Целью проекта является создание сообщества, участники которого, благодаря новым техническим решениям, смогут генерировать и аккумулировать энергию. которую в дальнейшем можно будет использовать в личных или коллективных целях, получая при этом доход. Независимая криптовалюта и инфраструктура позволит пользователям покупать, продавать, инвестировать энергию. или получаемый с её помощью продукт, независимо от своего места нахождения.
Мир меняется стремительно, на наших глазах, старый рассыпается и каким будет новый не может сказать никто, даже вариантов нет. На начало октября практически все ведущие экономисты мира прогнозируют мировой кризис с очень тяжелыми последствиями, который охватит все страны без исключения. Даже те, которые cмогут обеспечить себя энергоресурсами и продуктами питания будут увлечены всеобщим потоком в экономическую чёрную дыру, это как против течения плыть. Вся жизнедеятельность человека неразрывно связана высокотехнологичными помощниками, которые без электроэнергии не работают и сделать их без энергии невозможно, все процессы от утреннего водопровода и канализации до вечернего ужина без электричества остановятся. Колоссальный пласт, объединивший в себе предприятия по производству электроэнергии из абсолютно разных источников первичной энергии, передающие и распределительные сети, объекты инфраструктуры, высокотехнологичное оборудование, классные специалисты с опытом и знаниями, учебные заведения и НИИ, это и многое другое называется энергетикой.
Именно наличие энергетики отличает нас как цивилизацию, пусть в начальной фазе своего развития, от градоплеменного общества без связи, транспортного сообщения и прочих привычных признаков прогресса.
Принцип производства электроэнергии, в большинстве вариантов, схожий и, если описывать его примитивно, выглядит примерно так: вода разогревается топливом (углеводородным, ядерным и др.) до состояния пара, который обладая большим давлением подается на лопатки турбины, заставляя вращаться ее и находящийся с ней на одной оси электрогенератор, а тот в свою очередь вырабатывает электричество. Если горячая вода, которая конденсировалась из пара, после охлаждения идет на повторный цикл — это конденсационная электростанция (КЭС, раньше ГРЭС) и КПД такой станции составляет порядка 30%.
При использовании горячей воды в производственных или бытовых назначениях КПД ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) может достигать (в зависимости от состояния оборудования и расстояния до потребителя) от 45% до 60%. Способ при котором из первичных источников энергии получают электричество и тепло называется когенерация (комбинированная генерация электроэнергии и тепла) и если потребители электроэнергии и тепла находятся в непосредственной близости от источника генерации, то КИТТ (коэффициент использования тепла топлива) составляет 90% и более. Еще один вариант тригенерация — способ при котором можно получить кроме электричества и тепла, ещё и холод, например летом.
Вся энергетическая система, включая производство, передачу, распределение, ремонт и обслуживание, построена из расчёта максимального потребления, даже если оно занимает четыре часа один раз в году (например 31 декабря вечером). Пиковое потребление может зависеть от сезона (холод, жара), или времени суток (днём и вечером потребление всегда выше, чем ночью), а например ядерный реактор очень плохо переносит перепады и ночное перепроизводство энергии, в идеале, аккумулировать для того, чтобы отдать её во время наибольших нагрузок.
Проблема в том, что полученную с небольшим КПД электроэнергию необходимо трансформировать в другую, это в любом случае потери, после полученную — превратить обратно в электрическую, ещё раз потери. Если добавить сюда стоимость оборудования и всего остального, получается очень дорого, но это дешевле, чем строительство генерирующих мощностей. А ещё это прогресс.
Прогресс — направление развития от низшего к высшему.
Интересных решений и реально работающих систем аккумулирования энергии не мало. У каждого из них есть преимущества и недостатки. Гидроэнергетика, которая является одной из самых чистых в области производства и аккумулирования электричества, обладая при этом хорошим КПД, «забирает» под бассейны, предназначенные для хранения воды, огромные площади плодородной земли, затапливая города и сёла, которые на ней находятся, оказывает негативное влияние на флору, фауну, климат.
Создание объектов такого масштаба требует десятки лет и десятки миллиардов долларов, они могут быть построены только на местности с перепадами высот, реками пополняющими запасы воды и ещё массой других условий которые должны быть выполнены, но все усилия может перечеркнуть, например, жаркое лето. Связанная с глобальным потеплением засуха, с завидным постоянством приходящая несколько последних лет, заставляет останавливать атомные станции, использующие для охлаждения речную воду, пылевые бури и пожары негативно отражаются на солнечной генерации. Даже казавшаяся надёжной гидроэнергетика подвержена сильным перепадам, для стран где её доля превышает половину всего производимого электричества наступают очень трудные времена.
Механические системы накопления энергии преобразуют электрическую энергию в потенциальную, или кинетическую и хранят ее в таком виде, превращая обратно в электрическую, когда это необходимо. Один из видов такого накопления, на который приходится 99% аккумулируемой энергии — это ГАЭС.
Маховик, несмотря на краткосрочность аккумулирования энергии, уже несколько десятков лет испытывается и в большой энергетике и на транспорте, а способ при котором маховик, используя магнитную левитацию, вращается в вакууме, считается вполне перспективным.
Сжатый воздух, энергетическая плотность которого значительно ниже чем у углеводородного топлива компенсируя свой недостаток экологичностью, доступностью сырья и простотой оборудования также является очень перспективным способом хранения энергии. Существует немало проектов, в которых излишки энергии аккумулируются в резервуары, как эластичные, находящиеся под водой, что позволяет получать воздушный поток с постоянным давлением, так и хранилища с постоянным объёмом, подземные пустоты оставшиеся после выбора из них нефти, газа и других ископаемых, или объекты построенные руками людей.
Перспективность способа обусловлена широким спектром применения сжатого воздуха, химическая промышленность, металлургия, строительство, пищевая, фармакология и многие другие отрасли зависят от четвёртого энергоносителя как от незаменимой составляющей процесса. В странах с развитой промышленностью, в докризисные времена, около 10% электроэнергии расходовалось на производство сжатого воздуха, для Европы этот показатель был равен 80 тераватт-часам в год.
Электрохимический способ хранения электричества это аккумуляторная батарея (АКБ), за последние 30 лет АКБ стала незаменимым источником питания для работы телефонов, ноутбуков, автомобилей и других помощников которыми люди пользуются ежедневно. Обсуждение аккумуляторов требует значительно больше времени и если охарактеризовать их кратко — вынужденная необходимость. Вредное воздействие на окружающую среду при изготовлении батарей, их эксплуатации и утилизации велико настолько, что нивелировать его не в состоянии никакие технические выгоды носящие временный характер, а ситуация с сырьём необходимым для производства АКБ откровенно напоминает сыр в мышеловке.
Химический способ накопления, это производство водорода, который как и АКБ заслуживает большего внимания. Доля «чистого» водорода, получаемого электролизом из воды, составляет около 0,1%, ввиду дороговизны этого способа, который в 3-4 раза дороже других, более распространённых. Другими, более распространёнными, оставляющими сильный углеродный след, являются способы получения водорода из ископаемого топлива, один из них это паровая конверсия природного газа или угля, в 2019 году при мировом потреблении 75 млн. тонн водорода выбросы CO2 в атмосферу составили примерно 830 млн. тонн. (Википедия).Самый лёгкий газ на планете является самым взрывоопасным.
Трубопроводы, запорная арматура. счётчики и другое оборудование, сделанные из обычных металлов и других материалов, потребуют замены на аналогичные из материалов дороже в разы, ценник на оборудование для водородной заправочной станции начинается от $ 1.5 млн. Но водород можно передавать по существующей инфраструктуре, смешав с природным газом в пропорции 20% водорода 80% природного газа, увеличивая теплотворность топлива.
Тепловые системы бывают разные, но чаще всего выполнены в виде емкостей с горячей или холодной жидкостью, такое решение существенно поднимает КПД когенерации и тригенерации энергии.
Есть ещё один фактор который необходимо учитывать обязательно. Последние события в Украине и Европе показывают уязвимость централизованного энергообеспечения, поскольку объекты инфраструктуры и генерации электроэнергии, трубопроводы и линии электропередач подвергаются атакам в первую очередь. Выход может подсказать децентрализованная энергетика — вариант при котором производитель электроэнергии и тепла и его потребитель находятся близко друг от друга, общий КПД ко генерации колеблется между 70-90%, что вдвое выше показателей централизованного энергообеспечения и как следствие высокий рост развития и инвестиций в это направление.
В 2016 году один житель Бруклина продал излишки своей «зеленой» энергии своему соседу с помощью смарт контракта на платформе Ethereum, сейчас многие крупные энерго компании создают площадки где блок-чейн технологии позволяют участникам сети продавать излишки электроэнергии полученные например с помощью солнечных панелей.
Однако даже объекты малой энергетики это высокотехнологичные узлы объединённые в единую инженерную систему, топливом для таких предприятий в подавляющей мере являются газ, уголь, мазут, ядерное топливо и другие виды энергии в которых доля возобновляемых источников не велика, хоть это и ненадолго (55% запланированных до 2030 года проектов аккумулирования энергии ориентированы на совместную работу с генерацией от ВИЭ). Первичные затраты на такие установки являются неподъёмными для малого бизнеса или социальных объектов, необходимо другое решение которое будет применимо для магазина, кафе, частного домохозяйства, фудтрака и даже автомобиля.
Наиболее недооценённым способом хранения энергии я считаю сжатый воздух, в среднесрочной и долгосрочной перспективе преимущества этой технологии будут становиться всё более и более очевидны.
Преимуществами являются:
1. максимальная экологическая чистота процесса, оборудования и материалов;
2. абсолютно бесплатное сырьё;
3. высокая степень пожаро- и взрывобезопасности;
4. материалы необходимые для развития технологии производятся стабильно и дефицитными не являются, технические, трудовые и интеллектуальные ресурсы позволяют увеличивать производство кратно;
5. хранить сжатый воздух можно очень долго, без потерь давления и деградации оборудования.
Безусловно этот способ, как и любой другой, не может удовлетворить абсолютно все требования потребителя, но спектр применения сжатого воздуха настолько широк, что подходя к задаче комплексно можно получить отличные результаты.
Есть у сжатого воздуха и очевидные недостатки:
1. низкая энергетическая плотность (необходимо больше емкостей используемых для накопления или более высокое давление в них);
2. расходы на дегидрацию (при резком расширении воздуха происходит сильное понижение температуры, влага, превращаясь в лёд, может остановить или испортить пневмопривод), потери не маленькие и безвозвратные;
3. при сжатии воздуха выделяется большое количество тепла (если его не использовать, КПД системы является низким);
4. оборудование работающее на сжатом воздухе издаёт много шума;
На мой взгляд все недостатки являются таковыми из за силовых установок с помощью которых энергия сжатого воздуха превращается в электрическую или механическую энергии, сложные механизмы, состоящие из десятков высокоточных деталей, работают только при очень большом давлении что делает процесс значительно сложнее и дороже.
Возможным решением задачи считаю применение Торроидального универсального механизма (Торум), генератор с гидроаккумулятором и пневмонакопителем, где в качестве рабочего тела используется смазывающе-охлаждающая жидкость (СОЖ). Специалисты по металлообработке скажут, что СОЖ это другое, но в данном случае это просто название жидкости, которая смазывает механизм и поддерживает в нем комфортный температурный режим. СОЖ находится в гидроаккумуляторах (баллон, разделенный подвижной перегородкой на две части — одна для СОЖ, другая для воздуха).
Газы из пневмонакопителя под давлением вытесняют СОЖ из полного баллона в пустой, жидкость перемещается из баллона в баллон по магистралям, поступая из красной магистрали через втулки 1, 2, 3 в Торум. СОЖ, проходя отрезок равный 1/3 круга (от втулки 1 до втулки 2, от втулки 2 до втулки 3 и т.д.) и вращая кольцевой поршень, который находится в пустотелом торроидальном блоке, по синей магистрали поступает в пустой бак. Магниты, помещённые в кольцевой поршень, передают вращение через сбалансированные с ними магниты, установленные на маховике.
Маховик — это винт, пропеллер, генератор, привод на колесо и другое, а лавность передачи вращения в любом из направлений, без резких ударов, очень сильно увеличивает срок эксплуатации механизма. Если на отрезках между втулками установить по 3индукционных катушки A, B, C и подавать на них ток поочередно, магниты, находящиеся в кольцевом поршне, будут втягиваться в катушки, придавая поршню вращательное движение (так работает электромагнитный замок и втягивающее реле стартера), что позволит использовать Торум как электродвигатель с функциями насоса или компрессора .
При вращении кольцевого поршня с помощью давления, магниты, проходя внутри индукционных катушек вырабатывают электрический ток, работая как генератор.
Этот способ отличается от привычного, где в качестве генератора используется отдельный агрегат, но является более простым и компактным. Он дает возможность передавать вращение на маховик как с помощью давления (например подводные дроны во время движения будут не потреблять энергию, а производить ее для освещения и работы оборудования), так и, используя электричество, делая возможным применение Торума в качестве компрессора или насоса.
Вариант передачи вращения от маховика на поршень — это те же компрессор, насос или электрогенератор. Простота конструкции, минимальное количество деталей, многофункциональность также являются факторами, делающими продукт более привлекательным на этапах производства, эксплуатации и обслуживания.
При проведении компьютерного моделирования были заданы параметры: — диаметр поршня в продольном сечении 250 мм, — диаметр поршня в поперечном сечении 25 мм, — материал — нержавеющая сталь AISI 316, — вес поршня — 2 кг 480 г, — вес механизма — приблизительно 5 кг. Давление на входе в систему принимало 2 значения: 3 кг/см 2 и 5 кг/см.
Получены следующие результаты:
Увеличив продольный диаметр поршня на 50% и оставив при этом поперечный диаметр без изменений, компьютерное моделирование показало увеличение крутящего момента и мощности на 80%.
Многие воспринимают будущее как прошлое, только лучше, но практически неизбежный разрыв мировой экономики на конкурирующие экономические зоны приведёт к ситуации в которой проиграют все, одни участники оставшиеся без дешевых ресурсов будут вынуждены перейти на менее энергозатратные технологии, максимально экономя на всём, что обязательно отразится на качестве, другие, обладая ресурсами но лишенные доступа к передовым технологиям до получения необходимых заменят их на более простые и затратные, следы технологической деградации будут очевидны для продукции любого из участников.
Конструкция где генерация энергии производилась для обеспечения основного производства, инфраструктуры и людей обслуживающих все процеccы без основного производства недееспособна, региональная миграция из городов изменит например в строительстве не только материалы и технологии но и концепции.
Судя по объёму инвестиций, наиболее привлекательными являются проекты выделенной генерации с возможностью аккумулировать энергию в период её перепроизводства и максимально использующие ВИЭ, которые способны обеспечить энергией высотные здания, посёлки, производства и другие объекты.
Большим преимуществом влется масштабирование оборудования в сторону уменьшения. Это даёт возможность применения технологии для более широкого спектра потребителей, развития бизнеса, туризма, сферы обслуживания и многих других направлений, которые смогут развиваться значительно быстрее, если в распоряжении людей будет эффективная, экологичная энергоустановка, которая может обеспечить теплом, холодом, электричеством, а также способная заправить транспорт и вспомогательные механизмы независимо от времени года или суток.
Тепло, получаемое при сжатии воздуха, и холод, при его расширении, — это неотъемлемая часть процесса. На первом этапе сжатия при выходе из поршня, температура воздуха составляет более 150 С и охлаждается в теплообменниках воздушным потоком или жидкостью, в том числе и во избежание перегрева механизма, а к примеру резкое шестикратное расширение воздуха с 1,8 кг/см2 до 0,3кг/см2 даёт понижение температуры на десятки градусов, именно эти факторы показывают невысокий КПД у проектов где тепло и холод не используется.
Автомобилестроение, как и многие другие отрасли так же накроет волна перемен, возврат к использованию ДВС уже невозможен по ряду объективных причин, большие, шумные, энергозатратные автомобили в крупных городах создали условия для жизни практически невыносимыми. Потери мировой экономики из-за негативного влияния транспорта выглядят жутко, 2016 год США 305 млрд. долларов, Лос — Анджелес 2017 г. $ 19 млрд., Манила (Филиппины) столько же, Великобритания 52 млрд, ежегодные потери России составляют 7-9% ВВП.
Сотни крупных городов с максимально перегруженным автомобильным потоком переведут свой транспорт на более экологичный вариант меньшего веса, для уменьшения нагрузки на дорожное полотно и меньших габаритов, для оптимизации транспортных потоков и работы инфраструктуры. Несколько последних лет всё большей популярностью пользуются лёгкие, примерно 700 кг. весом, мини электромобили с тяговой батареей 9 — 15кВт.ч и запасом хода в районе 120 — 170 км.
Автопром уже более ста лет старается раскрыть потенциал сжатого воздуха. Разработки транспорта, который приводится в движение как пневмодвигателями, так и гибридными c АКБ версиями, также ведутся давно и серьёзными производителями.
Австралийская компания EngineAir инженера Анджело ДиПьетро, французскаяMDI инженера Ги Негрэ, индийская компания Tata, купившая у MDI права на использование пневмодвигателя, французские компании Peugeot и Citroen и многие другие заявляли о создании пневмомобиля с очень хорошими характеристиками, но на данный момент серийных моделей не существует.
Интерес к разработкам такого рода подогревает по сути предзаказ от городских агломераций и мегаполисов, которые уже три десятка лет находятся в поиске экологически чистых вариантов силовых агрегатов для такси, каршеринга,общественного и социального транспорта, а так же безопасной, недорогой и экологичной инфраструктуры.
Отсутствие серийных моделей, по моему субъективному мнению, вызвано несколькими причинами. Попытки использовать в качестве силового агрегата доработанные поршневые или роторные аналоги ДВС ошибочны, если брать в расчет плотность энергии. В одном литре бензина энергии почти в 200 раз больше, чем в одном литре воздуха, сжатом до 300 атм. и в бензине она сохраняется до последней капли, а в баллоне давление падает пропорционально расходу воздуха.
Проблему малого объёма энергии на борту можно решить за счёт увеличения количества баллонов или давления внутри них, но это очень затратно и обязательно выразится дополнительными проблемами и ограничениями. Наиболее приемлемый вариант использования сжатого воздуха это применение его для любого вида транспорта с коротким плечом доставки и возможностью дозаправки на конечных или промежуточных пунктах, используя для обогрева и кондиционирования салона не ‘’топливо ‘’ аккумуляторной батареи а неровности дорожного полотна и рекуперативное движение.
Нельзя не вспомнить еще один недостаток, которым по факту является затраты на дегидратацию. В каждом кубическом метре воздуха, в зависимости от температуры, времени года, географического положения и других, есть влага, среднее значение 10 грамм воды в одном кубическом метре воздуха. После сжатия, выполняя свою работу и расширяясь, сжатый воздух очень сильно охлаждается, влага, находящаяся в нем, превращается в лёд, который может остановить, или сломать пневмодвигатель, а создание систем, отделяющих влагу — это дополнительный узел, усложнение и удорожание, в случае применения Торума эта проблема исчезает сама собой.
Неиспользование преимуществ гибридного варианта — еще одна причина задержки развития технологии, накопленный опыт дает возможность, с помощью автоматики, оптимизировать расход воздуха и позволить двигателю, вращающему генератор, работая в комфортном режиме, использовать АКБ как промежуточный накопитель, значительно уменьшив ее размер, вес и долю в стоимости авто, но сохранив при этом все преимущества электротяги. Экономия топлива в гибридах с привлечением ДВС составляет более 30%.
Используя Торум в качестве генератора для аккумулятора, питающего тяговые двигатели и электросистему автомобиля, можно получить городской гибрид с широким спектром применения. Средства доставки, такси, личный и социальный минитранспорт, общественный транспорт, транспорт используемый на территориях предприятий и внутри складских и производственных помещений, погрузчики и другая спецтехника. Для техники с коротким транспортным плечом (в пределах города и его окрестностей или конечные остановки маршрутов), сжатый воздух наиболее подходящее топливо. Компактные, стационарные, или мобильные станции заправки сжатым воздухом могут быть установлена на существующих сетях АЗС, на стоянках возле торговых, или офисных центров, максимальная пожаро- и взрывобезопасность позволяют устанавливать такие объекты во многих местах а современные технологии могут обеспечить процесс без участия человека.
Интересным может быть использование объектов заправок несколькими участниками, тепло получаемое при сжатии воздуха используется для тех. процесса или обогрева одними, электричество применяется для майнинга или обеспечения связи и интернета другими, холод получаемый от остаточного давления применяется для холодильников или кондиционирования третьими.
Хочу обратить ваше внимание на преимущества применения Торума для дронов.
Дальностью полёта, или количеством времени нахождения в воздухе такие аппараты вряд ли смогут удивить, Заряда АКБ при работе коптера хватает от силы на 40 минут, после чего необходима её многочасовая зарядка (если есть источник электричества) или запасные аккумуляторы, что не дёшево, водород даёт возможность оборудованию работать дольше в разы, но цена водородного топливного элемента для дрона колеблется от 15 до 20 тысяч долларов и водородные заправки есть не в каждой стране, (в РФ одна).
Возможность работать на меньшие дистанции сколь угодно долго на одном маленьком аккумуляторе, — аргумент с которым не поспоришь, баллоны со сжатым воздухом доступны и перевезти их можно даже в легковом автомобиле. Тот же принцип работает при обследовании элементов суден, причалов, конструкций и коммуникаций находящихся под водой, заправить в порту или на производстве баллоны проблемой не является.
Будем рады сотрудничеству со специалистами в областях электротехники, пневматики, гидравлики, 3D печати, обработки материалов на станках с ЧПУ, автомобилестроения, блок чейна, майнинга криптовалют и многих других направлениях, которые могут быть применены в проекте. Также будем рады общению с людьми, для которых идея изменения окружающего мира в лучшую сторону понятна и близка, с радостью поможем вам найти достойное место в этом новом и интересном мире.
