App request ru

РЕЗЮМЕ ПРОЕКТА"Гидрореактор" - Научно-исследовательская и опытно-конструкторская разработка прототипа безнапорнойгоризонтальной подводной ГЭС морского и речногобазирования.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Последнее обновление:: 9/19/2016

3 ❥ ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

4 ❥ ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

11 ❥ ТЕХНОЛОГИЯ

19 ❥ СХЕМА КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ

22 ❥ КОНКУРИРУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ

25 ❥ ПАРАМЕТРЫ РЫНКА

26 ❥ КОМАНДА

30 ❥ РЕСУРСЫ

31 ❥ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

39 ❥ СВЕДЕНИЯ О ЮРИДИЧЕСКОМ ЛИЦЕ (заявителем попредварительной экспертизе не заполняются)

40 ❥ ПРИЛОЖЕНИЕ К ОПИСАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

3

1. Название проекта

"Гидрореактор" - Научно-исследовательская и опытно-конструкторская разработка прототипабезнапорной горизонтальной подводной ГЭС морского и речного базирования.

2. Наименование (ФИО) Соискателя (Заявителя по предварительной экспертизе)

Мамулашвили Георгий Шотаевич

3. Направление, к которому относится проект

a. Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка инновационныхэнергетических технологий

4. Краткое резюме проекта (5 предложений) с указанием имеющихся наработоки основных целей развития проекта

Разработана технология строительства безнапорных экологически безопасных ГЭС сгоризонтальными реактивными турбинами высокой мощности с низким уровнем шумаи длительным сроком службы без возникновения условий кавитации. Целью работыявляется экспериментальное подтверждение теоретических расчетов и внедрение в серийноепроизводство гидроустановки. Тема относится к морской энергетике и предназначена дляавтономного обеспечения электроэнергией морской и прибрежной промышленной индустрии.

5. Контактное лицо по проекту (лицо, заполнявшее анкету)

a. ФИО Мамулашвили Георгий Шотаевич

b. Телефон +995 57 407 4727

c. E-mail [email protected]

ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

4

6. Опишите проблему, на решение которой направлен проект

a. Описание проблемы

Наступила новая эра освоения океана с целью добычи полезных ископаемых, длячего необходимо эффективно обеспечивать жизнеспособность подводных и прибрежныхобслуживающих электро-механических устройств. Это не утопия, а насущная необходимостьполучения источников производства электроэнергии в промышленных масштабах, находящихсяпочти рядом – в мировом океане. Мы знаем о неисчерпаемых его запасах полезных ископаемыхлишь понаслышке, а между тем современное развитие техники уже подразумевает активноеучастие человека в освоении нового пространства , тем более, что опускаться на дно ближе,безопаснее и намного дешевле, чем осваивать межпланетные перелеты.

Исходя из этих предпосылок перечислим, что на данный момент является проблемным факторомобеспечения высокоэффективного энергоснабжения для освоения общего пространствамирового океана и прибрежной зоны:

1. Для морских нефте-газодобывающих плавающих платформ нужны автономные источникипитания, которые неограниченно воспринимали бы энергию окружающей среды, особенно вдалиот материковых источников. Дело в том что, используемые сейчас на их борту дизель генераторыимеют ограниченный ресурс использования, поэтому с платформ невозможно вести стабильнуюдобычу полезных ископаемых и геологоразведку.

2. Автоматическим электрическим машинам и механизмам, работающим на дне без участиячеловека, нужен постоянный источник энергии для зарядки аккумуляторов, причем он долженбыть тоже полностью автоматизирован.

3. Другим морским хозяйствам, например, рыбным фермам и частным пользователям было бывыгодно приобрести небольшие и достаточно компактные гидроэлектростанции для временногоэлектроснабжения, которые к тому же должны быть не прихотливы для эксплуатации, к примеру- определил скорость течения, сбросил на дно и работай.

4. Очень важно иметь устройство ГЭС, способное к быстрому демонтажу и переброски на новоеместо. Ведь выработка может истощиться и необходимо будет перебазирование. В работе надтаким устройством надо будет предусматривать возможно автоматизированное всплытие иопускание на дно.

5. Важным фактором эффективности ГЭС служит способность конструкции турбин кмасштабированию, так как производство должно без значительных затрат налажено с цельюпокрыть как можно различные требования рынка.

6. И наконец, не все используемые сейчас подводные электростанции обладают низким шумовымпорогом, что по европейской директиве считается загрязнением окружающей среды. Особеннов этом преуспели пропеллерные системы, которые к тому же обладают высокой степеньюопасности разрушения лезвий лопастей от проблем с кавитацией.


5

Для решения поставленных проблем в настоящее время в морской энергетике существуетмножество устройств преобразовывающих энергию океанических и речных течений, но ониимеют существенные недостатки. Технологии подводных ГЭС можно подразделить на пятьнаправлений: подводный ветряк, водяное колесо, ротор Дарье, гребной винт и крыло.Они созданы за последнее время для того, чтобы исключить недостатки традиционных приливно-отливных электростанций, основная проблема которых в том, что они пересекают водноепространство заборной плотиной и тем самым нарушают окружающую биосферу.На сегодняшний день самой мощной действующей технологией для решения проблемыполучения достаточной электрической энергии путем преобразования приливно-отливныхтечений является технология MСT ГЭС «Sea Gen» с пропеллерными роторами, однако онаобладает рядом недостатков и прежде всего проблемой масштабируемости на мелководье исерьезными упущениями в части возникновения кавитации на глубине, от чего лопасти будутиметь короткий срок службы, а вся система не гарантирует от высокой степени шума, что нельзяназвать экологически безопасным.

b. Приведите ссылки на исследования и материалы, подтверждающие актуальностьзаявленной проблемы

1

Комментарий Использование огромной энергии прибрежных приливовможет стать намного проще и дешевле с новым дизайномдля нового поколения подводных турбин. Есть огромныйресурсный потенциал чистой энергии от приливных потоковвокруг прибрежных зон многих стран: оценки предполагают,что существует по крайней мере сотни гигаватт энергиивокруг Европы, Африки, Америки, России, Китая. Приливныегенераторы могут собирать энергию этих потоков, сдополнительным очень важным преимуществом, так этотэнергетический ресрс что ресурс, в отличие от ветра,предсказуем. Есть только несколько типов подводных турбинв эксплуатации сегодня, и все они работают как подводноеветряные мельницы, их лезвия поворачиваются под прямымуглом к потоку воды. В отличие от этих устройстванаша команда разработала реактивный гидрореактор вгиперболическом корпусе с коллектором и рассеивателем.Вокруг цилиндрического ротора, который вертится вокруг своейоси, приливы и отливы создают вихревой поток, которыйдействует реактивно по отношению к потоку. В результате, онможет использовать больше входящей воды, чем стандартнаяподводная ветряная мельница.

Ссылка https://www.theguardian.com/environment/2008/sep/04/waveandtidalpower.renewableenergy

2

Комментарий В университете США Southampton проводятся исследованиядинамических методов моделирования генерации подводногошума приливных турбин, в которых турбулентный поток

https://www.theguardian.com/environment/2008/sep/04/waveandtidalpower.renewableenergy

https://www.theguardian.com/environment/2008/sep/04/waveandtidalpower.renewableenergy


6

жидкости и структурные вибрации, в результате даютколебания давления, которые могут способствовать генерациишума. Этот имеет в настоящее время важное значение,так как все больше внимание уделяется подводномушуму, производимого в результате деятельности человекаи воздействия на морскую среду. Это было признаноДирективой ЕС, которая классифицирует подводный шумкак загрязнитель. Следовательно, существует настоятельнаянеобходимость иметь возможность предсказать шум,производимый с помощью различных систем с помощьючисленного моделирования, и понять, как она может бытьснижена. Расчет шума под водой основан на способностиопределять возможную мощность и вид источников звука врезультате динамических механических воздействий жидкостиопосредованно через индуцированный поток структурныхвибраций. Это позволит разработать усовершенствованныевычислительные методы для оценки нестационарногоповедения потока жидкости и как это сочетается свибрационным поведением. Предложение осуществляется длягребных винтов и пропеллерных приливных турбин с цельюобеспечения сложных промышленных устройств, которымтребуется возможность захвата жидкости и возникновениядинамических явлений, в том числе кавитации и неустойчивойзависимостью от этого себестоимости изготовления. Врамках проекта будут изучены: Вычислительные методы длярешения крупномасштабных быстрых деформации структуры;Характеристика потока управляемой адаптивной сетки сиспользованием открытых технологий.

Ссылка http://ngcm.soton.ac.uk/projects/Computational-modelling-of-underwater-noise-generation-by-turbulent-fluid-structure-interactions.html

3

Комментарий Исследования посвящены проблемам кавитациитрадиционных турбин, сейчас используемых вгидроэнергетике, в статье поставлены вопросы о возможноститочного определения срока службы лопаток турбин, взависимости от различных конструктивных особенностей, этопозволит не только избежать поломок, но и предусматриватьграфики технического осмотра и принятия мер для продлениясрока службы, что имеет огромное значение в гидроэнергетике.

Ссылка http://inpressco.com/wp-content/uploads/2012/03/Paper6172-1774.pdf

4

Комментарий Компания ATKINS остро ставит проблему автономногообеспечения электроснабжения плавучих нефте-

http://ngcm.soton.ac.uk/projects/Computational-modelling-of-underwater-noise-generation-by-turbulent-fluid-structure-interactions.html



http://inpressco.com/wp-content/uploads/2012/03/Paper6172-1774.pdf

http://inpressco.com/wp-content/uploads/2012/03/Paper6172-1774.pdf


7

газодобывающих платформ, так как обслуживание их спомощью берегового кабеля или стоящих морских ветряковочень дорого. В итоге нефть получается дорогой, что влияет навсю остальную цепочку распределения.

Ссылка http://www.atkinsglobal.com/en-gb/angles/related-sectors-results?sectors=energy

7. Как проект решает описанную проблему, и в чем заключаетсяинновационность подхода

В отличие от известных лопастных устройств наша команда разработала «Гидрореактор» среактивной гидротурбиной в гиперболическом корпусе с коллектором и рассеивателем. Вокругконусообразного ротора, который вертится вокруг своей оси, приливы и отливы создают вихревойпоток, который действует реактивно по отношению к потоку. В результате, он может использоватьбольше входящей воды, чем стандартная подводная ветряная мельница.Эта технология безнапорной ГЭС разработана на основе использовании высокоэффективногопринципа работы электростанций серии изобретений c грифом для служебного пользованияпод общим наименованием «Башня» автора проекта кандидата технических наук МамулашвилиГеоргия Шотаевича. Эта серия была создана для работы в газообразных и жидких средах,отличающихся лишь плотностью вещества, обладающего отбираемой кинетической энергией ипоэтому, при сопутствующем проекту патентовании, эти изобретения лягут в основу будущихпатентов и будут служить аналогами. Можно сказать, что данная высокоэффективная технологияполучения электрической энергии разработана с использованием признаков указанных вформуле изобретений, например, касающихся гиперболического корпуса и турбины поизобретению SU № 1319654 АI.

Само устройство «Гидрореактора» состоит из корпуса, с коллектором и рассеиваетелем,лопастного дефлектора с управляемыми лопастями и спиральной конусообразной турбины,дискового оголовка с синхронным генератором электрической энергии на постоянных магнитах,посаженных на вал турбины, сопутствующего электрооборудования, понижающей подстанциии распределительных щитов. Пространство перед периметром коллектора ограниченометаллической сеткой по периметру.

Физический процесс, положенный также и в основу упомянутых изобретений, описываетсоздание искусственного водоворотного потока жидкости в реакторе с дефлектором сизменяемой геометрией лопаток, позволяющего за счет возникновения перепада давлений ицентробежных сил в потоке, получить концентрированную энергию высокой мощности на валспиральной турбины, расположенной за горловиной в центре «Гидрореактора».

Данные предварительных расчетов показали, что конструкция турбины и ее расположениеотносительно корпуса электростанции позволяет при передаче на вал значительных усилийдавления, получить максимальный КПД, за счет почти полного использования кинетическойэнергии потока жидкости.

http://www.atkinsglobal.com/en-gb/angles/related-sectors-results?sectors=energy

http://www.atkinsglobal.com/en-gb/angles/related-sectors-results?sectors=energy


8

Опираясь на данные теоретических исследований автора проекта и его командыисследователей и инженеров, можно сделать вывод, что в отличии от существующих проектовподводных гидроэлектростанций пропеллерного типа, воспринимающих кинетическую энергиюглубоководного течения лишь на 10-15% первое отличие нашей технологии в несколько разболее высоким КПД за счет отбора дополнительной мощности, закрученного вокруг центральнойоси водоворота, стабилизируемого в гиперболическом раструбе за счет центробежных сил исоздаваемого за турбиной ламинарного потока. Высокая эффективность реактивной турбиныопределяется гидродинамическими потерями при КПД 0.85 , необходимой эффективностимультпликатора - КПД 0,85 и генератора - КПД 0.92, при этом КПД «Гидрореактопа» будет равно0,95-0,98.

Второе основное отличие предлагаемой технологии это возможность максимального снижениешумового порога и обеспечения полной безопасности окружающей среды за счет гашениязвуковых волн в корпусе и сетчатой полимерной оболочки коллектора для забора воды.

И наконец третье отличие предлагаемой технологии низкий порог возникновения кавитации, такнапример суммарная энтальпия свойственная конической турбине эквивалентна гидростанциибез потерь, что в конце графика показывает предел кавитации (выше коэффициента=1.1, см.приложения).

Следует отметить, что прежде всего «Гидрореактор» рассчитан в основном для промышленногоиспользования с целью обеспечения собственной электроэнергией плавучих морских платформ.С этой целью ее турбины могут быть изготовлены, например из легких композитных сплавов иопускается на дно глубоководного течения под платформой. Мощность такой электростанцииможет достигать 5 МВт при среднегодовой скорости придонного течения 4,5 м/сек и величинедиаметра раструба коллектора около 5 м. Мощность электростанции масштабируется взависимости от величины диаметра входного раструба коллектора. Такая конструкция принятаработоспособной на основании известных фактов перечисленных в интернете и в научно-технической литературе.

Предлагаемая технология ГЭС обладает хорошей масштабируемостью, легко проектируемой подтребования рынка. Расчеты показали возможность некой пропорциональной зависимости междугабаритами и вырабатываемой мгновенной мощности электростанции в зависимости от скоростии объема потока. Поэтому наряду с малыми ГЭС мощностью до 5 МВт, есть реальная возможностьвыпускать мини-ГЭС от 200 до 500 кВт и микро-ГЭС от 15 до 50 кВт серийно для индивидуальногоиспользования, например на дне рек со скоростью течение более 1,8 м/сек, а также в целяхвременного обеспечения мероприятий МЧС или действий сил обороны, ну и конечно для частногоиспользования.

Конструкция «Гидрореактора» патентно-способна, так как она обладает рядом существенныхотличий, это использование спиральной турбины, гиперболического корпуса, дефлектора сизменяемой геометрией лопаток и других отличий от существующих разработок, которые могутбыть запатентованы в ходе предполагаемых исследований.

Для подтверждения готовности к исследованиям с целью решения поставленных проблемна уровне ведущих технических университетов России и всего мира в приложении к


9

описанию проекта представлен рамочный договор о научно-техническом сотрудничестве сГосударственным Санкт-Петербургским Политехническим Университетом.

8. Опишите основные технологические и рыночные тренды в рассматриваемойотрасли

a. Описание трендов

Технологические тренды заключаются в разработке 5 основных направлений:- первое традиционные ветрогенераторы погруженные в воду, лопасти конечно меньше, так какплотность воды намного выше чем воздуха. Подводные пропеллеры применяют разнообразныхтипов и форм с сигарообразными корпусами. Пропеллеры размещаются на стальных платформах,крепко закрепленных ко дну. Учитывая, что диапазон работы гидрогенераторов пропеллерноготипа также ограничен способностью лопастей с профилем самолетного крыла восприниматьнагрузку от потока вода до 25 м/сек, хотя нижняя граница этого диапазона отодвинулась почтидо 2,5 м/сек, это скорость страгивания. Испытания проводятся с 2013 года, серийный выпуск покаожидается.

-второе использование обыкновенных водяных мельниц, только выполненных из металлабольшого диаметра типа колеса. Лопасти такой турбины расположены под оптимальным угломатаки водного течения, в котором оно запущено поперек течения. Испытания проведены в 2012году, серийный выпуск намечается.-третье направление тренда изготовление глубинных турбин, устанавливаемых на дне реки илиморя. Они выполняются из композитных материалов и имеют винтовую конфигурацию. Турбинакрепиться к плоской платформе опускаемой на дно на шарнире с одной степенью свободы, тоесть платформа должна точно стоять по направлению приливно-отливных течений.-четвертое направление тренда это спиральные турбины, располагаемые на раме, закрепляемойко дну поперек потока. Такие конструкции получили значительное распространение в воздушныхсистемах, так называемая турбина Горлова, и сейчас использование их конструкции почти безизменений в безнапорных гидро электростанциях хорошая идея но не очень практичная, так кактакие турбины хорошо работают обычно на больших скоростях потока, по предположениям этодолжны быть горные реки;наконец пятое направление это пропеллерные турбины посаженные в гиперболическуюоболочку и устанавливаемые вдоль течения. Есть якорного типа и поплавкового. Якорноготипа более тяжелые и устанавливаются на дне, поплавкового типа маломощные из пластика,устанавливаются под поверхностью воды. Турбины с поплавком очень легкие и могутпереносится совершенно спокойно 4 человеками, такие турбины мощностью до 2-3 кВт весьмараспространены в Африканских странах.

b. Приведите ссылки на соответствующие исследования и материалы

https://www.theguardian.com/environment/2008/sep/04/waveandtidalpower.renewableenergyhttp://seagengroup.com/http://www.ekopower.ru/samyie-moshhnyie-proektyi-vozobnovlyaemoy-3/#samaya-moschnaya-v-mire-prilivnaya-turbina-1-2-mvthttp://seageneration.co.uk/files/SeaGen-Environmental-Monitoring-Programme-Final-Report.pdfhttp://www.marineturbines.com/Seagen-Technologyhttp://www.rnp.org/node/wave-tidal-energy-technology


10

c. Приведите ссылки на наиболее близкие к заявленной Исследовательской деятельностироссийские и (или) зарубежные патенты, обладателем которых являются третьи лица.

http://www.ntpo.com/izobreteniya-rossiyskoy-federacii/elektroenergetika/alternativnye-istochniki-energii/geotermalnye-volnovye-i-gidroelektrostancii/16772-naplavnaya-gidroelektrostanciya-s-podvodnoj-turbinoj.htmlhttp://patents.su/2-1737149-podvodnaya-gidroehlektrostanciya.htmlhttps://www.google.com/patents/US7874788https://www.google.com/patents/US4026587https://www.google.com/patents/US5798572https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.0/publication-dates/20160309/patents/EP2122160NWB31/document.pdfhttps://www.google.ch/patents/US20110148117https://www.google.ch/patents/US20110148117http://www.patentorg.com/underwater-power-generator-with-dual-211054

ТЕХНОЛОГИЯ

11

9. Приведите описание базовой технологии

Представляемая новая технология «Гидрореакторов» использует мощь океанских и речныхтечений, и может обеспечить чистой и безграничной формой возобновляемой энергии на долгиегоды.

Наша группа ученых и инженеров разработали идею в том, чтобы использовать гигантскиеподводные турбины для захвата энергии из глубоководных океанических течений, таких какГольфстрим или речных течений таких как Енисей.

Сейчас энергия этих турбин не может полностью заменить ископаемое топливо, но уже сегоднятакое глубоководное оборудование могло бы стать важным источником экологически чистойэнергии.

Глубоководные океанические и речные течения являются одним из источников естественнойэнергии. Никто пока массово не использует эту энергию, потому, что не то чтобы не знают обэтом, просто раньше не было таких технологий и материалов, чтобы преобразовывать энергиюпридонных течений.

Конечно, понятие с помощью подводных турбин для получения энергии из глубинных теченийвызывает обеспокоенность по поводу потенциального воздействия на окружающую среду. Хотясистема призвана минимизировать угрозу для морской и речной флоры и фауны, в реках и океаненеобходимо провести исследования, чтобы понять и предусмотреть потенциальный эффектвоздействия.

Наш энергетический проект вырос из желания найти источник безграничной чистой энергии какальтернатива ископаемому топливу и атомной энергии.

Большинство людей знакомы с солнечной или ветровой энергией, но ветер и солнцеявляются такими перспективными источниками, так как они ограничены их качеством иконсистенцией. Дорогое оборудование, высокая стоимость, необходимость захвата большихплощадей, климатическая не управляемость и т.д. и т.п.

Те кто ранее работал на подводных обитаемых аппаратах, знают как трудно удержать их в одномместе возле дна, поскольку океанические течения очень сильны, в отличии от речных, где всенаоборот. Мы думаем, что можно использовать эти придонные потоки в океане для полученияэнергии, которые потом можно направить на берег или на плавучие платформы. В отличии отпридонных морских течений, речные течения могут быть использованы с поверхности.

Другие компании, такие как американская «Дженерал Электрик», попытались приспособитьветряки для использования в океане, но они предназначены для захвата низкой плотностиэнергии, переносимой по воздуху, а не высокой плотности энергии от океанических течений. Мыстремимся занять другой подход.

Мы разработали ГЭС под названием "Гидрореактор", турбина которой вращается гораздомедленнее, чем подводный ветряк, но создает намного больше вращательное усилие исоответственно более мощный крутящий момент на вал турбины, что позволяет использовать


12

низко оборотные синхронные генераторы с большим диаметром якоря и постояннымимагнитами, которые могут работать в жидкой среде на большой глубине. «Гидрореактор» имеетсовершенно другой принцип работы, чем разрабатываемая нами концепция «Гидробашен», гдеиспользуются гравитационные силы для закручивания потока по спирали до подхода к турбине.

Разработанная нами турбина состоит из пяти комплектов лопастей, которые закручены вокругвала турбины с расширением к основанию. Кроме того ГЭС имеет перед турбиной управляемыйдиффузор, лопасти которого имеет возможность перекрывать поток. Сама конфигурация корпусавоспроизводит гиперболический геометрию «Гидробашни», то есть имеет широкий коллектор,шейку и сопло, расширяющее к основанию. Геометрия лопастей конусной турбины воспроизводитгеометрию раструба реактора. Это сделано с целью организации после турбины ламинарногопотока. Турбина устанавливается по течению. Она может работать в режиме приливно отливнойсистемы, просто в этом случае на раструбе устанавливается вертикальный руль, которыйразворачивает турбину по направлению потока, так как в этом случае турбина крепится к ж/бплите на анкерных шарнирах с возможностью поворота. Структура диффузора предназначенадля закрытия, когда вода течет в одном направлении лопасти двигаются и открываются, когдавода движется в противоположном направлении - закрывается. Сила воды вращает лопастии заставляет вращаться вал, а генератор преобразует энергию вращения в электричество. Этитурбины могли бы поставлять в прибрежные общины, и, возможно, кормить также внутренниерегионы.

Турбина «Гидрореактора» также может быть использовано для получения питьевой воды изморской воды путем обратного осмоса, а также методом очистки воды путем перекачки ее черезфильтрующие нано мембраны.

Мы планируем построить в масштабах производства турбины мощностью от 200 кВт, диаметрколлектора и сопла которых от 2 м. Длина всей системы до 4,5 м. Такие блоки могут бытьустановлены в ряд или друг на друга в два ряда, а то может быть и в три, для наращиваниямощности от 1 до 3 МВт. Если ориентироваться на более высокие мощности от 10 МВт, томаксимально энергетические блоки можно монтировать рентабельно до 500 кВт. Тогда, придиаметре около 4 м коллектора и сопла, чисто конструктивно можно соорудить двухэтажный рядиз 4-х блоков мощностью около 4МВт. Таких систем можно построить столько, сколько надо попобережью, их число не лимитировано. Себестоимость таких «Гидрогенераторов» мы оцениваемкак очень низкая в пределах 300-400 USD установочный киловатт, так как в них нет сложноизготавливаемых элементов.

Для сравнения, ветровая турбина с лопастями длиной 155 футов (47 метров) в поперечникевырабатывает мгновенную мощность около 600 кВт электроэнергии, но в течение примерно 10часов в день. Этого достаточно для питания только лишь 240 домов. Достаточно на этом примересказать, как много энергии под волнами.

Оценки того, сколько энергии турбины в океане могут производить основаны на идеальныхусловиях, но на данный момент это все данные, полученные нами, пока мы не в реальном миретестирования по шкале производства турбин". Таким образом, это не представляется возможнымсравнить по стоимости нашу технологию «Гидрореакторов» с ветрогенераторами, пока нашакоманда не сможет построить и установить промышленный прототип. Многие могут посчитать,


13

что энергия морских течений - это перспективная идея, но она вряд ли заменит сжиганиеископаемого топлива сейчас, но очень возможно в будущем. Океан турбин должны быть частьювсех операционных энергетических систем, наряду с другими источниками возобновляемойэнергии.

Но как и любая технология развертываемая в природе, потенциальное воздействие наокружающую среду со стороны «Гидрогенераторов» должны быть рассмотрены.

Во-первых, это не навреди. Потому что океанские течения влияют на глобальную климатическуюсистему и некоторые выразить обеспокоенность тем, что турбины могут конфликтовать с этимиугрозами. Но это не может быть проблемой, так как поставив одну из этих турбин в Северномледовитом океане, а камешек бросить в Енисее, то вряд ли это создаст климатическую угрозу. Мыне сможем построить их столько, чтобы вызвать климатические изменения.

Основной проблемой является то, как турбины могут повлиять на близлежащие морскиеэкосистемы. Турбины будут расположены на глубине в районах, быстро движущейся воды, где нетак много рыбы или млекопитающих можно заметить.

В реальности, сенсорные системы этих животных достаточно хороши, чтобы обнаружить иизбежать турбины. Кроме того, сами лезвия лопаток будут медленно двигаться и есть просветыдостаточно большие для большинства существ, которые смогут проплыть через них, чтоневозможно для пропеллерных турбин. И все-таки, невозможно точно знать, каково влияние этихсистем без их испытания в море.

Я и мои коллеги планируем проверить прототип турбины в Черном море. Далее мы планируемпостроить большой прототип на Северном море, чтобы оценить их на месте открытоготестирования. Наша цель состоит в том чтобы иметь , чтобы иметь четыре полноценных турбиныработающих в различных морях России к 2018 году.

Энергия океана пока находится в зачаточном состоянии в мире, но многие компании, такие как,например Мейн установили свои первые подводные турбины в 2012 году.

Тем временем, Шотландии также добилась успехов в генерации энергии из океана.Страны Северной Великобритании была пионером в освоении волн и приливов энергии, ипозиционируют их на использование подобных систем в промышленных масштабах.

Например, компания Scottish на глубине 100 футов (30 метров) под водой установила подводныетурбины в океанских водах близ Оркнейских островов в 2012 году, как сообщает CNN.Гигантские турбины производится один мегаватт электроэнергии, что достаточно для питания500 шотландских домов, говорится в сообщении компании. Если все пойдет хорошо, компанияпланирует построить флот турбин у побережья Шотландии.

Здесь рассматривается сама технология выработки «Гидрореакторами» и технологияпроведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Технология выработкибезнапорными подводными электростанциями известна на различных устройствах, таких какпропеллерных, мельничных и так называемых поплавковых. Они все имеют свои преимущества


14

и недостатки. Понятно, что тупо использовать ветровой пропеллер под водой не очень выгодно,так как он имеет небольшую поверхность восприятия кинетической энергии молекул воды,имеющих большую плотность чем воздух, поэтому такие электростанции имеют низкий КПД ине безопасны с точки зрения окружающей среды обитания морских млекопитающих и рыбы,так как пропеллер при попадании в его лопасти живого существа просто его перемалываетв фарш, а его звук простирается на далекие расстояния, отпугивая рыбные косяки. Поэтомудостоинства установок не только нужно рассматривать на молекулярном уровне исходя из теорииБроуновского движения, но и с точки зрения экологического воздействия в комплексе. Поэтомув этом исследовании предлагается патентно-способная отечественная конструкция, котораяоснована на оптимальном восприятии физических процессов, происходящих в потоке жидкости.Эта конструкция может быть использована не только для микро или мини ГЭС мощностью от 100до 500 кВт, но и малых ГЭС мощностью до 3-5 МВт. Ее масштабы использования очень широки имогут распространяться даже на обеспечение потребляемой мощности нефге-газодобывающихплатформ в несколько тысяч киловатт. По виду энергоснабжения буровые установки такихплатформ делятся на установки с автономным

и централизованным энергоснабжением. При автономном энергоснабжении в качествепервичного двигателя буровой установки могут использоваться двигатели внутреннегосгорания (бензиновые, дизельные, газовые турбины) или дизель-генераторные агрегаты.Централизованное энергоснабжение осуществляется от промышленных электросетей.Суммарная мощность буровых установок при строительстве скважин малой глубины (до 2000м) достигает 800 кВт, средней глубины (до 4500 м) 800-2000 кВт, глубоких и сверхглубоких(свыше 4500 м) до 5000 кВт. Мои исследования могут быть использованы для осуществлениясовершенно новых гидрореакторных технологий подводной эксплуатации методов добычиполезных ископаемых.

Эти технологии не только обладают высокой мощностью и экологической чистотой, но исовершенно безопасны для окружающей среды обитания рыб и других морских существ,так как защищены легким стеклопластиковым корпусом и сеткой из карбоновой нити,что совершенно не предусмотрено например зарубежными аналогами. Очень перспективнаи возможность масштабирования мощности подводной электростанции в зависимости отпотребления. Например для 800 кВт

требуется применить определенные геометрические параметры исходя из теории Вентурисообщающихся сосудов. Исходя из аналогичных исследований можно градуировать размерыэлектростанции в зависимости от потребляемой мощности. Уже сейчас ориентировочно можносказать, что для 800 кВт диаметр выходного раструба может быть равен 5 м, а диаметр коллектора4 м, для мощности 2 000 кВт - соответственно уже 10 и 8 м; для 5 000 кВт - 15 и 12 м. Естественно,что для производства бурения на больших глубинах, необходимо предусматривать поплавковуюконструкцию

электростанции, а при мелководном бурении - якорного типа. Например конструкция мощностью5 МВт требует систему поплавкового типа.


15

Сама конструкция электростанций предусматривает полную защиту от штормовых волн. Корпусобтекаем и не создает дополнительных завихрений в поперечном течении. Передняя частьконструкции электростанции образует спиральные каналы, которые работают на созданиеводяной воронки до конусообразной спиральной турбины используя эффект трубки Ранкаи сообщающихся сосудов Вентури. В центре установлена спиральная турбина, которая привоздействии вращающегося вокруг нее мощного течения подвержена антигравитации иприподнимаясь упирается в диск генератора с постоянным магнитным полем.

В любом случае гидротехнические исследования предлагаемой технологии позволят создатьвесьма простую в серийном производстве турбину

и другие элементы, вырабатывающие электрическую энергию в соответствие с современнымитенденциями развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии.Турбины реактора способны работать в полном погружении в реки или каналы без перепадов ипри низкой скорости течения.

Турбина реактора относится к горизонтальным осевым турбинам и состоит из 3-х основных частей.А) Входная часть это конический коллектор который ,собирает поток и ускоряет его. Он имеетлопастной распределитель (дистрибьютер), которого обладает 3 основными функциями:

1 – организует поток, для лучшего восприятия его крыльчаткой турбины; 2 – определяетнеобходимый угол расположения системы относительно угла атаки и обеспечивает

постоянную скорость вращения турбины при изменении входного потока, а также при открытииили закрытии сетки безопасности; 3 – позволяет при открытии или закрытии сетки безопасности,обеспечить пуск или остановку турбины.

В) Турбина : рабочее колесо с 8 лопастями , в обязанность которой входит задача преобразоватьмаксимум кинетической энергии потока в механическую мощность, размещена в зонерассеивателя (дифузора), который уменьшает скорость потока.

Используя переменный угол лопастей вращающегося дистрибьютора, турбина может работатьв широком диапазоне скоростей потока (т. е. турбина имеет большой диапазон изменениямассового расхода), сохраняя скорость вращения постоянной и это лучшие условия для работыэлектрического генератора.Строительство диспозиций :

Эта турбина установлена в занос по течению ,позволяя использовать ее как это модульнуюсистему , т. е. ее можно устанавливать по модульно, параллельно для получения требуемоймаксимальной мощности.

Модульность и ограничение максимальной мощности этой турбины позволяет оптимизироватьработу станции , зная, что когда-то не каждый раз нужна будет общая требуемая максимальнаямощность станции ,запуская или останавливая энергетические модули.


16

В случае обслуживания в занос или падения уровня воды, модульность позволит станцииобеспечивать электроэнергией потребителя , если долго нет максимально уровня воды в канале .Установка на дне реки/канала избегает 2 проблем :

- Глубина вариации речного стока (колебания уровня) ,так как эта турбина каждый раз имеетобъем потока достаточного для работы, особенно в период низкого уровня воды;

- В зимний период, когда образуется лед в реке или на дне канала , поток воды в обеспечен влюбое время без затрат на его очистку, так что в самый высокий сезон спроса на энергию этопозволяет избежать проблемы перекрытия станции из-за толщины льда.

Надо подчеркнуть, что для окончательной разработки базовой технологии в рамках даннойНИиОКР необходимо провести следующие мероприятия и действия:1. Исследовать математическую модель работы электростанции при воздействии вихревогодвижения жидкости в гиперболическом корпусе на конусообразную винтовую турбину.

2. Создать физическую модель и провести ее испытания в аэродинамической трубеи гидростатическом бассейне на кафедре гидравлики и аэродинамики Государственногополитехнического университета.

3.По данным проведенных расчетов и теоретических исследований разработать опытно-конструкторскую документацию серийного прототипа.

4.Собрать серийный прототип «Гидрореактора» роторного типа и провести его лабораторные иполевые испытания.

5.По результатам полевых испытаний доработать опытно-конструкторскую документацию ииздать типовой альбом.

6. Разработать технологическую карту сборки электростанции на машино- строительном заводе.

В рамках всего проекта необходимо выполнить:1. Работы по оценке патентной чистоты созданных и/или рекомендованных к использованиютехнических решений в соответствии с требованиями ГОСТ 15.011-96. Полученные по настоящемуНИР и ОКР результаты работ (в том числе объекты интеллектуальной собственности) не должнынарушать исключительных прав Исполнителя и третьих лиц, в том числе соисполнителей.2. Аналитические и экспериментальные исследования возможности применения в различныхусловиях.

3. Математические расчёты потоков через реактор и расчеты генератор на постоянных магнитахс низким моментом страгивания.

4. Разработку конструкторской документации на переналаживаемую модель с изменяемымиуглами атаки лопаток и заменяемыми лопатками диффузора.


17

5. Изготовление переналаживаемой модели с изменяемыми углами атаки лопаток изаменяемыми лопатками со специальными профилями лопаток ротора и статора генератора.

6. Натурные испытания 3-х вариантов исполнения модели.

7. Доработку переналаживаемой модели по результатам испытаний и проведение испытаниядоработанной модели.

8. Разработку конструкторской документации на опытно-промышленный образец с генераторомна постоянных магнитах имеющим низкий момент страгивания в подводном и надводномисполнении.

9. Расчёт на прочность методом конечных элементов корпуса и лопаток турбины на максимальнуюводную нагрузку и вероятность возникновения кавитации. Повести акустические испытания вбассейне для определения шумов и методов гашения.

10. Изготовление опытно-промышленного образца , способного генерировать 100-200 кВтполезной электрической мощности при скорости течения от 2м/сек.

11. Разработка проектной документации по привязке опытного образца на действующем объекте,в т.ч. разработку строительной части.

12. Осуществление строительно-монтажных и пуско-наладочных работ первого прототипа.

13. Проведение комплекса испытаний опытно-промышленного образца .

14. Получение разрешение на применение на водных объектах России и подключение к общейРАО ЕС России.

15. Проведение меж-ведомственных испытаний опытного образца .

В приложениях можно найти все расчеты горизонтальных турбин, которые были выполнены припредварительных теоретических исследованиях.

10. Укажите, при наличии, имеющие непосредственное отношение к проектуроссийские и (или) зарубежные научные публикации, патенты и (или) заявки навыдачу патента, обладателем (заявителем по которым) является Соискатель, атакже разработанные алгоритмы, протоколы, программы для ЭВМ и (или) базыданных, исключительные права на которые принадлежат Вам, или, если ониреализованы в рамках открытого кода GPL, то публичные ссылки на них

1

Номер SU 1319654 AI

Название Башня - возобновляемый источник энергии - гибриднаясолнечно-вихревая аэротермическая электростанция с


18

ветровой турбиной из закрученных вокруг центральной стойкиполотнищ.

Ссылка http://publications.solar-tower.org.uk/Professor%20Mamulashvili%201987%20Patent%20SU%201319654.pdf

*.Приложение к описанию технологии

CМ. ПРИЛОЖЕНИЕ

http://publications.solar-tower.org.uk/Professor%20Mamulashvili%201987%20Patent%20SU%201319654.pdf

http://publications.solar-tower.org.uk/Professor%20Mamulashvili%201987%20Patent%20SU%201319654.pdf

СХЕМА КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ

19

11. Опишите предполагаемые основные направления коммерциализацииВашего проекта (в ближайшей перспективе и (или) в будущем)

# Название Комментарий1 Схема

коммерциализациипроекта в ближайшембудущем на период до5 лет основана насерийном производствебезнапорных мини ГЭСмощностью от 100до 500 кВт дляиндивидуальногоиспользования,временного снабженияопераций МЧС, МВД илиМО мощностью от 300до 500 кВт. Известно, чтоэти ГЭС самоокупаемыеза короткий срок от3-х до 5-ти лет имогут быть поэтомушироко используемы всельском хозяйстве, атакже для организацииработы контрольно-измерительныхприборов газо- и нефте-трубопроводов как наповерхности земли,так и под водой.Такая мощность вполнедостаточна для работыв полевых условияхгде угодно. В этомслучае диаметр турбиныможет достигать 1-2-х метров, поэтому некаждый ручей можетбыть использован длявыработкиэлектрической энергии.Горные мелководныеручьи должны иметьотводящие каналы. Мы

Так ,например, российский ученый, кандидат технических наук,индивидуальный предприниматель Мамулашвили Георгий,известный исследователь и изобретатель вихревых источниковэнергии, а главный инженер гражданин Франции ЖульБреше специализируется на расчетах новых турбин вновых компьютерных программах Autodesk CFD и ANSYS,которые позволяют проектировать ГЭС полностью, начинаяс определения потоков, действующих на турбину. Высокиедоходы от этого бизнеса получаются при продажеэлектрической энергии, так как нет расхода горючего топлива,которое все время будет дорожать. Если выразиться образно,то деньги текут из воды. Стоимость квт. час. для населенияРоссии около 0,08$ по сегодняшнему курсу, что являетсячуть ниже средней мировой цены. На самом деле спомощью вихревых ГЭС можно продавать в течении периодаокупаемости электроэнергию в пределах 0,03$-0,05$, таккак производительность очень высокая, а себестоимостьпроизводства низкая. Наша продукция электрическая энергия,которая доступна в достаточных количествах для производствачастному предпринимателю. То есть тем потребителям,которым не по карману платить всю жизнь деньги крупнымпоставщикам электрической энергии, которые все времяподнимают тарифы. Сейчас для частного предпринимателя,которому нужно, например, всего лишь несколько десятковкВт электрической мощности, необходимо платить в Россиив среднем 0,04 р. за кВт/час, что предусмотрено тарифамидля населения. Например, годовое потребление небольшогокирпичного завода около 900 000 квт/час. Тогда за производствонебольшого кирпичного завода потребляющего мощностьоколо 100 кВт предприниматель должен заплатить в общуюсеть около 36000 рублей в год, то есть за пять лет около 180000 руб. Кроме того он должен заплатить за подключение кобщей государственной сети в зависимости от региона. Такнапример в Москве стоимость подключения за каждый 1 кВтпосле допущенных льготных 15 Квт равна 16 000 рублей. То естьИП в итоге должен заплатить 1 200 000 руб.


20

# Название Комментарийв этом бизнесе из-за возможности высокихдоходов от внедренияв производство новыхтехнологий получениявозобновляемойэнергии. Производствобыстро окупаемыхмалых и микро ГЭСпозволяет рассчитать набольшой промежутоклет определенный доходи гарантировать егополучения. То есть в этомбизнесе низкие риски,так как разработка новыхтурбин и электростанцийизвестный доходныйбизнес стран с развитойнаучно-техническойструктурой. Запоследнее время Россияпотеряла многое изсозданной техническойинфраструктурыпромышленнойиндустрии, однако естьеще возможность иостались специалистыдля возрождениямелкогомашиностроения.Понятно, чтоконкурировать с такимиведущимипроизводителями в этойобласти как ,например,Сименс глупо, но иногдатаким глобальныммировым концернамтруднее перестроитьсяна небольшоепроизводство и мелкийопт, чем для небольшойкомпании, которой


21

# Название Комментарийвнедрение на рынокэлектро- энергии оченьвыгодно, так как здесьнебольшие затраты напроизводство. Онаможет занять местона этом пустующемостровке рынка, имеяпередовую технологию испециалистов мировогоуровня. В данномслучае в команду входятспециалисты из Грузии,Франции и России.

КОНКУРИРУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ

22

12. Перечислите наиболее близкие аналоги Вашего решения и опишите, в чемзаключается Ваше преимущество

1

Название Проект Sea Gen компании Seimens самой мощной в миреподводной безнапорной гидроэлектростанции .

Описание Компания Siemens проводит эксперимент c подводнойэлектростанцией с горизонтальными пропеллернымигенераторами. Сходство с ветро-генераторами этойконструкции является удивительным. «Сиджен» – перваяв мире масштабная приливная лопастная электростанциявведенная в промышленную эксплуатацию. За более чем 10 000рабочих часов, «Сиджен» выработал 7.7 ГВт-ч электроэнергиив общую энергосистему при мощности 1,2 МВт. Во времяработы поперечная балка, на которой смонтированы двагенератора с двумя парами лопастей автоматически полностьюпогружается под воду. Турбины работают в приливно-отливномтечении, как подводные ветряки. Они имеют 7-метровыелопасти ротора, что значительно меньше, чем у ветро-генераторов, из-за гораздо большей плотности воды. Крометого, они автоматически регулируется и тем самым надежнопоставляют электроэнергию в течении примерно 20 часовработы в сутки во время прилива и отлива. В узкомпроливе возле города Портафери, приливы и отливы потокаобеспечивают максимальную частоту вращения лопастей от 4до 5 метров в секунду. Скорость течения 2,4 метра в секундудостаточна для обеспечения полной мощности подводногогенератора. С помощью лунного календаря, приливные течениямогут быть точно рассчитаны на годы вперед, что такимобразом делая электростанцию практически базовой нагрузки.Важным преимуществом таких электростанций являетсяпредсказуемость приливов как генерирующих мощностей.Это главное преимущество над другими источникамивозобновляемой энергетики. Стальная конструкция прочнозакреплена к морскому дну. В рамках интенсивной программымониторинга были достаточно тщательно изучено возможноевоздействие на окружающую среду. Приливная электростанциянаходилась посреди морского заповедника, процветающегодля тюленей, моллюсков и редких птиц. Как говорятразработчики, это было худшее место, чтобы установитьустройство приливно-отливной электростанции из-за строгихправил охраны окружающей среды.

характеристики рынка (объем,динамика, ссылки наисследования)

Самая мощная в мире приливная турбина (1.2 Мвт) ТурбинаSeaGen, Стренгфорд Лаф (Ирландия) Приливная турбинаSeaGen продолжает оставаться самой мощной, и единственным


23

первым коммерческим проектом в этой области. Турбинарасположена в Стренгфорде, Северная Ирландия. Мощностьтурбины составляет 1.2 МВт, и состоит из двух парных турбинс диаметром лопастей 16 метров. Вес турбина составляет300 тонн. Способность вращаться вокруг своей оси позволяеттурбине настраиваться на набегающий поток воды при приливеили отливе. Турбина может быть поднята из-под воды дляпроведения обслуживания. В 2013 году появилась информация,что компания Siemens заявила об итогах промышленно-экспериментальной эксплуатации следующего поколенияэнергоустановки SeaGen мощностью уже 2 МВт, а также одальнейших планах строительства таких установок следующегопоколения. Известно, что правительство Уэльса одобрилостроительство пяти таких турбин и установки их у западногопобережья Уэльса. Компания Siemens продолжает развиватьсвои технологии для потока приливной электростанции.Сегодня Сиджен электростанции в Северной Ирландии имеетустановленную мощностью 1,2 мегаватт (МВт). C 2015экологически чистой электро-энергией обеспечены около 10000 домов. Новые роторы являются наиболее очевиднымиизменениями в конструкции. Их диаметр был увеличен до20 метров и каждая из них была оснащена дополнительнымлопастям ветроколеса. Это означает, что новая модель выглядитнемного похоже на подводный ветряк. Специалисты компанииSiemens обещают, что новые диски будут лучше распределятьдавление текущей воды. Это в свою очередь позволит снизитьизнос и продлить срок службы электростанции. В отличие отприливных электростанций шквал, приливный поток блоковЭлектростанцию мощностью 10 МВт планируют запустить вэксплуатацию в 2015 году. При копировании материала, ссылкана источник обязательна: http://www.ekopower.ru/samyie-moshhnyie-proektyi-vozobnovlyaemoy-3/#samaya-moschnaya-v-mire-prilivnaya-turbina-1-2-mvt

2

Название Шведская компания Minesto разработала электростанцию DeepGreen.

Описание Подводная электростанция, использующая приливы и отливыШведская компания Minesto разработала электростанцию DeepGreen, представляющую собой крыло размахом 8–14 м,которое объединено с турбиной и генератором. Семитоннаяконструкция крепится тросом к морскому дну и располагаетсяна глубине 50–300 м. Поскольку устройство обладаетнейтральной плавучестью, оно может свободно двигаться вводном потоке и не тонуть, когда тот меняет своё направление.Для генерации электричества необходимо, чтобы скорость волн


24

превышала 2,5 м/с, однако в дальнейшем планируется снизитьэту цифру до 1–2,5 м/с. Мощность подводной электростанции,«питающейся» кинетической энергией приливов и отливов,колеблется от 150 до 800 кВт (в зависимости от её размера).По оценкам конструкторов, строительство двух полноценныхэлектростанций общей производительностью 1 МВт обойдётсяв 2–2,3 млн. евро. В прошлом году Minesto привлекла 2млн. евро на проведение испытаний в Северной Ирландии.Инвесторы рассчитывают, что флотилия подводных сооруженийсможет в будущем обеспечивать 1% всех энергетическихпотребностей Великобритании.

характеристики рынка (объем,динамика, ссылки наисследования)

Рынок такой электростанции очень ограничен, так как крыльяпод водой уж очень сложная конструкция, которая простонежизнеспособна.

13. Перечислите научные группы, институты, компании, ведущие аналогичныеили близкие разработки и опишите, в чем заключается Ваше преимущество

Самым значительным явлением является исследования группы Sea Gen компании Siamensприливно-отливной подводной электростанции мощностью 1,2 МВт. Это два пропеллерныхротора, установленные на башне с лифтом, опускающимся под воду. Потенциальное расчетноеКПД этой установки по заявлению разработчиков около 66%, однако сейчас достигнуто в пределах40-50% на действующей установке. Наша разработка обладает более высоким КПД, так какиспользуется турбины более меньшего диаметра в защищенном гиперболическом корпусе,создающим реактивную тягу. Преимуществ очень много, так например, наша турбина имеетколлектор и рассеиватель, усиливающие мощность потока; дистрибьютер, который направляетпоток под правильным углом атаки к лезвиям турбины, лучшие кавитационные свойства турбины,возможность масштабирования от малых вплоть до микро ГЭС, возможность работы как набольших глубинах, так и на мелкой воде, то есть два случая базирования - морской и речной ит.д. и т.п.Подводная электростанция, использующая приливы и отливыШведская компания Minesto разработала электростанцию Deep Green,представляющую собой крыло размахом 8–14 м, которое объединено с турбиной игенератором.Семитонная конструкция крепится тросом к морскому дну и располагается наглубине 50–300 м.Поскольку устройство обладает нейтральной плавучестью, оно может свободнодвигаться в водном потоке и не тонуть, когда тот меняет своё направление. Для генерацииэлектричества необходимо, чтобы скорость волн превышала 2,5 м/с, однако в дальнейшемпланируется снизить эту цифру до 1–2,5 м/с.Мощность подводной электростанции, «питающейся» кинетической энергиейприливов и отливов, колеблется от 150 до 800 кВт (в зависимости от её размера).Наша электростанция компактна, и при той же мощности, обладает рядом преимуществнесравнимых с крыльями под водой, которые болтаются в разные стороны и не понятно как такиеконструкции надо обслуживать!

ПАРАМЕТРЫ РЫНКА

25

14. Укажите рынки, на которых потенциально может быть реализован проект(перечислите страны, регионы, укажите основных потребителей, оценитепримерный объем рынка, его динамику, ваше будущее позиционирование нанем)

Рынок использования малых подводных ГЭС мощностью до 5 МВт очень широк, так какбезнапорные системы могут быть установлены в любом месте мирового океана, поэтомуперечислять прибрежные страны нет наверное необходимости, хотя в это число входит всеведущие индустриально развитые мировые лидеры. При стоимости 1200 - 1400 USD заустановочный кВт такие системы могут быть конкурентно-способными по сравнению с ветряками.

15. Приведите ссылки на соответствующие исследования рынков (на русскомили английском языках)

http://daydeneg.ru/2009/12/15/podvodnaya-elektrostanciya/http://www.veb.ru/common/upload/files/veb/analytics/mi/201106.pdfhttp://www.c-o-k.ru/market_news/podvodnaya-elektrostanciya-v-shotlandiihttp://www.m-energy.ru/docs_view.php?id=53http://www.ey.com/Publication/vwLUAssets/EY-Ocean-energy-Rising-tide-2013/$FILE/EY-Ocean-energy-Rising-tide-2013.pdfhttp://mragheb.com/NPRE%20402%20ME%20405%20Nuclear%20Power%20Engineering/Underwater%20Power%20Plants.pdfhttps://www.theguardian.com/environment/2008/sep/04/waveandtidalpower.renewableenergy

КОМАНДА

26

16. Ключевые члены команды проекта

1

a. ФИО Мамулашвили Георгий Шотаевич

b. Роль в проекте (должность вкомпании)

Руководитель проекта

c. Описание функций,задач, работ, которые будетвыполнять данный членкоманды проекта в рамкахпроекта

1. Работы по оценке патентной чистоты созданных и/илирекомендованных к использованию технических решений всоответствии с требованиями ГОСТ 15.011-96. Полученныепо настоящему НИР и ОКР результаты работ (в томчисле объекты интеллектуальной собственности) не должнынарушать исключительных прав Исполнителя и третьихлиц, в том числе соисполнителей. 2. Аналитические иэкспериментальные исследования возможности примененияв различных условиях. 3. Математические расчёты потоковчерез реактор и расчеты генератор на постоянных магнитах снизким моментом страгивания. 4. Разработку конструкторскойдокументации на переналаживаемую модель с изменяемымиуглами атаки лопаток и заменяемыми лопатками диффузора.5. Изготовление переналаживаемой модели с изменяемымиуглами атаки лопаток и заменяемыми лопатками соспециальными профилями лопаток ротора и статорагенератора. 6. Натурные испытания 3-х вариантов исполнениямодели. 7. Доработку переналаживаемой модели порезультатам испытаний и проведение испытания доработанноймодели. 8. Разработку конструкторской документации наопытно-промышленный образец с генератором на постоянныхмагнитах имеющим низкий момент страгивания в подводноми надводном исполнении. 9. Расчёт на прочность методомконечных элементов корпуса и лопаток турбины намаксимальную водную нагрузку и вероятность возникновениякавитации. 10. Изготовление опытно-промышленного образца ,способного генерировать 100-200 кВт полезной электрическоймощности при скорости течения от 2м/сек. 11. Разработкапроектной документации по привязке опытного образцана действующем объекте, в т.ч. разработку строительнойчасти. 12. Осуществление строительно-монтажных и пуско-наладочных работ первого прототипа. 13. Проведениекомплекса испытаний опытно-промышленного образца . 14.Получение разрешение на применение на водных объектахРоссии и подключение к общей РАО ЕС России. 15. Проведениемеж-ведомственных испытаний опытного образца .

d. Сфера деятельности ипрофессиональныедостижения

Научно-исследовательская,техническая и культурно-просветительская деятельность в области строительствавозобновляемых источников энергии.

КОМАНДА

27

e. Ключевой опыт, имеющийотношение к области данногопроекта

Защита кандидатской диссертации в области расчета особолегких конструкций мембранных сооружений, в частностирасчета гибридных солнечно-ветровых электростанций.Наличие нескольких изобретений с грифом для служебногопользования, касающихся конструкции башен возобновляемыхисточников энергии аэротермических электростанций. Доклади диплом по проекту "Гидробашня" Start-Up Vilage Scolkovo2015. Опубликование статьи "Trailing Solar Chimney".

f. Образование (ВУЗ,специальность и т.д.), ученаястепень, звание

Высшее образование, Санкт-Петербургский Государственныйуниверситет путей сообщения, специальность промышленноеи гражданское строительство, кандидат технических наук,старший научный сотрудник "Кафедры электроснабжениежелезных дорог".

g. Места работы, должности запоследние 5 лет

Собственник ИП Мамулашвили Г.Ш., руководитель проекта.

h. Научные публикации Опубликование статьи "Trailing Solar Chimney".

i. Цитируемость (индексцитируемости, индекс Хиршаи тому подобное), докладына международных научныхконференциях

Доклады на международных научных конференциях в Глазго(Шотландия)

j. При наличии, сведения обобъектах интеллектуальнойсобственности в областивыбранного Направлениядеятельности, включаяизобретения, полезныемодели, промышленныеобразцы, алгоритмы ипротоколы, программы дляЭВМ, базы данных, топологииинтегральных микросхем,автором (соавтором) которыхявляется член команды

Изобретение SU 1319654 AI

2

a. ФИО Жиль Бреше

b. Роль в проекте (должность вкомпании)

Главный инженер

c. Описание функций,задач, работ, которые будетвыполнять данный член

1. Работы по оценке патентной чистоты созданных и/илирекомендованных к использованию технических решений всоответствии с требованиями ГОСТ 15.011-96. Полученныепо настоящему НИР и ОКР результаты работ (в том

КОМАНДА

28

команды проекта в рамкахпроекта

числе объекты интеллектуальной собственности) не должнынарушать исключительных прав Исполнителя и третьихлиц, в том числе соисполнителей. 2. Аналитические иэкспериментальные исследования возможности примененияв различных условиях. 3. Математические расчёты потоковчерез реактор и расчеты генератор на постоянных магнитах снизким моментом страгивания. 4. Разработку конструкторскойдокументации на переналаживаемую модель с изменяемымиуглами атаки лопаток и заменяемыми лопатками диффузора.5. Изготовление переналаживаемой модели с изменяемымиуглами атаки лопаток и заменяемыми лопатками соспециальными профилями лопаток ротора и статорагенератора. 6. Натурные испытания 3-х вариантов исполнениямодели. 7. Доработку переналаживаемой модели порезультатам испытаний и проведение испытания доработанноймодели. 8. Разработку конструкторской документации наопытно-промышленный образец с генератором на постоянныхмагнитах имеющим низкий момент страгивания в подводноми надводном исполнении. 9. Расчёт на прочность методомконечных элементов корпуса и лопаток турбины намаксимальную водную нагрузку и вероятность возникновениякавитации. 10. Изготовление опытно-промышленного образца ,способного генерировать 100-200 кВт полезной электрическоймощности при скорости течения от 2м/сек. 11. Разработкапроектной документации по привязке опытного образцана действующем объекте, в т.ч. разработку строительнойчасти. 12. Осуществление строительно-монтажных и пуско-наладочных работ первого прототипа. 13. Проведениекомплекса испытаний опытно-промышленного образца . 14.Получение разрешение на применение на водных объектахРоссии и подключение к общей РАО ЕС России. 15. Проведениемеж-ведомственных испытаний опытного образца .

d. Сфера деятельности ипрофессиональныедостижения

Исследования и разработки аэродинамических ивибрационных механических воздействий домен, осевых ицентробежных компрессоров, паровых и газовых турбин.

e. Ключевой опыт, имеющийотношение к области данногопроекта

Разработка и исследование математической модели новоговозобновляемого солнечно-ветрового источника энергии.

f. Образование (ВУЗ,специальность и т.д.), ученаястепень, звание

Университет в Бургундия, Дижон, Франция, Специальность:аэродинамическое и техническое программирование,компьютеризация и расчеты турбин и компрессоров,определение и оптимизация.

g. Места работы, должности запоследние 5 лет

Главный инженер трубопроводы нефтеналивных систем,ассистент менеджера проекта, химические заводы в Таиланде,Китае, России, общий контроль реализации строительства

КОМАНДА

29

завода по производству газа, восстановления и реабилитациямеханического оборудования.

h. Научные публикации Нет

i. Цитируемость (индексцитируемости, индекс Хиршаи тому подобное), докладына международных научныхконференциях

Нет

j. При наличии, сведения обобъектах интеллектуальнойсобственности в областивыбранного Направлениядеятельности, включаяизобретения, полезныемодели, промышленныеобразцы, алгоритмы ипротоколы, программы дляЭВМ, базы данных, топологииинтегральных микросхем,автором (соавтором) которыхявляется член команды

Нет

РЕСУРСЫ

30

17. История и динамика развития проекта

Начиная с 2014 разрабатываются различные версии новых подводных возобновляемыхисточников энергии на основе изобретений одного из соавторов проекта. В изобретениях,касающихся устройств вихревых аэротермических электростанций использован эффект Вентурии спиральная турбина в гиперболическом корпусе. Проект нового возобновляемого источникаэнергии, основанного на вихревом движении газов и жидкостей разрабатывается втечении 2016 года, на основании ранее полученных свидетельств на изобретение вихревойэлектростанции с гиперболическим корпусом, основные принципы работы которой позаказу теоретически исследованы в лаборатории прикладной механики Санкт-ПетербургскогоГосударственного политехнического университета и сейчас университет согласен продолжатьучаствовать в совместных разработках (см. приложение), также проявлена заинтересованностьучаствовать в исследованиях со стороны Томского государственного университета. Кроме этогодостигнуты соглашения о неразглашении с ведущими предприятиями Санкт-Петербурга ЗАО«Производственное объединение Росэлектромотор» и ОАО "Невский завод "Электрощит" с цельювнедрения результатов исследований в производство .

18. Получали ли Вы и (или) члены команды проекта гранты на данную илисхожую тематику? (даты, суммы, характер проектов, полученные результаты)

На схожую тематику, касающуюся конструирования и расчетов гибридных солнечно-ветровыхэлектростанций с вихревой спиральной турбиной получены 6000 евро от компании Post PetroliumLTD в 2010 году и 5000 немецких марок от компании Schlaich bergermann und Partner GMDH в 1996году.

19. Привлекалось ли венчурное и (или) иное финансирование? (инвесторы,суммы, результаты)

Нет

20. Участвует ли проект в программах других институтов развития (если да,то указать название института развития. К институтам развития, например,относятся Роснано, РВК, Внешэкономбанк, ММВБ, Фонд содействияразвитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, Агентствостратегических инициатив, Российская ассоциация прямого и венчурногоинвестирования, Росмолодежь, ММВБ, «ОПОРА России»)

Нет

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

31

21. Укажите текущий статус проекта (какие результаты уже достигнуты и чем ониподтверждены)

Выполнены предварительные расчеты в Autodesk CFD, разработаны рабочие чертежи прототипа.Чертежи основных элементов включены в программу и отработаны основные расчетные данныепотоков жидкости и воздействия ее на винтовую турбину. Изготовлена лабораторная модельвинтовой турбины и проведены испытания в двух средах – в воде и на ветру. Есть заснятыевидео материалы. Апробирована технология изготовления турбины из композитных материалов,в данном случае из стеклопластика. Результаты рассмотрены лабораторией прикладной механикиСанкт-Петербургского Государственного Политехнического университета и достигнуто соглашениепроведении совместных НИиОКР на базе университета.

22. Опишите ключевые цели проекта (не более 3-х) и ориентировочный срок ихдостижения

# Цель и сроки1 Провести расчеты математической модели и испытания лабораторного образца прототипа.

Определить все факторы влияющие на мощность и производительность Гидрореактора.Подать заявку на патентование.

2 Разработать и создать физическую модель, выполнить гидродинамические испытания,обработать результаты испытаний, получить хорошую сходимость теоретических иэкспериментальных данных - 1 год

3 Разработать и создать прототип мощностью 200 кВт, испытать его в полевых условиях,переработать данные испытаний и внести корректировки в проект, выпустить рабочийальбом, подготовить серийный образец

b. Обобщенный план последующего развития (до достижения коммерческогорезультата)

Использование результатов работы и апробация серийного прототипа мощностью 200 кВтв дальнейшем позволит приступить к более дорогостоящим испытаниям глубоководныхбезнапорных гидроэлектростанций действия высокой мощности от 2 до 5 МВт. перспективаразработки таких электростанций настолько масштабна, что не оставляет сомнений в том, чтоосвоение морскими горнорудными компаниями океанического шельфа не за горами. Подобныеэлектростанции позволят использовать энергию океанических течений в полном масштабе.Концентрируя кинетическую энергию течений в гиперболическом корпусе ГЭС позволит работатьочень долгий период нефтегазодобывающим платформам в открытом океане без доставкигорючего топлива и всех бед связанных с этим, как экологических так и чисто профессиональных.Минуя стадию сжигания топлива платформы сразу будут получать электрическую энергию изокеана для всего своего электрического оборудования. В океане будут установлены накопители,хотя для подводных электростанций постоянно работающих в постоянных течениях это можети не понадобиться, так как диапазон работы винтовых турбин от 2,5 м/сек до 50 и выше м/сек скорости течений воды в отличие от пропеллерных, которые кстати уже завоевывают океаниз-за налаженности производства ветровых турбин. Поэтому очень важное значение имеетпровести испытания, аналитику и математические расчеты оптимальной конфигурации лопастейвинтовой турбины, так только она способна полностью воспринимать всей своей поверхностью


32

гидравлический удар молекулярной массы течения и передавать особо мощный крутящиймомент на ось электрического генератора большого диаметра, надеюсь к этому времени с ужеизученными левитационными свойствами, что в целом может повысить КПД в пределах 20%по отношению к обычным пропеллерным гидрогенераторам с редукторной передачей. Длядостижения коммерческого результата результаты работы будут включать в себя рабочие чертежисерийного образца 200 кВт подводной электростанции, ориентировочно по цене 1000USD/кВт.


33

2017ДОРОЖНАЯ КАРТА

I квартал II кваратал III квартал IV квартал

Исследования и разработки Работы по оценке патентнойчистоты созданных и/илирекомендованных к использованиютехнических решений всоответствии с требованиямиГОСТ 15.011-96. Оформлениезаявок на получение патента РФ имеждународных патентов.

Аналитические иэкспериментальные исследованиявозможности применениягидрореактора в различныхусловиях

Математические расчёты потоковчерез турбину реактор и расчетыгенератора на постоянных магнитахс низким моментом страгивания

Разработка конструкторскойдокументации напереналаживаемую модельс изменяемыми углами атакилопаток дифузора и заменяемымилопатками спиральной турбины.

Создание продукта

Общее организационное развитиеи план по найму

Защита интеллектуальнойсобственности и лицензирование

Маркетинг, внедрение,продвижение


34



Привлечение инвестиций ипродажи


35



Исследования и разработки

Создание продукта Изготовление переналаживаемоймодели с изменяемыми угламиатаки лопаток дифузора изаменяемыми лопатками соспециальными профилямилопаток ротора турбины и статорагенератора.

Натурные испытания 3-х вариантовисполнения модели гидрореакторас различным расположениемтурбин.

Доработка переналаживаемоймодели по результатам испытанийи проведение повторных испытанияуже переработанной конструкциимодели.


Аренда производственногоцеха, реконструкция и закупкаоборудования для серийногопроизводства, набор персонала,разработка технологическойдокументации.




36





37



Исследования и разработки

Создание продукта



Получения международныхи отечественных патентов наизобретения и полезную модель.


Начало продаж. Организациявыставок, участие в выставках,оборудование для осмотрапрототипа.


Активные продажи, открытиеинформационных центровпо городам РФ, поездки постройкам, промышленнымпроизводствам, участие в


38



международных выставкахтехнического оборудованиядля возобновляемой морскойэнергетике.Активные продажи, открытиеинформационных центровпо городам РФ, поездки постройкам, промышленнымпроизводствам, участие вмеждународных выставкахтехнического оборудованиядля возобновляемой морскойэнергетике.

СВЕДЕНИЯ О ЮРИДИЧЕСКОМ ЛИЦЕ (заявителем по предварительнойэкспертизе не заполняются)

39

24. Название юридического лица

25. Контактный телефон

26. Почтовый адрес

27. Web-сайт

28. Основной государственный регистрационный номер (ОГРН) юридическоголица

29. Индивидуальный номер налогоплательщика (ИНН) юридического лица

ПРИЛОЖЕНИЕ К ОПИСАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ

40

*.Приложение к описанию технологии

ПРОЕКТ НИиОКР СКОЛКОВО «Гидрореактор»

Авторы: Кандидат технических наук Мамулашвили Георгий Шотаевич (Россия), дипломированный инженер-механик Жуль Бреше (Франция).

Название проекта: «Гидрореактор».

Научно-исследовательская и опытно-конструкторская разработка прототипа мощностью 200 кВт безнапорной горизонтальной подводной гидроэлектростанции морского и речного базирования для восприятия кинетической энергии придонного или приливно-отливного течения с целью автономного электроснабжения нефтяных плавающих платформ, горнорудных и строительно-монтажных работ на дне и по побережью, а также энергоснабжение поселений вблизи водных источников.

Аннотация:

Технология безнапорной ГЭС разработана на основе использовании принципа работы электростанций серии изобретений c грифом для служебного пользования под общим наименованием «Башня» автора проекта, кандидата технических наук Мамулашвили Г.Ш. Эта серия была создана для работы в газообразных и жидких средах, отличающихся лишь плотностью вещества, обладающего отбираемой кинетической энергией и поэтому, при сопутствующем проекту патентовании, эти изобретения лягут в основу будущих патентов и будут служить аналогами. Можно сказать, что данная технология разработана с использованием некоторых признаков указанных изобретений, например, касающихся гиперболического корпуса и турбины по изобретению SU № 1319654 АI.

Устройство состоит из корпуса, с коллектором и рассеиваетелем, лопастного дефлектора и спиральной конусообразной турбины, дискового оголовка с синхронным генератором электрической энергии на постоянных магнитах, посаженных на вал турбины, сопутствующего электрооборудования, понижающей подстанции и распределительных щитов. Пространство перед периметром коллектора ограничено металлической сеткой по периметру.

Физический процесс, положенный в основу изобретений, описывает создание искусственного водоворотного потока жидкости в реакторе с дефлектором с изменяемой геометрией лопаток, позволяющего за счет возникновения перепада давлений и центробежных сил в потоке, получить концентрированную энергию высокой мощности на вал спиральной турбины, расположенной за горловиной в центре «Гидрореактора».

В исследовательской лаборатории прикладной механики создана математиче ская модель турбины, а также проведены компьютерные анимационные эксперименты в расчетном программном комплексе математического моделирования потоков ANSYS и Autodesk CFD.

Данные теоретических экспериментов показали, что конструкция турбины и ее расположение относительно корпуса электростанции позволяет при передаче на вал значительных усилий давления, получить электрическую энергию в промышленных масштабах, за счет почти полного использования кинетической энергии потока жидкости.

Опираясь на данные теоретических исследований автора проекта и его команды исследователей и инженеров, можно сделать вывод, что в отличии от существующих проектов подводных гидроэлектростанций пропеллерного типа, воспринимающих кинетическую энергию глубоководного течения лишь на 10-15% данная электростанция отличается в несколько раз более высоким КПД за счет отбора дополнительной мощности, закрученного вокруг центральной оси

водоворота, стабилизируемого в гиперболическом раструбе за счет центробежных сил и создаваемого за турбиной ламинарного потока.

Прежде всего ГЭС «Гидрореактор» рассчитана в основном для промышленного использования с целью

обеспечения собственной электроэнергией плавучих морских платформ. С этой целью ее

турбогенераторы могут быть изготовлены из легких композитных сплавов и опускается на дно

глубоководного течения под платформой. Мощность такой электростанции может достигать 5 МВт при среднегодовой скорости придонного течения 4,5 м/сек и величине диаметра раструба около 5 м.

Мощность электростанции масштабируется в зависимости от величины диаметра входного раструба

коллектора. Такая конструкция принята работоспособной на основании известных фактов

перечисленных в интернете и в научно-технической литературе.

Предлагаемая технология ГЭС обладает хорошей масштабируемостью. Расчеты показали возможность прямо пропорциональной зависимости между габаритами и вырабатываемой мгновенной мощностью электростанции в зависимости от скорости и объема потока. Поэтому наряду с малыми ГЭС мощностью до 5 МВт, есть реальная возможность выпускать мини-ГЭС от 200 до 500 кВт и микро-ГЭС от 15 до 50 кВт серийно для индивидуального использования на дне рек со скоростью течение более 1,8 м/сек, например, в целях временного обеспечения мероприятий МЧС или действий сил обороны, а также для частного использования.

Конструкция «Гидрореактора» патентно-способна, так основе ее существенной отличие, это использование спиральной турбины, гиперболического корпуса, дефлектора с изменяемой геометрией лопаток и других отличий от существующих разработок, которые могут быть запатентованы в ходе предполагаемых натурных испытаний.

В приложении к описанию проекта представлен: 1. Рамочный договор о научно-техническом сотрудничестве с Государственным Санкт-Петербургским Политехническим Университетом в области исследования потоков в спиральной турбине. 2. Результаты расчетов горизонтальной спиральной турбины при скорости потока от 1,8 м/с.

Описание проблемы: Как указывалось, сейчас идет совершенно новая современная тенденция освоения морского дна, как с целью добычи полезных ископаемых, так и с целью обеспечения жизнеспособности подводных поселений. Это не утопия, а насущная необходимость получения источников производства в промышленных масштабах, находящихся почти рядом на дне мирового океана. Мы знаем почти о неисчерпаемых запасах лишь понаслышке, а между тем современное развитие техники уже подразумевает активное участие человека в освоении нового подводного пространства, тем более, что опускаться на дно ближе, безопаснее и намного дешевле, чем летать, например, на Марс.

Исходя из этих предпосылок перечислим, что на данный момент является проблемным фактором обеспечения эенрго- снабжения для освоения общего пространства мирового океана. 1. Для морских нефте-газодобывающих плавающих платформ нужны автономные источники питания, которые неограниченно воспринимали бы энергию окружающей среды, особенно вдали от материковых источников. Дело в том что, используемые сейчас на их борту дизель генераторы имеют ограниченный ресурс использования, поэтому с платформ невозможно вести постоянную добычу полезных ископаемых и геологоразведку.

2. Автоматическим электрическим машинам и механизмам, работающим на дне без участия человека, нужен постоянный источник энергии для зарядки аккумуляторов, причем он должен быть тоже полностью автоматизирован.

3. Другим морским хозяйствам, например, рыбным фермам и частным пользователям было бы выгодно приобрести небольшие и достаточно компактные гидроэлектростанции для временного электроснабжения, которые к тому же должны быть не прихотливы для эксплуатации - определил скорость течения, сбросил на дно и работай.

4. Очень важно иметь устройство ГЭС, способное к быстрому монтажу и переброски на новое место. В работе над таким устройством надо будет предусматривать автоматизированное всплытие и опускание на дно таких габаритов как промышленные энерго-снабжающие устройства малые и мини ГЭС, а также легкость демонтажа микро ГЭС индивидуального использования.

В настоящее время существует множество устройств воспринимающих энергию течения жидкости или газа, но они имеют существенные проблемы по сравнению с предлагаемой технологией. Технологии малых ГЭС делятся на 4 типа: водяное колесо, ротор Дарье и пропеллер.

A. Традиционные приливно-отливные гидроэлектростанции пересекают реку плотиной и тем самым нарушают окружающую биосферу. Использование таких электростанций в придонном течении не только очень дорогое удовольствие, но и возможное нарушение гидросферы обитания рыб и других глубоководных существ. При этом огромный объем земляных работ просто ставит крест на их использование под водой. B. В океане, в основном, применяются новые приливно-отливные и волновые электростанции, которые воспринимают поверхностную энергию, тем самым малоэффективны и достаточно сложны в эксплуатации, так как требуют определенную направленность на волну, с изменением которой они либо бездействуют, либо требуют сложного автоматизированного комплекса для разворота в нужном направлении. Надо принять во внимание также погодные условия , которые могут просто разнести их дорогостоящие механизмы в щепки. С. На сегодняшний день самой мощной технологией получения электрической энергии приливно-отливных течений является MСT типа «Sea Gen» с пропеллерными роторами, однако они обладают рядом недостатков и прежде всего проблемой масштабируемости на мелководье и серьезными упущениями в части возникновения кавитации на глубине, от чего лопасти будут иметь короткий срок службы.

Сейчас наиболее мощными являются придонные электростанции различных типов, воспринимающие глубоководные течения. Современные экспериментальные придонные электростанции используют в своем большинстве конструкцию обыкновенного горизонтального пропеллерного ветряка, направленного по течению или горизонтальной спиральной турбины, направляемой поперек, что определяет также необходимость осуществления сложного автоматизированного комплекса разворота по направлению течению.

Кроме вышеперечисленного существует тенденция к разработке прототипов безнапорных ГЭС, использующих рукав для подачи к горизонтальной спиральной турбине воды с перепада высот рельефа реки. Такой метод требует прокладки большого количества труб. Что в принципе осуществимо и на дне, но очень трудоемко и требует значительного контроля за падением давления в трубах, при прорыве гидроизоляции. Технологически с точки зрения строительства такой метод весьма трудоемок. Данный проект направлен на исследование и разработку оптимальной технологии энергоснабжения и возможности повышения эффективности работы безнапорных ГЭС для использования в энергоснабжение морского нефтегазового комплекса для бурения скважин на шельфовом дне. Это устройство должно полностью заменить дизельную электростанцию, ограниченную по времени работы в открытом море и потребляющую столько количество топлива, что через определенный промежуток времени затраты на него могут превысить рентабельность самой добычи, пока бурение не достигнет определенной глубины. Это грозит

нерентабельностью всего проекта в целом дальнейшего бурения и необходимостью перемещения платформы на новое место, с ликвидацией старого.

Например, самая современная плавучая буровая платформа Stena Don, оснащенная дизель генераторами из 9 блоков с номинальной мощностью 4375 кВА обеспечивают электроэнергией буровую, которая бурит на глубинах более 3 км. Затраты дизельного топлива для работы двух дизель электростанций FG Wilson P2000(P2200E) при 297 л/час (при нагрузке 70%) и 474 л/час (при 100% нагрузке) в год превышают 8300 тн, что стоит не менее 230 млн.рублей (около 4 млн. USD) и это на вблизи берега, а в открытом море стоимость дизтоплива естественно увеличивается за счет доставки. В среднем эксплуатационный период морской нефте-газодобывающей платормы на месторождении составляет 25 лет, то есть за этот период будет израсходовано только на топливо около 125 млн. USD! Причем время работы дизель генератора такой мощности составляет не более 500 часов в год, а при непрерывном бурении - не более 300 часов, перегрузка не допускается!

То есть непрерывно дизель генератор мощностью около 4 МВт может работать на платформе в год не более 12-ти с половиной суток до переборки! А в целом за год всего 20 суток с перерывами. Понятно, что за это время буры пройдут лишь небольшой придонный слой, а в случаем наличия камней или другой твердой породы и того меньше. Потом бурение прекращается на целый год!

Даже если возможно придумать механизм одновременной передачи мощности с редукторов нескольких дизель генераторов на вал бура, применив, например, дизель-генераторы 6 ЧН 25/34, предназначенные для установки на судах неограниченного района плавания в качестве источников питания энергией силовых и осветительных установок при одиночной и параллельной работе, то при мощности 320 кВт ( перегрузка допускается не более 1 часа), удельный расход топлива составит 228 г/кВт ч. Ресурс непрерывной работы 1000-1200 часов, до переборки 10000-18000 часов, а до капитального ремонта 60000-70000 часов. То есть для непрерывной работы глубинного бура потребляемой мощностью 4 МВт в течении 50 суток , нужно установить на морской платформе 12,5 генераторов, что при их габаритах - длина: 5495 мм - ширина: 1750 мм - высота: 2925 мм и массе в сухом 16600 кг, потребует площади 119,2 кв. метра и дополнительным водоизмещением платформы до 207,5 тонн!

Стоимость морских технологических платформ в зависимости от функций и окружающих условий меняется в пределах от 300 до 3 000 млн. USD, а сроки строительства в пределах от 10 до 36 месяцев. Представить себе трудно, что из-за проблем с энергоснабжением такую стоимость приходиться замораживать для бурения все 11 месяцев в году, либо наращивать количество 4 МВт дизель генераторов, по крайне мере до 22 штук на одной платформе, для того чтобы буровые работы не прерывались с изобретением такой передачи, чтобы можно было включать попеременно эти 22 дизель генератора к буровой, что неописуемо с точки зрения инженерной мысли, да и где их размещать? А ведь не известно какие препятствия бурению могут возникнуть на глубинах до 3-х км. Для сравнения рассчитанная авторами проекта ориентировочная стоимость двух установок «гидрореакторов» мощностью 2 МВт серийного производства составляет около 5 млн. USD. И работа их в течении года может быть непрерывной. Даже штормовая погода таким конструкциям не помеха. То есть расчетная окупаемость двух таких вихревых гидротурбин составит 4 года.

В тоже время стоимость двух дизель генераторов такой же мощности сравнительно ниже и равна около 4 млн. USD. Но если к этой сумме прибавить эксплуатационные расходы, то получается за три года работы надо будет выложить сумму в 16 млн.USD. А вот для приобретения 22 дизель генераторов придется выложить уже 44 млн. USD либо начать

устройство плавучей атомной электростанции, которая может вырабатывать 50 МВт и стоит 160 млн. USD (меньшей мощности строить не рентабельно).

Установочная стоимость плавучей АЭС и вихревых гидрореакторов почти одинакова, однако учитывая необходимость специальной доставки ядерного топлива и обеспечение его захоронения, идея использовать АЭС в чистом море становиться весьма не привлекательной.

Учитывая вышесказанное и обозначив проблему постоянного электроснабжения буровых морских платформ можно сказать, что данный проект исследует возможность решения этой проблемы с помощью новой технологии использования на дне гидрореакторов, имеющих неограниченный период работы, достаточную для буровых работ мощность, низкую стоимость производства и эксплуатации, отсутствие потребности в подвозе топлива, и наконец простую систему восприятия изменения направления придонного течения без сложного автоматизированного комплекса ориентирования.

Кроме того чисто с коммерческой точки зрения в проекте исследований предусматривается масштабирование этой технологии, что позволит выпускать серийно такие электростанции любой мощности, как и современные дизель генераторные электростанции вплоть до 200 кВт без существенного изменения конструкции.

Использование огромной энергии прибрежных приливов может стать намного проще и дешевле с новым дизайном для нового поколения подводных турбин.

Есть огромный ресурсный потенциал чистой энергии от приливных потоков вокруг прибрежных зон многих стран: оценки предполагают, что существует по крайней мере сотни гигаватт энергии вокруг Европы, Африки, Америки, России, Китая. Приливные генераторы могут собирать энергию этих потоков, с дополнительным очень важным преимуществом, так этот энергетический ресурс, в отличие от ветра, предсказуем.

Есть только несколько типов подводных турбин в эксплуатации сегодня, и все они работают как подводное ветряные мельницы, их лезвия поворачиваются под прямым углом к потоку воды.

В отличие от этих устройства наша команда разработала реактивный гидрореактор в гиперболическом корпусе с коллектором и рассеивателем. Вокруг конусообразного спирального ротора, которого, проворачивающегося вокруг своей оси, приливы и отливы создают вихревой поток, который действует реактивно по отношению к потоку. В результате, он может использовать больше входящей воды, чем стандартная подводная ветряная мельница указанная на рисунке.

Аналоги Надводные ветровые мельницы.

В качестве аналога решения проблемы электроснабжения морских платформ можно рассматривать разработки компании Siemens, которая начала в морях к северо-западу от Дании большой и важный эксперимент. В воде на 13-метровой глубине были установлены гигантские ветрогенераторы с лопастями длиной 60 метров и мощностью 6 мегаватт. Они должны

продемонстрировать возможности новых технологий в морской энергетике, которые впоследствии способны сильно изменить структуру спроса на энергоносители. Гигантские ветрогенераторы на открытой воде – наиболее вероятные соперники для традиционных земных ветрогенераторов. Во-первых – потому, что океанский ветер – это постоянный, неисчерпаемый источник энергии, что редко достижимо на суше, стабильный источник, который может поставлять энергию хоть круглые сутки. Во вторых – потому, что чем больше лопасти, тем меньшее количество турбин нужно устанавливать, а следовательно, тем меньше затраты. К тому же ветряки экологически чище любых других энерго источников, а это тоже приятно и даже перспективно.

В Siemens трудились над этими турбинами несколько лет, по мощности они почти вдвое

превосходят ветрогенераторы, которые человечество производит сегодня. Для того чтобы доставить

эти махины к месту установки, потребовалось построить специальное судно, потому что 60-метровые лопасти не влезают на стандартные корабли, используемые для этих целей. Но это не останавливает

немцев: в ближайших планах лопасти небывалой доселе длины – 75 метров. Однако чтобы конкурировать с ископаемыми видами топлива, недостаточно даже этого, поэтому в мире ведутся

разработки технологий, позволяющих построить ветрогенераторы со 100-метровыми лопастями. Это

непросто, потому что чем больше поверхность, тем больше нагрузка. К тому же лопасти ветряков не

могут позволить себе иметь швы – они становятся слабым местом. Однако и эти преграды

человечество уже вот-вот преодолеет. Эти турбины смогут вырабатывать 10–15 мегаватт

электричества, то есть в несколько раз больше, чем то, на что способны современные

ветрогенераторы. Но проблемы водных ветряков остаются не решенными. А это ограниченный

диапазон работы, низкий КПД, высокая аварийность, особенно при попадании птиц:

при штормовых порывах ветра:

Низкая жароустойчивость, чем часто возникают пожары по разным причинам, неполадки механизмов

чем вызывают возможную аварию, которую очень трудно и весьма дорогостояще гасить, чем определяется

высокая стоимость электрической энергии.

Подводные мельницы типа Sea Gen.

Компания Siemens проводит эксперимент c подводной электростанцией с горизонтальными пропеллерными генераторами. Сходство с ветро-генераторами этой конструкции является удивительным. «Sea Gen» – первая в мире масштабная приливная лопастная электростанция введенная в промышленную эксплуатацию. За более чем 10 000 рабочих часов, «Sea Gen» выработал 7.7 ГВт-ч электроэнергии в общую энергосистему при мощности 1,2 МВт. Во время работы поперечная балка, на которой смонтированы два генератора с двумя парами лопастей автоматически полностью погружается под воду. Турбины работают в приливно-отливном течении, как подводные ветряки. Они имеют 7-метровые лопасти ротора, что значительно меньше, чем у ветро-генераторов, из-за гораздо большей плотности воды. Кроме того, они автоматически регулируется и тем самым надежно поставляют электроэнергию в течении примерно 20 часов работы в сутки во время прилива и отлива. В узком проливе возле города Портафери, приливы и отливы потока обеспечивают максимальную частоту вращения лопастей от 4 до 5 метров в секунду. Скорость течения 2,4 метра в секунду достаточна для обеспечения полной мощности подводного генератора. С помощью лунного календаря, приливные течения могут быть точно рассчитаны на годы вперед, что таким образом делая электростанцию практически базовой нагрузки.

Важным преимуществом таких электростанций является предсказуемость приливов как генерирующих мощностей. Это главное преимущество над другими источниками возобновляемой энергетики. Стальная конструкция прочно закреплена к морскому дну.

В рамках интенсивной программы мониторинга были достаточно тщательно изучено возможное воздействие на окружающую среду. Приливная электростанция находилась посреди морского заповедника, процветающего для тюленей, моллюсков и редких птиц. Как говорят разработчики, это было худшее место, чтобы установить устройство приливно-отливной электростанции из-за строгих

правил охраны окружающей среды. Но они знали, что если они получат одобрение здесь, они получат одобрение в любом месте в мире. Работа устройства оправдало эти ожидания и даже вышло за пределы изначально запланированных пяти лет.

Исследования предсказали, что приливные генераторы, могли бы производить до 10% потребности электрической энергии в Великобритании. Но проведенные работы выявили следующие проблемы при проектировании подводных лопастных генераторов. Есть три фактора, которые управляют энергией захвата воды текущей кинетической энергии в конвертере:

А). Ометаемая площадь ротора (роторов); Б). Скорость потока воды (кинетическая энергия пропорциональна скорости течения в кубе) С). И общий КПД системы.

При проектировании было много проблем, чтобы сделать приливные турбины коммерчески жизнеспособными, среди этих проблем была необходимость поставить эти системы в нужных местах где глубина воды, текущая структура потока и расстояние до сети делают проект экономически жизнеспособным, чтобы сделать эффективной единицу вырабатываемой энергии и одновременно достичь простоты в обслуживании. Пожалуй, наибольший вызов относится к созданию подводной структуры, способной выдерживать крайне сложные условия. Проектирование турбин работающих в потоке со скоростью 4,5 м/с типа «Сиджен» на пике весеннего половодья в Странгфорде эквивалентно разработке ветровых турбин выживающих при скорости ветра 400км/ч. "Сиджен"’ начал функционировать в 2008 году с двумя 16 метровыми в диаметре лопастными роторами, каждый имел площадь ометания свыше 200 м2 , общая номинальная мощность станции равна 1,2 МВт при скорости течения всего 2.4 м/с. «Сиджен» имеет роторы, установленные на крыло как крест-на-крест, в навесном состоянии на подъемный лифт, который может быть поднят над водой на техническое обслуживание. Это также позволяет устройству опускать роторы на сравнительно большую глубину в толще воды, где проходит большинство энергии течения. Поверхностные воды движется гораздо быстрее, чем вода глубже вниз около дна и,

поскольку энергия пропорциональна Кубу скорости, в вертикальном распределение энергии является серьезный перекос в сторону поверхности – вплоть до того, что около 75% существующей энергии находится в верхних 50% слое от толщи воды. Поэтому устройства с роторами у морского дна теряли бы значительную долю доступной энергии.

Течение в Странгфорде вблизи берегов Ирландии очень сильное, движется на расстоянии в 10 км, со скоростью 4м/с и на глубине 25м. Защитить конструкцию с турбинами против таких сил и сделать ее стоимость умеренной была значительно сложной проблемой. Для решения одной из основных проблем, вызванных высокой энергией течения, инженеры адаптировали метод, используемый для крупных надводных ветротурбин. Конструкция была сделана балластом весом в 1000 тонн, с тем чтобы быть безопасной от опрокидывания, чтобы встать устойчиво на базу, опирающиеся на твердое основание морского дна. Затем были установлены буронабивные сваи, каждая диаметром 1м на глубину 18м. Это был новаторский процесс, и инженеры компании сейчас работают с тем, чтобы извлечь из этого опыта все что возможно и снизить затраты, а также улучшить эффективность процесса.

Компания получила не только развитые данные для производства собственных приливно-отливных турбин, но и экспериментальные данные для сооружения, которые являются целой отраслью знаний о необходимых строительно-монтажных работах, которые будут использованы для других инженеров, работающих в похожих условиях.

ГЭС «Сиджен» использует двух-лопастные роторы, отчасти потому, что это делает техническое

обслуживание проще при подъеме наверх из рабочего положения. Исследуя зависимость Приливной энергии в рамках ½ приливного цикла, ученые и инженеры компании определили хорошую

сходимость теоретических и опытных результатов, а именно безнапорная ГЭС вырабатывает

мгновенную мощность равную 1,2 МВт при скорости течения 2.4 м/с. Красная линия, обозначая выходную мощность опускается резко в 11.15 в ходе демонстрации возможностей быстрого

отключения питания командой на закрытие станции. При повышении обратно на полную мощность

это происходит немного медленнее, благодаря ограничения сети, но может быть быстрым, и тем

самым существует высокая степень управляемости мощности, которая отображается на

графике зависимости. ГЭС «Сиджен» производит электроэнергию полностью соответствующую условиям сети электричества и оба ротора с турбинами могут даже эксплуатироваться независимо друг от друга с одной башни.

Рассматриваемая система фактически является «массивом» из двух независимых турбин на единой конструкции подъемного стержня.

По оценкам инженеров «Сименс» ГЭС «Sea Gen» может вырабатывать ежегодный объем производства при мощности 1.2 МВт до 6000 МВт/ч в год, что позволяет снизить до 5 процент простоя. Это означает, что КПД равен 66%, что очень высокая степень для возобновляемого генератора электрической энергии и зависит от переменной естественного ресурса.

Однако это отчасти отражает необычайно энергичный ресурс течения в проливе «Странгфорд» и компания в среднем ожидает в более общем плане достижения КПД в 40 - 50% при серийном производстве.

Более мощная система до 2 МВт при скорости течения 2,4 м/с (над который инженерная команда компании сейчас работаете) достижима за счет увеличения размера ротора с 16 до 20 м в диаметре. Его конструкция будет продолжать осуществлять возможность захватить как можно больше энергии даже на менее энергоемких локациях в будущем.

Применение двух-лопастного ротора, установленного горизонтально не должно быть поднято так высоко, как трехлопастной для устранения помех на поверхности и частично потому что двухлопастной ротор является более экономически эффективным, чем трехлопастной.

На земле, мир так привык встречи с трехлопастными ветро-генераторами, что трудно поверить, что есть другой способ проектирования таких структур, но, даже в ветро-промышленности, уже есть признаки того, что достоинства двухлопастного ротора пересматриваются, и в местах, где шум и визуальные нарушения не являются проблемой, таких как, например, как морские платформы, эти конструкции могут возродиться.

Для морских проточных устройств их преимущества очевидны, но экспериментирование с другими конструкций продолжается. Так например выполняется проект «Sea Gen F»

Два винта не только обеспечивают в два раза больше энергии, но и обладают меньшей себестоимостью, так как оба ротора устанавливаются на сбалансированное сооружение подальше от системы поддержки и самой башни.

Траверса поднимается выше поверхности моря для технического обслуживания, что является необходимой мерой, так как приливные потоки опасны в тех местах, в которых приходится работать.

Есть большие преимущества в том, чтобы конструкция ГЭС способна вывести оборудование выше течения прилива быстро и при низких затратах.

Альтернатива для подводных пропеллерных электростанций только в организации спасательных операций, с краном на барже каждый раз, когда ремонт будет необходим (так все движущие детали затоплены при работе ), что будет запредельно дорого.

ГЭС «Сиджен» имеет лопасти несущих винтов, регулируемых автоматически при работе, тем самым уменьшая пиковые нагрузки, что позволяет системе генерировать на приливы и отливы без необходимости поворота ротора вокруг оси башни (рыскания) против потока. Реверсирование шага лопастей составляет одно из многих запатентованных особенностей из Сиджен, и как пример одной из основных целей компании «Сименс» генерировать ценные результаты интеллектуальной собственности. Возможно даже больше, главное качество автоматизации возможность питч-контроля позволяет «Сиджен» останавливать парк его роторов даже во время полного протекания тока воды менее чем за пять секунд. Качки лопасти ротора в нейтральное положение для остановки турбины важное и необходимое требование для любой системы генерации электроэнергии. Для сравнения, при фиксированном шаге турбин требуется сильные тормоза, чтобы остановить их и, если за тормозное время происходит сбой, они теряют сетки связи и не могут быть остановлены, поэтому находятся в опасности из за превышения скорости и возможности самоуничтожения.

В этой связи следует «Sea Gen» применяет тенденцию характерную для практически всех современных ветровые турбин, которые также используют питч-контролируемые осевые роторы для большинства ветрогенарторов и по тем же причинам. «Sea Gen» в конструкции ротора применяют аналогичную методику ветрогенераторов, но поскольку усилия в море гораздо выше, лопасти должны быть соответственно гораздо сильнее. Специалист структурного проектирования используют углеродное волокно для основных структурных компонентов. Использована методика авиационных предприятий и разработки инжиниринга для высокого напряжения потока применяя конструкции из углеродного волокна «mainspar» в стальных формах.

Каждая лопасть ветроколеса мощностью 1.2 МВт «Sea Gen» регулярно будет нести распределенную нагрузку более 30 тонн на эффективный радиус около шести или семи метров от центра башни, поэтому изгибающие моменты являются весьма грозные, особенно когда динамические нагрузки, обусловленные турбулентностью и другими стрессовыми ситуациями. Операционная система «Sea Gen» в целом действовала достоверно с большей частью незначительными отклонениями не такого рода, чтобы ожидать применения новых технологии такой сложности. Большинство времени простоя было результатом либо незначительных проектных отклонений либо непредсказуемых неудач.

Будущее развитие MST (Mover Sea Turbine) с точки зрения инженеров «Sea Gen» это установка оборудования в других местах и разработка новой концепции более мощной технологии, чтобы получить эффект масштабирования жизнеспособных установок в более мелкой и в более глубокой воде, например глубиной до 20-40 м в диапазоне, которому соответствует текущий дизайн. В более мелкой воде существующая система ротора будет обеспечивать слишком малое пространство работы пропеллера, чтобы быть экономически эффективным, а более глубокие воды приносят опасения о более высокой башни структуры, что вызывает необходимость увеличение прочности, а это в свою очередь увеличивает стоимость вырабатываемой энергии. Американские инженеры нашли потенциальное запатентованное решение и активно его

поддерживают в виде привязанной системы к морскому дну с помощью жесткой, но откидной распорки. Эта технология, которая основывается на тех же роторах, является системой управления и

названа образно силовым вагоном «Sea Gen U» и уже в стадии разработки. Версия мощностью 2 МВт с

тремя пропеллерными роторами планировалась для установки в проливе Минас, бухты Фанди в новой

Шотландии, Канада в течении 2013 года, однако пока нет данных о новых испытаниях. Как ожидалось разработка, систем более 5 МВт с шестью роторами, тоже следует. Ситуации с ветряками для морской

энергетике за последнее время несколько улучшилась с точки зрения экономической эффективности,

так ,например, несколько лет назад нормой была мощность 1 МВт, сегодня 5 МВт являются более

предпочтительными. Есть определенное давление технологического лобби разработать новые технологии для того, чтобы улучшить их рентабельности и генерировать электричество по более

дешевой цене.

Третьим проектом Сименс является «Sea Gen F». Это понтонная энергетическая система с подводным ветряком опущенным вниз. Такое решение не представляет собой прорыв в подводных технологиях

получения энергии, так как никаких особенностей по сравнению с ветряком не претерпела, отсюда

низкое КПД и высокая возможность появления кавитации, тес самым сокращения срока службы.

Инженер разработчик приливно-отливных турбин Питер Френкель пишет, что как и все новые технологии, приливно-отливные турбины будут изначально слишком дорогими, чтобы быть

немедленно конкурентоспособными, но будущее развитие должно показать все их преимущества

перед морскими ветряками. Он видит выгоду выгодность экономии масштаба оборудования, так как

огромные ветровые колеса это всегда высокая опасность разрушения, и считают, что испытания

приливно-отливных турбин позволит получить данные для снижения стоимости вырабатываемой

энергии. В результате он считает, что эти новые возобновляемые источники энергии отвечают потребностям рынка и правительственные субсидии на ранней стадии по небольшим проектам

помогут выйти из стадии R&D к полный коммерческой конкурентоспособности. Френкель уверен, что

технологии приливно-отливных турбин станут конкурентоспособными разумно быстро, но первые проекты будут требовать государственную поддержка для привлечения необходимые инвестиции.

Потенциальный рынок для зеленой энергетики является значительным.

Инновационость исследований:

Решение вопроса о получении достаточной для частного и промышленного использования энергии в

придонном потоке течений в реках и морях со скоростью от 2 м/сек, позволит в будущем избегать

установки дорого стоящих железобетонных плотин полностью перекрывающих реку, или тянуть

длинные трубопроводы для создания напора перед турбиной гидро-электростанции. Естественно, что

все эти дополнительные мероприятия создаются для увеличения скорости падающего потока, а тем

самым и мощности гидро-электростанции. В морских условиях подводная электростанция должна

работать на дне, поэтому ее конструкция должна быть простой и легко заменяемой. Иновационность

предлагаемой подводной электростанции состоит в том что, конструкция турбины принята спиральной

в направлении турбулентного потока, что позволяет получить за турбиной ламинарный поток,

увеличивающий ее мощность. Основная цель инноваций в нашем проекте увеличить КПД подводной

электростанции, такой как например “Sea Gen” и снизить опасность разрушения лопастей турбины,

вследствие кавитации, которая так характерна для пропеллерных турбин, а также снизить вредные для

окружающей природы шумы.

Этот проект также направлен на инновационное обеспечение безопасности окружающей среды, для

чего предполагается применить правильное вычисление динамических методов моделирования

жидкости для исследования генерации подводного шума реактивных турбин, в которых

турбулентность поступающей в коллектор воды, структура взаимодействия жидкости и структурные

вибрации, в результате колебания давления, могут способствовать генерации шума. Этот имеет в

настоящее время существенное значение, так как все больше внимание уделяется подводному шуму,

производимого пропеллерными подводными ГЭС в результате деятельности человека и воздействия

на морскую среду. Это было признано, например Директивой Европейского Сообщества, которая

классифицирует подводный шум как загрязнитель. Следовательно, существует настоятельная

необходимость, иметь возможность предсказать степень кавитации и шум, производимый с помощью

различных систем с помощью численного моделирования, и понять, как они могут быть снижены.

Расчет шума под водой основан на способности определять возможную прочность и вид источников

звука в результате динамических воздействий жидкости или опосредованно через индуцированный

поток структурных вибраций. Данный проект позволит разработать усовершенствованные

вычислительные методы для оценки нестационарного поведения потока жидкости и как это

сочетается с вибрационным воздействием. Будут исследованы для реактивных возможность захвата

жидкости коллектором и динамические явления в рассеивателе, в том числе кавитация и

неустойчивость поведения звуковых волн при гашении в корпусе «Гидрореактора». Для этого в рамках

проекта для реактивных подводных турбин впервые будут изучены:

Вычислительные методы для решения крупномасштабных деформаций структуры;

Характеристика потока управляемой адаптивной сетки с использованием открытых технологий;

Методов классификации источников шума и кавитации, разработка более быстрых математических

моделей, основанных на меньшие затраты времени при точном моделировании вихрей в

рассеивателе.

Проект будет включать в себя инновационные испытания подводных реактивных турбин в комплексе

гидродинамического структурного и акустического моделирования.

Сейчас эффективность электростанции “Sea Gen” низкая, из за того, площадь ометания лезвий

пропеллерной турбины слишком мала по сравнению с диаметром ротора и угол атаки лопасти ротора

находится под прямым углом к потоку. Спиральная турбина позволит максимально оптимизировать

угол атаки лопасти турбины по отношению к потоку, поэтому вполне возможно на одном роторе

получить до 5 МВт мощности по ориентировочным габаритам подводной реакторной турбины на

рисунке.

Описание трендов:

Технологические тренды заключаются в разработке 5 основных направлений:

I направление: использование обыкновенных водяных мельниц, только выполненных из металла большого диаметра типа колеса. Лопасти такой турбины расположены под оптимальным углом атаки водного течения, в котором оно запущено поперек течения. Испытания проведены в 2012 году, серийный выпуск намечается.

II направление: традиционные ветряки погруженные в воду, лопасти конечно меньше, так как плотность воды намного выше чем воздуха. Подводные пропеллеры применяют разнообразных типов и форм с сигарообразными корпусами. Пропеллеры размещаются на стальных платформах, крепко закрепленных ко дну. Учитывая, что диапазон работы гидрогенераторов пропеллерного типа также ограничен способностью лопастей с профилем самолетного крыла воспринимать нагрузку от потока вода до 25 м/сек, хотя нижняя граница

этого диапазона отодвинулась почти до 2,5 м/сек, это скорость страгивания. Испытания проводятся с 2013 года, серийный выпуск пока ожидается.

III направление: это пропеллерные турбины посаженные в оболочку и устанавливаемые вдоль течения. Есть якорного типа и поплавкового. Якорного типа более тяжелые и устанавливаются на дне, поплавкового типа маломощные из пластика, устанавливаются под поверхностью воды.

IV направление: изготовление глубинных турбин, устанавливаемых на дне реки или моря. Они выполняются из композитных материалов и имеют винтовую конфигурацию. Турбина крепиться к плоской платформе опускаемой на дно на шарнире с одной степенью свободы, то есть платформа должна точно стоять по направлению приливно-отливных течений.

V направление: это спиральные турбины, располагаемые на раме, закрепляемой ко дну поперек потока. Такие конструкции получили значительное распространение в воздушных системах, так называемая турбина Горлова, и сейчас использование их конструкции почти без изменений в безнапорных гидро электростанциях хорошая идея но не очень практичная, так как такие турбины хорошо работают обычно на больших скоростях потока, по предположениям это должны быть горные реки; Базовая технология.

Представляемая новая технология «Гидрореакторов» использует мощь океанских и речных течений, и может обеспечить чистой и безграничной формой возобновляемой энергии на долгие годы. Ее можно причислить ко второму направлению тренда развития морской энергетики, включающее в себя турбину в оболочке, которая сжимает поступающий поток воды.

Наша группа ученых и инженеров разработала идею использовать гигантские подводные турбины для захвата энергии из глубоководных океанических течений, таких как Гольфстрим или речных течений таких как Енисей. Так как эта технология обладает масштабируемостью, то естественно, такие ГЭС могут быть использованы от необходимости получения энергии в малых и больших масштабах, но технология сама от этого не изменится. Нами разработаны два варианта исполнения ГЭС придонный, закрепляемый на ж/б плите и поверхностный, закрепляемый на понтоне.

Сейчас энергия этих турбин не может полностью заменить ископаемое топливо, но уже сегодня такое глубоководное оборудование могло бы стать важным источником экологически чистой энергии.

Глубоководные океанические и речные течения являются одним из источников естественной энергии. Никто пока массово не использует эту энергию, потому, что не то чтобы не знают об этом, просто раньше не было таких технологий и материалов, чтобы преобразовывать энергию придонных и поверхностных течений.

Конечно, понятие с помощью подводных турбин для получения энергии из глубинных течений вызывает обеспокоенность по поводу потенциального воздействия на окружающую среду. Хотя

система призвана минимизировать угрозу для морской и речной флоры и фауны, в реках и океане необходимо провести исследования, чтобы понять и предусмотреть потенциальный эффект воздействия.

Наш энергетический проект вырос из желания найти источник безграничной чистой энергии как альтернатива ископаемому топливу и атомной энергии.

Большинство людей знакомы с солнечной или ветровой энергией, но ветер и солнце являются такими перспективными источниками, так как они ограничены их качеством и консистенцией. Дорогое оборудование, высокая стоимость, необходимость захвата больших площадей, климатическая не управляемость и т.д. и т.п.

Те кто ранее работал на подводных обитаемых аппаратах, знают как трудно удержать их в одном месте возле дна, поскольку океанические течения очень сильны, в отличии от речных, где все наоборот. Мы думаем, что можно использовать эти придонные потоки в океане для получения энергии, которые потом можно направить на берег или на плавучие платформы. В отличии от придонных морских течений, речные течения могут быть использованы с поверхности.

Другие компании, такие как американская «Дженерал Электрик», попытались приспособить ветряки для использования в океане, но они предназначены для захвата низкой плотности энергии, переносимой по воздуху, а не высокой плотности энергии от океанических течений. Мы стремимся занять другой подход.

Мы разработали ГЭС под названием "Гидрореактор", турбина которой вращается гораздо медленнее, чем подводный ветряк, но создает намного больше вращательное усилие и соответственно более

мощный крутящий момент на вал турбины, что позволяет использовать низко оборотные синхронные

генераторы с большим диаметром якоря и постоянными магнитами, которые могут работать в жидкой

среде на большой глубине. «Гидрореактор» имеет совершенно другой принцип работы, чем

разрабатываемая нами концепция «Гидробашен», где используются гравитационные силы для

закручивания потока по спирали до подхода к турбине.

Разработанная нами турбина состоит из пяти комплектов лопастей, которые закручены вокруг вала турбины с расширением к основанию. Кроме того ГЭС имеет перед турбиной управляемый диффузор, лопасти которого имеет возможность перекрывать поток. Сама конфигурация корпуса воспроизводит гиперболический геометрию «Гидробашни», то есть имеет широкий коллектор, шейку и сопло, расширяющее к основанию. Геометрия лопастей конусной турбины воспроизводит геометрию раструба реактора. Это сделано с целью организации после турбины ламинарного потока. Турбина устанавливается по течению. Она может работать в режиме приливно отливной системы, просто в этом случае на раструбе устанавливается вертикальный руль, который разворачивает турбину по направлению потока, так как в этом случае турбина крепится к ж/б плите на анкерных шарнирах с возможностью поворота. Структура диффузора предназначена для закрытия, когда вода течет в одном направлении лопасти двигаются и открываются, когда вода движется в противоположном направлении - закрывается. Сила воды вращает лопасти и заставляет вращаться вал, а генератор преобразует энергию вращения в электричество. Эт и турбины могли бы поставлять в прибрежные общины, и, возможно, кормить также внутренние регионы.

Турбина «Гидрореактора» также может быть использовано для получения питьевой воды из морской воды путем обратного осмоса, а также методом очистки воды путем перекачки ее через фильтрующие нано мембраны.

Мы планируем построить в масштабах производства турбины мощностью от 200 кВт, диаметр коллектора и сопла которых от 2 м. Длина всей системы до 4,5 м. Такие блоки могут быть установлены в ряд или друг на друга в два ряда, а то может быть и в три, для наращивания

мощности от 1 до 3 МВт. Если ориентироваться на более высокие мощности от 10 МВт, то максимально энергетические блоки можно монтировать рентабельно до 500 кВт по ниже приведенному расчету.

Horizontal turbine 500 kW 06/29/2016

initial flow speed (m/s) 2 number of units 5 Construction data

inlet speed (m/s) 4,4 mech. power/unit (kW) 225 rectangular section

Elec Power (kW) 500 Elec. Power/unit (kW) 100 width (m) 2

Betz limit 0,593 inlet section (m²) 5,3 Height (m) 2,6

efficiency 0,75 Venturi section (m²) 11,6 total length (m) 23,8

Mech Power (k) 1124 inlet diameter (m) 2,6 Venturi dimensions

inlet section (m²) 26,4 venturi diameter (m) 3,8 angle venturi (°) 30

venturi section (m²) 40,1 Mass flow (kg/s) 23228 Height (m) 2,6

0,44 Max width (m) 4,4

Sections ratio 2,20 0,66332 length (m) 4,5

diameter ratio 1,5 2,55077 Installation length (m) 28,2

venturi diameter (m) 7,1

Inlet diameter (m) 5,80

Mass flow (kg/s) 116139

Intern diameter (m) 1,5

Ext diameter (m) 5,99

Savonius turbine synchronus generator

height (m) 2,5 400 V - 50Hz-100 kW

diameter (m) 1,5 With frequency variator

Betz coef 0,593

density (k/m3) 1000

Section (m²) 3,75

Rotation Speed (rpm) 112

Power (kw) 95

Torque m.daN 807,2

Generator speed (rpm) 375

Mult. Ratio 3,35

Elec. Power (kw) 71,0

pressure/blades (dan/m²) 968

Тогда, при диаметре около 4 м коллектора и сопла, чисто конструктивно можно соорудить двухэтажный ряд из 4-х блоков мощностью около 4МВт. Таких систем можно построить столько, сколько надо по побережью, их число не лимитировано. Себестоимость таких

«Гидрогенераторов» мы оцениваем как очень низкая в пределах 300-400 USD установочный киловатт, так как в них нет сложно изготавливаемых элементов.

Для сравнения, ветровая турбина с лопастями длиной 155 футов (47 метров) в поперечнике вырабатывает мгновенную мощность около 600 кВт электроэнергии, но в течение примерно 10 часов в день. Этого достаточно для питания только лишь 240 домов. Достаточно на этом примере сказать, как много энергии под волнами.

Оценки того, сколько энергии турбины в океане могут производить основаны на идеальных условиях, но на данный момент это все данные, полученные нами, пока мы не в реальном мире тестирования по шкале производства турбин". Таким образом, это не представляется возможным сравнить по стоимости нашу технологию «Гидрореакторов» с ветрогенераторами, пока наша команда не сможет построить и установить промышленный прототип.

Многие могут посчитать, что энергия морских течений - это перспективная идея, но она вряд ли заменит сжигание ископаемого топлива сейчас, но очень возможно в будущем. Океан турбин должны быть частью всех операционных энергетических систем, наряду с другими источниками возобновляемой энергии.

Но как и любая технология развертываемая в природе, потенциальное воздействие на окружающую среду со стороны «Гидрогенераторов» должны быть рассмотрены.

Во-первых, это не навреди. Потому что океанские течения влияют на глобальную климатическую систему и некоторые выразить обеспокоенность тем, что турбины могут конфликтовать с этими угрозами. Но это не может быть проблемой, так как поставив одну из этих турбин в Северном ледовитом океане, а камешек бросить в Енисее, то вряд ли это создаст климатическую угрозу. Мы не сможем построить их столько, чтобы вызвать климатические изменения.

Основной проблемой является то, как турбины могут повлиять на близлежащие морские экосистемы. Турбины будут расположены на глубине в районах, быстро движущейся воды, где не так много рыбы или млекопитающих можно заметить.

В реальности, сенсорные системы этих животных достаточно хороши, чтобы обнаружить и избежать турбины. Кроме того, сами лезвия лопаток будут медленно двигаться и есть просветы достаточно большие для большинства существ, которые смогут проплыть через них, что невозможно для пропеллерных турбин. И все-таки, невозможно точно знать, каково влияние этих систем без их испытания в море.

Я и мои коллеги планируем проверить прототип турбины мощностью 200 кВт в Черном море. Ниже в таблице приведены технические данные такой турбины, в придонном исполнении:

в понтонном исполнении:

Далее мы планируем построить большой прототип на Северном море, чтобы оценить их на месте открытого тестирования. Наша цель состоит в том, чтобы иметь четыре полноценных турбины работающих в различных морях России к 2018 году.

Энергия океана пока находится в зачаточном состоянии в мире, но многие компании, такие как, например Мейн установили свои первые подводные турбины в 2012 году.

Тем временем, Шотландии также добилась успехов в генерации энергии из океана. Страны Северной Великобритании была пионером в освоении волн и приливов энергии, и позиционируют их на использование подобных систем в промышленных масштабах.

Например, компания Scottish на глубине 100 футов (30 метров) под водой установила подводные турбины в океанских водах близ Оркнейских островов в 2012 году, как сообщает CNN. Гигантские

турбины производится один мегаватт электроэнергии, что достаточно для питания 500 шотландских домов, говорится в сообщении компании. Если все пойдет хорошо, компания планирует построить флот турбин у побережья Шотландии.

Здесь рассматривается сама технология выработки «Гидрореакторами» и технология проведения

научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Технология выработки безнапорными

подводными электростанциями известна на различных устройствах, таких как пропеллерных, мельничных и так называемых поплавковых. Они все имеют свои преимущества и недостатки.

Понятно, что тупо использовать ветровой пропеллер под водой не очень выгодно, так как он имеет

небольшую поверхность восприятия кинетической энергии молекул воды, имеющих большую

плотность чем воздух, поэтому такие электростанции имеют низкий КПД и не безопасны с точки зрения

окружающей среды обитания морских млекопитающих и рыбы, так как пропеллер при попадании в его

лопасти живого существа просто его перемалывает в фарш, а его звук простирается на далекие

расстояния, отпугивая рыбные косяки. Поэтому достоинства установок не только нужно рассматривать

на молекулярном уровне исходя из теории Броуновского движения, но и с точки зрения

экологического воздействия в комплексе. Поэтому в этом исследовании предлагается патентно-

способная отечественная конструкция, которая основана на оптимальном восприятии физических

процессов, происходящих в потоке жидкости. Эта конструкция может быть использована не только для

микро или мини ГЭС мощностью от 100 до 500 кВт, но и малых ГЭС мощностью до 3-5 МВт. Ее

масштабы использования очень широки и могут распространяться даже на обеспечение потребляемой

мощности нефге-газодобывающих платформ в несколько тысяч киловатт. По виду энергоснабжения

буровые установки таких платформ делятся на установки с автономным и централизованным

энергоснабжением. При автономном энергоснабжении в качестве

первичного двигателя буровой установки могут использоваться двигатели внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные, газовые турбины) или дизель-генераторные агрегаты. Централизованное энергоснабжение осуществляется от промышленных электросетей. Суммарная мощность буровых установок при строительстве скважин малой глубины (до 2000 м) достигает 800 кВт, средней глубины (до 4500 м) 800-2000 кВт, глубоких и сверхглубоких (свыше 4500 м) до 5000 кВт. Мои исследования могут быть использованы для осуществления совершенно новых гидрореакторных технологий подводной эксплуатации методов добычи полезных ископаемых. Эти технологии не только обладают высокой мощностью и экологической чистотой, но и совершенно безопасны для окружающей среды обитания рыб и других морских существ, так как защищены легким стеклопластиковым корпусом и сеткой из карбоновой нити, что совершенно не предусмотрено например зарубежными аналогами. Очень перспективна и возможность масштабирования мощности подводной электростанции в зависимости от потребления. Например для 800 кВт требуется применить определенные геометрические параметры исходя из теории Вентури сообщающихся сосудов. Исходя из аналогичных исследований можно градуировать размеры электростанции в зависимости от потребляемой мощности. Уже сейчас ориентировочно можно сказать, что для 800 кВт диаметр выходного раструба может быть равен 5 м, а диаметр коллектора 4 м, для мощности 2 000 кВт - соответственно уже 10 и 8 м; для 5 000 кВт - 15 и 12 м. Естественно, что для производства бурения на больших глубинах, необходимо предусматривать поплавковую конструкцию электростанции, а при мелководном бурении - якорного типа. Например конструкция мощностью 5 МВт требует систему поплавкового типа. Сама конструкция электростанций предусматривает полную защиту от штормовых волн. Корпус обтекаем и не создает дополнительных завихрений в поперечном течении. Передняя часть конструкции электростанции образует спиральные каналы, которые работают на создание водяной воронки до конусообразной спиральной турбины используя эффект трубки Ранка и сообщающихся сосудов Вентури. В центре установлена спиральная турбина, которая при воздействии вращающегося вокруг нее мощного течения подвержена антигравитации и приподнимаясь упирается в диск генератора с постоянным магнитным полем. В любом случае гидротехнические исследования предлагаемой технологии позволят создать весьма простую в серийном производстве турбину и другие элементы, вырабатывающие электрическую энергию в соответствие с современными тенденциями развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Турбины реактора способны работать в полном погружении в реки или каналы без перепадов и при низкой скорости течения. Турбина реактора относится к горизонтальным осевым турбинам и состоит из 3-х основных частей. А) Входная часть это конический коллектор который ,собирает поток и ускоряет его. Он имеет лопастной распределитель (дистрибьютер), которого обладает 3 основными функциями:

1 – организует поток, для лучшего восприятия его крыльчаткой турбины;

2 – определяет необходимый угол расположения системы относительно угла атаки и обеспечивает постоянную скорость вращения турбины при изменении входного потока, а также при открытии или закрытии сетки безопасности; 3 – позволяет при открытии или закрытии сетки безопасности, обеспечить пуск или остановку турбины. В) Турбина : рабочее колесо с 8 лопастями , в обязанность которой входит задача преобразовать максимум кинетической энергии потока в механическую мощность, размещена в зоне рассеивателя (дифузора), который уменьшает скорость потока. Используя переменный угол лопастей вращающегося дистрибьютора, турбина может работать в широком диапазоне скоростей потока (т. е. турбина имеет большой диапазон изменения массового расхода), сохраняя скорость вращения постоянной и это лучшие условия для работы электрического генератора. Строительство диспозиций : Эта турбина установлена в занос по течению ,позволяя использовать ее как это модульную систему , т. е. ее можно устанавливать по модульно, параллельно для получения требуемой максимальной мощности. Модульность и ограничение максимальной мощности этой турбины позволяет оптимизировать работу станции , зная, что когда-то не каждый раз нужна будет общая требуемая максимальная мощность станции ,запуская или останавливая энергетические модули. В случае обслуживания в занос или падения уровня воды, модульность позволит станции обеспечивать электроэнергией потребителя , если долго нет максимально уровня воды в канале . Установка на дне реки/канала избегает 2 проблем : - Глубина вариации речного стока (колебания уровня) ,так как эта турбина каждый раз имеет объем потока достаточного для работы, особенно в период низкого уровня воды; - В зимний период, когда образуется лед в реке или на дне канала , поток воды в обеспечен в любое время без затрат на его очистку, так что в самый высокий сезон спроса на энергию это позволяет избежать проблемы перекрытия станции из-за толщины льда.

Для достижения поставленной цели необходимо провести следующие мероприятия и действия: 1. Исследовать математическую модель работы электростанции при воздействии вихревого движения жидкости в гиперболическом корпусе на конусообразную винтовую турбину. 2. Создать физическую модель и провести ее испытания в аэродинамической трубе и гидростатическом бассейне на кафедре гидравлики и аэродинамики Государственного политехнического университета. 3. По данным проведенных расчетов и теоретических исследований разработать опытно-

конструкторскую документацию серийного прототипа. 4.Собрать серийный прототип «Гидрореактора» роторного типа и провести его лабораторные и полевые испытания. 5.По результатам полевых испытаний доработать опытно-конструкторскую документацию и издать типовой альбом. 6. Разработать технологическую карту сборки электростанции на машино- строительном заводе.

В рамках проекта необходимо выполнить: 1. Работы по оценке патентной чистоты созданных и/или рекомендованных к использованию технических решений в соответствии с требованиями ГОСТ 15.011-96. Полученные по настоящему НИР и ОКР результаты работ (в том числе объекты интеллектуальной собственности) не должны нарушать исключительных прав Исполнителя и третьих лиц, в том числе соисполнителей. 2. Аналитические и экспериментальные исследования возможности применения гидрореактора в различных условиях. 3. Математические расчёты потоков через реактор и расчеты генератор на постоянных магнитах с низким моментом страгивания.

4. Разработку конструкторской документации на переналаживаемую модель с изменяемыми углами атаки лопаток и заменяемыми лопатками диффузора. 5. Изготовление переналаживаемой модели с изменяемыми углами атаки лопаток и заменяемыми лопатками со специальными профилями лопаток ротора и статора генератора. 6. Натурные испытания 3-х вариантов исполнения модели. 7. Доработку переналаживаемой модели по результатам испытаний и проведение испытания доработанной модели. 8. Разработку конструкторской документации на опытно-промышленный образец с генератором на постоянных магнитах имеющим низкий момент страгивания в подводном и надводном исполнении. 9. Расчёт на прочность методом конечных элементов корпуса и лопаток турбины на максимальную водную нагрузку и вероятность возникновения кавитации. 10. Изготовление опытно-промышленного образца , способного генерировать 100-200 кВт полезной электрической мощности при скорости течения от 2м/сек. 11. Разработка проектной документации по привязке опытного образца на действующем объекте, в т.ч. разработку строительной части. 12. Осуществление строительно-монтажных и пуско-наладочных работ первого прототипа.

13. Проведение комплекса испытаний опытно-промышленного образца . 14. Получение разрешение на применение на водных объектах России и подключение к общей РАО ЕС России. 15. Проведение меж-ведомственных испытаний опытного образца .

При разработке опытного образца должны быть учтены требования действующих нормативно - правовых документов, в том числе: СанПиН 2.1.4.1116-02. СП 1.1.1058, ГОСТ Р 51474 ГОСТ 23268.0.

ГОСТ Р 51232, ГОСТ Р 52109, ГОСТ Р 51593. ГОСТ Р 51592. ГОСТ Р 51593 и др.

В случае обнаружения в ходе работ результатов, которые могут быть запатентованы, согласно действующего законодательства РФ, исполнителем работ должны быть подготовлены комплекты документов для получения патентов на указанные результаты. Основным исходным техническим документом для НИР и ОКР, выполняемых по проекту, является техническое задание, составляющее неотъемлемую часть этого проекта. На правах технического задания может быть использован любой другой документ, признанный сторонами, с указанием его признания в договоре на обслуживание в качестве исходного для выполнения НИР и ОКР. Техническое задание разрабатывают, как правило, головные исполнители НИР и ОКР на основе исходных данных заказчика, а также анализа состояния и перспектив развития отечественной и зарубежной науки и техники в данной области. Требования технического задания следует проанализировать на достаточность (в соответствии с ГОСТ ИСО 9001), при этом они должны быть, как правило, операционно определимыми и соответствовать стандартам ОТУ на группу (подгруппу) изделий, в состав которой входит разрабатываемое изделие, и стандартам основных параметров и размеров. Требования технического задания рекомендуется определять с учетом материальных возможностей заказчика и технических возможностей исполнителя. При составлении технического задания на ОКР следует использовать результаты предшествующей НИР (такая работа была проведена в 2011-12 годах на базе лаборатории прикладной механики политехнического университета). Техническое задание может быть разработано заказчиком (руководителем проекта). Техническое задание подписывает научный руководитель НИР (главный конструктор ОКР), согласовывает руководство головного исполнителя НИР (ОКР) и утверждает заказчик. Если работы с соисполнителями ведут по общему техническому заданию, техническое задание согласовывают с соисполнителями. По указанию заказчика техническое задание может быть согласовано с головным институтом по виду техники (деятельности), например Институтом АН России им. Крылова.

Изменения в техническом задании вносят на любом этапе выполнения НИР или ОКР. Для изменения утвержденного технического задания по инициативе одной из сторон исполнитель разрабатывает дополнение, которое согласовывают и утверждают в том же порядке, как и основной документ, или в порядке, установленном в техническом задании. При этом, при необходимости, уточняют объем финансирования. Дополнение к техническому заданию должно состоять из вводной части, в которой указывают причину выпуска дополнения, и изменяемых разделов, в которых приводят номера и содержание новых, изменяемых или отменяемых пунктов технического задания. Титульный лист дополнения к техническому заданию оформляют аналогично титульному листу. Основным исходным техническим документом для выполнения инициативных НИР и ОКР является любой документ, содержащий необходимые и достаточные требования для разработки и утвержденный руководством исполнителя НИР (ОКР). Основанием для выполнения работ соисполнителями НИР (ОКР) является либо общее ТЗ, согласованное со всеми участниками работ, либо ТЗ, разрабатываемые соисполнителями на основе исходных данных головного исполнителя. При этом указывают объем работ и сроки их выполнения по этапам, а также чем заканчивается работа. Не допускается включать в ТЗ требования, противоречащие НД органов государственного управления, осуществляющих надзор за безопасностью продукции, охраной здоровья и окружающей среды. По завершении НИОКР Исполнитель предоставляет Заказчику расчет планируемого экономического эффекта от использования результатов НИОКР.

Наряду с мини ГЭС (200 кВт) могут быть в рамках проекта разработаны удобные микро ГЭС для индивидуального потребителя с линейкой мощностей от 10 до 15 кВт для использования в приусадебном хозяйстве. Такие микро ГЭС имеют возможность работы как в ручье, так и с трубным отводом. То есть такая установка позволит работать круглогодично при любых условиях наличия воды в близлежащем районе, так как можно провести трубопровод небольшого диаметра, например 100 мм. Это позволяет расширить рынок продаж таких установок. Модульность таких устройств позволяет наращивать требуемую мощность и применять их по всей территории Российской Федерации от крайнего севера до юга, от низких температур до очень высоких. При этом конструкция микро электростанции настолько проста, что ее сборка и разборка, а также смена производящих элементов доступна любому потребителю самостоятельно.

Коммерциализация

Коммерциализация проекта в ближайшем будущем на период до 5 лет основана на серийном производстве безнапорных мини ГЭС мощностью от 100 до 500 кВт для индивидуального использования, а также временного снабжения операций МЧС, МВД или МО. Известно, что ГЭС относящиеся к малой мощности самоокупаются за короткий срок от 3-х до 5-ти лет и могут быть поэтому широко используемы в сельском хозяйстве, а также для организации работы контрольно-измерительных приборов газо- и нефте-трубопроводов как на поверхности земли, так и под водой. Такая мощность вполне достаточна для работы в полевых условиях где угодно. В этом случае диаметр турбины может достигать 1-2-х метров, поэтому не каждый ручей может быть использован для выработки электрической энергии, но тогда можно использовать трубную систему. Горные мелководные ручьи могут иметь отводящие каналы.

Мы в этом бизнесе из-за возможности получения высоких доходов от внедрения в производство новых и простых в эксплуатации технологий получения возобновляемой энергии.

Производство быстро окупаемых малых и микро ГЭС позволяет рассчитать на большой промежуток лет определенный доход от бизнеса потребителя и гарантировать его получения. То есть в этом бизнесе низкие риски, так как разработка новых турбин и электростанций известный доходный бизнес стран с развитой научно-технической структурой. За последнее время Россия потеряла многое из созданной технической инфраструктуры промышленной

индустрии, однако есть еще возможность и остались специалисты для возрождения мелкого машиностроения. Понятно, что конкурировать с такими ведущими производителями в этой области как ,например, Сименс глупо, но иногда таким глобальным мировым концернам труднее перестроиться на небольшое производство и мелкий опт, чем для небольшой компании, которой внедрение на рынок электро- энергии очень выгодно, так как здесь небольшие затраты на производство. Она может занять место на этом пустующем островке рынка, имея передовую технологию и специалистов мирового уровня. В данном случае в команду входят специалисты из Грузии, Франции и России. Так ,например, российский ученый, кандидат технических наук, индивидуальный предприниматель Мамулашвили Георгий, известный исследователь и изобретатель вихревых источников энергии, а главный инженер гражданин Франции Жуль Бреше специализируется на расчетах новых турбин в новых компьютерных программах Autodesk CFD и ANSYS, которые позволяют проектировать ГЭС полностью, начиная с определения потоков, действующих на турбину. Высокие доходы от этого бизнеса получаются при продаже электрической энергии, так как нет расхода горючего топлива, которое все время будет дорожать. Если выразиться образно, то деньги текут из воды. Стоимость квт. час. для населения России около 0,08$ по сегодняшнему курсу, что является чуть ниже средней мировой цены. На самом деле с помощью вихревых ГЭС можно продавать в течении периода окупаемости электроэнергию в пределах 0,03$-0,05$, так как производительность высокая, а себестоимость производства низкая.

Одна из коммерческих схем касается лизинга продукция, частичным возмещением ее

стоимости стоимостью продажи в общую сет получаемой электроэнергии потребителем. То есть это

может оказаться выгодно той части потребителям, которые имеет небольшой доход от своего бизнеса

и которым не по карману платить всю жизнь деньги крупным поставщикам электрической энергии,

которые все время поднимают тарифы. Сейчас для частного предпринимателя, которому нужно,

например, всего лишь несколько десятков кВт электрической мощности, необходимо платить в России

в среднем 0,04 р. за кВт/час, что предусмотрено тарифами для населения. Например, годовое

потребление небольшого кирпичного завода около 900 000 квт/час. Тогда за производство небольшого

кирпичного завода потребляющего мощность около 100 кВт предприниматель должен платить в

общую сеть около 36000 рублей в год, то есть за пять лет около 180 000 руб. Кроме того он должен

заплатить за подключение к общей государственной сети в зависимости от региона. Так например в

Москве стоимость подключения за каждый 1 кВт после допущенных льготных 15 Квт равна 16 000

рублей. То есть ИП в итоге должен заплатить 1 200 000 руб. Поэтому ему будет выгодно купить свою

электростанцию, которая не потребляет топлива и к тому же не противоречит нормам охраны

окружающей среды по цене не более 300-400$ за установочный кВт, что по сегодняшнему курсу будет

равна 1 800 000-2 400 000 руб, и будет спать спокойно за свой бизнес по крайней мере лет 5. Если он

купит 100 кВт гидроэлектростанцию , то его очевидная экономия за 25 лет, учитывая ежегодный рост

тарифов монополистов примерно на 10% в год за электрическую энергию составит существенную

цифру для бизнеса (10%*25лет=250%).

Второй вариант сегодняшней коммерциализации проекта это создать парк ГЭС и ставить их клиентам по требованию на определенный промежуток времени. В этом случае клиенту надо предложить конкурентную стабильную цену за квт/час, например около 0,02 руб./кВт. час . Для производителя (инвестора) такая продажа будет выгодной, так как при производстве , например, около 900 000 кВт/часов в год, сумма прибыли составит около 18000 руб. , что позволит с учетом обязательных выплат окупить например 100 единиц ГЭС максимум за пять лет при норме прибыли 30%.

Конкурентно способность нашего бизнеса в том, что мы будем во первых производить малые ГЭС в России по низкой себестоимости, во вторых мы имеем авторское свидетельство на вихревые электростанции и можем получить патент на полезную модель на территории России, что не позволит иностранным компаниям предъявить какие либо претензии к нашему производству, и в третьих наш проект малых ГЭС имеет мировую изобретательскую новизну и соответствует мировым инновационным стандартам, поэтому наши ГЭС, обладая к тому же

абсолютной экологической безопасностью, используют современную вихревую технологию получения электрической энергии и экономическая модель взаимодействия на рынке весьма перспективна для инвестора, что доказывают приведенные предпосылки.

Прототип малой вихревой ГЭС находится на этапе начала производства. Выполнены математические расчеты 3D модели турбины в программах Autodesk CFD и ANSYS. Разработаны рабочие чертежи. Посчитана полная калькуляция по необходимому электротехническому оборудованию и материалам.

У одного из членов команды есть несколько авторских свидетельств на изобретение метода строительства вихревых электростанций, одно из которых SU 1319654 AI является основой для получения на территории России патента на полезную модель. Проведены предварительные переговоры с Роспатентом о возможности получить через год этого документа.

Анализ выпускаемой в мире продукции такого характера показывает, что в основном она производится в Китае, который имеет 80% мирового рынка. Однако на территории России, пока не наблюдается сильно тенденции приобретение малых китайских ГЭС по такой высокой цене плюс доставка. Это объясняется тем, что заработная плата рабочих в Китае сейчас сопоставима с зарплатой в Европе, поэтому доставка подобного рода товара, при отсутствии центров управления по России, вряд ли когда ни будь снизит цену на подобную продукцию, поэтому конкуренция китайского производителя для подобного рода тяжелой продукции не страшна. По предварительным прогнозам, учитывая, что заводские цеха в России стоят почти пустыми, можно предположить перспективу производства малых ГЭС на период вплоть до последующих 20 лет не менее, тем более что предлагаемая продукция является на данном этапа развития своевременной.

Будущее коммерциализация проекта это выпуск подводных электростанции для нефтедобывающих платформ. Это конечная цель внедрения разрабатываемой в рамках данных исследований технологии. Мощность таких электростанций достигает 2-5 МВт. Рынок таких систем исчисляется миллиардами долларов, а учитывая многокилометровую океаническую и морскую зону России почти бесконечной перспективой развития.

Стратегия выхода на рынок включает в себя создание филиалов по регионам России и найма логистической компании для перевозок. Кроме того естественно будет организована интернет продажа. В созданной компании «Смарт Гидро Вортекс» предусмотрены особые условия проведения активной политики продаж и участия в государственных тендерах во всех трех республиках. Кроме того будет осваиваться рынок России. Сейчас там полный застой в развитии технологий, но будущее обещает быть очень перспективным. Уже сейчас в компании разрабатываются новые турбины для новых подводных ГЭС, которые рассчитаны на полноводные реки России. • Для наших клиентов будет разработан специальный сайт в интернете и организована возможность ознакомиться с работой прототипа электростанции. Кроме того будет издана специальные пояснения к работе электростанции и первый год наша компания будет обеспечивать ее эксплуатацию по желанию клиента, или если клиент будет брать ГЭС в аренду. • Стратегия продаж, подразумевает под собой применения всех доступных элементов, то есть холодные звонки, лизинг, аренда, интернет-магазин, выставки, конкурсы, приглашения и т.д. и т.п. Прежде всего интересен лизинг, так как для продвижения продукта на рынке России он пользуется наибольшей популярностью. • Суммарная стоимость первоначальных инвестиций требует около 120 млн. руб. , которая подсчитана исходя из полной калькуляции работ и материалов на окончание исследований, создание прототипа ГЭС, выпуска типового проекта строительства, налаживания производства, выпуска опытно-промышленной партии, запуска в серию первой линейки. • В эту калькуляцию входит себестоимость применяемых элементов и необходимые затраты на сторонний сервис, например, на заводское производство, строительство и проектирование.

Разработка немецкой компании Hydro Power Smart поплавкового типа мощностью 5 кВт предназначена в основном для высокоскоростных течений горных рек, со скоростью потока 4,5 м/с. Рынок весьма обширен, Малайзия, Индия, Китай, Россия. Объем продаж пока небольшой, но

ожидается около 1000 устройств в квартал, если стоимость будет ниже. Сейчас она около 15 000£ за установку.

Голландская компания Hydrovolts разработала микроГЭС мощностью 8 кВт с лопастями ковшового типа, укладываемую прямо на дно канала. Маломощная и трудная в эксплуатации, применима в каналах где нет флоры и фауны. Рынок совершенно пока сырой, так как она предназначена только для каналов с железобетонным основанием.

Американская компания Hydro Coil Power incorporated выпустила микроГЭС мощностью 2 кВт. Требуется напорный рукав.3 Большой рынок сбыта в горных областях США и других стран американского материка.

Компания Siemens продолжает развивать свои технологии для потока приливной электростанции. Сегодня Сиджен электростанции в Северной Ирландии имеет установленную мощностью 1,2 мегаватт (МВт). C 2015 экологически чистой электро-энергией обеспечены около

10 000 домов.

Новые роторы являются наиболее очевидными изменениями в конструкции. Их диаметр был увеличен до 20 метров и каждая из них была оснащена дополнительным лопастям ветроколеса. Это означает, что новая модель выглядит немного похоже на подводный ветряк. Специалисты компании Siemens обещают, что новые диски будут лучше распределять давление текущей воды. Это в свою очередь позволит снизить износ и продлить срок службы электростанции. В отличие от приливных электростанций шквал, приливный поток блоков не требуют плотины. Здесь вода течет с постоянной скоростью более 4,7 узлов - соответственно до 2,4 метров в секунду.

MeyGen материнская компания Atlantis удалось привлечь около £50 млн., которые будут использованы для финансирования начального этапа MeyGen проекта, включая установку четырех

подводных 1.5 МВт турбин, а также береговой инфраструктуры, необходимой для поддержки проекта.

Когда проект будет реализован, он будет включать до 269 турбины, погруженной на морское дно, но первая фаза проекта будет установка 61 турбин, которые обеспечат электричеством 42000 домов.

Строительство предполагается начать в конце этого года, с первого января электроэнергия, как

ожидается, будут доставлена в сеть к началу 2016 года.

Компания TideGen разработала приливно-отливную подводную электростанцию, которая имеет устройство 98 футов в длину, 17 футов в ширину и 17 футов в высоту и крепится на раме, так чтобы позиции его 15 футов была выше морского дна.

Рынки

Рынок мощных электростанций для обеспечения автономной работы морских плавучих

платформ, рынок бесшумных домашних генераторов для коттеджного строительства, рынок сельско-хозяйственного электро-снабжающего оборудования, рынок автономного резервного снабжения

общественных учреждений, школ, больниц, полицейских участков, рынок военного автономного

электроснабжения военного оборудования и оружия, рынок автономного обеспечения

бесперебойного питания контрольно-пропускных автоматизированных систем трубопроводов. Страны

потребители: Россия, Казахстан, Китай, Азербайджан, Грузия, Турция, Индия, Малайзия, Страны

Латинской Америки и США, Африка. примерный объем рынка около 1000000 установочных киловатт в

год. То есть при линейке от 1 до 5 кВт серийного выпуска э то примерно 250 тысяч установочных

киловатт в квартал или, например, 50 тысяч 5 Квт электростанций на всю территорию России. В России

15 городов миллионеров - мегаполисов, где более миллиона жителей. Даже при пессимистическом

раскладе там будет продаваться не менее 1000 единиц в квартал, то есть по 1 единице на десять тысяч

жителей. Это 14 тысяч из 50. Остается 34 тысячи. Далее в России 20 крупнейших городов, где жителей

более миллиона, то есть там вполне вероятно будет тоже самое соотношение- это еще 20 тысяч

единиц в квартал. Это уже 34 тысячи единиц продаж. Остается 16 тысяч единиц, которые буду

распределены между крупными городами России, где количество жителей более 500 000 тысяч, а их

насчитывается 34. То есть на них будет приходиться по 2000 единиц продаж в квартал, то есть по 4 на

тысячу жителей, учитывая, что там в основном будут приобретать сельские жители. Позиционирование

на этом рынке это во первых бесплатная электроэнергия в течении по крайне мере 25 лет,

соизмеримая стоимость установки со стоимостью подключения к общегородским или

поселковым электрическим сетям, транспортабельность установки, масштабируемость,

низкие эксплуатационные издержки и высокая ремонтно- способность и надежность.

Дефицит мощностей в районах, занимающих свыше 40% территории Красноярского края, составляет до 160 МВт. Очевидны две основные потребительские группы: • те, кто нуждается в микроГЭС потому, что не имеет никаких источников электроэнергии в данный момент (именно к ним относятся представители администрации, некоторые частные лица, проживающие в Богучанском, Мотыгинском районах (см. таблицу 1.3), больше половины фермеров и представители малых производственных предприятий); • те, кто стремится получать электроэнергию вне зависимости от компаний обеспечивающих энергосбыт в Сибири (к ним относятся, в частности, владельцы дач, коттеджей, объектов малого предпринимательства, некоторые фермеры и представители туристиче ского бизнеса).

Представители второй потребительской группы объясняют свое стремление обзавестись автономными источниками электроэнергии тем, что:

1) централизованное снабжение электроэнергией связано с большими накладными расходами или просто расценивается как слишком дорогая услуга (~21%);

2) при централизованном энергоснабжении в имеющихся условиях невозможно обеспечить качество услуг на надлежащем уровне (например, бесперебойное снабжение или контроль за расходованием электроэнергии) (13%);

3) политика компаний, обеспечивающих энергосбыт, и государства является непредсказуемой; автономный источник электроэнергии позволит обеспечить независимость от различных «катаклизмов» (неожиданного повышения цен, изменения режима энергоснабжения и т.п.) (18%).

В целом, потребителей интересуют, в первую очередь, надежность продукции, затем – наличие сервисного обслуживания и возможности консультирования, а также – возможности и условия доставки и сборки. Особенности целевой аудитории: потребность в электроэнергии удаленных районов не удовлетворена на 47%, в том числе: вследствие высокой стоимости 32% или отсутствия каких-либо источников 18%; готовность попробовать новый товар у представителей региональных подразделений – 35%.

История и динамика развития проекта.

Начиная с 2014 разрабатываются различные версии новых подводных возобновляемых источников

энергии на основе изобретений одного из соавторов проекта. В изобретениях, касающихся устройств

вихревых аэротермических электростанций использован эффект Вентури и спиральная турбина в

гиперболическом корпусе. Проект нового возобновляемого источника энергии, основанного на

вихревом движении газов и жидкостей разрабатывается в течении 2016 года, на основании ранее

полученных свидетельств на изобретение вихревой электростанции с гиперболическим корпусом,

основные принципы работы которой по заказу теоретически исследованы в лаборатории прикладной

механики Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета и сейчас

университет согласен продолжать участвовать в совместных разработках (см. приложение), также

проявлена заинтересованность участвовать в исследованиях со стороны Томского государственного

унивесртитета. Кроме этого достигнуты соглашения о неразглашении с ведущими предприятиями

Санкт-Петербурга ЗАО «Производственное объединение Росэлектромотор» и ОАО "Невский завод

"Электрощит" с целью внедрения результатов исследований в производство .

Статус проекта (какие результаты уже достигнуты и чем они подтверждены):

Выполнены предварительные расчеты в Autodesk CFD, разработаны рабочие чертежи прототипа. Чертежи основных элементов включены в программу и отработаны основные расчетные данные потоков жидкости и воздействия ее на винтовую турбину. Изготовлена лабораторная модель винтовой турбины и проведены испытания в двух средах – в воде и на ветру. Есть заснятые видео материалы. Апробирована технология изготовления турбины из композитных материалов, в данном случае из стеклопластика. Результаты рассмотрены лабораторией прикладной механики Санкт-Петербургского Государственного Политехнического университета и достигнуто соглашение проведении совместных НИиОКР на базе университета.

Ключевые цели проекта и ориентировочный срок их достижения.

1. Достижение оптимальной мощности в соотношении с габаритами микро ГЭС; Срок НИИОКР 1 год. 2. Применение высокопрочных и дешевых композитных материалов для высокой технологичности изготовления турбины и корпуса микро-ГЭС. Срок 1 год. 3. Разработка технологии, позволяющей упростить изготовление, и последующую сборку и монтаж микро ГЭС на месте работы в полевых условиях различных климатических зон, включая ледовый покров. Срок 1 год.

Использование результатов НИИОКР позволит приступить к более дорогостоящим испытаниям

глубоководных безнапорных гидроэлектростанций действия высокой мощности от 2 до 5 МВт.

перспектива разработки таких электростанций настолько масштабна, что не оставляет сомнений в том,

что освоение морскими горнорудными компаниями океанического шельфа не за горами. Подобные

электростанции позволят использовать энергию океанических течений в полном масштабе.

Концентрируя кинетическую энергию течений в гиперболическом корпусе ГЭС позволит работать

очень долгий период нефтегазодобывающим платформам в открытом океане без доставки горючего

топлива и всех бед связанных с этим, как экологических так и чисто профессиональных. Минуя стадию

сжигания топлива платформы сразу будут получать электрическую энергию из океана для всего своего

электрического оборудования. В океане будут установлены накопители, хотя для подводных

электростанций постоянно работающих в постоянных течениях это может и не понадобиться, так как

диапазон работы винтовых турбин от 2,5 м/сек до 50 и выше м/сек скорости течений воды в отличие от

пропеллерных, которые кстати уже завоевывают океан из-за налаженности производства ветровых

турбин. Поэтому очень важное значение имеет сейчас провести испытания, аналитику и

математические расчеты оптимальной конфигурации лопастей винтовой турбины, так только она

способна полностью воспринимать всей своей поверхностью гидравлический удар молекулярной

массы течения и передавать особо мощный крутящий момент на ось электрического генератора

большого диаметра, что в целом может повысить КПД по отношению к обычным пропеллерным

гидрогенераторам с редукторной передачей.

08/08/2016

Science

App request ru