UNIPRESS/Colorado Russian World
http://www.russiandenver.50megs.com/exergytower.html


Энергетическая башня Майсоценко,
или на пороге новой эры...
Илья Трейгер

Не так давно на "Голос Америки" прошло сообщение о том, что мир нуждается в переходе на возобновляемые источники энергии, и такой переход неизбежен, хотя, чтобы такие источники стали основными понадобятся десятилетия.

Позвольте, но десятилетия уже прошли, и целый ряд возобновляемых источников энергии уже стали привычными. Гидроэлектростанции, например, придуманы не сегодня и дают энергию во вполне промышленных масштабах. Ветровые генераторы тоже известны чуть ли не столетие и тоже являются привычными. И солнечные батареи известны нам не одно десятилетие. Достаточно напомнить, что вся космическая отрасль только на солнечных батареях и держится. А солнечные концентраторы известны и вовсе на протяжении тысячелетий, со времен Архимеда Сиракузского, жившего в III веке до н. э.

И совершенно новые возобновляемые источники энергии тоже стали появляться в последнее время. Так, ученые из Принстона научились преобразовывать движения человека в электричество посредством гибких наногенераторов, вшиваемых в одежду. А группа ученых под руководством Ларса Питера Нильсена из Орхусского университета (Дания) сумела обнаружить, бактерии на дне морей и океанов,  способные и генерировать и передавать электроэнергию на большие расстояния.

К таким принципиально новым возобновляемым источникам энергии можно отнести и новый термодинамический цикл, известный как Maisotsenko-Cycle (M-Cycle), о котором мы уже писали в материалах Все уже сделано, осталось взять..., Как борются с Обамой и Продавец воздуха или термодинамика для идиотов.

И что, не кажется ли странным, что при наличии столь широкого спектра возобновляемых источников энергии, многие из которых известны человечеству в течение веков и даже тысячелетий, полномасштабное их внедрение в экономику современного мира, тем не менее, ожидается не ранее, чем в течение десятилетий? Кажется. Однако странность эта действительно кажущаяся. На самом деле, к сожалению, такая ситуация объективно обусловлена, и подобные выводы взяты не с потолка. И, тем не менее, не все так мрачно, как кажется. Наука не стоит на месте, и имеются вполне радикальные сдвиги и в этой области тоже.

А давайте сделаем шизофреничное допущение, что вдруг некий вселенский катаклизм перекривит пространство-время так, что изменившиеся законы физики перестанут быть препятствием для создания вечного двигателя. И что, будут ли в этом случае решены энергетические проблемы человечества? Хочется сказать, что да. Однако на самом деле приходится сказать нет.

Дело в том, что в силу законов физики, чтобы произвести энергию, нужно приложить энергию. Но практические возможности человечества ограничены, к сожалению, не только законами физики, но и законами экономики. А это значит, что для производства энергии нужно не только приложить энергию, но еще и заплатить за нее. Представим себе, что мы можем построить вечный двигатель, который способен производить один киловатт энергии в год, но на строительство такого устройства придется затратить один триллион долларов. Как вы думаете, найдется ли такой инвестор или, тем более, группа инвесторов, которые согласятся вложить в такой проект хотя бы цент? – Нет, конечно. Такая "электростанция" только начнет окупаться лет эдак через сто (и это в лучшем случае). Прибыль начнут получать лишь будущие поколения, а сами инвесторы так и умрут в нищете.

Примерно такая же история происходит вокруг возобновляемых источников энергии, известных сегодня. Ведь все они, гидроэнергия, ветроэнергия, солнечная энергия для человека практически ведут себя как вечные двигатели, поскольку неисчерпаемы. Однако чтобы эту энергию извлечь в виде заданного вида энергии (электрической, например) необходимо заплатить за постройку устройства. И так уж оказалось, что нет ни единого из возобновляемых источников, где бы энергия стоила дешевле или хотя бы равнялась по стоимости с привычными сжигаемыми источниками. Энергия, получаемая из всех без исключения возобновляемых источников, дороже энергии, получаемой из сжигаемых источников.

Причиной этого является тот факт, что природные явления, из которых сегодня умеют получать энергию, обладают слишком низкой разностью потенциалов, и потому малоэффективны, и, как следствие, энергия эта слишком дорого обходится. Промышленными, главным образом, имеют шанс стать лишь те источники энергии, где человеку под силу искусственно увеличить разность потенциалов, причем так, чтобы затраты на такие мероприятия не превышали уровень экономической целесообразности. Наиболее иллюстративным примером в этом плане может служить гидроэлектростанция. Водяные мельницы ведь известны человечеству многие сотни лет. Однако для производства электроэнергии в чистом виде их использовать не удалось. Пришлось строить электростанции с искусственными водохранилищами и высокими плотинами. Платина нужна, чтобы увеличить высоту водосброса и тем самым увеличить разность потенциалов. Однако бесконечно увеличивать высоту водосброса мы не можем, поскольку ограничены водонаполнением данной конкретной реки. Именно по этой причине гидроэлектростанции хотя и вошли в мировую экономику в качестве промышленного источника энергии, но основным не стали, как, впрочем, и атомные. Основным источником электроэнергии в мире по-прежнему являются электростанции тепловые.

Ну, хорошо, с гидростанциями понятно – огромная стоимость плотин и турбинного комплекса, а количество воды в реке такое, какое есть – не выльешь из кувшина больше, чем в него налито. Но ветровая-то энергия почему дороже сжигаемой? Точно по той же самой причине – низкая эффективность по причине низкой разности потенциалов между зонами повышенного и пониженного давления, которая, собственно, и создает ветер. Кроме того, ветер дует не постоянно и далеко не всегда с расчетной силой. В результате, эффективность самого ветряка не превышает 40%. Но ветряк сам по себе производить электроэнергию не может. Его для этой цели нужно подключить к генератору через редуктор-мультипликатор. А эти устройства имеют КПД еще меньший, чем сам пропеллер. В итоге – получение электроэнергии посредством ветрогенераторов в 80 раз дороже, чем посредством сжигания угля. Да, и дешевизна самого ветряка кажущаяся.

Самая мощная ветровая турбина под названием Hywind, существующая сегодня в мире, разработана компанией Siemens Renewable Energy и в качестве опытного рабочего образца установлена в 10 километрах от острова Кармой, неподалеку от юго-западного берега Норвегии. Вес этой турбины 5 300 тонн, а установлена она на вершине мачты высотой 65 метров. Учитывая вес турбины и тот факт, что она должна быть идеально отцентрована, чтобы не разнести саму мачту, вы представляете себе стоимость всей этой конструкции? И вот этот монстр производит всего на всего 2,3 МВт электроэнергии.

А что же уголь и другие источники сжигаемой энергии? Они ведь тоже природные, однако, получается, что способны создавать несоизмеримо большую разность потенциалов, чем другие известные источники. Да, это так. Но почему?

Ветер – это источник энергии, выделяемой за счет разности потенциалов, создаваемой атмосферой прямо у нас на глазах. А уголь, нефть и пр. – это источники энергии, накопленной за миллионы лет их существования. И эту энергию, накопленную за миллионы лет, мы посредством сжигания выделяем за считанные минуты. Вот, откуда мы получаем столь высокую разность потенциалов. Мы ее не создаем, мы высвобождаем то, что было накоплено в течение длительного времени. Такое можно получить только посредством сжигания горючих материалов. Поэтому сможем мы полностью перейти на возобновляемые источники энергии или не сможем, зависит от одного единственного фактора – насколько нам удастся искусственно увеличить разность потенциалов, возникающую в рассмотренных природных явлениях, и насколько такое решение окажется экономически целесообразным. Иными словами, мы должны научиться делать это так, чтобы производимая энергия была не дороже энергии, получаемой из сжигаемых источников.

В случае гидроэлектростанций человечеству эту проблему, как уже говорилось, решить удалось, но ограничения наложила водопродукция рек. А в случае ветрогенераторов до недавнего времени проблему решить не удавалось. Собственно, с точки зрения физики она решена давно...

Известна энергетическая башня профессора Заславского (Израиль). Это башня выстой не менее 1000 метров, где воздух увлажняется водой на самом верху этой башни. В результате испарительного охлаждения воздух тяжелеет и падает вниз, создавая поток, способный крутить турбину. С точки зрения физики все нормально. С экономикой не получается. Поскольку таким образом охладить воздух ниже температуры влажного термометра невозможно, башня должна иметь высоту не менее 1000 метров над уровнем моря, чтобы вообще создать какой-либо эффект. При этом вода, охлаждающая воздух, поступающий в башню, должна подаваться на самый верх этой башни, т.е. на высоту 1000 метров. В результате, только на подъем воды требуется израсходовать половину той электроэнергии, которую способно генерировать это сооружение. А разность потенциалов ограничена температурой мокрого термометра. То есть, получился некий аналог гидроэлектростанции, только с воздухом и не меньшей стоимости.

Более популярны солнечные энергетические башни, которые в настоящее время проектируются и даже строятся во многих точках земного шара. Принцип работы такого устройства тоже достаточно прост. Солнечная энергия, усиленная концентраторами, нагревает воздух внутри башни. В результате, воздух теряет в весе и поднимается вверх (в отличие от башни Заславского, где рабочий поток движется сверху вниз). Этот поток и крутит турбину. Почему эта конструкция более популярна? – Только потому, что она несколько дешевле. Здесь не нужна вода, за которую необходимо платить, и эту воду не надо поднимать на километровую высоту, за что тоже нужно платить. Да, и километровая высота здесь тоже не обязательна, можно обойтись несколькими сотнями метров. На этом, однако, основные преимущества перед башней Заславского и заканчиваются. И все по той же причине – малая разность потенциалов. Ведь воздух в башне берется не из ниоткуда, а из окружающей среды. Но Солнце ведь греет не только воздух в башне, но и вокруг с башней, и рядом с башней, и вообще, Солнце греет все, что видит. И хотя нагрев воздуха внутри сооружения осуществляется через солнечные концентраторы, воздух окружающей среды, тем не менее, продолжает нагреваться вместе с рабочим потоком. То есть, разность потенциалов, рождающая этот рабочий поток, ограничена разностью температур между воздухом внутри сооружения и вне его, и, следовательно, таким путем не может увеличиваться неограниченно. А в каких пределах может? Практические испытания показали, что достигаемой разности потенциалов достаточно, чтобы раскрутить турбину, но не достаточно, чтобы сделать полученную энергию дешевле той, что получается от сжигаемых источников. К тому же, солнечная электростанция в ночное время свою эффективность теряет.

И, надо заметить, что до недавнего времени ничего более эффективного на горизонте не просматривалось. До недавнего времени, т.е. до появления термодинамического цикла профессора Валерия Майсоценко.

Ранее, как говорилось выше, мы неоднократно писали о термодинамическом цикле Майсоценко (М-Cycle). И в этих публикациях упоминался так называемый солнечный кондиционер, в тепло- массообменнике которого, как выяснилось, создается дополнительная разность потенциалов, ограниченная сверху не температурой влажного термометра, как в башне Заславского, а температурой точки росы.

Поскольку эффект был обнаружен в ходе разработки именно кондиционера, по чисто коммерческим причинам компании Idalex, Inc. и Coolerado, Inc., созднные профессором Майсоценко и его партнерами, в первую очередь занялась продвижением на рынок именно кондиционеров, оставив вопрос производства энергии на будущее. Однако будущее делается сегодня. А сегодня вокруг испарительных кондиционеров этой компании возникло то, что можно назвать бумом. Эти кондиционеры уже нашли спрос по всему миру. Это и Африка (Нигерия), и Австралия, и ЮАР, и Юго-восточная Азия (Китай, Индия, Таиланд), и Ближний Восток (Саудовская Аравия и ОАЭ), и Европа, включая даже сырую Англию. И бум этот вполне объясним. Достаточно лишь сказать о том, что для производства такого же количества холода эти кондиционеры потребляют в 10 раз меньше энергии, чем это требуется традиционным компрессионным холодильным машинам. Кроме того, все мы сталкивались с таким явлением, как невыносимая духота в кондиционируемых помещениях в случае скопления большого количества людей. Это происходит потому, что традиционные компрессионные кондиционеры на 85% работают не рециркулируемом воздухе, т.е. на воздухе, которым люди, находящиеся в помещении уже, как минимум, однажды подышали. И лишь 15% воздуха берется извне, поскольку в противном случае энергозатраты традиционного кондиционера не смогут оплачивать даже миллиардеры. Иными словами, по причине дороговизны люди в кондиционируемых помещениях на 85% дышат воздухом БУ. Кондиционеры же Coolerado, Inc. используют для своей работы стопроцентно чистый воздух, забираемый из окружающей среды. И при этом единица холода обходится потребителю не дороже, а дешевле, причем на порядок.

Вполне естественно, что спрос на холодильные машины в разных географических регионах планеты предполагает адаптацию продукта к нуждам разных стран и разных регионов. И в процессе этой непрерывной исследовательско-инженерной работы как раз и выяснилось, что производство энергии в тепло- массообменнике Майсоценко оказалось не только не дороже энергии, добываемой из сжигаемых энергоносителей, но существенно дешевле этой энергии.

Ничто в этом мире не может стоять на месте, все существует в развитии, хотим мы того или нет. В статье "Продавец воздуха или термодинамика для идиотов" мы упоминали, что в ходе работ над "солнечным кондиционером" выяснилось, что тепло- массообменник этого кондиционера генерирует энергию за счет экстракции части внутренней энергии воздушного потока и перевода этой доли энергии в кинетическую. Понятно, что коль уж подобный эффект получен именно в аппарате, созданном компаниями Idalex и Coolerado и под руководством Валерия Майсоценко, то этим людям, скорее всего, и предстоит идти дальше в этом направлении. Так что профессору Майсоценко пришлось приступить к разработке энергетической башни, хотел он того или не хотел. И вот, что из этого получилось:

ExergyTowerНа рисунке мы видим два концентрических цилиндра, образующих два воздушных канала. Внешний цилиндр – это, собственно, корпус башни. А внутренний цилиндр является тонкостенным, изготовленным из материала с внутренней поверхностью, непроницаемой для влаги, и наружной поверхностью, смачиваемой водой. Таким образом, в центральном воздушном канале воздух остается сухим, а в канале, концентрически расположенном вокруг центрального, воздух влажный. Влажность, возникающая во втором канале, и запускает тот самый процесс, о котором мы подробно писали ранее, где в центральном канале воздушный поток движется сверху вниз, как в башне Заславского, а во втором канале снизу вверх, как в солнечной башне. И работает эта башенка круглосуточно с одинаковой эффективностью.

Согласно предварительным расчетам, такая башня, устроенная в каминной трубе стандартного двух-трех уровневого индивидуального жилого дома, способна генерировать, как минимум, 25 КВт/час электроэнергии, работая 24 часа в сутки, что в 2,5 раза больше, чем такому дому в среднем требуется. И что интересно, так это то, что при наличии этого источника энергии дому требуется этой энергии еще меньше, особенно летом. Дело в том, что данное устройство кроме генерирования энергии, имеет еще и побочные продукты – это производство холода и производство воды. То есть, в летнее время такой дом не нуждается более в энергетических затратах на кондиционирование воздуха. И, кроме этого, если для смачивания влажного канала использовать канализационную воду, то продукция очищенной воды составит до 120 тысяч литров в день, то есть, хватит не только для нужд одной семьи, но многих домов. А, учитывая, что энергетическая производительность башни среди прочего является функцией высоты этой башни, легко себе представить, какое количество энергии мы получаем от тепло- массообменника Майсоценко, помещенного в обычную заводскую трубу высотой 50 или 100 метров.

И это, если речь идет о башне Майсоценко в "чистом виде", т.е. как это описано. Но ведь в нашем практическом материальном мире ничто не способно существовать в "чистом виде". Энергетическая башня ведь предназначена для работы на нашей планете, где и солнышко светит, и ветерок дует. Если дует, то грех не оборудовать сооружение флюгером-воздухозаборником или, проще говоря, обычным аэродромным ветровым мешком. Таким образом, к уж имеющемуся энергетическому потенциалу прибавляется дополнительная энергия, которую обычно принято утилизировать ветрогенераторами. Но ведь и от солнышка тоже не спрячешься. Хотим мы того или нет, но через внешнюю обшивку башни воздух в концентрическом канале получает дополнительный нагрев, и, следовательно, дополнительную потерю в весе. Таким образом, даже без нашего желания эта установка автоматически утилизирует солнечную энергию так же, как это происходит в солнечных башнях. Только за счет этих двух дополнительных факторов эффективность установки способна увеличиваться в разы и обеспечивать не только один отдельно взятый частный дом, но целое "нейборхудство". Но кроме этих факторов присутствуют такие явления, как гравитация и прочие факторы, традиционно используемые в известных источниках возобновляемой энергии. Так во сколько еще раз увеличивается эффективность башни Майценко? А этого мы сегодня точно сказать не можем, поскольку и перечисленные известные факторы работают в данном случае не в чистом виде, а будучи пропущены через новый термодинамический цикл...

Все это, конечно, интересно само по себе, однако, не это является единственно важным в данном случае.

Приведеннй нами рисунок, изображающий описываемую конструкцию, является всего лишь принципиальной схемой устройства, но не инженерным чертежом. На самом же деле никакого внутреннего цилиндра нет, а есть большой комок мокрой мятой бумаги с капиллярными свойствами и копеечной стоимости. Впрочем, это тоже несколько утрировано. Конечно же, бумага эта не целлюлозная, а синтетическая. И она не просто смята, а смята хитроумно, чем-то напоминая пчелиные соты. И смачивается эта бумага тоже хитроумным способом. Однако при всем этом бумага остается бумагой, и стоимость ее остается копеечной. И процесс сминания этой бумаги тоже давно уже автоматизирован той же компанией Coolerado, Inc., и тоже обходится в копейки. Теоретически существенных затрат требует лишь строительство самой башни. Однако строительство даже самой дорогой заводской трубы стоит на порядки дешевле строительства любой электростанции известного типа.

Впрочем, рассуждения о затратах на возведение башни являются чисто теоретическими, поскольку если такие башни и придется строить, то в далеком будущем, а то и вообще никогда. Уж, во всяком случае, сегодня этот вопрос вообще не стоит. Дело в том, что любое предприятие имеет заводскую трубу, а любое здание, особенно многоэтажное, имеет вентиляционные каналы. Тепло- массообменник Майсоценко, размещенный в таких трубах и каналах, превращает последние в энергетические башни, не только не нарушая главные функции этих труб или каналов, но, напротив, улучшая их эффективность. До тех пор, пока все уже имеющиеся заводские трубы и вентиляционные каналы не будут оснащены такими тепло- массообменниками, вопрос о строительстве новых возникнуть не может. А в будущем..., в будущем предприятия ведь тоже в любом случае будут строиться с заводскими трубами, а здания с вентиляционным каналами, так что и в будущем специально тратить деньги на башни, скорее всего, не придется.

В итоге, мы получили в полной мере возобновляемый источник энергии, где стоимость одного киловатта не только не дороже того, что мы сегодня получаем от сжигаемых источников, но дешевле, причем, существенно дешевле.

Ах, да, есть еще стоимость самой турбины. Но данное устройство работает за счет искусственно созданного ветра, следовательно, и турбина здесь требуется ветровая. А ветровые турбины и без того значительно дешевле турбин газовых или турбин для гидроэлектростанций. Кроме того, в нашем случае та же ветровая турбина работает с несоизмеримо большей эффективностью, чем на открытом ветру. И, плюс к этому, киловатт, вырабатываемый этой турбины в нашем случае, стоит, минимум, в 80 раз дешевле, чем в случае обычных ветрогенераторов. Следовательно, и здесь мы выигрываем не только в качестве, но и в деньгах.

Вот, это и получается первый возобновляемый источник, где генерируемая энергия дешевле энергии, получаемой от сжигаемых энергоносителей. Этот источник уже существует, и, следовательно, о каких теперь десятилетиях может идти речь?

Чтобы приступить к внедрению, сначала необходимо создать так называемое пилотное устройство. На это нужно время. За тем, необходимо создать автоматическую линию по производству тепло- массобменников Майсоценко конкретно предназначенных для выработки энергии. На это тоже нужно время. А далее, процесс закупки и монтажа этих "комков бумаги" в имеющиеся башнеобразные сооружения. И на это нужно время. На все нужно время, но, только, о долгих десятилетиях речь уже не идет. Главное, что это уже есть. А все, что предстоит дальше – это вопрос техники и вполне терпимого времени...



Copyright©2009 UNIPRESS Обратная связь К списку публикаций