ВЭМУ: Свернутые в кольцо парусники обещают запрячь тайфун

ВЭМУ: общий вид
Диаметр ротора — 200 м 
Высота палубы над водой — 10 м 
Число лопастей — 30
Высота лопасти — 40 м 
Расчетная мощность — 50 МВт

Красивые белые башни с пропеллерами постепенно заполняют Великие прерии, берега и шельф Северного моря. О них принято говорить, что вот это и есть будущее возобновляемой энергетики.
Но так ли это?

Кончики лопастей больших пропеллерных ветроустановок движутся со скоростью под сотню метров в секунду — в несколько раз быстрее ветра — и испытывают от этого жесточайшие перегрузки. Проходя перед башней, каждая лопасть попадает в аэродинамическую тень и получает как бы небольшой удар, вследствие чего в ней накапливается усталость; конструкция шумит, теряет энергию. Быстроходный электрогенератор (только его можно разместить на изящной башне) делает неизбежным применение мультипликатора, производить который в состоянии буквально считанные компании в мире. Всё это требует дорогих материалов, безупречного рассчета и безупречного изготовления — цена технической красоты велика..
Но стоит нарушить хрупкое равновесие (увеличить ли размер установки, применить менее компактный генератор или вынести пропеллер дальше от башни) — и конструкция отвечает ещё большим ростом цены!
Таким образом, оптимальные энергетические и экономические параметры в принципе для пропеллерной ветроустановки недостижимы, а  возможен только очень напряженный компромисс между ними..

Лаконично резюмировать недостатки самой распространённой схемы ветроэнергетической установки (ВЭУ) с горизонтальной осью можно одним словом: «дорого». Однако ученые и инженеры из ДВФУ/ ДВО РАН идут в своей критике несколько дальше и говорят о пропеллерных ветроустановках, что это просто тупиковый путь!
Посудите сами: пропеллер с башней был изобретён много сотен лет назад и использовался для перекачки воды; в этой роли хорош и по сию пору, но сколько-нибудь серьёзное масштабирование с сохранением всех основных частей установки порождает столько проблем, что решение их делает увеличение мощности очень дорогим удовольствием. Десятки, сотни киловатт — нормально, а дальше — сплошные проблемы. Можно сказать, что пропеллерная установка эффективно сопротивляется увеличению своего размера.

Итак, «вылизаны» аэродинамические профили, применены самые совершенные и дорогие композиты, самые компактные и точные мультипликаторы, генераторы и электронные преобразователи тока.. И всё же, ценой небывалых усилий, можно сказать, инженерного подвига, не удаётся достигнуть мощности одной установки большей, чем 10-12МВт. Притом, нисколько не уменьшились издержки и риски владельцев каждого пропеллерного ветряка: он по-прежнему дорог, требователен к параметрам ветра, неудобен в транспортировке, монтаже и обслуживании, подвержен катастрофическим разрушениям, крайне плохо интегрируется в сеть из-за своей малой мощности.



Многие члены научного и технологического сообщества признали: физический предел этой концепции достигнут, снижение стоимости киловатта ветроэнергии — прекратилось. Такая вялая перспектива провоцирует люббистов ископаемого топлива заявлять: «Возобновляемая энергетика?! — да это скорее извращенный способ доставки энергии! Типичная ветроустановка не вырабатывает столько энергии за срок своей службы, сколько потрачено на её производство!»...
В общем, что-то должно произойти в этой «зачищенной до блеска» отрасли, чтобы она вырвалась из порочного круга копирования старой схемы ветряных мельниц. Но что?
Ученые из Владивостока предлагают необычную идею — идею опоры на воду.


Парадоксально, авторы концепции ветроэнергетической морской установки (ВЭМУ), формально относящейся к установкам с вертикальной осью (см. также турбины Савониуса, Дарье), предлагают вовсе отказаться от оси ротора! А заодно и от подшипников, несущих его вес. Собственно изобретение состоит в том, что торообразный ротор плавает — в воде.
— Эка невидаль! Бублик плавающий! Да он, к тому же и вращаться не сможет! Вся энергия в воду уйдёт.— скажет читатель.
И будет неправ. Это обыкновенным судам, у которых , в отличии от плавающего «бублика» ВЭМУ, нет замкнутой поверхности корпуса, действительно, приходится всё время носом раздвигать неподвижную воду, теряя энергию и создавая волны. Потери на трение ВЭМУ в воде уменьшает и такое интересное явление, как водяной ринг — кольцевой водяной поток вдоль поверхности ротора.

Дело в том, что этот плавающий «бублик» может быть практически любого диаметра. Одним махом достигается увеличение площади для размещения парусов, а значит и мощности установки (за которую так безуспешно бьются проектировщики пропеллерных ВЭУ). Без применения передовых технологий (хотя и для них открывается новое пространство), но радикальной сменой идеологии. По правде говоря, свёрнутый в кольцо парусник мог стать хоть символом 16 века, да хоть даже и Античности, будь тогда под рукой современные способы преобразования, хранения и транспортировки энергии..

Схематичное изображение ВЭМУ на сваях


Водоизмещающий (роднящий установку с судном), медленно вращающийся торообразный понтон ротора частично или полностью погружен в воду.
Кольцевая палуба на стойках недосягаема волнами.
На палубе установлены несколько десятков поворотных мачт с вытянутыми в высоту жесткими лопастями (или можно сказать, шарнирными парусами).

Лопасти постепенно поворачиваются и, в зависимости от угла поворота к ветру, «берут» ветер или становятся к нему ребром. Это определяет низкую скорость вращения турбины и, тем самым, безопасность и экологическую чистоту.
Ротор создаёт вращающий механический момент, который с помощью системы тросов или тяг, на манер велосипедного колеса, передаётся на центральную часть установки — башню, закреплённую на дне (например, сваями или на естественном островке), где расположена «ступица» этого огромного «бублика» диаметром 100, 200 или даже 500 метров! (Уместно будет назвать и отличие ротора ВЭМУ от велосипедного колеса — нежесткость в осевом направлении.)
Непосредственно со ступицей соединены электрогенераторы, насосы, любое другое технологическое оборудование, преобразующее энергию вращения ротора. К слову, башня, диаметром 30-50 м, достаточно велика для того, чтобы вместить любые существующие агрегаты.


Скромная линейная скорость ротора (не больше скорости ветра), большие размеры, огромная инерция, погруженный корпус, практически недоступный для волн и напоминающий в этом отношении подводную лодку, легкие и при крайней нужде сбрасываемые лопасти, палуба-антикрыло и т.д. — всё это служит достаточно хорошей гарантией устойчивости установки в жестких морских условиях и без особых проблем даёт использовать любой ветер, от суточного бриза, до урагана.

Если говорить более формальным языком, схема установки с вертикальной осью и опорой на воду позволяет преодолеть или обойти главные проблемы развития современной ветроэнергетики:
— предел увеличения мощности единичной установки;
— зависимость от розы ветров;
— жесткие требования к диапазону скорости ветра;
— низкую надёжность и дороговизну конструкции;
— потребность в высокотехнологичной производственной базе;
— отчуждение земельных участков;
— низкую устойчивость к неблагоприятным факторам

Кроме электро- и теплоэнергетики, концепция ВЭМУ пригодна и для массы других ролей:
гидротурбина, водяной насос, защита берега, сжижение газов, производство водорода, метанола, добыча из морской воды химических соединений, опреснение воды, марикультура, туризм, и т.д.
Существуют варианты конструкции и полностью плавучей ВЭМУ, пригодной для глубокого шельфа или даже срединно-океанских территорий. В этом случае плавучий ротор большого диаметра оказывается намного более устойчивым на волнах, чем качающаяся вертикальная башня с тяжелой гондолой и пропеллером наверху — www.membrana.ru/particle/13857



Некоторые идеи и метафоры бывают настолько сильны, что создают вокруг себя «поле тяготения», в котором разные события и явления становятся частями нового мира. Концепция ВЭМУ кажется автору статьи достаточно «безумной» — далёкой от основной канвы развития ветроэнергетики — чтобы претендовать именно на такую роль.
По адресу wemuwiki.ru вы можете наблюдать, как разрабатываются детали этого нового мира.
— Не слишком ли серьёзно? — спросит скептически настроенный читатель..
А как именно по-вашему будет выглядеть мир, если человечество всё же сможет преодолеть зависимость от ископаемого топлива? Многое неизбежно изменится. Надо постепенно привыкать к этой мысли..


Наше время богато на техногенные катастрофы. Значительная доля их связана с энергетикой и тенденция усугубляется, ибо люди живут всё более тесно. Что же делать?!
Заменить ту же Саяно-Шушенскую ГЭС (6400 МВт) могли бы всего 64 ВЭМУ (100 МВт). Причем, стоимость одной ВЭМУ сравнима со стоимостью, а технология изготовления — с технологией изготовления всего лишь средней величины морского судна! Риски же и экологические издержки — просто несопоставимы.
И, похоже, нам сильно повезло — для строительства, транспортировки и сборки ВЭМУ уже готова инфраструктура! Судостроители легко обеспечивают производство модульных корпусов, авиастроители — лопастей, строители гидротехнических сооружений (один из самых динамично развивающихся видов строительства) имеют опыт сооружения опор и донных работ. И, наконец, морской транспорт — самый дешевый из существующих способов доставки масштабных грузов.

Авторы концепции ВЭМУ убеждены, что это — шанс! Любому государству, корпорации или даже отдельному предпринимателю, которые осознают преимущества новой идеологии и начнут их активно эксплуатировать.

ВЭМУ, вид сверху


ВЭМУ, верхняя часть башни с вертолётной площадкой


ВЭМУ, палуба, стойки и крепление тросов


ВЭМУ,симметричная статически уравновешенная лопасть с шарнирными закрылками


Вариант установки с бетонным кессоном вместо свайного основания


Фрагмент разреза с помещениями на палубе



Найден недорогой катализатор синтеза водорода

14 апреля 2011

В Испании построена солнечная установка с высоким давлением

5 апреля 2011

Высочайшее здание США примерит окна — солнечные батареи

23 марта 2011

Долгоживущие радионуклиды предложено хранить в ржавых ёмкостях

21 марта 2011

Испытано промышленное хранение энергии в жидком воздухе

17 марта 2011
  • Юрий Новиков  16 апреля, 17:05
    ну допустим с ротором «все» понятно.
    А  статор то?, чтоб оставаться статором, и не крутится вслед за ротором к чему прикреплен?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   17 апреля, 12:20
    В данном случае — башня на сваях. Хотя варианты предусмотрены и другие, в т.ч. полностью плавающие.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  17 апреля, 15:21
    крепление жесткое к морскому дну — это понятно. — ну так мягко скажем не удешевляет конструкцию. А вот полностью плавающие это простите как?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   17 апреля, 15:44
    Навскидку могу предложить два или три варианта. Какие заявлены — не знаю.
    1.Самое простое — банальные якоря для плавающего центрального островка.
    2.Внутреннее кольцо или островок с такими же мачтами, но вращающийся в другую сторону (оставим пока за скобками турбулентность)
    3."Кили" или «шверты» в центральной части, создающие сопротивление вращению.
    4.Соединение центральных частей двух одинаковых установок динной трубой ниже уровня понтонов.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  17 апреля, 17:24
    да, да, ну вот видите сколько разных варьянтов — крепление статора это не мелочь, надо что то выбирать, А в наброске об этом ни слова,
    Так ак крепить то будем?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   17 апреля, 17:30
    В наброске — сваи.
    Добавил пару слов, схему.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  21 апреля, 01:27
    Думаю, это последняя из проблем. Вопрос достаточно проработан на нефтевышках и пр. Считаю, что самый дешевый вариант, это на дне вбить ряд свай и прикрепить к ним статор тросами, цепями(мягкая сцепка) или металлическими стержнями, трубами (жесткая сцепка).

    На ум приходит еще одно предложение. Из бетона выливается полый «сосуд» с положительной плавучестью. Он буксируется на место и «затапливается» или заливается бетоном полость. Можно несколько таких «сосудов» поставить один на один. Это вместо искусственного острова.
    Практические примеры известны. Под конец ВОВ Германия пробовала строит корабли из бетона. И сейчас таким способом устанавливаются некоторые нефтяные платформы.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   26 апреля, 16:01
    Это довольно дорого, бетонный кессон, но может быть очень уместен для быстрого монтажа или перебазирования установки.

    Недавно в г.Находка такой строили для добычи газа на шельфе. Эпическая конструкция!

    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  16 апреля, 17:42
    неужели вы, уважаемый автор, хоть на минуту можете усомнится в том, что аналогичные установки неоднократно не просчитывались до уровня экскизных проектов — курсовых и перспективных бизнес планов?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   17 апреля, 12:37
    Для начала, чтобы не было недопонимания, конечно необходимо сказать, что не являюсь автором проекта ВЭМУ. В данный момент наиболее уместно обращаться в этом качестве к Виктору Чебоксарову.
    Я просто достаточно давно наблюдаю развитие темы; как инженер и исследователь делаю выводы. Также можно сказать, что я даже сознательно дистанцируюсь от частных задач проекта, хотя наверное мог бы помочь в их решении. Но взамен, надеюсь, получил несколько более общую панораму битвы.

    Если вы будете любезны привести для примера хотя-бы один расчет подобного по масштабу проекта, то это будет чрезвычайно полезно. В основном почему-то попадаются «дизайнерские» картинки, слабо связанные с физическими и технологическими ограничениями, не снабженные расчетами техническими и тем более экономическими.

    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  18 апреля, 09:01
    Мне кажется, что в кругу профессионалов необходимо убирать всю агитацию «За Советскую власть».
    Не нужно считать «какой длины Удав в Попугаях» — это просто попытка политического решения технико-экономических задач.
    Важные данные: средние скорости ветра в заданной акватории, минимальный ветер для данной ветроустановки, максимальный ветер, допустимые усилия ветровой нагрузки для конструкции и для крепления, оценка потерь на гидросопротивление, способ организации генератора, способ и вид передачи (накопления) энергии, цена парусного вооружения, цена автоматики, цена генераторной установки, цена монтажа, средний вероятный срок службы, и, наконец цена одного киловат-часа.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 апреля, 09:42
    Трудно удержаться и не пнуть. Извините, может быть и действительно уберём агитацию, но может и оставим. Ресурс всё-таки популярный..

    Что до конкретных задач, то этим коллектив, если это так можно назвать, и занят. Рассчитывается ветровая и волновая нагрузка, аэро- и гидродинамика: sites.google.com/site/wemuwiki/1-tehniceskie-aspekty-vemu/issledovania
    Прорабатываются узлы. Но всё страшно медленно — настоящих буйных мало и денег, конечно. Некоторые вопросы почти не затронуты (экономика, например, — только качественно)- слишком комплексная задача. Посмотрите на wemuwiki.ru

    А у властей в этом отношении шизофрения — то пишут официальный отказ что-либо делать (только не смейтесь — в блоге у В.Чебоксарова варианты отписок АП и Минэнерго), то требуют «прожектов» — шлют запросы из той же Минэнерго и местной краевой администрации — вестимо для галочки.


    Между тем, тема уже потихоньку подхватывается в ЕЭС (хотят построить пробную установку диаметром 50 м), Китае / Тайване (эксперимент с буксировкой масштабной модели), японцы интересуются (обращенная турбина для Куросио). Как тут не митинговать.

    Параметры ветра — практически от нуля. Это же как парусное судно, только практически лишенное сопротивления движению.

    ОтветитьНравится
  • Константин Селезнев  18 апреля, 15:48
    Вариант с жилыми и офисными помещениями интересен. Такие островки энергии в море могли бы обрастать жилыми постройками.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 апреля, 19:16
    Гляньте на последнюю картинку по ссылке: https://sites.google.com/site/wemuwiki/1-tehniceskie-aspekty-vemu/issledovania
    Это выпускники-архитекторы на дипломах развлекаются.
    Но может быть и впрямь судьба для некоторой части человечества — переселиться в океан.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  21 апреля, 01:17
    Третья подобная статья на этом ресурсе, которую я встречаю. Самая качественная из них. Самая проработанная. Проект понравился, хотя я скептически отношусь альтернативной энергетике, кроме геотермальной, но здесь здраво описаны все недостатки существующей и похоже этот проект лишен части из них.
    Заинтересовал вопрос гидродинамики. К сожалению, по указанной ссылке нашел только освещение темы аэродинамики. Интересно было бы узнать какие будут гидродинамические потери. Причем, больше даже не вопрос трения воды и турбуленций, а как будет вести себя установка при сильном волнении.

    Кроме морского базирования не встретил предложений по размещению на суше. Почему бы не рассмотреть вариант, где кольцо ротора ездит по рельсам. Можно использовать готовые ж/д тележки для этого.
    Место применения расширяется на пустыни, например, и прочие невозделываемые, необжитые земли.
    Понятное дело будет износ путей, колес, подшипников и пр., но, полагаю, меньшее сопротивление. И при морском базировании амортизация будет тоже заметная за счет высокой коррозии морской воды.

    Проекту наилучшие пожелания.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   21 апреля, 04:11
    Спасибо за добрые слова, Евгений! Думаю, что материалы по гидродинамике, взаимодействию с волнами вскоре появятся. Насколько я знаю, подавалась даже заявка на подшипник — «бублик в желобе»; в таком виде установку можно вытащить из моря и разместить где угодно. Кроме упомянутых я слышал о попытке просчитать вращение большой установки на поверхности льда — для более сурового климата.
    Рассматривались также варианты на крышах зданий — мягкость плавучей подвески и низкая скорость вращения оставляет надежду, что здание от такого архитектурного излишества не развалится.

    Что касается конструкций на тележке, то они вполне определённо ограничивают масштаб и область применения установки. Некоторое время, несколько десятков лет назад, такими конструкциями интересовались в США. Более того, они проникли даже в культуру — И.Ефремов в  «Туманности Андромеды» описывал паруса на тележках, связанные в кольцо тросами.

    Как вы указали, вариантов конструктивных решений очень много, однако ставилась задача сбалансированного сочетания абсолютно всех этапов, всего жизненного цикла установки. И в этом смысле морские ветра и морская инфраструктура — очень серьёзные аргументы в пользу размещения установок в море. Это определённо вызов проектировщикам, но и зато со вполне внятными перспективами.

    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  21 апреля, 09:48
    Утро вечера мудренее. Пришла в голову мысль, что в случае полностью погруженного понтона и самой конструкции недостижимой для волн — влияние самих волн будет минимальным. При условии, что диаметр ротора будет превышать несколько длин волн. Тогда крены и нагрузки на конструкцию будут минимальны.
    Кстати, при хороших приливах/отливах из статора сделать приливную электростанцию напрашивается само собой.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   21 апреля, 11:49
    Японцы рассматривают обращенный вариант для постоянной работы в водном потоке 2м/с — в Куросио. А поскольку такой эксперимент уже проводился (буксировалась с разной скоростью и нагрузкой метровая масштабная модель для верификации расчетов), то у них неплохие перспективы поправить своё плачевное положение.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  21 апреля, 12:49
    Вы имеете в виду такую же модель, погруженную в воду и работающую за счет течений, а не ветров?
    Интересена минимальная расчетная скорость ветра, при которой будет работать данная установка. По ссылке цифр не нашел. Проводились какие-то хотя бы предварительные расчеты?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   21 апреля, 13:15
    Подумал, что вы об этом, когда говорите о приливной станции. То есть да. Устройству в общем-то всё равно, что за поток.

    sites.google.com/site/wemuwiki/1-tehniceskie-aspekty-vemu/issledovania
    здесь приведена картинка обтекания ротора и изменения скорости ветра. Судя по цвету потока — желтому, скорость 7 м/с — явно не минимальная.
    Но, как мне кажется, функциональность турбины от изменения скорости не изменится, а изменится только снимаемая мощность. В этом смысле парус — устройство практически линейное, по сравнению с винтом.

    Да, вы правы, надо пытать авторов и выкладывать более развёрнутые характеристики.

    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе  20 мая, 08:27
    Скорее всего ничего не считали ((((
    Мощность установки будет несоизмеримо мала.
    Мощность это сила на скорость. Но так как такая установка движется со скоростью ветра скорость будет мала.
    Допустим для обеспечения такой составляющей мощности как скорость, лопасти будут крутится со скоростью 2м/с.
    Тогда для составляющей сила надо, ну хотя бы ещё 2 м/с.
    Учитывая что судя по картинке площадь самих лопастей непростительно мала относительно габаритов установки, даже меньше чем у стандартного ветряка, получим худший вариант чем обычный ветряк.
    ОтветитьНравится
  • Жаль если так.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе  24 мая, 17:19
    Хотя возможно я и ошибаюсь по поводу площади лопастей, если смотреть на установку в плане, по ходу движения воздуха, то получится что задействована четверть лопастей, с разным углом атаки.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   24 мая, 17:31
    На самом деле, Дмитрий, работает половина лопастей, но с разной интенсивностью. А поскольку лопасть практически представляет из себя «пузо», как на яхте, то аэродинамическая эффективность её практически не зависит от скорости потока.
    Гляньте третью картинку на sites.google.com/site/wemuwiki/1-tehniceskie-aspekty-vemu/issledovania Это собственно результаты расчетов в среде fluent
    ОтветитьНравится
  • Дело в том, что этот «бублик» может быть теоретически очень большого диаметра.

    Причина этого заявления — число психологичекая. Предлагаемая конструкция масштабируется вовсе не лучше обычного ветряка. Просто если автор попытался бы воплотить свою идею в жизнь в собственной ванне (или хотя бы просто представить себе это), абсурдность ее была бы самоочевидна сразу. Но поскольку сразу предлагается без лишних слов и ненужных размышлений строить коллосса диаметром полкилометра, то автор вроде как и не виноват. Злое правительство не дало ему денег, а автор — человек-молодец с замечательной идеей. Можно смело просить денег дальше.

    Стоимость установки условно можно считать пропорциональной количеству материалов, затраченных на производство. Масса ветряка растёт пропорционально третьей степени линейных размеров, а вырабатываемая мощность — всего лишь второй. Это относится как к классическим трёхлопасным ветрякам, так и к предлагаемой конструкции.

    Силу гидродинамического сопротивления грубо можно принять пропорциональной второй степени скорости. А скорость для морских судов имеется в виду очень неслабая — средняя скорость ветра на высоте 80 метров в океане или около него составляет 9.34 метра в секунду или 33.6 км/час.
    www.stanford.edu/group/efmh/winds/global_winds.html

    Предлагаю простой эксперимент. Можно мысленный. Сделаем ротор ротор Савониуса из бумаги. Опять же из бумаги можно сделать простенький динамометр, замеряющий крутящий момент (пружинка, кусочек воска...). Ставим наш ротор под струю вентилятора. Допустим, ротор имеет в диаметре 30 см. Наша задача — раскрутить его до скорости вращения 10 оборотов в секунду. Обратите внимание на астрономичность этого числа. Это нормальная — средняя, а далеко не максимальная рабочая скорость.

    Сравниваем скорость вращения ротора в двух сутуациях — ротор вращается на твёрдой оси и ротор вращается на плавающей подставке. Во сколько раз будет отличаться скорость? Раз в десять? Вот во столько же раз будет отличаться мощнность обсуждаемой штуки и классического ротора Савониуса тех же размеров.

    Кстати, вырабатываемя нашим ротором мощность на единицу площади использованной бумаги будет в точности соответствовать мощности такого же ротора километрового размера, на единицу площади рабочих поверхностей.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   14 мая, 17:15
    Неплохая ссылка. Но на ней практически не показаны океаны, на которые претендует разработка.
    Кстати, автор умер в прошлом году и те без малого 20 лет размышлений, которые он занимался проектом заслуживают всяческого уважения. Впрочем, конструкция-то сама себя защитит. Приглядитесь, некоторые решения неочевидны и требуют комплексного инженерного медитирования.

    Увеличение размера установки
    Масштабирование подобной установки — непропорциональное. Увеличивая диаметр кольца, вам нет нужды увеличивать сечение понтона. То есть, и металлоёмкость, и сопротивление воды, и количество лопастей, и масса сопутствующих секций палубы, и мощность — всё растёт именно что линейно. В ЕС (в Испании) планируют построить опытную установку, выбирают подрядчика. Скромную, пятидесятиметровую. Осторожничают.

    Если кто-нибудь укажет, как при существующей технологии дёшево «смасштабировать» любую, я подчеркиваю — любую классическую установку, хотя бы до 25 МВт, то наверное ему поставят памятник.
    Этим я хочу указать на существование не только функциональных, но и технологические аспектов любой конструкции. Грубо говоря, турбину ВЭМУ на 100 МВт построить заведомо возможно, а любую другую конструкцию (с жесткой опорой) — пока что нет. К слову, у Савониуса слишком плохое аэродинамическое качество, да и разобьёт любые опоры, если увеличите хотя-бы до 10 м в диаметре при сохранении типичных для неё частот вращения. В своей нише, единицы или даже десятки киловатт, она может быть неплоха, но на инфраструктурный объект не тянет — масса и площадь работающей части (ротора) по отношению к массе остатка установки слишком мала.

    Насчет сопротивления вращению ВЭМУ в жидкости.
    Постоянное сечение погруженного корпуса (диаметр 3 — 5 метров) и его замкнутость определяют несколько отличную от обыкновенного судна гидродинамику.
    Во-первых, не создаётся типичных для судна систем волн.
    Во-вторых, если взять скорость ветра 10м/с, то оптимальная линейная скорость ротора будет примерно 80% от этой величины, 8 м/с, и режим течения можно было бы практически назвать ламинарным, если бы не центробежные силы, действующие на поток. Но они не настолько велики и при большом диаметре установки стремятся к нулю. Потери на трение — малые.
    В общем, в «ванной» и несколько более крупных масштабах эксперименты проведены. В ещё большей степени продвинулись численные расчеты.
    С результатами научная общественность ознакомлена в установленном порядке, по ссылке список работ авторов.
    sites.google.com/site/wemuwiki/prilozenia/spisok-osnovnyh-publikacij-po-teme-vemu

    В тексте также упомянут «водяной ринг» — интересное явление, способствующее снижению трения. Состоит в раскручивании пограничных слоёв воды.

    Александр, вы радуетесь тривиальному факту увеличения мощности от увеличения частоты вращения, а для инженера-механика (меня) массивные и быстро вращающиеся объекты вызывают изжогу и головную боль. И успокоить инженера-механика (а значит сугубого реалиста и даже параноика) могут только медленные, плавные движения, ненапряженные, с пятикратным запасом прочности, конструкции, дешевые материалы, доступные и дешевые технологии.

    От себя могу добавить, что совершенно неправильным будет сказать, что в проекте ВЭМУ нет проблематичных моментов. Но они совсем не в тех местах, на которые указали вы.

    Чуть позже перечислю проблемы, как они видятся мне.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   14 мая, 17:34
    Вот какие проблемы есть:

    а)Ещё в очень больших пределах (в разы) хромает определение мощности турбины в зависимости от геометрических характеристик и скорости ветра.

    б)Низкая, как вы совершенно правильно заметили, скорость вращения, но огромный, просто циклопический момент (который вы не заметили) ставят перед выбором способа преобразования энергии.

    Несколько мультипликаторов с генераторами, зацепленными от зубчатого венца на ступице башни на самом деле не лучше, чем в пропеллерных ветряках — те же согласования частоты, те же проблемы.

    Рассматривается вариант размещения на ступице полюсов и магнитов — вся башня как генератор. Здесть проблемы со стабильностью частоты, но если для нагрева, то такое электричество сгодится недалеко от берега, то для нагрева систем отопления в приморских городах.

    Активно рассматривалось следующее решение: по периметру ступицы движется венец с кулачками и кулачки надавливают на плунжеры, которые качают воду. Иными словами, имеем огромный плунжерный насос. Далее стоит турбина Пелтона с обыкновенным синхронным генератором. КПД у такой системы неплохой, согласования частот нет.

    Рассматривался вариант накопления энергии в виде производства водорода, кислорода, производных (метанола). Это пока единственный способ и доставлять энергию, если установки, к примеру, находятся в открытом океане.

    Вообще говоря, утилизация таких мощностей — непростая задача.

    в)не до конца просчитана волновая нагрузка на башню, особенно на полностью плавающем варианте — а волны это м.б. очень серьёзно.

    г)д).. ну и так далее

    ОтветитьНравится
  • В общем, в «ванной» и несколько более крупных масштабах эксперименты проведены. В ещё большей степени продвинулись численные расчеты. С результатами научная общественность ознакомлена в установленном порядке, по ссылке список работ авторов.

    Вы ссылаетесь на некие исследования, однако, что именно там написано, остаётся за кадром.

    На интернете я сумел найти несколько вот таких ссылок:
    www.isope.org/publications/proceedings/ISOPE/ISOPE%202009/data/papers/2009-ATB-01.pdf
    Это ознакомительные фрагменты.

    Есть одна статья целиком:
    psr.kangnam.ac.kr/psr_bk_iss/vol9/A-mat-08_R-Cheboxarov_134-139_.pdf
    Здесь скорее пересказ какой-то другой статьи.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 мая, 12:34
    Это довольно типичные тезисы научных конференций:

    1. Proceedings of the Nineteenth (2009) International Offshore and Polar Engineering Conference
    Osaka, Japan, June 21-26, 2009
    Copyright © 2009 by The International Society of Offshore and Polar Engineers (ISOPE)
    ISBN 978-1-880653-53-1 (Set); ISSN 1098-618

    По библеотечному индексу наверное можно найти весь текст сборника, но, возможно, за него попросят денег. Спрошу, есть ли полный текст где-нибудь.

    2. Более ранняя публикация, смотрите что внизу:
    Pacific Science Review, vol.9, no.1, 2007, pp.134~139

    Также может содержать копирайт, но это вроде бы полный текст.
    Кстати, в нём, в главе WATER FLOW AROUND ROTARY
    PONTOON содержатся, на мой взгляд, исчерпывающие объяснения насчет сопротивления вращению понтона.

    ***

    В целом конечно вы правы: собирать материалы по интернету не слишком удобно. Но и мне приходится их вырывать с мясом, поскольку В.Чебоксаров считает пиар второстепенной задачей.

    ОтветитьНравится
  • Нашёл наконец так называемые «результаты эксперимента». Страница 6, она же 705.
    e-book.lib.sjtu.edu.cn/isope2002/pdffiles/Volume1/1107p700.pdf

    Итак, автор провёл некий эксперимент. Каковы результаты эксперимента, он не говорит. Ну, скомный он такой. И на основании этих таинственных результатов он подумал и решил, что полноразмерная установка якобы будет терять 6% энергии на преодоление сопротивления воды.

    Какой именно метод экстаполяции результатов использует автор, совершенно неочевидно. Уравнение лобового сопротивления или закон вязкости Ньютона? Критерий Рейнольдса или критерий Фруда? Ведь результаты будут отличаться на два-три порядка.

    Если бы я был инвестором, в этот момент я бы решил, что меня надуривают. Я просил результаты эксперимента, мне их не дали, я долго искал и нашёл туфту, пустышку, набор фраз для успокоения нервов. Якобы эксперимент какой-то есть, но что за эксперимент, не ясно. Мощность мотора не указана. Почему на рисунке мотор такой большой? Если трение столь пренебрежимо мало, как это заявленно, то мотор вообще не должно быть видно на изображении такого масштаба. Должна быть стелочка, указывающая на круглую точку, и надпись: «там мотор». Спросите, почему я смотрю на размеры мотора на схематическом русунке — отвечу, что у меня нет абсолютно никаких данных об этом эксперименте, кроме размера мотора на схематическом рисунке. Вот такие вот замечательно информативные бывают «результаты экспериментов».

    Попытаемся из этой шарады извлечь крупицы информации, которые автор по неосторожности не затёр. Итак, автор утверждает, что его установка продемострировала ламинарное течение при диаметре ротора 1 метр и линейной скорости до 2 м/с. Согласно критерию подобия Рейнольдса, мы можем ожидать ламинарного течения при линейной скорости 6 метров в секунду (средняя скорость ветра в океане на высоте 10м, согласно ссылке выше) и диаметре понтона всего три метра. Ветряк таких размеров можно легко собрать на коленке.

    Автор сам же утверждает: «The power loss in water has two components. The first is due to viscous friction of the WEMU pontoon in the laminar flow. The calculation shows that it will be very low and practically can be neglect.»

    Таким образом, вязкое трение будет практически равно нулю, и его трёхметровый ветряк при заданной мощности будет вращаться с практически бесконечной скоростью. Я надеюсь, дом автора уже отапливается этой прорвой практически бесконечной энергии?

    Еще в документе есть про численные эксперименты:
    psr.kangnam.ac.kr/psr_bk_iss/vol9/A-mat-08_R-Cheboxarov_134-139_.pdf

    На них я даже смотреть не буду. Численные эксперименты — это штука своебразная. Ты должен очень сильно верить автору. Там очень много скрытых параметров, от которых результат может на порядки и десятки порядков, и которые могут быть выбраны экпериментатором на основании своей «экспертной оценки», то есть просто взяты им с потолка. Чтобы смотреть на результаты численных экспериментов, ты должен не просто верить в непредвзятость и порядочность автора — ты должен очень сильно верить в адекватность его экспертных оценок. В простых формулках на вранье, недобросовестности поймать автора может быть тяжело, но возможно. При численных экспериментах — практически нет.

    Если человек выкидывает такие номера, чтобы скрыть от меня результаты простого эксперимента, который я легко могу повторить и проверить в ванной, то что можно ожидать от численных экспериментов того же авторства?

    Даже дети проявляют бОльшую научную добросовестность при описании своих экспериментов:
    www.yaplakal.com/forum2/topic324232.html

    Ну наверно можно сказать, что человек честно провёл эксперимент, но вот у него честно наступила амнезия, и результаты он честно забыл, а чтобы нельзя было косвенно оценить порядок величины (силы вязкого трения) — человек честно забыл мощность или хотя бы линейные размеры мотора.

    Допустим.

    Возьмите результаты любых численных или каких там экпериментов автора. Где конкретно указывается, из какой конкретно логики следует, что при маленьких размерах ветряка вся энергия подчистую будет уходить на преодоление вязкого трения (это очевидно и легко проверяется экспериментом в ванной), а при больших размерах — сила трения, как утверждает автор, пренебрежимо мала?

    Из текста документа можно сделать вывод, что автор считает, что сила трения вообще пренебрежимо мала, независимо от размеров установки. В своих фразах автор не делает примечаний по поводу размеров — он говорит вообще — следовательно, его утверждения относятся к установкам любого размера.

    В отличие от откровений автора, пришедших к нему в голову магическим путём, из уравнения лобового сопротивления следует, что при заданной конструкции и заданной скорости ветра мощность ветряка пропроциональна второй степени линейных размеров — для любых линейных размеров. То, что именно уравнение лобового сопротивление наиболее точно отражает реальность в данном случае — не факт, но это, по крайней мере, хоть какая-то логика, а не волшебные знания из астральных анналов.

    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе  20 мая, 08:33
    При чем здесь циклопический момент??????
    Чем больше диаметр, тем больше момент, с этим я согласен, но больше диаметр — меньше частота вращения, т.е. мощность та же самая.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   20 мая, 12:23
    Речь не совсем об этом, Дмитрий. При увеличении диаметра установки увеличивается и периметр, на который можно воткнуть пропорционально больше одинаковых лопастей, не изменяя степени их взаимного влияния. Суммарная сила в результате больше. При той же линейной скорости. Конечно, через момент это выражено несколько опосредовано, но надеюсь «лишние» паруса проясняют вопрос увеличения мощности))
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе  20 мая, 13:23
    Александр! Не могли бы Вы скинуть свой электронный адрес, нужен критический взгляд )).
    ОтветитьНравится
  • Сергей   20 мая, 14:00
    Александр, ваша дотошность вызывает уважение, хоть вы и несколько утрируете вопрос доверия к публикациям и описаниям результатов эксперимента. Вы требуете полного описания эксперимента лишь по одному из пунктов, в общем-то, ознакомительной публикации, в то время как пунктов там несколько и они заведомо представлены в форме выводов и интерпретаций, кстати, в достаточной степени обусловленных предположениями и оговорками.
    Следуя вашей логике, можно прикопаться абсолютно к любому выводу. Но что если там есть хотя бы часть истины? Выбросите?

    Надо признать, данных по вопросу предоставлено немного. Был бы я автор, то конечно немедленно попытался их отыскать, но вы же выбрали предмет для критики почти запредельной для хранения численных данных! Я сомневаюсь, что файлы или бумаги в наше время кто-то хранит десять лет.

    Эксперимент выявил какие-то первичные закономерности, подтвердил независимый от вида поверхности поплавка характер сопротивления вращению (наличие водяного ринга). Вряд ли от него можно было ожидать чего-то принципиально большего.

    Но схема и размер установки указаны, любой может его повторить. Я лишь рискну предположить, что двигатель был постоянного тока, момент которого пропорционален току, и с него было просто легче снимать нагрузочные характеристики.


    Уменьшение интенсивности всех процессов, в том числе части потерь, обусловленных центробежными силами, которые обратно пропорциональны радиусу — тривиальны, но в тексте спорной статьи упомянуты.

    Давайте вернёмся в современность. Конечно мне, в данном случае выступающему как журналист (но в душе бюрократу и инженеру) хотелось бы предоставить все возможные данные, но их у меня мало. Поэтому, давайте дождёмся, что ответит Виктор Чебоксаров. Я же пока скажу, что знаю об экспериментах натурных и численных, общем состоянии вопроса гидродинамики погруженного торообразного тела.

    Самое главное, что я уловил — этот вопрос авторами практически закрыт. Больше особо и не обсуждается. Насколько мне известно, модели «бубликов» всех мыслимых размеров просчитаны в средах fluent и floworks и подтвердили все предположения.
    В середине2000-х вычисления проводились на местном суперкомпьютере ДВО РАН (Институт Автоматики и Проблем Управления) , сейчас же это доступно практически на любой мощной персоналке. Думаю, и составление компьютерной модели тора не слишком затруднит даже студента.

    Более серьёзную и действительно требующую строгости и честности проблему представляют расчет системы подвижных лопастей, в которой, как вы верно заметили, многое зависит от допущений и граничных условий. Своей численной модели Виктор Чебоксаров (который вообще-то скорее пессимист) доверяет, прямо скажем, с оговорками. Определение по ней мощности турбины, по его оценкам, «гуляет» в 3 раза, хоть даже и строилась масштабная модель для верификации (буксировка метровой турбины с фиксированными скоростями, лопатками вниз и измерением возникающего момента по давлению гидронасоса).
    Но разница в определении не на порядок и это внушает лично мне некоторую надежду. Окончательно о точности вычислений конечно можно будет судить при эксплуатации опытной установки достаточно больших размеров.

    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе Александр! Не могли бы Вы скинуть свой электронный адрес

    s2-собака-ganymed.ca

    ОтветитьНравится
  • почему все страются сделать циклопичную конструкцию?
    Ведь такие конструкции по своему уникальны и требуют индивидуального подхода в каждом случае, с постоянным задействованием высококласных специалистов.
    Не проще ли организовать по большей части автоматическое производство более мелких конструкций и штамповать их по 5000 штук в день?
    ОтветитьНравится
  • а если эта штука сломается?
    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 мая, 15:29
    Диалектика, переход количества в качество. Дешевле строительство и эксплуатация, больше кпд — справедливо для 100% случаев в энергетике.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 мая, 15:41
    Рассматриваются разного типа поломки. Например, если ураган, то признанный опасным для конструкции режим предусматривает сброс лопастей, у которых большая парусность (и это гораздо больше, чем может выдержать, например пропеллерная ВЭУ, на которой вынуждены ставить специальный тормоз).
    Интересный и где-то крайний случай поломки — атака военными средствами — рассматривался в профильном сообществе (http://modern-warfare.livejournal.com/878557.html), а также sites.google.com/site/wemuwiki/6-geopoliticeskie-i-voennye-aspekty-vemu/6-2-voennoe-znacenie-vemu
    В целом же конструкция просчитывается на волновое воздействие, ветер и т.д.


    В любом случае, лопасти восстанавливаются достаточно оперативно, плавучие секции понтона буксируются для ремонта на судоремонтный завод или заменяются новыми.

    ОтветитьНравится
  • Сергей   18 мая, 15:43
    Самый сильный и стабильный ветер — в море. Гарантию же устойчивости к безусловно жестким морским условиям может дать только большая конструкция. С неё же легче снимать и продукцию, электричество или синтезированное топливо, безразлично.
    ОтветитьНравится
  • Наиболее сильный ветер на побережье. По крайней мере на тех картах, которые видел.
    Турбулентность воздушных потоков над водой ессно меньше надо землёй, но имхо на высоте 10-15 метров от поверхности ветер везде одинаковый.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   19 мая, 15:30
    Измеряют ветер с корыстной целью почему-то гораздо выше 15 метров, наверное не зря)) Гляньте, вот несколькими комментариями выше коллега прислал годную ссылку: www.stanford.edu/group/efmh/winds/global_winds.html, правда, океаны, 2/3 поверхности планеты, не охвачены. Но ваше возражение он затрагивает вполне. Высота измерений — 80 м.
    Я и сам видал такую измерялку — на острове в г.Владивостоке.

    Существуют исключения в виде сильного ветра в ложбинах и сужениях, но они только подтверждает правило. В промышленных масштабах использовать такой подход затруднительно.
    Да и распространённых пропеллерных ветряков большой (от мегаватта) мощности, вы не найдёте ниже 100 метров.

    В идеале самые сильные и устойчивые потоки находятся на высоте 10-20 км, но они людям пока не по зубам.
    Но и морские ветра ничего. Они настолько стабильны, что даже позволяли парусному судоходству поддерживать регулярные рейсы.
    Поверьте, не напрасно датчане, голландцы и прочие немцы рвутся на шельф Северного моря.

    ОтветитьНравится
  • неужели за ветрами? О_о
    кстати я не утверждаю что на высоте 15 метров ветер самый сильный.
    я говорю что на такой высоте нет разницы над морем он или над сушей.
    а про прибрежную полосу... я считаю там, что это из-за раздела восходящих и нисходящих потоков...
    жаль, что на карте мало информации по родным оренбургским степям :-(
    как и везде.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   26 мая, 15:00
    В степи без рельефа — точно нет разницы.
    А насчет плотности измерений.. нну, она наверное растёт с плотностью энтузиастов любого дела. Иными словами, где буйных много:)
    ОтветитьНравится