Правительство РБ и Президент Башкортостана уделяют самое пристальное внимание развитию нетрадиционной энергетики. При прямой поддержке руководства республики уже построены и введены в эксплуатацию несколько газотурбинных электростанций и мини-ГЭС на малых реках. Начала работать первая ветроэлектростанция «Тюпкильды» мощностью 2200 кВт. Персоналом Октябрьских электросетей ОАО «Башкирэнерго» уже накоплен достаточный опыт эксплуатации ВЭУ.
ВЭУ – новые решения старых проблем
Известно, что все ВЭУ как в нашей стране, так и за рубежом вырабатывают только переменный электрический ток. Большие трудности при этом возникают в связи с необходимостью удержания постоянства уровня напряжения и особенно поддержание частоты (50 периодов в секунду). Это вызвано непостоянством и периодическими колебаниями ветра. Поэтому создаются технические трудности при параллельной работе с энергосистемой.
По технико-экономической целесообразности возникает необходимость создания таких технических устройств генераторов, которые могли бы производить постоянный электрический ток с исключением резких колебаний уровня напряжения и с отсутствием сложных технических устройств по контролю за частотой колебательных процессов.
При этом существующие электроприемники без вращающихся частей будут успешно работать и на постоянном токе с увеличенным техническим ресурсом, а устройства с вращающимися частями, как, например, двигатели, будут изготовляться униполярными и также работать на постоянном токе. Автономная малая энергосистема, как правило, будет работать на одном уровне напряжения. При необходимости других уровней напряжения будут использоваться делители напряжения.
Униполярный генератор постоянного тока
В решении вышеозначенных проблем успехов добились наши соотечественники – изобретатели из Уфы Н. Г. Ермилов и А. Н. Филиппов. Им удалось создать принципиально новый образец униполярного многовиткового торцевого генератора с самовозбуждением, а кроме того – устройство генератора постоянного тока с независимым возбуждением для дальних передач больших мощностей. При этом все устройства генераторов являются обратимыми.
Мы задали ряд вопросов одному из авторов изобретений – Н. Г. Ермилову.
– Николай Григорьевич, в чем отличие вашего устройства от других ВЭУ?
– Известно, что к устройствам, преобразующим энергию ветра, предъявляются требования по регулированию скорости вращения ветроколеса для обеспечения равномерности подачи и сохранения уровня выдаваемого напряжения. Существенным недостатком серийно выпускаемых коллекторных и вентильных электрических машин является наличие коллектора как средства токосъема и коммутации, которое резко снижает надежность и технический ресурс, а щеточно-контактные узлы в подвижной обмотке якоря не позволяют получить высокий уровень напряжения и необходимую мощность.
Магнитопроводы якоря и индукторы в целях устранения вихревых токов выполняются из наборных листов дорогой электротехнической стали, что резко повышает стоимость изготовления генератора. Есть и другие отрицательные нюансы технического характера.
Все эти и другие недостатки полностью устраняются в изобретенных нами устройствах униполярных, бесколлекторных, многовитковых торцовых генераторах.
– И как вам удалось обойти конкретные проблемы традиционных ВЭУ?
– Скорость ветра в значительной части территории Башкортостана не бывает ниже 3–5 сек., что обеспечивает постоянную работу автономных ВЭУ, так как для трогания ветроколеса ВЭУ требуется 2,5 м/сек. Изобретатели из УГАТУ Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин и Ю. В. Афанасьев создали новый ветродвигатель с устройством регулирования скорости ветроколеса.
В нашем устройстве многовитковость генератора обеспечивается весьма важной новизной – в электрическую цепь неподвижной обмотки якоря введено тело магнитопровода с созданием множества параллельных ветвей, а сама электросхема становится последовательно-параллельной, то есть многовитковой.
Отсутствие колебательной по величине и переменной по направлению электродвижущей силы, с обеспечением постоянства получаемого напряжения, позволяет использовать для изготовления якорной обмотки не дорогой цветной металл, а ферромагнитный сплав, что существенно удешевляет стоимость изготовления генератора.
– Каковы технические характеристики вашей ВЭУ?
– КПД новых устройств генераторов не ниже 0,95. Мощность генераторов не менее 100 кВт, напряжение – до 1000 в. Мощность еще одного разработанного нами генератора – до 10000 кВт, а напряжение – до 10 кв.
– И напоследок несколько слов о перспективах внедрения ваших ВЭУ в народном хозяйстве.
– Продолжающееся реформирование электроэнергетики страны в режиме развития рыночных отношений и конкуренции будет способствовать созданию малых энергосистем на крупных, экономически стабильных частных акционерных компаниях, промышленных предприятиях, фермерских хозяйствах.
С массовым производством изобретенных бесколлекторных униполярных многовитковых электрических машин, постоянный электрический ток, по технико-экономической целесообразности, придет на смену переменному току.
Будущее за малыми энергосистемами
Ограниченность запасов органического топлива, увеличение его стоимости и ухудшение экологической обстановки обуславливают необходимость всемерного использования возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветра.
Возрастает потребность в дешевых и доступных источников электроэнергии на альтернативной основе не только для крупных и средних предприятий промышленности, аграрного сектора, транспорта, но и для мелких частных хозяйств, жилых домов, дачных и садовых участков.
Основным направлением, на наш взгляд, будет применение нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе ветроэнергии, что соответствует требованиям экоразвития и международным соглашениям по Киотскому протоколу 1997 г.
В этом плане опыт наших земляков может оказаться весьма востребованным как у нас в стране, та и во всем мире.
Точки роста [21]
В настоящее время одним из самых опасных факторов жизнедеятельности земной цивилизации является загрязнение окружающей среды продуктами производственной, технико-технологической деятельности общества. К мобильным источникам выбросов загрязняющих веществ относится транспорт. При этом автомобильный транспорт дает наибольшее количество выбросов загрязняющих веществ.
Прежде всего, речь идет о загрязнении воздуха выхлопами отработанного топлива (бензинового и дизельного) автомобильными транспортными средствами. Окись углерода (СО), называемая в народе угарным газом, получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух она попадает главным образом с выхлопами из автомобилей и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу 250 млн. т. в год, из них на долю выхлопных смесей автотранспорта приходится 60 %. По другим данным в результате сжигания двигательного топлива в атмосферу выбрасывается ежегодно 7 млрд. т углерода. Окислы серы (SO2, SO3 и другие) выделяются в воздух естественным путем и при сжигании серосодержащего топлива – 250 млн. т. в год. Окиси и другие соединения азота попадают в воздух из двигателей внутреннего сгорания и различных топок – 53 млн. т. в год. Взвешенные в воздухе частицы (дымы) выбрасываются в воздух при сжигании топлива для получения тепла и энергии и в результате работы двигателей автомобилей – 20 млн. т. в год. Большие неприятности приносят так называемые полициклические ароматические углеводороды. Их поставляют нам главным образом бензиновые и дизельные двигатели, а также выбросы газовых, нефтеочистительных и химических заводов.
В атмосфере соединения серы, азота, углекислого газа, окиси углерода перемешиваются с частицами копоти, пыли, дымов, образуя густой непроницаемый туман – смог. Смоги очень вредны и часто бывают причиной преждевременной смерти людей со слабым здоровьем. Так, за несколько дней смога в Лондоне в 1952 г. умерло 4000 человек. В 1963 г. смог опустился над Нью-Йорком и унес за короткое время более 400 человеческих жизней.
Кроме огромного ущерба, наносимого здоровью людей, автомобильные выхлопы являются одной из основных причин, порождающих кислотные дожди. Последние в свою очередь разрушают постройки, уничтожают посевы, наносят вред лесам. В этом же ряду и связь выхлопов с глобальным потеплением климата на планете.
И, наконец, не последняя по важности проблема – возрастающее с каждым годом израсходование топливных нефтяных ресурсов на автомобильные нужды, порою расточительное (из-за простаивания автомашин в дорожных заторах).
Как видим, транспортный демон из года в год ведет свою разрушительную работу – методично наращивая темпы по нанесению вреда природе и человечеству. Каков же выход?
Необходим срочный перевод автотранспорта на водородное топливо (на первом этапе – замена бензина и дизельного топлива на природный газ). Также нужно в дальнейшем отдавать приоритет в развитии общественного электротранспорта (троллейбусы, трамваи, метро, электрички). Эти меры помогут решить проблему с загрязнениями воздуха, воды и почвы автомобильными выбросами.
Но есть альтернатива получше – электромобиль с электродвигателем. В этом плане имеется немало интересных разработок. Есть и у нас, в республике, свой кулибин. Позвольте представить: Амур Галлямов, автор изобретения – электрического автомобиля. Мы задали молодому изобретателю несколько вопросов.
– В чем суть твоего изобретения?
– Суть моего изобретения – ездишь примерно месяц, и всего 6 часов заряжаешь. И при этом никакого бензина, шума и выхлопных газов. В моем электромобиле ничего просто так не тратится (ни разгон, ни торможение) и одно дополняет другое – как живой организм.
– Как ты пришел к своему изобретению?
– Все рассказать – это целая книга нужна. Все началось еще в детстве. Сколько себя помню – машины были в моем сознании всегда. По словам мамы, первые рисунки изображали именно машины, много рисунков сохранилось. И всегда машины занимали в моей жизни особое место. Когда в Уфе случилась фенольная авария (я был в первом классе) люди (и мы в том числе) начали пользоваться фильтром для воды, а потом появились насадки-фильтры для водопроводного крана, и я подумал: засунуть бы такой фильтр в глушитель, чтоб тот не дымил… ну, и понеслось… Узнал – какой же умник изобрел двигатель внутреннего сгорания.