“ВОЗОБНОВЛЯЮЩАЯСЯ ЭНЕРГИЯ” - Резюме проекта

( Состояние на декабрь, 2001 г.)

http://ocean-power.narod.ru/index.html

Уважаемые господа!

Я являюсь организатором крупного международного проекта в области энергетического машиностроения с перспективой оборота в сотни миллионов долларов. Мы ищем заказчиков волновых и ветровых энергостановок, бизнес партнёров и инвесторов.

Рабочее название проекта - "ВОЗОБНОВЛЯЮЩАЯСЯ ЭНЕРГИЯ". Проект направлен на широкомасштабное использование в промышленной и бытовой энергетике экологически чистого и мощного энергоресурса - морских волн, также энергии ветра - с помощью запатентованных плавающих либо прибрежных поплавковых волновых энергоустановок с накопителями энергии и опреснительных станций. Предлагаемые энергоустановки предназначены в первую очередь для получения электроэнергии и/либо для опреснения воды. Также возможно применение данных установок для привода любых механизмов, использующих для своей работы энергию вращающегося вала. Данный продукт является совершенно новым на мировом рынке.

Рынок сбыта - все государства, имеющие выход к морям, а таких стран - большинство, причём наиболее заселёнными и испытывающими растущие потребности в энергии и пресной воде почти повсюду являются прибрежные зоны.

На сегодня проект находится в довольно продвинутом состоянии: на руках есть патент России, подана Международная Заявка по системе РСТ, изготовлены и работают должным образом опытный образец и основная часть предсерийного полупромышленного образца преобразователя - основного узла энергоустановок, сделаны рекламные "видеоролики"-мультики на компьютере, много рабочих чертежей и эскизов проектируемых волновых энергоустановок, разработано несколько модификаций базовых моделей с другими типами преобразователя и с оснащением установок дополнительно ветровыми энергоустановками авторской конструкции (также патентуется). На вышеуказанные шаги по продвижению проекта было израсходовано около 20 тыс. долларов в качестве стартового капитала.

По сравнению с технологией, предлагаемой конкурентами в данной области, к которым можно отнести несколько фирм в Японии и в некоторых Европейских странах, предлагаемые мною установки в несколько раз дешевле в расчёте на киловатт установочной мощности. Некоторые из конкурирующих компаний утверждают, что приблизились к стадии коммерциализации, однако их технология, по моим расчётам, является малоперспективной, и они находятся пока на экспериментальной стадии.

Почти все конкуренты используют для преобразования энергии морских волн метод осциллирующих водяных колонн, коэффициент полезного действия которого довольно низок уже потому, что энергию волны совершенно неэффективно преобразуют с большими потерями в энергию сжатого на 1-20 % воздуха. По сути - это воздушная ветровая энергоустановка, в которой поток воздуха, вращающий турбину, создаётся небольшим перепадом давления за счёт периодического вытеснения воздуха из помещённого на воду и открытого снизу волноприёмного резервуара типа колпака или колокола. Диапазон применений данного метода очень узок и ограничивается либо крупными волнами океанской зыби высотой более 2-3 метров, либо крупными прибрежными волнами прибоя. Нигде не удалось обнаружить расчетов и данных о зависимости выходной мощности установок, на базе данного метода, от высоты волн и от размеров установки.

В отличие от конкурентов, предлагаемая технология позволяет избежать бесполезных потерь энергии. Отличие также и в том, что автором выведена простая формула, позволяющая легко рассчитать ещё до постройки установки её выходную мощность в зависимости от высоты волн.

Предлагаемое запатентованное техническое решение позволяет при практически любой высоте и типе волн (как волн зыби, так и ветровых волнах высотой от 0,3 м и более, а также волн прибоя) преобразовывать в полезную работу непосредственно, с помощью воспринимающих волновую энергию поплавков и кинематических связей, практически всю энергию волн - и потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия волн используется за счёт применения поплавков, в частном случае на рычажной подвеске, а кинетическая – за счёт волноприёмных щитов, установленных на поплавках и воспринимающих напор набегающей волны.

Идея изобретения очень проста: она состоит в собирании с некоторой площади поверхности моря при волнении несинхронных, хаотически распределённых во времени и по указанной поверхности, силовых импульсов, воздействующих на множество распределённых по поверхности и установленных на опоре (либо плавающей, либо установленной на грунте) поплавков. С помощью гибких кинематических связей эти импульсы преобразуются в импульсы моментов силы, действующих на вал. Действуя не синхронно, вразнобой, эти импульсы вызывают вращение вала, которое с помощью муфт одностороннего вращения делают односторонним. С помощью маховика вращение вала сглаживается.

Высокий КПД позволяет существенно снизить по сравнению с конкурентами материалоёмкость конструкции в расчёте на один киловатт выходной мощности, и следовательно, снизить её себестоимость. Важной особенностью является то, что собственный вес поплавка уравновешен грузами противовесов, и таким образом, энергия волны не тратится на подъём самих поплавков, которые довольно тяжелы из за требований прочности, а почти целиком преобразуется в полезную работу.

Технология содержит также “ноу-хау”, позволяющее практически свести к нулю потери на трение при обратном ходе в муфтах одностороннего вращения механического преобразователя. Технический уровень сложности последнего невысок и находится примерно на уровне технической сложности велосипеда, что позволяет утверждать о высокой надёжности и прочности предлагаемых устройств, а также о низкой стоимости работ по сборке, обслуживанию и ремонту. И что ещё более привлекательно, в отличие от конкурентов на каркасе предлагаемой установки больших размеров, в виде плавающей платформы, можно размещать как производственные, так и жилые помещения, в том числе виллы, гостиницы и производственные цеха, а также вертолётные и самолётные площадки.

Механический преобразователь преобразовывает энергию волн в энергию вращающегося низкооборотного вала с крутящим моментом 104 –106 н*м, вращающегося со скоростью 1-10 оборотов/сек. Использовать такой гигантский крутящий момент можно как для вращения стандартных электрогенераторов через повышающие передаточные механизмы, так и непосредственно для привода, например, камнедробильных установок, либо огромного множества других устройств, требующих для своей работы привод от вращающегося вала.

Для обычно нестабильных природных энергоисточников важным вопросом является проблема накопления, запасания энергии. Обычно для этих целей используют аккумуляторные батареи. Для волновых энергоустановок предполагается накопление энергии как в аккумуляторах, так и в гироскопических накопителях, либо путём расходования энергии на производство какого либо продукта, способного при определённых условиях отдавать энергию.

Самым перспективным таким продуктом на сегодня в мире общепризнан водород, который предполагается получать путём электролиза. Для электролиза можно напрямую использовать нестабильную, произвольно меняющуюся во времени мощность электрического тока. Т.е. достаточно к выходному валу волновой энергоустановки подсоединить электрогенератор и выпрямленное напряжение непосредственно подавать на электролизёр. Водородная энергетика сегодня интенсивно развивается, в том числе такими автомобильными гигантами как БМВ, Мерседес и Вольво, и поэтому использование волновых энергоустановок для широкомасштабного получения водорода обещает быть перспективным.

Вопрос прочности каркаса энергоустановки тщательно прорабатывался с расчётом, чтобы платформа могла выдерживать натиск любых штормов. И была непотопляемой (возможно, даже при бомбардировке). Это достигается за счёт выполнения следующих требований, выдерживаемых при постройке каркаса:

1. Трёхмерная, объёмная силовая конструкция прямоугольной структуры с обязательным наличием диагональных силовых элементов каркаса;

2. Элементы каркаса изготавливаются серийно, на заводе, из стальных труб, швеллеров и уголка нужного сечения; соединение элементов – с помощью упорных узлов и площадок с соединением с помощью крупных болтов и гаек; Тем самым каркас получается сборно-разборным и установка легко монтируется на месте предполагаемой эксплуатации силами бригады из нескольких монтажников.

3. Каркас выполняется прозрачным для свободного прохождения волн и ветра - тем самым штормовая нагрузка на каркас будет минимальна и в сотни раз меньше, чем на корпуса кораблей;

4. Плавучесть обеспечивается за счёт применения понтонов, например, в виде стальных труб нужного диаметра, герметично закрытых с торцов и заполненных для надёжности пенопластом (или пенополиуретаном, что дороже); трубы располагаются как горизонтально, так и вертикально на нужную глубину, что позволит регулировать положение ватерлинии;

5. Размеры каркаса по горизонтали выдерживаются не более чем в 6-10 раз больше его высоты.

Величины волновых нагрузок на узлы подвески поплавков и элементы каркаса для расчёта их прочности нетрудно вычислить из размеров и формы данных узлов и хорошо известных законов Архимеда и гидродинамики.

Почему выгоднее крупная установка по сравнению с небольшой?

Это можно объяснить следующим образом. Мощность пропорциональна суммарной площади, занимаемой всеми поплавками на поверхности воды, и пропорциональна квадрату высоты волн. Рассмотрим две установки одинаковой площади. Первая пусть будет рассчитана на максимальную высоту волн 2 м (для Азовского моря, например), а вторая – на высоту волн 6 м, т.е. в 3 раза большую (например, для Средиземного моря). Высота поплавков, каркаса и др. элементов, и соответственно, материалоёмкость и стоимость изготовления второй установки будет примерно в 3 раза больше, чем первой. А максимальная мощность её при, конечно, соответствующих волнах, будет не в 3, а уже в 9 раза выше, чем у первой.

Следовательно, и стоимость одного киловатта максимальной установочной мощности будет в 3 раза ниже, чем у первой.

Таким образом, рентабельность и сроки окупаемости прямо зависят от характерной высоты волн в районах предполагаемой эксплуатации. К примеру, одна и та же установка может окупиться за 1,5-2 года при эксплуатации на Чёрном море, а у Тихоокеанских берегов Японии, Австралии, у южных берегов Африки или в Атлантике, эта же установка может окупиться за 2-3 месяца. А там, где волнение обычно совсем слабое, волновые установки вообще не окупятся. Так же, как ветровые и солнечные энергоустановки никогда не окупятся в отсутствие ветра или солнечного излучения, соответственно.

Поэтому, с целью уменьшения стоимости, и ускорения самоокупаемости установок, для разных районов надо изготавливать установки, рассчитанные на максимальную среднестатистическую высоту волн именно в этих районах.

Для большей коммерческой привлекательности первую экспериментальную установку следует поэтому испытывать в районах с интенсивным волнением, чтобы продемонстрировать её эффективность и быструю окупаемость.

Этапы развёртывания проекта:

  1. Патентование базовой технологии на основе поданной Международной Заявки по системе РСТ. Патентование позволит на 18 лет монополизировать данный бизнес в странах. где последующее использование предлагаемых энергоустановок даст наилучший коммерческий эффект. Это ряд Европейских стран (Великобритания, Португалия, Испания, Дания, Греция, Кипр, Норвегия), а также Индия, ЮАР и Австралия.

Допускаемый правилами РСТ срок в 31 месяц с даты приоритета по данной Заявке, в течение которого ещё можно перейти на Национальную Фазу патентования, истекает 31 декабря 2001 г. Поэтому необходимо до 15-20 декабря 2001 г. успеть оформить и подать Заявки для выхода на Национальную Фазу патентования.

Этот этап потребует срочной оплаты услуг патентных поверенных в выбранных странах, а также уплаты соответствующих государственных пошлин, всего около 15 - 25 тыс. долларов для всех указанных стран.

II. Изготовление крупного, коммерчески привлекательного предсерийного опытно-эксперименального образца базовой модели поплавковой волновой энергоустановки с выходной мощностью 200-600 кВт при волнах высотой 1-2 м (но способной выдерживать штормовые нагрузки при волнах любой высоты). В конструкции данной первой крупной установки должны быть предусмотрены возможности для регулирования (настройки) ряда параметров в широких пределах, при испытаниях в реальных условиях, с целью определения оптимальных величин.

Выполнение работ на данном этапе, например, по договору подряда, возьмёт на себя организатор проекта и автор ряда изобретений, канд. физ.-мат. наук А.Н.Русецкий, который зарегистрирован как предприниматель и имеет большой 25-летний практический опыт в экспериментальной физике и в строительстве различных металлоконструкций в качестве инженера-разработчика и сварщика-монтажника, а также связи и опыт в производственных вопросах. Им успешно и в срок выполнены крупные работы по договорам подряда с несколькими организациями в Москве.

Данный этап включает следующие шаги:

а) В зависимости от размера денежной суммы, предложенной инвестором, будет произведён окончательный инженерный расчет максимально возможных за эту сумму мощности, размеров и запаса прочности конструкции будущей волновой энергоустановки, а также будет определён её дизайн. Габаритные размеры каркаса плавающего варианта установки, в виде платформы на подводных понтонах в форме параллельно расположенных 5-7труб с интервалом между ними 5-6 м, диаметром 1-1,2 м, желательно выдержать не менее 30х30 м, высотой над водой не менее 5-6 м. Это необходимо для предотвращения раскачки платформы при сильном волнении. Вес такой установки, включающей 18-20 поплавков 3х2х1,5 м, составит 100-200 т. Данный этап потребует 3-4 недели и 2 - 4 тыс. долларов для оплаты услуг привлечённых специалистов.

б) Аренда на 5-8 месяцев на каком-либо заводе в Москве площади под открытым небом размером примерно 50х40 метров для будущей сборки каркаса энергоустановки, а также в тёплом помещении производственной площади порядка 200-300 кв. метров для проведения слесарных, сварочных, антикоррозийных и окрасочных работ. Потребуется также токарная обработка валов и опорных узлов, изготовление деталей крепления и пр., поэтому было бы удобнее арендовать производственные площади на заводе, располагающем крупными токарными станками с возможностью обработки деталей диаметром до 1-1,5 м. Такие заводы в Москве есть и с ними налажены контакты.

Этот шаг потребует порядка 15 - 20 тыс. долларов.

в) Закупка материалов и оборудования – металла листового, стальных труб для изготовления понтонов и силовых элементов каркаса, пенопласта и аппарата для заполнения им полостей понтонов и поплавков, стальных и капроновых тросов, подшипников и валов от ж/д вагонов, генераторов и аккумуляторных батарей, преобразователей напряжения.

На закупку материалов и комплектующих потребуется 80 - 300 тыс. долларов, в зависимости от возможностей инвестора. Отметим, что коммерчески более привлекательной как по выходной мощности и дизайну, так и по соотношению “цена/максимальная выходная мощность” лучшие параметры будут у более крупной и, следовательно, более дорогой энергоустановки.

г) Изготовление деталей и узлов, а также сборку и наладку установки на арендованной территории потребует оплаты соответствующих работ в размере 100 – 200 тыс. долларов.

д) Транспортировка по ж/д изготовленных узлов и деталей к морю, например, Черному, в Анапу или Новороссийск, потребует 3-6 тыс. долларов.

е) Сборка на береговом шельфе в течение 1-2 недель, охрана и обслуживание силами 4-8 человек на период 2-4 месяцев испытаний и оптимизации параметров, а также согласование с местными властями потребует 5-10 тыс. долларов.

ж) Фотовидеосъёмка и изготовление рекламных буклетов и рекламных видеоматериаловот 3 тыс. д.

Итого: для осуществления данного этапа требуется 208-550 тыс. долларов.

III. После испытаний первой энергоустановки в реальных морских условиях планируется начать активное продвижение данного продукта на мировой рынок. В первую очередь планируется разместить информацию в каталогах Торгово-Промышленных палат в странах, где эксплуатация данных установок даст наибольший экономический эффект.

Например, в Индийско-Российской Торгово-Промышленной Палате уже проявили интерес к данным энергоустановкам и при соответствии выходных параметров их заявленным, глава представительства обещал способствовать получению госзаказа Индии на сотни таких установок. Об этом подписан протокол о намерениях.

Планируется предлагать данные экологически чистые и эффективные энергоустановки в министерства и департаменты по энергетике различных стран с целью получения госзаказов. Несмотря на кажущуюся самонадеянность нижеприведённые рассуждения позволяют смотреть с оптимизмом на получение госзаказов:

Аргументы в пользу того, что предлагаемый продукт найдёт спрос:

В настоящее время во всём мире в районах, удалённых от электросетей, широко используют как в быту, так и на производстве солнечные батареи и ветровые энергоустановки. Стоимость одного киловатта выходной мощности (это так называемая “установочная мощность”) солнечных батарей обходится покупателю этой батареи в сумму от 4000 до 10 000 $US, а покупатель ветровой энергоустановки платит за один установочный киловатт от 700 до 1500 долларов.

Предлагаемые мною волновые энергоустановки позволят покупателю этих установок получать один киловатт установочной мощности по цене от 50 до 300 долларов при серийном производстве. Это намного дешевле, чем у моих конкурентов японцев и англичан, которые зашли в тупик со своими осциллирующими водяными колоннами. Мне нигде не удалось обнаружить ни слова об их расчётах выходной мощности в зависимости от высоты волн и стоимости этих установок в расчёте на один киловатт.

Кроме того, в отличие от конкурентных, предлагаемые мною энергоустановки позволяют с выгодой использовать площадь платформы для размещения на ней не только производственных и жилых строений, но дополнительно и ветровых энергоустановок моей конструкции (патент скоро будет), а также и стандартных солнечных батарей. И всё это в самых густонаселённых и привлекательных для жизни людей прибрежных районах (курорты и т.п.).

Что дальше:

После изготовления и испытаний опытного образца дальнейшее продвижение проекта будет заключаться в организации серийного производства предлагаемых энергоустановок различной мощности, назначения и дизайна. Этот этап имеет смысл начинать после получения хотя бы нескольких первых заказов на данные установки.

Успешные испытания опытного образца и эффективная рекламная кампания могут стать решающим фактором для привлечения дополнительных инвестиций. Интерес к проекту уже проявлен несколькими венчурными фондами и инвестиционными компаниями, которые просят иметь их в виду после проведения испытаний и при выходе на второй круг финансирования для широкомасштабного расширения производства. В перспективе возможно создание крупного международного консорциума.

Окупаемость установок по стоимости производимой полезной электроэнергии – в среднем от нескольких месяцев до 1-2 лет, в зависимости от региона предполагаемой эксплуатации и местных цен на электроэнергию.

Откуда появится прибыль? – от продаж лицензий, от продаж установок и от продаж продукции, произведённой с помощью данных установок - электроэнергии, опреснённой воды, водорода, кислорода, карбида кальция, продажа механической энергии, накапливаемой в гироскопах, каменного щебня, крошки от перемолотых автопокрышек, и мн. др. Попутно с опреснением достаточно перспективна добыча в промышленных масштабах солей, содержащихся в морской воде.

Отметим, что морская волновая энергетика в мире пока ещё не вышла на промышленный уровень и находится в самом начале этого пути. Поэтому в данной области не удаётся найти экспертов-специалистов, способных сделать полноценный анализ предложенных автором изобретений и проекта, что затрудняет поиск инвестиций.

С уважением, организатор проекта, патентообладатель

к.физ.-мат.наук А.Н.Русецкий, г. Москва, тел. (095) 124-9020

E-mail: swes-alex@mtu-net.ru

 

 

Используются технологии uCoz