Новосибирские ученые работают над современной конструкцией ветровых теплогенераторов

Чем меня лично заинтересовала разработка ветровых теплогенераторов? О том, насколько в Сибири актуальна проблема отопления, понятно всем, особенно владельцам частных домов и дачных домиков. Любой дачник хорошо знает, сколь неприятно действует на нас ветер в раннюю весеннюю пору, когда земля еще не высохла и не нагрелась, и оттого погода кажется особенно промозглой. В отличие от ветра, солнце мы всегда воспринимаем как источник тепла. Но вот ветер как будто бросает нам вызов. Тепла он нам не приносит совершенно, но в то же время мы чувствуем гигантскую энергию, которую хочется укротить и поставить себе на службу, подобно энергии буйного жеребца. Есть ли у нас способ справиться с этим «зверем»?

Кстати, мне неоднократно приходилось слышать от домовладельцев  о желании установить на участке какой-нибудь ветрячок. Как правило, речь в таких случаях идет о ветровых электрогенераторах. Есть даже примеры, когда на необжитых участках некоторые владельцы больших коттеджей получают для себя электричество как раз с помощью ветряков. Впрочем, тепло также принимается во внимание. Некоторые дачники и жители сел нацелены на то,  чтобы использовать полученное таким путем «дармовое» (как им кажется) электричество для нагрева воды.

Вроде бы, способ «укрощения зверя» давно уже найден и широко используется. Но всё ли мы об этом знаем? Как утверждают специалисты, на практике получать электрическую энергию для преобразования ее в тепло, даже если здесь используется сила ветра, - не самый рациональный путь. К примеру, ветрячок мощностью всего лишь 500 Вт стоит в наше время порядка 50 тысяч рублей. Если осуществлять нагрев по упомянутой  схеме (то есть через выработку электричества), то большого эффекта вы не получите, тем более что в нашем регионе сильные ветра бывают не так уж часто. Да, в межсезонья дует сильно, но если нас заботит только тепло, то его гораздо эффективнее получать непосредственно от ветра, минуя стадию выработки электричества. То есть преобразуя механическую энергию прямо в тепловую.

Как я уже сказал, такие системы есть, и ими занимаются, в том числе, новосибирские ученые. Недавно одна разработка была представлена в рамках III Городского молодежного форума «Мой зеленый Новосибирск: экологические задачи решаем вместе», прошедшего в конце апреля этого года. Как мы знаем, вопросы экологии сейчас тесно увязывают с вопросами развития возобновляемых источников энергии. Однако в массовом сознании ВИЭ, как правило, ассоциируется только с солнечными и ветровыми электростанциями, тогда как вариантов использования солнца и ветра, на самом деле, намного больше. Поэтому лекция главного научного сотрудника ИТ СО РАН Анатолия Серова о ветротеплогенераторах для кого-то из молодых участников Форума могла прозвучать как откровение.

Как заметил ученый: «Ветровая энергия интересна, в первую очередь, тем, что она в наименьшей степени влияет на экологию, требует наименьшего обслуживания и доступна практически любому человеку с минимальной квалификацией». В нашем регионе, о чем было сказано выше, ветер не является серьезным источником энергии. Среднегодовая скорость ветра возле Новосибирска составляет примерно 4 – 5 м/с. То есть, много энергии вы не «снимете», но кое-что получить от этого, конечно же, можно.

И вот здесь главный вопрос для специалиста: что все-таки делать с этой энергией, как ее использовать наилучшим образом? Имеет ли смысл в наших краях получать за счет ветра электрическую энергию? По словам Анатолия Серова, для эффективной генерации электричества нужны большие скорости вращения, для чего в конструкциях используются специальные редукторы. Кроме того, вырабатываемое электричество в обязательном порядке нужно накапливать, поскольку скорость ветра постоянно меняется. Значит, нужны еще аккумуляторы (совсем не дешевые, кстати). «Как видим, - отмечает он, - цепочка эта довольно длинная, и она приводит к дополнительным потерям».

Поэтому наши ученые пошли другим путем, поставив задачу найти максимально эффективный способ непосредственного получения тепла из энергии ветра. Как известно, тепло в нашей стране необходимо всегда – в больших количествах и во многих отраслях. Взять, например, производство дистиллированной воды (а чистая вода теперь – ходовой товар). Даже для орошения, по мнению ученых, лучше использовать воду, избавленную от солей. Разве не рационально перевести такое производство на даровую энергию ветра? Или взять тепличное хозяйство. Полагаю, что и здесь такое решение будет вполне обоснованным. Наши «тепличники» энергию ветра не учитывают вообще. И было бы очень неплохо создать именно такой прецедент. Короче говоря, ветер вполне можно рассматривать именно как источник тепла – для того же нагрева воды, и этот подход с хозяйственной точки зрения совершенно оправдан.  

В чем преимущество разработки наших ученых? В том, что созданная ими конструкция ветрового теплогенратора позволяет получать тепло даже при невысокой скорости ветра. Причем сама конструкция, по словам разработчиков, отличается достаточной простотой. Дело в том, что серьезным недостатком известных решений как раз является низкий коэффициент преобразования энергии ветра в тепловую энергию в диапазоне скоростей от 0,5 до 5 м/с. Поэтому перед нашими исследователями была поставлена задача устранить эти недостатки, с чем они успешно справились.

Как объяснил Анатолий Серов, данное изобретение работает «на принципе преобразования кинетической энергии ветра в тепловую энергию за счет нагрева вязкой жидкости, которая осуществляет течение в межцилиндровом пространстве теплогенератора». В узких зазорах этого пространства возникает так называемое «течение Тейлора», позволяющее напрямую передавать энергию ветра в тепло. Основным техническим результатом здесь стало повышение КПД, так как вся утилизированная энергия ветрового потока, по словам Анатолия Серова, отбирается теплоносителем и передается через теплообменник потребителю. 

Эксперименты показали, что даже относительно небольшое по габаритам устройство при скорости ветра в диапазоне 2 – 5 м/с способно «выдать» порядка 500 Вт тепловой энергии. При более высоких скоростях мощность, естественно, также возрастает. В любом случае показательно то, что данная модель пригодна к использованию в условиях нашего региона. При этом важно отметить, что такой ветротеплогенератор может применяться и при строительстве тепловых станций. На сегодняшний день разработчики предлагают на этот счет не менее шести запатентованных решений.

Конечно, пока еще подобные штуковины кажутся нам диковинными. Но если разработчики будут в состоянии донести преимущества своего изобретения до покупателей и инвесторов, то дело сдвинется с мертвой точки. Хотя в последнем я почему-то не сильно уверен. Как раз общение с широкой аудиторией у наших ученых получается, мягко говоря, не очень… Инвестора вряд ли заинтересуют формулы, схемы и графики, понятные только специалистам-теплофизикам. Как выяснилось, переводить общение в популярную форму наши спецы иной раз оказываются не в состоянии. Поэтому у меня есть резонное опасение, что однажды такие штуковины все же придут на наш рынок, но только… из Китая. Такое опасение есть, к сожалению…

Андрей Колосов