Спосіб одержання енергії

Винахід відноситься до нетрадиційних джерел енергії, а саме - до способів одержання механічної енергії шляхом перетворення енергії направлених потоків повітря, пари чи рідини в механічну енергію. Може використовуватися для отримання, наприклад, електричної енергії одночасно від вітру, сонячних променів і природного температурного перепаду між атмосферою Землі та її водними ресурсами. Відомий спосіб перетворення енергії вітру в інші види енергії: механічну, теплову, електричну, хімічну. Атмосферне повітря натікає на лопаті пропелера вітроенергетичної установки і обертає її [див. Денисенко О.Г. и др. Преобразование и использование ветровой энергии. - К.: Техника. - 1992. - 176с.]. Відомому способу притаманні суттєві недоліки. Вітроенергетичні установки (ВЕУ) працюють у відкритому просторі з низькою ефективністю внаслідок нестійкого та з часто змінюваним напрямом потоку повітря. ВЕУ працюють на вітровій енергії, яка є випадковим природним процесом, що не управляється. Головна особливість вітру як відновлюваного енергетичного джерела полягає, передусім, в його несталості, обумовленій мінливістю швидкості і напрямку. Це призводить до зміни кінетичної енергії вітрового потоку в широких межах навіть на протязі відносно малих проміжків часу: від нульової енергії при штилі та в багато раз перебільшує розрахункову в період бурі чи ураганних посилень вітру. Звідси несталість потужності, яку розвиває ВЕУ. Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб перетворення природної тяги повітряного потоку, описаний в патенті України №17776, опубл. 12.11.99, Бюл. №7, обраний автором за прототип. Спосіб включає використання кінетичної енергії повітряного потоку гірничих виробок. Для цього попередньо для нижнього горизонту мережі гірничих виробок задають швидкість руху повітряного потоку, вимірюють швидкість природної тяги і температуру вміщаючих поряд, порівнюють зазначені швидкості і при швидкості природної тяги нижче заданої формують на даному горизонті зони підігріву повітряного потоку до температури, що перевищує температуру вміщаючих порід. Природна тяга повітряного потоку в шахтах та інших підземних спорудах виникає внаслідок різниці температур на земній поверхні і в гірничих виробках. Рухаючись у виробці, повітря нагрівається за рахунок тепла вміщаючих виробку гірничих порід. Внаслідок чого об'єм нагрітого повітря збільшується, а питома вага одиниці об'єму зменшується, і в результаті створюється односторонній стійкий напрямок руху повітряного потоку. Спосіб-прототип усуває недоліки попереднього технічного рішення, а саме - створює стабільний повітряний потік. Але застосування способу обмежене неможливістю одержання енергії великої потужності. Одержання енергії великої потужності наведеним способом вимагає створення штучної оболонки повітроводу на поверхні, довжина якої повинна бути порівнянна с радіусом атмосферних циклонів, що складе десятки і сотні кілометрів. Такі споруди потребують величезних капітальних витрат і виключають з господарського обороту тисячі гектар корисних площ земельних ресурсів. В основу винаходу покладено завдання удосконалення способу одержання енергії шляхом використання такого атмосферного явища як циклон в якості джерела одержання енергії, що значно перевищує за потужністю всі створені промислові джерела. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання енергії, який включає використання кінетичної енергії повітряного потоку, відповідно до винаходу, створюють штучний циклон шляхом підйому води в стратосферу Землі, насичують водою повітря, що надходить в центр циклону, утримують його в заданій точці місцевості і провадять відбір енергії штучного циклону. Запропонований спосіб дає можливість отримати потужне джерело енергії, використовуючи таке явище як циклон, середня кінетична енергія якого дорівнює запасу енергії 1000 атомних бомб [дис. Л. Алексеева. Вихри, которые делают погоду. - Квант, 1977, №8]. В способі враховують такі властивості циклону як цілісність, стійкість та довготривалість [див. Квант, 1971р., №4]. Для підтримання сили циклону використовують вертикальній рух вологого повітря. Спосіб, що заявляється, реалізують наступним чином. Запуск штучного циклону здійснюють підняттям води в стратосферу Землі, тобто на висоту 15-50км. На даній висоті вода (при низькому атмосферному тиску) переходить в агрегатний стан ”газ” з питомою вагою в 0,63 рази менше сухого повітря, змішується з повітрям, зменшуючи його загальну питому вагу та збільшуючи об'єм. Ця суміш під дією сили Архімеда прямує вгору, захоплюючи за собою нові нижні шари повітря (які насищають водою спеціальним обладнанням). Вологе повітря, піднімаючись знизу в стратосферу поринає вгору. Таким чином, виникає безперервний механізм вертикального підйому насичений водою нижніх шарів атмосфери. Під дією сил Коріоліса вертикальний рух повітряних мас дістає вихороподібну форму, що за розмірами і параметрами подібна до морського циклону. Для підняття води на необхідну висоту необов'язково використовувати спеціальне устаткування (наприклад, літак). Можливе використання природних ресурсів води у складі хмар. Перемістивши фрагмент хмари у верхні шари атмосфери, де вода переходить в газоподібний стан, одержуємо вертикальні потоки. Фрагмент хмари переміщують декількома способами: 1) потоками гарячого стовпа повітря, що виникає після розряду блискавки (місце розряду задають, наприклад, за допомогою іонізуючих променів); 2) шляхом підігріву пари води хмари потужним мікрохвильовим, інфрачервоним чи оптичним випромінюванням; 3) потоками гарячого стовпа повітря, що виникає в шарах атмосфери після потужного вибуху; 4) потоки повітря формують наземними нагнітачами; 5) комбінацією всіх вище згаданих методів. Для утримання циклону в одній точці місцевості застосовують спіральну структури, створені штучно, наприклад, будівельні конструкції або спіральні посадки високорослих дерев [див. патент України №14826, МПК6 F03D3/02, опубл. 30.10.98, Бюл. №5]. Механізм утримання центру обертання вихороподібних атмосферних утворень в центрі таких структур базується на взаємодії потоку повітря з направляючими його до центру елементами конструкції, що виконують роль парусу. Швидкісні потоки повітря (600км/год) із застосуванням ежекційного ефекту знижують атмосферний тиск біля поверхні води, насичуючи нижній шар повітря водою. Відбір енергії провадять вітрогенераторами, які розміщують в максимумі енергії циклону. Застосування запропонованого способу економічно виправдане в порівнянні з іншими дорогими джерелами енергії, які не підлягають відновленню (нафта, газ).