Когда вы думаете об Ист-Ривер в Нью-Йорке, возобновляемые источники энергии, вероятно, не первое, что приходит на ум. Тем не менее, река, которая когда-то была выгребной ямой и свалкой для случайных трупов, оказалась в авангарде движения за зеленую энергию. В сентябре 2012 года Трей Тейлор, владелец Verdant Power, утопил специальную трехлопастную электротурбину в водном пути, проходящем вдоль восточной стороны Манхэттена. Тейлор сконструировал турбину, которая выглядит как современный вентилятор, прикрепленный к корпусу в форме торпеды, для выработки электроэнергии за счет напора и притяжения бурных течений реки.
К 2017 году 30 таких турбин могли бы усеять реку, каждая из которых производила бы 35 киловатт электроэнергии. В случае успеха проект может обеспечить достаточно энергии для питания сотен домов. Приливные турбины Ист-Ривер, изготовленные из пластика и многослойного стекловолокна, являются одной из нескольких технологических инноваций, потрясающих мир гидроэнергетики.
От одного конца планеты до другого ученые и инженеры работают над множеством концепций - некоторые реальные, другие вымышленные - которые помогут сделать этот очень древний источник энергии еще более важным современным. В наши дни 6 процентов электроэнергии в США вырабатывается гидроэнергетикой (это 70 процентов возобновляемой электроэнергии, вырабатываемой в США). Предложение безгранично, хотя не каждый район является хорошим местом для строительства гидроэлектростанции.
10: Рыбные лестницы
Если вы такая пресноводная рыба, как форель, последнее, что вы хотите увидеть, это плотину. Плотины предотвращают движение молоди рыб вверх по течению в воды, где они будут нереститься и доживать остаток своих дней. Экологи уже давно сетуют на разрушительные последствия плотин. Войдите в рыбные лестницы.
Один из самых технологичных рыбоходов находится в Монтане на гидроэлектростанции Томпсон-Фолс на реке Кларк-Форк. Это первая полноразмерная рыбная лестница в континентальной части США, разработанная специально для форели, исчезающего вида. Лестница высотой 72 фута (22 метра) стоимостью 8 миллионов долларов имеет 48 ступенек, по которым может подняться рыба.
Рыбу, плывущую вверх по течению, привлекает небольшое отверстие в основании лестницы стекающей водой. Они начинают свое восхождение по лестнице из стали и бетона, сражаясь с бурлящей водой на каждом этапе пути. Каждая из 48 ступеней или бассейнов имеет ширину около 5 футов (1,5 метра) и длину от 6 до 10 футов (от 1,8 до 3 метров) и имеет отверстия сверху и снизу. В конечном итоге рыба достигает 17-футового (5-метрового) сборного бассейна, а затем накопительного резервуара. Оказавшись внутри резервуара, ученые осматривают и маркируют рыбу, которую затем выпускают над плотиной.
Лестницы для рыбы не всегда работают так, как задумано. Отдельное исследование Массачусетского университета в Амхерсте показало, что лишь небольшой процент популяций рыб благополучно проходит через наблюдаемые исследователями плотины.
9: Спиральные затворы
Природа кое-что знает. Все, что вам нужно сделать, это посмотреть. Когда инженер-гидроэнергетик и ученый-медик объединили свои усилия в конце 20-го века, они придумали новый способ увеличить мощность существующих гидроэлектростанций почти на 10 процентов. Все, что они сделали, это применили спиралевидную конструкцию кровеносных сосудов человека, чтобы создать аналогичную по форменапорную трубу
Геликоидный затвор похож на ствол винтовки, внутри которого вытравлены спиральные канавки. Стремительная вода течет через геликоидный затвор и, как пуля через нарезной ствол, начинает вращаться. Трубы направляют поток воды непосредственно на электрическую турбину, повышая производительность турбины.
8: Гидросфера
На бумаге это выглядит хорошо, но изобретатель Рик Диксон говорит, что его идея может сработать, если ее протестировать. Диксон говорит о гидроэлектрогенераторе, который использует огромные перепады давления на глубине озер или океанов. Он называет этогидросферой и считает, что она может генерировать до 500 мегаватт непрерывной возобновляемой энергии.
Хотя ему еще предстоит построить прототип или получить патент, гидросфера Диксона представляет собой тип закрытой цилиндрической гидроэлектростанции, которая работает за счет переменного давления океанской или озерной воды.
7: Генератор воздуха-воды-гравитации
Гидросфера привела Диксона к другому изобретению,генератору воздуха-воды-гравитации, который, по его мнению, является гидроэлектростанцией будущего. AWG представляет собой большой полый цилиндр, наполненный воздухом и закрепленный на морском дне на разной глубине. Электрический генератор находится внутри цилиндра. Для выработки электроэнергии клапан пропускает воду в устройство под большим давлением. Текущая вода попадает в вакуумную камеру и заставляет поршень взбираться настатор, стационарную часть генератора, на которой вращается ротор. Когда поршень движется вверх по статору, он вырабатывает электричество.
Когда поршень достигает металлического упора в верхней части статора, он открывает клапан, соединенный с полой трубкой в основании цилиндра. Трубка открывается, позволяя воздуху декомпрессировать. Это толкает ротор вниз по статору, снова вырабатывая электричество. Вода также с большой силой выталкивается из цилиндра и через трубку на поверхность океана. Вода вырывается из верхней части трубы, как гейзер. Затем выпускной клапан закрывается, снова открывается подача воды, и цикл повторяется. В зависимости от своего размера и глубины, на которой он находится в океане, AWG может производить до половины гигаватт непрерывной мощности. Устройство не было прототипировано или запатентовано на момент публикации.
6: Мощность волны
Эхо волн, разбивающихся о скалистый берег или песчаный пляж, успокаивает. Знаете ли вы, что это еще и энергичный звук? Кинетическая энергия - это энергия движения, и бегущая вода полна ею. Это потому, что волновое движение подпитывается ветром и океанической геологией.
Инженеры и ученые придумали множество устройств для использования гидрокинетической энергии, генерируемой волнами. Фактически, ученые говорят, что если бы мы могли извлекать только 15 процентов энергии вдоль побережья США (в частности, на западном побережье), Соединенные Штаты могли бы производить столько электроэнергии, сколько все плотины гидроэлектростанций в стране.
5: Сила приливов
Говоря о гидрокинетической энергии, вы когда-нибудь купались в океане? Уходящий прилив оттащил вас от берега? Приливы обладают мощным ударом, и мы можем использовать их для выработки электроэнергии.
В 2012 году один из первых проектов приливной энергетики в США начал подавать электроэнергию в электрическую сеть. Проект подводной турбины у побережья штата Мэн был построен компанией Ocean Renewable Power Co. Турбина напоминает старомодную газонокосилку, но по сути является разновидностью подводного ветряка. Крылья турбины вращаются, когда прилив захлестывает залив Кобскук возле Истпорта. Приливы в этом районе одни из самых высоких в штате Мэн, достигая 20 футов (6 метров). Генератор стоимостью 21 миллион долларов может питать от 25 до 30 домов.
4: Сила реки
Запрудить реку для выработки электроэнергии - это 20 век. Плотины не только изменяют ландшафт, но и могут влиять на дикую природу (помните те рыбные лестницы, о которых мы упоминали?). Что, если бы мы могли использовать силу реки, не строя плотин и водохранилищ? Калифорнийская компания Bourne Energy считает, что нашла ответ.
Разработанная компанией система RiverStar собирает кинетическую энергию вдоль всей реки, а не в одном месте, как это делают плотины. Вот как это работает: инженеры размещают несколько «модулей» через реку. Каждый модуль состоит из турбины, стабилизатора, системы швартовки и системы преобразования энергии. Высоковольтные стальные тросы удерживают каждый блок на месте и соединяют один с другим в массив. Проточная вода проходит через турбины и, вращаясь, собирает энергию реки, которая приводит в действие генератор. Чиновники Борна говорят, что RiverStar может генерировать 50 киловатт в реке со скоростью течения 4 узла. Компания добавляет, что RiverStar не влияет на миграцию рыбы и не препятствует движению по реке.
3: Сила вихря
В 2007 году Майкл Бернитсас, профессор Мичиганского университета, нашел способ использовать кинетическую энергию текущей реки, наблюдая, как рыба движется в воде. Он создал устройство, которое назвалVIVACE, что является сокращением от Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy.
Как скажет вам любой ловец форели, когда косяк рыб движется по воде, они изгибают свое тело и создают крошечные завихрения. Рыба отталкивает свое тело от вихрей, чтобы двигаться вперед. ВИВАС работает так же. Инженеры размещают серию цилиндров на дне реки или океана. Проходящий ток течет по цилиндрам, создавая вихри, которые перемещают цилиндры вверх и вниз. Внутри каждого цилиндра находится магнит, который движется по металлической катушке, генерируя постоянный электрический ток. Затем VIVACE берет постоянный ток и преобразует его в переменный. В отличие от других гидрокинетических технологий, изобретение Берницаса может использовать энергию медленно текущих рек.
2: Сила трубки
Канализационные линии, линии пресной воды, канализационные трубы и водоводы - почти в каждом городе есть какая-то водопроводная труба, проходящая через него. Что, если бы существовал способ использовать силу струи воды, протекающей по муниципальным трубам? Новое изобретение сделало именно это.
Израильская компания Leviathan создала водяную турбину, которую можно заключить в трубу. Когда вода проходит через турбину, она вырабатывает электричество. Устройство, называемое турбиной Бенкатина, работает на воде, протекающей по закрытым водопроводным трубам, канализационным трубам, каналам и трубам, которые удаляют сточные воды с заводов.
1: Всплеск
Представьте, что ваш дом превращается в мини-ГЭС. Это именно то, что имеет в виду Fulton Innovation. Компания из Мичигана создала лилипутские гидроэлектростанции, которые могут питать электрические радиоприемники, динамики, часы и телевизоры, используя воду, вытекающую из крана в ванной.
В основе технологии Fulton's Splashpower лежит устройство, называемое миниатюрным гидроэлектрическим генератором. Такие генераторы производят электроэнергию, используя поток воды в доме или здании. Каждый раз, когда вы запускаете воду с помощью мини-генератора Splashpower, вы можете питать спринклерные системы, аварийное освещение, смягчитель воды и даже наружное освещение лагеря. Мини-гидроэлектрические устройства также можно использовать для зарядки аккумуляторов.
Примечание автора: 10 инноваций в гидроэнергетике
Вы когда-нибудь задумывались, почему большинство людей живут рядом с водоемами? Вода позволяла легко добраться из одного места в другое. Источники воды использовались для ведения сельского хозяйства. Кроме того, на протяжении столетий предпочтение отдавалось гидроэнергетике. История гидроэнергетики - это, по сути, история человечества. Древние греки использовали свои мускулы для перемалывания муки вручную. Затем они изобрели одно из первых водяных колес, которое значительно облегчило работу. Они и другие применяли эту технологию для производства текстиля, деревообработки и других целей. На протяжении веков мы изобретали новые и лучшие способы использования силы стремительной воды, такие как описанные в этой статье.