируемыми, то снижается опасность их поломки из-за чрезмерно большого напора или от контакта с инородными предметами.

[Nero]

Представим себе, что имеется высокая воронка с краником внизу. наливаем в неё воду, а затем открываем кран. Скорость течения воды в узкой части из крана будет намного больше, чем в верхней части, значит скорость воды должна быть больше. Если опустить эту воронку в поток воды, то скорость в узкой части должны увеличиться, но увеличение скорости будет намного меньше из-за повышенного сопротивления воды, завихрений за широкой частью и торможения медленнее текущей жидкостью на выходе. Общее ускорение должно быть небольшим.
С турбинами работающими на малых оборотах есть другие серьёзные проблемы, копирую из http://altinfoyg.narod.ru/otnoae.html -
"С подводными генераторами целый ряд проблем. Попробуем сравнить подводный генератор с обычным генератором для ГЭС. Для нормальной работы генераторов нужна большая скорость вращения ротора. Чтобы генератор мог давать существенное количество энергии при малых скоростях воды придется принимать технически сложные меры. Если, например, скорость вращения винта подводного генератора будет один оборот в минуту, а для нормальной работы генератора надо тысячу оборотов в минуту, то редуктор с таким передаточным числом будет иметь огромные потери. Это близко к тому, что, вращая часовую стрелку механических часов, попытаться вращать секундную стрелку. Механизм, скорее всего, просто разрушится. В этой ситуации чтобы компенсировать потери энергии при вынужденном снижении оборотов надо увеличивать размеры генератора. Кроме того, надо увеличивать количество полюсов генератора, что уменьшит выход электроэнергии. В результате некоторого компромиссного варианта получаем более громоздкий, маломощный и ненадёжный генератор, чем генератор на ГЭС. В нижних слоях воды скорость подводных течений намного меньше, чем в верхних. Закрепить огромный генератор под водой на большой высоте практически не реально. Если на лопасти винта действуют течения с разными скоростями, то это приведёт к большим механическим нагрузкам на винт. И конечно для такого генератора понадобится многокилометровый подводный силовой кабель. Если от плохой смазки, некачественной прокладки (при дефиците нефтепродуктов) или от нарушения герметичности и попадания морской воды выйдет из строя генератор, то его замена под водой и ремонт будут стоить во много раз больше, чем на ГЭС."

[neyromancer]

Идея ГЭС с высокой скоростью потока воды не нова.
См. ГЭС с ковшовыми турбинами. На большой высоте ставится плотина (играет перепад высот), от неё прокладывается коническая труба, на выходе которой вода идёт с огромной скоростью, вращая турбину. Например Гизельдонская ГЭС.

[Ponchik]

Батороев в сообщении #227732 писал(а):

Вот возник такой вопрос:
Почему гидроэнергетика (производство электроэнергии на гидроэлектростанциях) пошла по пути подъема уровня воды в водохранилищах ("по пути накопления потенциальной энергии воды"), но не применяет возможность увеличения скорости воды ("по пути увеличения кинетической энергии воды")?
Вопрос навеян воспоминаниями пребывания на Катуни (Алтай).
В отдельных узких местах реки течение настолько мощное, что как мне кажется, вполне могло бы вращать электроагрегат средней мощности.
Любуясь же на рыбалке на полноводную и спокойную Обь и вспоминая Катунь, пришел такой вопрос: а что получится, если в некотором месте сузить русло реки?
Как мне представляется, если сужение выполнить довольно плавным, уровень реки при этом хоть и несколько поднимется, но не до таких же величин, чтобы затопить десятки населенных пунктов и сотни тысяч гектаров пахотных земель, как это произошло при строительстве Новосибирской ГЭС?
Предвижу, что капитальные затраты на кВт электроэнергии могут оказаться выше, чем при строительстве "классической" ГЭС, но все равно рано или поздно окупятся.
А не окупятся, так хоть подарок правнукам сделаем.
Им же без нефти и без газа жить. :)

Движение воды можно сравнить с электрическим постоянным током. (То есть смоделировать).
Тогда, перепад уровней воды в истоке и в устье, который можно назвать напором или давлением водного потока, будет соответствовать напряжению между полюсами источника электрического тока.
А расход (поток) воды будет соответствовать электрическому току.
Гидравлические сопротивления будут соответствовать электрическим.
Вспомним, что мощность электрического тока равна произведению тока и падению напряжения на данном участке цепи. Тогда и мощность гидроагрегата будет равна произведению потока и напора.
Другими словами. Чтобы турбина не останавливалась под нагрузкой, к ней должна быть приложена большая мощность. Мощность турбины определяется потоком воды и давлением на лопасти. Чем больше будет давление на лопатки, тем с большей силой турбина будет крутиться; и чем большее количество воды в единицу времени пройдёт через турбину, тем больше будет произведено работы. Другими словами — чем крупнее турбина, тем она мощнее. (Кстати, мощность турбины регулируется как раз расходом воды через неё, с помощью особой задвижки, называемой направляющим аппаратом).
В Вашем предложении расход воды сохраняется, но вот давление (т.е. сила давящая на лопатки турбины) уменьшается очень намного. Соответственно, уменьшается и мощность гидроагрегата. (Примерно в сотни раз). То есть, перегородив реку (например, Обь) громадным безнапорным (вернее, малонапорным) гидроагрегатом мы получим очень мало электроэнергии при очень больших капитальных затратах.
P.S.
Инженерное (и изобретательское) искусство это — не только конструкторское, но и экономическое — как с наименьшими затратами получить наибольший полезный эффект.

[Nero]

Согласен. Главное перепад высот, который даёт скорость падения воды и количество воды проходящее через турбину, от которого зависит количество полученной энергии.

[Батороев]

Ponchik в сообщении #354092 писал(а):

В Вашем предложении расход воды сохраняется, но вот давление (т.е. сила давящая на лопатки турбины) уменьшается очень намного. Соответственно, уменьшается и мощность гидроагрегата. (Примерно в сотни раз). То есть, перегородив реку (например, Обь) громадным безнапорным (вернее, малонапорным) гидроагрегатом мы получим очень мало электроэнергии при очень больших капитальных затратах.
P.S.
Инженерное (и изобретательское) искусство это — не только конструкторское, но и экономическое — как с наименьшими затратами получить наибольший полезный эффект.

Расход воды в расчете на сутки, месяц, год в обоих случаях одинаковые. Единственное различие в том, что при сужении русла - расход постоянный, при плотинной ГЭС сброс воды происходит периодически.
То же самое касается и энергии воды. Накапливая воду, тем самым накапливают потенциальную составляющую энергии воды, которую затем используют - и тоже периодически, в отличие от второго варианта, при котором используется только кинетическая составляющая, но постоянно (по времени). Поэтому сравнивать два варианта в конкретный момент времени не следует.
Что касается экономических затрат, то на мой взгляд, постройка сужающих дамб намного дешевле строительства плотин, которое помимо этого зачастую сопровождается затоплением больших территорий пахотных земель, лугов, поселков, деревень, лесов и т.д.
Кроме того, я не страдая гигантизмом, не предлагаю перегораживать реки полностью, а лишь строить отводные сужающиеся каналы.

Кстати, моя идея на поверку, оказывается не нова. Примерно таким образом строится в настоящее время ГЭС недалеко от Рио-де-Жанейро. С целью избежать затопления небольшого городка строители пошли на строительство 30-ти километрового отводного канала, причем значительная его часть пройдет по тоннелям. Лишь на конечном участке воду разгонят при помощи ступени, обеспечивающей 30-ти метровый перепад. При этом о накоплении воды (т.е. о наличии каких-либо затворов и пр.) в фильме канала "Дискавери", как мне кажется, не упоминалось (смотрел фильм не внимательно, т.к. был занят).

[Nero]

У нас для использования текущей воды есть изобретение электростанции Линёва, это привод на поплавках вроде транспортёрной ленты с лопатками и редуктор с генератором. Существует также изобретение привода, похожего на шнек. Из этих приводов можно собирать длинные цепочки, а энергию вращения можно использовать хоть на получение электричества, хоть для насосов для полива.

[Виктор Ширшов]

Qx15(RUS) в сообщении #249607 писал(а):

Идейка неплохая... Вот только место для строительства прийдется осушить, из бетона же строиться... То есть речку надо перекрыть...

В самом деле идея хорошая. Место для строительства сушить не надо. Как геолог могу сказать, ГРЭС надо строить там, где в ложе русла реки залегают устойчивые к механическому разрушению породы. А речку можно перекрыть после прокладки другого русла. Как это сделать, сами догадайтесь.

Батороев в сообщении #227732 писал(а):

Как мне представляется, если сужение выполнить довольно плавным, уровень реки при этом хоть и несколько поднимется, но не до таких же величин, чтобы затопить десятки населенных пунктов и сотни тысяч гектаров пахотных земель, как это произошло при строительстве Новосибирской ГЭС?

А мне представляется, сужение русла вообще не приведёт к какому-нибудь повышению уровня воды в реке.
Строительство водохранилищ для современных ГРЭС привело к уничтожению больших площадей заповедных лесов огромного числа материальных памятников: только курганов затоплено тысячи. Да и сейсмостойкость в затопленных регионах нарушилась.

[Батороев]

Бывает же такое! Много раз читал сообщения в теме "Ветроэнергетика", но ни разу не удосужился заглянуть в корень темы.
Вместе с тем, в пилотном сообщении PSP есть ссылка на статью, в которой в принципе многое про предлагавшиеся мной "сопла" (в статье - концентраторы) разъясняется.
Разница в том, что рассматриваются разные среды, на мой взгляд, не столь существенна. Таким образом, в статье объясняется, что "соплом" можно увеличить скорость воды, но ограниченно. Вместе с тем, остаются вопросы, какова величина этого ограничения для воды и эффективно ли при этом применение "сопел" для гидроустановок?

[Nero]

Я давненько учился в школе, точного определения не помню, но по смыслу: "работа, которую совершает тело при опускании зависит от разности высот и не зависит от пройденного пути". Но эта формулировка будет верной без учёта сил трения. При плавном снижении уровня воды, энергия будет меньше за счёт торможения за неровности дна.