Проект - победитель.

  • Размер шрифта: Больше Меньше

Сын занял I место в городском конкурсе исследовательских проектов, организованного Главным управлением образования мэрии города Новосибирска и Дворцом творчества "Юниор".

диплом

Текст прокта ниже - жми кнопку "Продолжить чтение".                                                     

 Проектирование компактной мобильной гидроэлектростанции.

 

Выполнил Счастливый Радомир

ученик Гимназии №11 «Гармония» Октябрьского района

города Новосибирска

Консультант проекта - Серых А.В.

Цель проекта

Создать малобюджетную подводную ГЭС.

Однажды я увидел счета за электроэнергию, которые оплачивает наша семья. Я поразился, почему электричество такое дорогое?  Ведь в Новосибирске есть неиссякаемый источник энергии для города – река Обь. Я знал, что электричество вырабатывается на ГЭС. Строить вторую большую ГЭС сложно, дорого и экологически не безопасно. Так почему же не построить ГЭС, но только маленькую, и не поместить её в ближайшую речку? Для строительства ГЭС требуется затопить огромные территории обрабатываемых земель и лесов, что наносит большой урон по экологии региона. Например, в связи со строительством Новосибирской ГЭС пропали условия для нереста сибирских рыб и из-за этого приходится искусственно заселять водоёмы рыбой. Раньше загрязнения из Бийска и Барнаула проносило течением мимо Новосибирска, а теперь они застаиваются в водохранилище и отравляют окружающую природу.

Я не предлагаю уничтожать уже существующие ГЭС, они уже нанесли свой урон природе и отработают ещё 150-200 лет. Просто не надо строить новые большие ГЭС, а надо найти им альтернативу. Одну из таких альтернатив я опишу в своем проекте.

Плюсы КМГЭС (компактная мобильная ГЭС) перед Новосибирской ГЭС:

1) КМГЭС очень компактны и их можно расположить равномерно по всей реке и автономно обеспечивать электричеством населенные пункты, расположенные на ее берегах.

2) Защита от террористических угроз. При уничтожении большой ГЭС почти весь город останется обесточен и даже частично затоплен. Уничтожить десятки и сотни КМГЭС разом практически нереально.

3) Для постройки ГЭС требуется затопить очень много земли, лесов, а также требуется построить плотину. А для КМГЭС этого не требуется, следовательно, не нарушается экология региона.

4) Для установки КМГЭС не требуется специального оборудования. Можно вывезти КМГЭС на середину реки на лодке, бросить якоря и всё - КМГЭС установлена.

5) При износе одной детали не придётся заменять всю станцию, так как она будет собираться по принципу конструктора LEGO.

6) Большинство деталей КМГЭС можно будет делать из повторно переработанного сырья или отливать из пластика на 3D принтере.

7) КМГЭС не вызывает проблему весенних паводков*

8) КМГЭС не перекрывают фарватер реки во время навигации.

Если вы всё же решились построить такую КМГЭС, то вам надо разобраться, какой тип электростанций вы будете брать за основу для создания новой. Выделяются 4 основных типа бытовых электростанций:

1) Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.

2) Пропеллерная ГЭС представляет собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина лопастей у такого ветряка не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.

3) Ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.

4) Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.

Я считаю, что в нашем случае больше всего подойдёт гирляндная ГЭС, но придётся её немного усовершенствовать. Гирляндная ГЭС растягивается от одного берега до другого, на глубине меньше одного метра, что будет мешать проходу кораблей, осадка которых больше одного метра.

Поэтому я предлагаю провести «гирлянды» ГЭС параллельно берегам на высоте одного-двух метров от дна. Это нужно для того, чтобы ил, грунт, песок которые передвигаются с потоками воды возле самого дна не мешали работе ГЭС.

Лопасти КМГЭС могут располагаться параллельно течению реки, а могут перпендикулярно, от этого будет зависеть тип соединений.

Ещё гирляндную ГЭС, в отличие от других можно разместить под водой, что необходимо при замерзании реки где находится КМГЭС (актуально для Новосибирской области).

ЭСКИЗЫ КМГЭС

1 вариант

 Безымянный

 

2 вариант

Если в первом варианте КМГЭС винты располагались перпендикулярно течению реки, то в этом варианте лопасти будут располагаться параллельно течению.

эскиз 22

Также я предусмотрел в своём проекте и 3 вариант КМГЭС.

В третьем варианте КМГЭС будет 2 основные части. Они будут почти одинаковые.

Каждая часть будет похожа на танковый трак. На два катка в начале и конце конструкции будет натянута лента. На ленте будут находится специальные складные лопасти, которые будут прокручивать ленту под давлением воды. Но почему две части, спросите вы, когда можно обойтись и одной? Если лопасти на ленте будет крутиться только в одну сторону, то из-за давления КМГЭС будет постоянно смещаться в сторону. Чтобы этого не произошло, я совместил 2 части жёсткой сцепкой катков обеих частей в одно целое, и теперь КМГЭС не будет двигаться с места.

эскиз 33

Ещё я решил посчитать примерную стоимость КМГЭС (за основу расчета взят 1 вариант).

Винты.

Основным материалом для изготовления винтов КМГЭС является пластмасса, так как:

  1. Современные технологии позволяют изготавливать пластик превосходящий по прочности сталь. (Например, углеродные нити используются для прочности в самолётостроении).
  2. Пластмасса дешевле: температура плавления стали 1500 градусов, пластмассы - 200 градусов, что позволяет экономить электроэнергию при производстве.
  3. Небольшая скорость течения (2 м/с) вполне позволяет использовать пластмассовые детали.
  4. Благодаря тому, что пластик можно вырабатывать из мусора, которого в нашем городе скопилось очень много, стоимость производства пластиковых деталей стремится к нулю.

В стандартной модели КМГЭС должно быть 10 винтов. Причём винты будут разных размеров. Самый первый винт будет сравнительно небольших размеров, с последующим увеличением размеров.

Якоря

Всего в конструкции предусматривается 2 якоря. Один в начале КМГЭС, другой в конце. Якоря можно сделать самому при использовании специального оборудования или привлекая местных кузнецов.

Можно удешевить якоря если использовать вместо них емкости, наполненные песком или гравием. 

Генератор

Не обязательно покупать специальные дорогие генераторы. Можно брать генераторы с машин или тракторов. Я предлагаю использовать генератор Г-20. Он до сих пор используется на некоторых моделях машин российского автопрома.

Стоить такой генератор будет 10000-15000 рублей.

Для того, чтобы Г-20 вырабатывал электроэнергию ему необходим бензин.

Ещё для работы автомобильного генератора нужно будет устанавливать повышающий трансформатор, который будет преобразовывать автомобильные 12В в бытовые 220.

Можно сразу устанавливать генераторы, рассчитанные на 220В. Такие генераторы можно изготавливать на одном из Новосибирских заводов (Чкаловский, Электроагрегат).

Буй

Самый простой способ создания буёв будет следующим: взять пакет из плотной резины объёмом 6 метров кубических и наполнить воздухом. Герметичный пакет будет стоить примерно 1000 рублей.

Для дополнительной экономии вместо пакетов можно использовать деревянные детали, которые будут удерживать конструкцию на плаву.

Трос

Трос можно изготовить из пластика по специальной технологии типа «кольчуга».

Для опытного образца трос можно приобрести у фирмы ММК, филиал которой находится в Новосибирске. Стоимость 1 метра троса - 10 рублей. Мне потребуется 15 метров троса. 15*10=150рублей.

Шестерни

Винт в среднем крутится со скоростью 10 оборотов в минуту. Чтобы вырабатывать электричество необходимо 1200 оборотов в минуту. Для увеличения количества оборотов будем использовать систему шестерней.

Общая стоимость КМГЭС будет зависеть от используемых материалов, мощности, количества деталей. Стартовая стоимость будет составлять ориентировочно 30000 рублей.

Стоит учесть, что закупать у разных фирм детали для КМГЭС нужно только для создания опытной модели. В дальнейшем предполагается использовать для производства частей КМГЭС более лёгкие и дешёвые материалы, например, изготовленные на 3D принтере из материалов вторичной переработки.

Итог 1 части проекта: теоритическое обоснование необходимости создания

-мобильной;

-сборно-разборной;

-компактной;

-легко обслуживаемой;

-доступной по цене;

-собранной из легко добываемых материалов;

- собранной из деталей, производимых на территории НСО

 Мини-ГЭС.

 

Следующим этапом проекта является изготовление и тестирование опытной модели КМГЭС.

*Паводок в 2015 году стал для Новосибирской области самым тяжелым за полвека — последний раз стихийное бедствие подобного масштаба наблюдалось в 1969 году.

Пришлось пойти на непопулярные меры — существенно увеличить сброс воды из водохранилища через плотину ГЭС, чтобы избежать ее повреждения.

Уровень воды в реке Обь ниже по течению поднимался до 527 сантиметров при критической отметке для жилых домов в 550 сантиметров, а для дачных участков — в 360 сантиметров. Затопленными, по официальным данным МЧС, оказались 6,2 тыс. дач, хотя активисты садоводческих обществ заявляли о десятках тысяч ушедших под воду участков.

Вопрос, зачем рисковать дачами и домами людей, если можно эту воду просто перерабатывать. Так что для сдерживания паводковых вод совсем не обязательно иметь ГЭС с плотиной. Можно построить предприятие, утилизирующее эту воду. Например, если расщеплять поступающую в огромных количествах из Алтая воду на кислород и водород можно сделать много полезного.

Всем известно, что воду можно разложить на два атома водорода и один атом кислорода, которые можно использовать в экономических целях. Например, водород можно продавать в Западный Китай где большие проблемы с питьевой водой. При добавлении кислорода в водород можно получать искусственную питьевую воду в засушливых регионах Китая. В Новосибирской области как раз находится часть газопровода идущего в Китай. Можно будет добавлять водород в  газопровод прямо в Новосибирской области. При этом кислород остаётся на территории НСО и используется для полного сжигания бытовых отходов.

Кроме того, если добавить водород в газы, которые идут по газопроводу, то будет снижаться их вязкость, что облегчит и удешевит их транспортировку.

Можно использовать водород как альтернативное экологически чистое топливо для транспорта.

Благодарю за внимание!

Редактировалось Дата:
Просмотров: 1371 Комментариев: 0

Комментарии

  • Никаких комментариев пока не было создано. Будьте первым комментатором.

Оставить комментарий

Гость
Гость Суббота, 16 Декабрь 2017