Всем привет. Гугл посоветовал написать сюда, до этого об этой площадке не знал. Заранее предупреждаю, я обычный заводской рабочий, а не учёный. Короче, как-то раз в интернете наткнулся на такую штуку, как солнечно-аэродинамическая электростанция
Для тех, кто не знает, солнечно-аэродинамическая электростанция, или солнечная восходящая башня (solar updraft tower) - это электростанция, которая представляет собой огромную теплицу (солнечный коллектор), в центре которого стоит башня (труба). Солнце нагревает воздух в коллекторе, а труба создаёт тягу. Воздух устремляется в трубу и крутит турбины, которые располагаются либо в самой трубе, либо стоят вокруг неё на земле
Заранее предупреждаю для тех, кто захочет погуглить подробнее - в подавляющем большинстве русскоязычных источников (в том числе в Википедии) эти электростанции называют солнечно-вакуумными, но это название неправильное, так как никакого вакуума там нет. Один советский умник её однажды так назвал, и понеслось. Типа вакуум - это вау, круто, дизельпанк и все дела
В 1982 году близ испанского города Мансанарес был построен и успешно испытан прототип такой электростанции. Её параметры были следующие:
высота трубы - 200 м
диаметр башни - 10 м
диаметр коллектора - 250 м
проектная мощность - 50 кВт
Станция проработала 7 лет и была уничтожена в 1989 году ураганом, поскольку труба ради экономии была сделана из тонкой листовой стали
У таких станций есть одно большое преимущество по сравнению с солнечными батареями - за счёт накопленного за день тепла она некоторое время может работать даже ночью. Для того, чтобы по максимуму использовать это преимущество, дно теплицы засыпается каким-нибудь теплоёмким материалом, например базальтом
Если станция за день накопила достаточно большое количество тепла, то может получиться так, что ночью она будет выдавать энергии даже больше, чем днём. Дело в том, что ночью уличный воздух охлаждается, это приводит к увеличению разницы температур между улицей и коллектором, что, в свою очередь, увеличивает тягу
Кроме того, есть проекты по совместному использованию таких станций с другими производствами - в теплице можно выращивать растения и водоросли, трубу можно использовать для радиосвязи, почти бесплатного опреснения воды и добычи морской соли, а её тягу для сушки материалов и охлаждения заводов и дата-центров (что, кстати, ещё больше повышает тягу, тем самым увеличивая эффективность станции)
В общем, применений много, гугл мне больше сотни насчитал. Если всё использовать по максимуму, то прибыль от турбин составит лишь незначительную долю от общей выручки станции. Ближе к центру, где температура слишком высокая для сельского хозяйства, можно поставить высокотемпературные солнечные панели
Всё бы ничего, но проблема в том, что чтобы такая станция имела хоть сколько-нибудь значимый КПД, высота трубы должна быть минимум 500-1000 метров. Строить бетонную трубу такого размера очень дорого, плюс при такой высоте она будет испытывать колоссальные ветровые нагрузки
Я решил попытаться решить эту проблему. Я подумал - а что, если нам сделать трубу из мягкого материала и наполнить её водородом. Загуглил. Оказалось, что такие эксперименты проводились. Но проблема в том, что из-за ветра такие трубы перегибаются и перекручиваются у основания, что снижает площадь сечения и создаёт турбулентность. В результате КПД сильно падает
Я подумал - а что, если соединить трубу с землёй не намертво, а с помощью огромного шарнира, вроде тех, которые используются в обычных сантехнических шаровых соединениях. Это позволит такой трубе слушаться ветра - наклоняться в любую сторону и свободно вращаться на 360 градусов. Гугл сказал, что таких проектов нет, и я решил взяться за это дело
Шарнир представляет собой чашу, которая вращается внутри купола. Чаша похожа на верхушку бокала вина. Труба в этом случае будет ножкой бокала. Первые несколько метров трубы сделаны из жёсткого материала и представляют собой патрубок
Внутри чаши гугл предложил установить шпангоуты для придания ей жёсткости и покрыть их сплошным тонким металлом для выравнивания (ламинирования) потока. Таким образом, внутренняя часть чаши будет представлять собой воронку
Шарнир имеет ограниченные углы наклона, что предполагает использование таких станций только в регионах с тихими ветрами. Но даже если угол наклона превысит расчётный, это не остановит работу станции, просто в этом случае начнёт гнуться сама труба, немного снижая КПД
Для смазки гугл предложил использовать воздушную подушку. Горячий воздух можно брать прямо из коллектора. Мы с гуглом решили остановиться на варианте, когда труба обладает избыточной плавучестью и слегка прижимает чашу к потолку купола
Так как чаша пытается улететь в небо, то форсунки для подачи воздуха мы располагаем в верхней части купола. Можно даже намеренно сделать чашу чуть меньшего диаметра, чем купол. Это позволит использовать даже грубую сборку, чаша в любом случае будет герметично прижата вверх
Для того, чтобы воздух, выходящий из нижнего зазора между чашей и куполом, не нарушал рабочий воздушный поток, гугл предложил над верхней кромкой нижнего отверстия купола установить дефлекторы (отражатели), которые будут перенаправлять воздух вверх. В этом случае воздух из воздушной подушки будет не мешать, а наоборот, помогать рабочему потоку
Система является адаптивной - в подветренную сторону автоматика всегда подаёт больше воздуха, чем в наветренную для компенсации горизонтальной силы. Кроме того, для экономии энергии в штиль или при стабильном ветре автоматика может вообще выключать компрессоры. В этом случае чашу намертво прижмёт к куполу. Для большей эффективности можно внешнюю верхнюю часть чаши и внутреннюю верхнюю часть купола покрыть специальными фрикционными материалами
Кстати, внезапная остановка всех компрессоров не является тяжёлой аварийной ситуацией - трубу начнёт заламывать и скручивать, начнёт падать КПД, но станция работу не остановит
Кроме того, воздушная подушка выполняет ещё дополнительные функции:
демпфирует вибрации чаши. Во время особо сильных вибраций (например, от ветра), автоматика может поддать воздуха
поток воздуха, выходящий из верхнего зазора между чашей и куполом, полностью выдувает всю грязь и не даёт ей попасть внутрь
при максимальных и запредельных углах наклона он работает как подшипник для трубы и не даёт ей коснуться кромки купола, позволяя ей свободно вращаться даже при заломах
верхняя часть чаши тяжелее, чем нижняя, поток воздуха её стабилизирует. Для стабилизации также можно использовать дополнительные методы, но об этом я расскажу чуть позже, если статья зайдёт
Хотелось бы обсудить данную тему. Насколько эта схема работоспособна, применима и эффективна, какие у неё плюсы и минусы, что можно добавить, убрать или изменить
Вообще мне очень интересна данная тема, хотелось бы полностью спроектировать такую электростанцию, учесть все нюансы и разобрать все сферы применения - молниезащита, радиосвязь, опреснение, сельское хозяйство, туризм, экономика, экология и многое другое
Но я понимаю, что один не справлюсь, мне нужны помощники. Специально для этого я создал группу в телеграме, ссылку оставлю в конце статьи, заходите кому интересно. Также я оставлю ссылки на свои страницы в вк и тг для тех, кто захочет накидать мне хейта в личку
Высказывайте своё мнение, предлагайте идеи. Каждый узел я буду выкладывать сюда в виде новой статьи. Только давайте так - проект открытый, ни я, ни вы ни на что не претендуете. Если всё хорошо, то предлагаю в следующей статье обсудить, как эта вся конструкция крепится к земле
группа проекта - https://t.me/flyingtower
моя страница в ВК - https://vk.ru/inflyzer
моя страница в ТГ - https://t.me/inflyzer1
