Демиург N 2 2014

Вл.П. Глушко, Вл.Вл. Глушко, Вит.Вл. Глушко.

Ветроинверсоры на ПМГД эффекте. Вместо предисловия
Сейчас в интернете остро обсуждается одна из «страшилок» современности. По данным исследования австралийских ученых, которое основано на статистике ООН и ВОЗ, рост численности населения Земли полностью вышел из-под контроля и уже к 2020 году на нашей планете будет 10 миллиардов человек. Теперь его не сможет сдержать даже третья мировая война (см. примечание редакции 1).
        Перенаселение планеты неминуемо приведет к голоду, недостатку пресной воды и ухудшению климата. А всё это неминуемо произойдёт, если не будут созданы новые источники энергии, которые будут опреснять воду, печь хлеб, двигать технику и обогревать людей. Только от этого зависит то, быть Человечеству на земле или нет,будут ли на планете жить наши внуки и правнуки.
        Магнитогидродинамический эффект (ПМГД эффект) – это физический эффект прямого преобразования кинетической энергии движения сплошной среды из диэлектрического вещества, в энергию электрического тока. ПМГД эффект – основа ветро и гидро преобразователей будущей энергетики.
        Общеизвестно, что атмосферу Земли, неравномерно разогретую по горизонтали солнечными лучами, рассматривают как тепловую машину. Рабочим телом здесь служит сам воздух. Она превращает энергию излучения Солнца в кинетическую энергию ветра. Такая машина обеспечивает движение атмосферы параллельно плоскости экватора симметрично в Северном и Южном полушарии. К системе ветров относят «восточные ветры», которые дуют с востока на запад в низких широтах, а в умеренных и высоких широтах – «западные ветры», которые дуют с запада на восток (см. примечание редакции 2).
        Во вращающейся системе «планета – атмосфера» момент импульса западных ветров в несколько раз больше момента импульса восточных ветров, поэтому атмосфера в целом вращается вокруг оси Земли быстрее самой планеты. В среднем за год сутки для атмосферы длятся 23 часа 38 минут, а не 23 часа 56 минут, как для планеты. Этот огромный поток кинетической энергии необходимо использовать для нужд Человечества, преобразовав его в энергию электрического тока. Эффективная реализация этой цели возможна на основе поляризационного магнитогидродинамического эффекта – ПМГД эффекта. Идея получения электроэнергии при движении в магнитном поле электропроводящей жидкости или высоко ионизированного газа не является новой и имеет достаточно много примеров её успешной практической реализации.
        Однако, в ветро и гидроэнергетике она натыкается на серьёзные трудности, связанные с низкой электропроводностью этих веществ при нормальных условиях внешней среды, при которых только и можно реализовать такие проекты. Действительно, при 3000 градусов по Кельвину (т.е. полной ионизации) и давлении в 3 атмосферы проводимость воздуха (даже с 1% добавкой калия) составляет примерно 10^-6от проводимости меди. Отсюда следует, что внутренний объём традиционного МГД-генератора c рабочим телом из среды, которая указана строчкой выше, должен быть в 10⁶ раз больше объёма меди в генераторе с медной обмоткой, работающего в магнитном поле той же напряженности и при сравнимых линейных скоростях движения среды.
        Поэтому, МГД-генератор для ветро и гидро инверсора не может быть спроектирован как простой генератор с однородными полюсами и рабочим каналом большого сечения и требует значительных конструктивных изменений. В частности для ветрового инверсора, с его значительным объёмом внутреннего пространства, которое уже на порядки превышает указанное выше отношение, должны использоваться не только специальные методы создания магнитных полей необходимой напряженности по всему сечению канала, но и принципиально новые способы отвода электротока из рабочей зоны. Однако, при этом следует отметить, что положительным фактором здесь является то, что эффект Холла для газов более существенен, чем для металлов.
        В нашей физико-технической лаборатории проходят исследование два устройства преобразователя на основе ПМГД-эффекта для цели преобразования кинетической энергии ветра и потока воды в энергию электрического тока. Объединяет эти две работы то обстоятельство, что в первом и во втором случае мы имеем дело с диэлектрическим веществом сплошной среды. Именно это объединяет подходы к решению поставленных задач, хотя плотности этих двух веществ различаются на три порядка.
        Исследуемый нами ПМГД-генератор отличается от хорошо известного в физике МГД-генератора тем, что здесь используются не только индуцированные переменные магнитные поля с индукторами открытого типа, в отличии от постоянных магнитных полей традиционных МГД-генераторов, но и индукционные (без электродные, не контактные) методы съёма электрического тока.
        Данное обстоятельство хорошо иллюстрируется тем, что токи поляризации, которые текут в диэлектрическом веществе под действием переменного электрического поля (токи смещения), не только образуют переменное магнитное поле, но и подвержены эффекту Холла. Иными словами в скрещённых синфазно изменяющихся магнитных и электрических полях вещество диэлектрика поляризуется в перпендикулярном к ним направлении
        Именно это обстоятельство позволило нам предположить, что при движении диэлектрика в переменном магнитном поле также возможна его поляризация в соответствии с общеизвестным законом индукции. Прямые опыты подтвердили наше предположение, что привело к открытию ПМГД эффекта. Результаты экспериментов были положены в основание конструкции инверсоров для потоков среды, состоящей из диэлектрического вещества. В предлагаемом устройстве кинетическая энергия ветра так же непосредственно преобразуется в энергию электрического тока, как и в обычном МГД-генераторе, что делает его совершенно уникальным в сравнении с традиционными образцами ветропреобразователей лопастного типа.
        Простота конструкции и отсутствие каких-либо движущихся частей устройства не только значительно повышает его надёжность и эксплуатационные качества, но имеет и другие существенные преимущества. Здесь устраняются и многие известные недостатки традиционных конструкций «ветряков», из которых одним из важнейших является: – ограничение по скорости ветра.
        Разрабатываемый преобразователь конструктивно прост, представляет собой решетчатую конструкцию в виде короткой трубы большого сечения. Для наглядности он представляет собой большого размера дверной косяк (каркас для двери), где, вместо двери, расположена особая решётка. «Косяк» своим основанием закреплён на железобетонном фундаменте, а верхняя его часть расчалена тросами. Своим створом он расположен против ветра. Проходя решетчатую конструкцию кинетическая энергия ветра, под действием индуцированных скрещенных электрических и магнитных полей, преобразуется в энергию электрического тока. Здесь практически ломаться будет нечему (если не «наехать» трактором). Он не требует ежедневного технического обслуживания, производство энергии будет производиться в автоматическом режиме, имеет и другие достоинства, что позволяет надеяться на его широкое применение.
        Для внедрения преобразователя в индустрию производства электрической энергии необходимо закончить НИР (научно-исследовательские работы) и произвести ОКР (опытно-конструкторские работы), поскольку, в настоящее время, выполнены только часть НИР по изучению свойств ПМГД-эффекта, где в качестве «рабочего тела» генератора используются диэлектрические вещества, в частности: – воздух и вода.
        В лабораторных условиях была показана принципиальная возможность использования ПМГД-эффекта для целей преобразования энергии ветра и воды в энергию электрического тока. Исследование лабораторного образца конструкции генератора на ПМГД-эффекте показало, что эта машина обратима, т.е. подводя к ней электрическую энергию её можно использовать как воздушный и водяной насос или как насос для перекачки любых других диэлектрических жидкостей и газов. Применение ПМГД -эффекта в технике, помимо индустрии промышленного производства электроэнергии, обширно: – от различных датчиков (расходомеров и измерителей скорости потоков), до движителей морских или речных судов.
        Особый интерес представляет собой использование ПМГД-эффекта при крупномасштабном производстве электроэнергии. При этом, если вспомнить любой из проектов освоения известнейших ветрорегионовпланеты, например, «Джунгарские ворота», то уже только этого будет достаточно для того, чтобы полно характеризовать перспективность использования нашего инверсора. Эти машины будут незаменимы при освоении энергии бризов морей и океанов. Стоит отметить и то, что подобных инверсоров в мировой практике нет, т.е. есть реальная возможность получения действующих (приносящих значительную прибыль) патентов в ведущих странах мира.

Приложение.

Энергетика «ДЖУНГАРСКИХ ВОРОТ».         Почти рядом с Алматой (Талдыкурганская область) находится один из мощнейших в мире ветровых регионов – район «Джунгарские ворота». «Джунгарские ворота» представляют собой горный проход, соединяющий две обширные впадины: Балхаш-Алакольскую (находящуюся в Казахстане) и Эбинурскую (расположенную в пределах Китая). Проход представляет собой межгорную долину шириной 10-15 км и длиной 60-70 км (около 1000 кв.км.), разделяющую две близко подходящие друг к другу высокие (до 3500 м над у. м.) хребты Джунгарского Ала-Тау. Климат засушливый, преобладает полупустынный ландшафт с редкой растительностью, малопригодный к сельскому хозяйству. А учитывая то, что здесь проходят автомобильная и железная дороги, линии электропередачи, то он является уникальным местом по условиям инженерного освоения при крупномасштабном строительстве.
        Район Джунгарских ворот характеризуется постоянными сильными ветрами «Евгей» в юго-восточном направлении (со стороны Китая) и аналогичными по силе ветрами противоположного направления –«Сайкан». Это мощный ветроэнергетический потенциал, измеряемый почти триллионом квт.ч. в год, который был обнаружен уже только в слое 10 метровой высоты этой полноводной воздушной реки. (Следует заметить, что Республика Казахстан производит в целом за год около 86 млрд.квт.ч.)
        Но «взять» эту энергию пока не возможно, поскольку освоение ветрорегиона сдерживается отсутствием должных преобразователей энергии ветра в энергию электрического тока. Нужны ветропреобразователи большой единичной мощности от 1 Мвт и выше. Широко внедряемые в мире установки в 1-10 Мвт башенного типа с гондолой, аэродинамическими лопастями и машинными электрическими генераторами здесь не годятся в силу особенностей режима ветров и величины его скоростей, порывы которого значительно превосходят допустимую величину скорости ветра для лучших образцов.
        Указанное обстоятельство обусловлено тем, что в конструкции таких установок заложен существенный недостаток, отражающийся, в конечном счёте, на их мощности и, соответственно, на выработке энергии. Им является консольный тип крепления основных элементов ветропреобразователя. Иными словами – это рычаг, который способен вывернуть из земли любой фундамент или сломать сам рычаг. Так, лопасть ветроколеса прикреплена к главному валу одним концом (диаметр колеса от 30 м и выше). Аналогичным образом закреплена к фундаменту и башня ( высота от 43 м до 48 м). В связи с чем, при скорости ветра выше номинальной (рассчитанной на максимальную мощность электрогенератора, величину которой превышать нельзя) угол установки лопасти колеса автоматически уменьшается.
        Он регулируется таким образом, чтобы мощность ветропреобразователя не превышала допустимую величину. Это продиктовано механической прочностью лопастей и башни, претерпевающих, как механические консольные элементы, сильный изгибающий момент. При шквалах, бурях и ураганах, коими изобилует этот район, лопасти должны быть вообще повёрнуты во «флюгер», чтобы спасти всю станцию от разрушения.
        По метеоданным максимальные скорости ветра в регионе по годам различны и колеблются от 30 м/сек до 63 м/сек., что значительно превышает допустимые значения для крупных инверсоров (25м/сек.). Причём процентное отношение времени наблюдения таких ветров ко всему промежутку времени достигает 10 процентов. Это одна из нескольких важных причин, по которой приобретение Казахстаном мощных зарубежных преобразователей, по целевым кредитам, для данного региона нецелесообразно. Перспективность использования нашего инверсора именно здесь несомненна.

Примечания редакции:
1. Тезис, хотя и одобрен ВОЗ, не доказан. Крысы в перенаселённых клетках перестают размножаться! Кому, как не медикам это не знать!!
2. Эта система сложнее: она охватывает весь земной шар и состоит из 6 широтных поясов: от экватора до 30-х параллелей (тропики), от 30-х до 60-х - средне широтные и от 60-х параллелей до полюсов (полярные).

Глобальные течения атмосферы Земли         В тропических поясах воздух в приземном слое движется к экватору (отклоняясь эффектом Кориолиса к западу), над экватором поднимается в верхние слои тропосферы, освобождаясь от влаги (и создавая тропические леса). В верхних слоях тропосферы воздух растекается в стороны и на широтах около 30⁰ опускается вниз. Именно эти сухие нисходящие потоки являются причиной образования зон пустынь и полупустынь.
        В средне широтных поясах потоки в приземных слоях воздуха, менее заметные, чем пассаты, но достаточно сильные, текут к полюсам, отклоняясь из-за того же эффекта Кориолиса к востоку. На широтах около 60⁰ они также образуют восходящие потоки, освобождаются от влаги (и создают лесные зоны), затем в верхних слоях тропосферы движутся к нисходящим тропическим потокам.
        В полярных зонах картина аналогична тропикам, с той лишь разницей, что эффект Кориолиса здесь сильнее, а влажность воздуха меньше.

В оглавление