Супермалые вихревые гравитационные гидроэлектростанции

Революционным подходом в технологии вихревых гидроэлектростанций является лечебный и оздоровительный эффект при естественной экологической очистке воды.

Технология предусматривает очистку воды для плавательных бассейнов и прудов на основе естественного устойчивого природного метода. Используются естественные возможности для эффективного биологического разложения загрязняющих и биогенных веществ в воде.

В поиске решений особое внимание было уделено механизму естественного биологического разложения в природных реках. Таким образом, была создана искусственная модель естественной самоочистки реки в природных условиях.

Она состоит из зоны аэрации и зоны биологического разложения:

На поверхности воды, например, после прохождения каменистого порога или при обтекании подводных валунов, вода в вихревом потоке всасывает воздух вглубь, образуя водовороты (воронки).

Такое поведение воды воздействует на качественные процессы очищения внутри нее. Если вода содержит достаточно питательных веществ (кислорода), то речные растения будут хорошо развиваться и наращивать гармоничное биологическое разложение отходов жизнедеятельности.

Это верно для естественных природных потоков, но не для регулируемых речных массивов с плотинами, искусственными озерами и т. д.

Именно вихревое вращение воды в естественных реках привело к идее ограничительной емкости для одного гигантского вихря воды внутри нее. Концентрированный водный вихрь представляет собой зону аэрации, которая может быть интегрирована в систему взаимообратного антропогенно-очистного трубопровода соединенного со специальным прудом-бассейном и рекой.

Такая система регулирует и активирует процесс самоочищения.

Это новаторская технология, которая естественным образом улучшает качество воды в реках и водоемах и производит зеленую энергию без вредных выбросов.

К нулевым тепловым выбросам СО2 в сфере гидроэнергетики можно прибавить новое позитивное свойство технологии, работающее на будущее - естественная аэрация воды.

Система работает на основе инициации гигантского вихря воды с вертикальной осью вращения, так называемый вихрево-гравитационный водный поток.

Вихрево-гравитационный водный поток работает следующим образом:

• увеличивает площадь поверхности воды;
• увеличивает скорость потока на поверхности воды;
• способствует однородному распространению загрязняющих веществ в воде;
• увеличивает контактность загрязняющих веществ и микроорганизмов с водными растениями;     

• вызывает естественное аэрирование воды, которое в свою очередь, запускает механизмы самоочищения;

• способствует уменьшению эффекта теплового испарения воды, за счет охлаждения воды в процессе аэрации; 

• создает естественным образом периферийные зоны льда зимой, что помогает системе не покрываться льдом зимой. От этого система работает круглогодично и в зимнее время тоже;     

• концентрирует плотную воду (вода при 4 °C) в кольцеобразный центр который обеспечивает выживание микроорганизмов как можно дольше;

• контролирует замедление потока воды через систему трубоотводов и соединение с очистным прудом, где вода постоянно обновляясь в медленном потоке,  в тоже время, отстаивается и годна для использования в хозяйстве;    

• инициирует сосредоточение энергии вращения в кольцеобразный центр с возможностью использования ее в целях выработки электроэнергии.

• Производство гидроэлектроэнергии  в местах водосброса с малой высоты падения;  

• Производство гидроэлектроэнергии на экологически чувствительных малых и больших реках; 

• Производство гидроэлектроэнергии с требуемыми мощностями от 1kW до 150kW  электроэнергии;    

• Система для улучшения качества воды в реках;  

• Активация и регулировка функции удержания воды в реке;   

• Предоставление остаточного потока в реку;   

• Естественная очистка сточных вод с системой прудов;   

• Производство биологически активной питьевой воды естественным образом;    

• Аэрация воды в прудах.

Инновационная система на основе вихревого потока воды позволяет использовать ее в качестве многоразовой очистки естественным образом.

Вихрь однородно распространяет загрязняющие вещества в воде и повышает контактность и взаимодействие загрязняющих веществ, водных микроорганизмом и растений.

 Так  процесс биологической очистки воды существенно ускоряется.

Из-за нехватки проточности в регулируемых реках процесс обновления и самоочищения сильно ограничен, и качество воды неуклонно снижается.

Вихревые электростанции являются надежным средством для активации процессов биологического самоочищения именно в регулируемых реках с застойной водой.

Река может успешно аэрироваться в специально построенных системах, представляющие собой  вертикальные баки с вихревым гравитационным вертикальным потоком воды в выборочных местах. 

Качество воды в реках будет сохраняться и контролироваться.

Грунтовые воды будут сохранены в регионе даже в засушливые сезоны.

Улучшение качества воды повышает уровень обитания живых организмов в реках.

В будущем, за счет такого подхода, будет существенно легче получить естественные источники питьевой воды.

Такие системы аэрации предусматривают водоемы-пруды для купания и разведения рыб.

Водоемы-пруды являются важной частью в системе очистки воды путем увеличения биологического разложения загрязнителей и питательных веществ.

Благодаря такому подходу, вода в таких прудах может всегда оставаться свежей

Вращение водного вихря в цистерне интегрированной с трубопроводом и прудом антропогенной очистки активирует функцию разложения микроорганизмов и водных растений.

Самое большое преимущество вихревой электростанции состоит в том, что не нужно предусматривать отдельную систему для безопасной жизнедеятельности рыб.

Рыбы свободно могут проходить через водный поток вихревой электростанции в обоих направлениях.

В долгосрочной перспективе развитие инженерии водного вихря является самостоятельным энергетическим направлением устойчивой гидроэнергетики.

Сегодня малые гидроэлектростанции на основе вихревого потока вырабатывают от 0,7 до 2 МВт.

Новые турбины способны вырабатывать до 100 кВт каждая.

Первая вихревая электростанция (8 кВт электроэнергии) эксплуатируется в Австрии с февраля 2006г. и уже выработала к декабрю 2008г. свыше 120 тыс. кВт.

Постоянно совершенствуются гидродинамические показатели турбулентной циркуляции воды.

Первая в мире вихревая гидроэлектростанция использует энергию вращения одного гигантского вихря воды.

Он является важной вехой в развитии гидродинамики, потому что в прошлом требовалась дополнительная энергия для аэрации воды - теперь аэрация это часть естественного процесса по производству электрической энергии.

Уже в первый год эксплуатации изобретение австрийского инженера Франца Зотлотерера произвело 50 тыс. кВт. Этой электроэнергии хватило в среднем на 14 европейских домохозяйств.

Первая в мире вихревая гидроэлектростанция находится в местечке Obergrafendorf (10 км к юго-западу от St.Pölten в Австрии в Центральной Европе).

Она является открытой и доступной для посетителей. Осмотреть ее можно в процессе увлекательной поездки на велосипеде по велодорожке вдоль реки Pielach.

Технические характеристики гидроэлектростанции в Obergrafendorf:

•  используется падение высоты 1,3 м

• скорость потока 1м ³ / с

• диаметр вращения ротора 5,5 м

• установленная мощность турбины 13 кВт

• электрическая мощность на выходе 8 кВт

• эффективность турбины на 80% 3 / 3, 83% на 2 / 3 и 76% на 1 / 3 от максимального расхода

• скорость турбины -  25rpm

• инвестиционная  себестоимость примерно 40 тыс. €

• достигнутый рабочий потенциал 50 тыс. кВт в первый год, начиная с февраля 2006г., фактически общий объем производства электроэнергии составляет более 120 тыс. кВт

• генератор вырабатывает электроэнергию от вращения мощной турбины   

• эффективность турбины больше 80%

• для хорошего функционирования расходы могут отличаться от 30% до 100%

• система аддитивного регулирования повышает эффективность в нижней части турбины.

• турбина может работать как с постоянной, так и с переменной скоростью

• низкая скорость турбины устраняет опасность для рыб и микроорганизмов.

• турбина не требует закрытого сетчатого экрана - мелкие обломки могут пройти сквозь лопастные проемы турбины

• турбина может быть изготовлена из изогнутой листовой стали и собрана на болтах.

Вихревые гидроэлектростанции

• Диапазон производительности до 150 кВт;

• Минимальная высота водосброса от 0,7 м;

• Общая эффективность более 70% - повышенная эффективность на более низких высотах;

• Система регулирования не является необходимой для контроля расхода в диапазоне от 30 до 100%;

• Малые обломки могут проходить сквозь турбину;

• Поток вихревой электростанции не дробится на мелкие потоки, поэтому безопасен для рыб и микроорганизмов;

• Вода вихревой электростанции позволяет рыбам пройти в обоих направлениях;

• Вихревая станция уменьшает колебания температуры воды;

• Вихревая электростанция является естественным источником аэрации и активатором биологической очистки воды. Улучшает экологию водного потока;
• Из-за низкой высоты падения воды вихревые электростанции легко интегрировать в окружающую природную среду;
• Возможно строительство небольших и не капиталоемких по вложениям гидроэлектростанций для децентрализованного автономного энергоснабжения.

ГЭС  с  турбинами системы Каплан или Фрэнсис

• Диапазон производительности до 100 МВт и более;

• Минимальная высота водосброса от 2 м;

• Общая эффективность малых ГЭС от 70 до 80%, ее снижение на более низких высотах падения;

• Дорогостоящая система регулирования состоит из регулируемых лопаток (Kaplan) и направляющего аппарата (Фрэнсис и Каплан;

• Обычной турбине потребуется закрыть сетчатый экран для защиты от обломков;

• Сильные перепады давления в районе турбины вызывают кавитационный процесс - коррозию турбинных лопаток и таким образом их микроструктура уничтожается;

• Рыбы не могут проходить через обычные ГЭС, хотя для рыб возможность прохода абсолютно необходима. Большая часть специальных систем для прохода рыб работают не удовлетворительно;

• Вода не аэрируется и не проходит через механизмы естественной очистки. Часто, за счет искусственной остановки регулирования потоков воды в связи с работой ГЭС, проточность и естественные механизмы самоочистки и взаимодействия живых подводных сред приостанавливается, что негативно сказывается на экологии воды и ее чистоте и свежести;

• Для достижения оптимальной производительности высота падения воды из ГЭС должна быть высокой, насколько это возможно. Таким образом, интеграция в естественную среду естественным же образом будет более трудной и значительно более дорогостоящей.

Опыт вихревой электростанции показывает, что система регулирования турбины не нужна также, как и закрытый сетчатый экран.

Вихревая система не пичиняет вреда рыбам и экосистемам. Наоборот, речная, водная экосистема поддерживается в естественном состоянии.

Инвестиционная привлекательность в сравнении вихревой электростанции и обычной ГЭС с 10 кВт электрической мощности (за исключением плотин):

Вихревая электростанция

общий объем инвестиций: не более 62 тыс. €

ежегодный объем выработки энергии:  52 тыс. кВт, примерно 5,2 тыс. € в год

стоимость ремонта в течение 25 лет: 7 тыс. €

доход после 25 лет эксплуатации включая проценты: 35 тыс. €

доход после 50 лет, включая проценты: 132 тыс. €

СРАВНЕНИЕ ТОГО ЖЕ САМОГО НО У ГЭС  (Каплан-турбина)

общий объем инвестиций: не менее 108 тыс. €

ежегодный объем выработки энергии: 62 тыс. кВт, примерно 6,2 тыс. € в год

стоимость ремонта в течение 25 лет: 20 тыс. €

доход после 25 лет эксплуатации включая проценты: 20 тыс. €

доход после 50 лет, включая проценты: 81,4 тыс. €

Различные технологии производства альтернативной электроэнергии для средней семьи в Центральной Европе при потреблении около 4 тыс. кВт в год:

• Небольшой ветродвигатель, работающий на малых ветрах, для ежегодного производства 4 тыс. кВт электроэнергии в год с ротором диаметром около 9 м при окупаемости сроком в 20 лет потребует около 1,5 тыс. € в год затрат на электроэнергию с учетом окупаемости оборудования.

• Дизельный двигатель с объемом 1 тыс. л для производства 4 тыс. кВт электроэнергии в год по цене 1,2 € за литр дизельного топлива потребует около 1200 € / в год затрат на электроэнергию с учетом окупаемости оборудования.

• Биодизельный двигатель с с объемом 1 тыс. л для производства 4 тыс. кВт / электроэнергии в год по цене 1,2 € / за литр биодизельного топлива потребут около 1,2 тыс. € / в год затрат на электроэнергию с учетом окупаемости оборудования.    

• Фотоэлектрическая установка требует около 28 м² плоского пространства для фотоэлектрических ячеек для производства 4 тыс. кВт электроэнергии в год.

• Сейчас 4kWp солнечные мини электростанции стоят около € 24 тыс. Так что если разбить сумму на срок окупаемости в 30 лет то на фотоэлектрическую энергию потребуется около € 800 в год затрат с учетом окупаемости оборудования.

Супер-малые гидроэлектростанции для производства 4 тыс. кВт электроэнергии в год при скорости вихревого потока 130 л\сек при разбивке затрат на постройку станции на 30 лет потребуют около € 200  в год затрат на электроэнергию с учетом окупаемости электростанции.

• частные объекты недвижимости и небольшие поселения;

• малые предприятия;

• коммунальные хозяйства;

• владелец электрической станции.

http://peswiki.com/index.php/Directory:Zotloterer_Gravitational_Vortex_Power_Plant

Копирайтер: Горборукова Лидия