​Сибирские ученые создают ветрогенератор, который может работать при низкой скорости ветра и нагревать воду практически без потерь благодаря преобразованию механической энергии воздушного потока непосредственно в тепловую энергию. Статья, посвященная первой части работы, опубликована в журнале Applied Energy

«В пятидесятые годы прошлого века в Рабочем поселке Караганды, где прошло мое детство, почти в каждом доме стоял ветряк. Он приводил в движение насос, качающий воду из скважины», — вспоминает главный научный сотрудник Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН доктор технических наук Виктор Иванович Терехов. Такие установки использовали из-за дефицита электроэнергии. Теперь ветряные генераторы актуальны главным образом по другой причине: беречь ресурсы планеты, используя возобновляемые источники энергии, в XXI веке уже не прихоть, а необходимость.

Первыми ветрогенераторами, известными еще до нашей эры, были ветряные мельницы. Их лопасти, крутящиеся на ветру, через передаточный механизм передвигали жернова, которые мололи зерно. Современные конструкции гораздо сложнее своих предков, чаще всего они генерируют электричество и используются для разнообразных задач: от подзарядки мобильного телефона до сооружения  электростанций. 
 (слева направо): Александр Назаров и Виктор Терехов
В лабораториях проблем энергосбережения и термогазодинамики ИТ СО РАН работают над ветрогенератором, который нагревает жидкость, используя тепловую энергию. Обычно, чтобы получить теплую воду, используя ветряную установку, сначала нужно выработать электричество. Устройство, спроектированное сибирскими учеными, может превращать механическую энергию вращающегося ветряка в тепловую, минуя дополнительные этапы преобразования энергии.
 
«Эффективность ветрогенератора, который производит электричество, не превышает 40 %. Здесь же, по закону сохранения механической энергии, все энергия вращения ротора переходит в тепло, за исключением механических потерь, которые минимальны, то есть КПД составляет практически 100 %», — говорит Виктор Терехов. Сотрудники ИТ СО РАН получили патент на эту разработку.
 
«Мы сделали два цилиндра, в каждом из которых есть набор каналов. Цилиндры вкладываются друг в друга так, что бы стенки каналов одного из них располагались внутри пространства каналов другого. Эта система помещается в емкость со специальной вязкой жидкостью. Цилиндры вращаются в противоположные стороны под действием ветряка (в экспериментальной установке ИТ СО РАН его заменяет электрический привод), создавая цилиндрические каналы с взаимно движущимися стенками. Поток жидкости в них становится неоднородным, возникают вихри, которые повышают эффективность получения тепловой энергии», — рассказывает старший научный сотрудник ИТ СО РАН доктор технических наук Александр Дмитриевич Назаров.
 
Разогретая во вращающихся цилиндрах жидкость поступает в теплообменник, где передает тепловую энергию воде. В результате на выходе получается подогретая вода, которую можно использовать, например, для хозяйственных нужд и отопления помещений. При скорости ветра 4 м/с (наиболее вероятной для Новосибирской области) установка способна нагреть воду до 60 С° примерно за час.
 
Устройство цилиндра и схема расположения цилиндров в рабочем состоянии 
   Устройство цилиндра и схема расположения цилиндров в рабочем состоянии
 
«Такие устройства пригодятся в частном доме или на даче. Особенно эффективны они будут в местах, куда трудно подвести электричество — вдоль автотрасс, на отдаленных фермах и стойбищах», — отмечает Александр Назаров.
 
Согласно данным организации Wind Europe в 2018 году в Европе с помощью ветрогенераторов было произведено 14 % всего электричества; больше всего — в Дании (41 %), Ирландии (28 %) и Португалии (24 %). В России на 1 января 2019 года суммарная мощность электростанций, работающих на энергии ветра, составила 0,08 % от всех элетростанций (Информационный обзор «Единая энергетическая система России: промежуточные итоги»). 
 
«Важно, что устройство может работать при любой скорости ветра, ведь в России в принципе ветры не сильные, в среднем не выше 5 м/с. Мы сделали достаточно гладкие стенки каналов, что уменьшает момент начала вращения цилиндров. Это позволяет системе работать при слабом потоке воздуха, легко запускаться после остановки генератора из-за безветрия или монтажа», — рассказывает Александр Назаров.
 
Эксперименты с установкой продолжались около трех лет. Ученые получили широкий диапазон параметров, при которых система будет энергетически эффективной: состав и вязкость жидкости, температура, размеры цилиндров, скорость вращения. Используя эти цифры, легко посчитать характеристики оборудования для конкретных целей, например, чтобы снабдить теплой водой небольшой домик или придорожный отель. Можно точно спрогнозировать, сколько энергии получиться при той или иной скорости ветра.
 
Увидит ли изобретение свет, пока не известно. Задача, которую решили ученые, — важная, но всё-таки только часть большой работы. Как уже говорилось, в экспериментах использовался электрический имитатор ветряка. Чтобы создать прототип установки, нужно разработать подходящий генератор — то есть сами лопасти, вращающиеся под воздействием воздушного потока. Классические, с горизонтальной осью вращения не подойдут, так как начинают работать при скорости ветра от 3—5 м/с. Для того чтобы ветряк мог двигаться и при более низких скоростях, это должен быть роторный генератор с вертикальной осью вращения (если привычные ветряки внешне напоминают пропеллер, то такой скорее похож на колесо).
 
«У нас есть предварительная договоренность насчет создания ветрогенератора с факультетом летательных аппаратов Новосибирского государственного технического университета — его сотрудники занимаются ветряными движителями. Будем надеяться, что разработкой заинтересуются инвесторы», — говорит Александр Назаров.
 
Работа поддержана грантом РНФ18-19-00161.
 
Александра Федосеева 
 
Фото: автора (1), предоставлено ИТ СО РАН (2), с сайта pixabay.com (анонс)

 

Источники

Ветряк для теплой воды
Наука в Сибири (sbras.info), 04/07/2019
Сибирские ученые создают ветряк для нагревания воды
Infopro54.ru, 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
The world news (theworldnews.net), 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Российская газета (rg.ru), 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Курские известия (kursk-izvestia.ru), 04/07/2019
Сибирские ученые разработали уникальный ветрогенератор
Infox.ru, 04/07/2019
Ветрогенератор для нагревания воды изобрели в Сибири
ИА Амител (amic.ru), 04/07/2019
Ученые из Новосибирска создали ветряк с КПД около 100%
Экономика сегодня (rueconomics.ru), 04/07/2019
Ученые из Новосибирска создали ветряк с КПД около 100%
ИА ОСЕАН (osean.ru), 04/07/2019
Сибирские ученые создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
РИА Новый День (newdaynews.ru), 04/07/2019
Сибирские ученые создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Seldon.News (news.myseldon.com), 04/07/2019
Ученые в Новосибирске разработали ветрогенератор, работающий при низкой скорости ветра
Novosibirsk.4geo.ru, 04/07/2019
Сибирские ученые создали ветряк, работающий при любой скорости ветра: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 04/07/2019
Ученые в Новосибирске разработали ветрогенератор, работающий при низкой скорости ветра
ТАСС, 04/07/2019
Ученые в Новосибирске разработали ветрогенератор, работающий при низкой скорости ветра
Новости@Rambler.ru, 04/07/2019
Сибирские ученые создали ветряк, работающий при любой скорости ветра
Letnews.ru, 04/07/2019
Разработанный в Сибири ветрогенератор может нагревать воду при слабом ветре
Индикатор (indicator.ru), 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Seldon.News (news.myseldon.com), 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Новости@Rambler.ru, 04/07/2019
В Новосибирске создают ветрогенератор почти со 100-процентным КПД
ИА Regnum, 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 04/07/2019
В Сибири изобрели ветрогенератор для нагревания воды
Gorodskoyportal.ru/barnaul, 04/07/2019
В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 05/07/2019
Ученые создали ветронагреватор воды для дачи
Sibnet.ru, 05/07/2019
Разработанный в Сибири ветрогенератор может нагревать воду при слабом ветре
RussiaGoodNews.ru, 05/07/2019
Сибирские ученые создали уникальный ветрогенератор
Нож (knife.media), 05/07/2019
Ученые Новосибирска создали уникальный ветрогенератор
Сиб.фм (sib.fm), 05/07/2019
Для дачников и сельчан разрабатывают ветряк для теплой воды
Агро XXI (agroxxi.ru), 07/07/2019
Ученые создали ветронагреватор воды для дачи
Вторая Планета (2planeta.ru), 06/07/2019
Для предотвращения образования "пузыря"
АРТУР ДАН (aldana.ru), 05/07/2019
Это интересно. В Сибири создали ветрогенератор для нагрева воды без электричества
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 07/07/2019
Ветрогенератор преобразует энергию ветра в тепло
Артур Дан (economy.aldana.ru), 05/07/2019
Ветрогенератору ветер не нужен
Честное слово (chslovo.com), 10/07/2019
Ветряк для теплой воды создают сибирские ученые
Seldon.News (news.myseldon.com), 13/07/2019
Ветряк для теплой воды создают сибирские ученые.
Крестьянские Ведомости (kvedomosti.ru), 13/07/2019

Похожие новости

  • 23/11/2018

    Сибирские ученые готовят к внедрению новые технологии для повышения эффективности работы малых котельных

    — В Институте теплофизики СО РАН разработан проект по переводу малых котельных на уголь микропомола — фракции до 20-30 микрон — с применением технологии механоактивации. В этих условиях частички угля горят настолько эффективно, что получается горение, как у газа, — рассказал на пресс-конференции в ТАСС заместитель директора Института теплофизики им.
    524
  • 22/02/2019

    В Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН обсудили новейшие разработки для промышленности

    ​На круглом столе, организованном ИТ СО РАН совместно с департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска, представители науки и производства обсудили новейшие разработки института, а также вопросы и проблемы взаимовыгодного сотрудничества.
    433
  • 19/12/2018

    Определена оптимальная форма Т-образных микромиксеров

    Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Новосибирска провели численное моделирование перемешивания жидкостей в Т-образных микромиксерах и определили их оптимальную форму.
    780
  • 06/09/2017

    В Новосибирске расмотрели альтернативы «мусорному» концессионеру

    ​Альтернативные предложения по сбору и утилизации отходов были рассмотрены в рамках "Городской ассамблеи" в Новосибирске. Местные разработчики предложили новые современные технологии переработки ТКО.
    1387
  • 04/12/2018

    В новосибирском Академгородке внедрили инновационную систему освещения улиц

    "Установка новой системы наружного освещения в Академгородке - хороший пример эффективного применения разработок новосибирских инновационных компаний для городского хозяйства", - считает мэр Анатолий Локоть, который оценил преимущества нового светового оборудования в ходе выездного совещания.
    1126
  • 12/09/2017

    Как ученые создают мировой рынок для внедрения своих открытий

    Новосибирский ученый Михаил Предтеченский разработал экономически эффективную технологию, позволяющую сворачивать в нанотрубки графен - углеродный лист толщиной в один атом. Теперь нанотрубки можно производить в неограниченном количестве и добавлять в другие материалы, создавая композиты с небывалыми свойствами.
    1117
  • 24/10/2016

    Новосибирские ученые провели испытания котла на водоугольном топливе

    ​Новосибирские ученые провели в поселке Барзас несколько успешных испытаний котла на водоугольном топливе. В каком-то смысле это знаменательное событие, смысл которого могут оценить только профессионалы узкого профиля.
    1582
  • 21/09/2018

    В Новосибирске построят «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике»

     В рамках проекта «Академгородок 2.0» сибирские ученые предлагают построить центр коллективного пользования «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике».
    990
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    961
  • 29/08/2018

    В Новосибирске собираются построить аэродинамическую трубу для изучения обледенения самолетов

    ​Аэродинамическую трубу для изучения процессов обледенения при взлете и посадке самолетов планируется построить в новосибирском Академгородке, сообщил агентству "Интерфакс-Сибирь" научный руководитель Института теоретической и прикладной механики им.
    915