1.1 Идеология и принцип действия ВЭМУ



Текст статьи
    Человечество приближается к моменту, когда экстенсивное потребление энергетических, земельных и водных ресурсов станет невозможным. Рационально устроенные общества дальновидно готовятся к худшему. Американцы, европейцы, японцы - все форсированно развивают возобновляемую энергетику. Солнечные, приливные, ветровые, геотермальные и другие способы получения энергии занимают  место в хозяйстве независимо от рентабельности - развитые страны откровено дотируют убыточные проекты.
    В ЕС принята программа обеспечения к 2020 году 20% генерации возобновляемыми источниками. Некоторые страны уже сейчас перевыполнили эти требования, например, Дания. Серьёзные намерения демонстрируют Германия и Норвегия, Великобритания и Испания...

   Один из наиболее древних по истории использования видов возобновляемых источников энергии - ветер. Ветростанции и сейчас поставляют самую большую долю энергии, производимой из возобновляемых источников (за исключением гидростанций). Это неудивительно, поскольку ветер, основной носитель энергии, в который, в конечном счёте, перетекает получаемое Землёй излучение Солнца. Не настолько концентрированный, как углеводородное или ядерное топливо, но зато бесконечный и экологически безвредный.

    Поля из ветряных мельниц неуклонно занимают Великие прерии, берега и шельф Северного и Балтийского морей. Европейцы особенно тяготятся зависимостью от азиатских ископаемых энергоносителей, поэтому строят пропеллерные ветряки, кончики лопастей которых рассекают воздух уже почти со скоростью звука; приводят к одному знаменателю сложнейшие энергосети из десятков тысяч нестабильных и маломощных источников! Но.. они совершают инженерный и организаторский подвиг на идеологической основе, не менявшейся со времён месопотамских цивилизаций! В их распоряжении всего-лишь усовершенствованные ветряные мельницы! Но есть ли другой путь?

    Схем ветростанций с вертикальной осью существует несколько. Периодически какой-нибудь консорциум объявляет, что все проблемы решены, но до недавнего времени никто не мог избавиться от недостатков: дисбаланса, разрушения механической опоры и сложного преобразования энергии. Пока не появилась концепция опоры на воду!
Конечно, технически, идея плавающей опоры могла быть реализована очень давно, - с тех пор, как появился парусный флот. Сейчас можно только гадать, почему парусник, свернутый в кольцо, не стал символом, скажем, 16 века или даже античности, но факт остаётся фактом: наличие технической возможности - это ещё не гарантия её использования.

    Примерно 20 лет назад появилась первое описание ВЭМУ - ВетроЭнергетической Морской Установки. Сочетание технически и идеологически выверенных решений обуславливает качественный скачок в отрасли, открывает новое пространство для развития ветроэнергетики и вообще любых потоков с низкой плотностью энергии. 
    Схема установки с вертикальной осью и жидкостной опорой позволяет преодолеть главные проблемы современной ветроэнергетики:
  • предел увеличения мощности единичной установки;
  • зависимость от розы ветров и 
    жесткие требования к диапазону скорости ветра;
  • низкую надёжность и 
    низкую устойчивость к неблагоприятным факторам;
  • удельную дороговизну и потребность в высокотехнологичном производстве;
  • отчуждение земельных участков;
    Отличительная деталь ВЭМУ - медленно вращающийся под действием ветра ротор с лопастями, опирающийся на поверхность воды, внутри которого находится неподвижное основание с преобразователями энергии, технологическим оборудованием и системами управления.
    Лопасти ротора, расположенные на большом диаметре: 100, 200 или даже 500 метров, медленно движутся (не быстрее ветра, допустим, 10м/с; сравните: концы лопастей больших пропеллерных ветроустановок рассекают воздух на 80… 100 м/с!); частота вращения ротора мала: 0.1-2  об/мин.

    Лопасти в течение одного оборота ротора автоматически меняют положение или форму в зависимости от того, движутся они против ветра или по ветру (например, поворачиваются вокруг вертикальных или горизонтальных осей, меняют размер).


    При таких диаметрах ротора неподвижное основание может также иметь достаточно большие размеры (диаметр 40…60 м), что позволяет разместить любое необходимое 

технологическое оборудование. На нескольких этажах кроме главного преобразователя энергии (например, в виде водяного насоса высокого давления) могут быть турбинные электрогенераторы, опреснители, электролизёры, оборудование для хранения кислорода и водорода, реакторы для синтеза метанола, вспомогательное оборудование, электроавтоматика систем управления, мостик управления установкой, жилые помещения.
    
    Работа ВЭМУ представлена на рисунке. Под действием ветра каждая лопасть на роторе автоматически устанавливается в положение, обеспечивающее наибольший крутящий момент ротора и он начинает скользить по поверхности воды, преодолевая собственную инерцию и сопротивление воды, начинает вращаться вокруг центральной башни. При этом вращающимся понтоном раскручивается вода, образуя кольцевой поток, так называемый водяной ринг. Когда ротор выходит на стабильную угловую скорость, инерционные силы его уменьшаются почти до нуля (при стабильном ветре), гидравлическое сопротивление воды благодаря раскрученному водяному рингу также уменьшается в десятки раз. 

    Избыток крутящего момента ротора через тросовые системы приводит во вращение ступицу на основании и рабочего колеса водяного насоса; энергия вращения преобразуется в энергию сжатой жидкости. Поток воды подаётся на рабочее колесо гидравлической турбины высокого давления, которая вращает вал электрогенератора. 

(Также, в одном из вариантов проекта часть полученной электрической энергии тратится на разложение воды на водород и кислород. Водород затем подается в реактор для синтеза метанола.) 


    Таков, коротко, один из возможных путей использования ВЭМУ. На самом деле, концепция открывает широчайшие возможности для любых производственных процессов, требующих большого количества механической, электрической или химической энергии.



Замечание:
    Любители и специалисты в области экономической истории и развития технологии могут наблюдать процесс смены эпох. Новое поколение технических решений, новые парадигмы на примере одной из самых проблемных отраслей - энергетической.