Úvod. Historické mezníky

Transkript

1 Úvod Historické mezníky * 600 let př.n.l. - Chaldejci použili čerpací kolo na dopravu vody do závlahových kanálů * 230 let př.n.l. - V Egyptě bylo použito hnací lžícové kolo na pohon věder k čerpání vody * 150 let př.n.l. - V římské říši bylo použito vodní kolo na spodní vodu, v téže době používají v Řecku vodní mlýny s vodním kolem s vertikální osou (obdoba systému Savonius) * 50 let př.n.l. - se o vodních mlýnech zmiňuje řecký zeměpisec Strabo * r byly zbudovány první vodní mlýny v Německu na řece Mosel * r v Římě byl zřízen první plovoucí lodní mlýn na řece Tibeře * r tesař Halak postavil první vodní mlýn ve střední Evropě mlynáři Svachovi v Žatci na řece Ohři * r byl postaven první vodní mlýn ve středním Německu u Wurzenu * od 12.stol. je vodní kolo již známo po celé Evropě * r byl uveden do provozu první plovoucí vodní mlýn na Labi * r Francouz Besson vyvinul sudové kolo pro mlýn v Toulouse * r Jozef Karol Hell postavil vodní vahadlový stroj na potenciální energii vody * r Jozef Karol Hell na Slovensku sestrojil vysokotlaký vodosloupcový stroj * r sestrojil lékař Johann Andreas Segner reakční vodní kolo * r Segnerovo kolo zdokonalil Leonard Euler * r bylo v Německu postaveno první celoželezné vodní kolo * r vyvíjel Francouz prof. Claude Burdin první přetlakovou turbínu * r byla první Burdinova turbína uvedena do provozu * r Burdinův žák, Benoit Fourneryon pracuje na novém typu odstředivé přetlakové turbíny * r Fourneryon staví svou turbínu pro francouzské železárny * r Fourneyronova turbína byla německým technikem Henschlem doplněna o savku * r byla vynalezena Henschel-Jonvalova turbína * r vynalezl Redtenbacher stupňovitou turbínu * r sestrojil inženýr Zuppinger ve Švýcarsku první rovnotlakou turbínu s vnějším vstřikem * r vyvinul hornický technik Schwamkrug v Rudohoří rovnotlakou turbínu s vnitřním vstřikem * r americký inženýr anglického původu James Bicheno Francis zdokonalil Howdovu turbínu a vyvinul tak univerzálně použitelnou (vertikální i horizontální) přetlakovou turbínu * od r původní přenos hnací síly řešený po celé provozovně dřevěnými hřídeli a výlučně ozubenými koly je nahrazován celoželeznými transmisemi a plochými řemeny z hovězí kůže, ozubená kola zůstávají pouze jako první převod u vodních kol. * r byla vynalezena rovnotlaká Girardova turbína * r přes původní odpor zaznamenává Francisova turbína výrazné rozšíření po evropském kontinentě * r Američan Lester Allen Pelton uvažuje nad přímotlakou turbínu s lžícovitými lopatkami * r německý profesor R. Fink doplňuje Francisovu turbínu natáčivými rozváděcími lopatkami * r sestrojuje Pfarr spirálovou Francisovu turbínu s pevným rozváděčem pro velké spády * r A.G. Michael teoreticky vynalezl bubnovou turbínu, která se později stane předlohou pro maďarského profesora Bánkiho * r vyvíjí v Brně Prof.Ing.Dr.h.c. Viktor Kaplan vrtulovou turbínu * r vyvíjí Prof.Ing.Dr.h.c. Viktor Kaplan turbínu s natáčivými oběžnými lopatkami a

2 systém patentuje * r byla matematicky vyřešena Bánkiho turbína * r je vyrobena první Kaplanova turbína (brněnskou slévárnou Ignace Storka) * r je (26.3.) první Kaplanova turbín uvedena do provozu v Ulmu (jižně od Vídně) * r profesor Banki uvádí v Budapešti do provozu rovnotlakou turbínu * r E. Crewdson staví rovnotlakou turbínu pro velké spády nazvanou "Turgo" * r se rozbíhá první Kaplanova turbína v Československu v Poděbradech * r Kaplanova turbína byla použita na spád 38 metrů * r úpravou Kaplanovy turbíny vzniká diagonální Deriázova turbína * r začala hromadná likvidace malých vodních mlýnů a přidružených provozů * r Kaplanova turbína byla použita na spád 56 metrů * r Kaplanova turbína byla použita na spád 71 metrů Energie moří a oceánů Celá hmota světových moří a oceánů je v neustálém pohybu, a to nejen na povrchu, ale i ve značných hloubkách. Nejdůležitějším pohybem vodních částic na povrchu oceánů a moří je vlnění způsobené větrem, slapovým působením Měsíce a Slunce, vtokem velkých řek, posunem zemských desek v důsledku podmořských zemětřesení apod. Odhaduje se, že energie, kterou vyvinou vlny ve všech světových oceánech, dosahuje hodnoty 342 miliard MJ. V této souvislosti bylo vypočteno, že každá vlna vzdutého moře při pobřeží Velké Británie má nepřetržitě po celý rok na jeden metr své délky výkon 50 až 80 kwh. Zatím se energie oceánů využívá velice málo. První kroky k praktickému využití však už byly učiněny. Síla příboje při větších bouřkách je až neuvěřitelná. Například ve Francii přehazovaly příbojové vlny přes kamenný vlnolam vysoký 7 m balvany o hmotnosti až 3,5 t a betonový blok o hmotnosti 65 t posunuly na vzdálenost 20 m. Přesto je síla příboje zatím velmi málo používána. Cirkulace vodních mas ve světových oceánech a mořích je nejen periodická, ale uchovává svůj směr a rychlost. Stabilní proudy jsou součástí celooceánské cirkulace. Energetické využití těchto mořských proudů zůstává zatím ve stavu úvah a studií. Jako příklad lze uvést návrh na energetické využití části Golfského proudu mezi mysem Heterras a Floridou v USA. Průměrná rychlost proudu je v těchto místech 3,2 km/h ve spodních vodních vrstvách a 8,8 km/h při povrchu. Každou sekundu tudy proteče 70 miliónů m3 vody. Na úrovni mysu Heterras téměř 100 km široký proud vody se obrací k východu a směřuje k Evropě. Podle propočtů by se zde dalo získat z 1 m3 vody 0,8 kw elektrického výkonu. Celkový energetický výkon Golfského proudu v těchto místech se odhaduje na 25 tisíc MW. V projektu se uvažuje o využití velkých turbín o průměru asi m, se 2-3 lopatkami oběžného kola, otáčejícími se rychlostí 1 otáčka za minutu. Turbíny mají být upevněny ocelovými lany k těžkým kotvám v hloubce 30 m až 130 m pod hladinou. Jejich vzájemná vzdálenost by byla 100 m i s propustěmi pro velké lodi. Všechny projekty využívání mořských proudů s sebou však nesou velké riziko. Mohlo by dojít ke zpomalení Golfského proudu a možné katastrofické důsledky se dají stěží odhadnout. Příliv a odliv je důsledkem působení slapových sil Měsíce a Slunce. Na výšku přílivu a odlivu má zásadní vliv tvar pobřeží (nejvyšší známý příliv je u Nového Skotska v USA - o plných 20 m).

3 Chod slapových sil, a tím přílivů a odlivů, není pravidelný. Při stavbě přílivových elektráren je třeba přihlížet ke všem vlastnostem toho či onoho místa a ke všem nepravidelnostem, které s sebou nese. K nevýhodám přílivových elektráren patří skutečnost, že jejich pracovní doba mnohdy nesouhlasí s energetickou špičkou elektrizačních soustav a že místa vhodná pro výstavbu těchto elektráren jsou často značně vzdálena od míst spotřeby produkované energie. Přesto energie přílivů a odlivů je nadějným energetickým zdrojem pro využití v budoucnosti. Ročně by se tak mohlo získat 7,2 až 11,8 biliónů MJ elektrické energie. Potnámka k výpočtům:vzhledem k tomu, že projekt je více či méně futuristické dílo, uvádím zde spíš teoretickou část nežli výpočtovou. Nicméně zde platí vztah, pro výpočet výkonu turbíny, která může být umístěna vjedné zvěží, která slouží jako zásobárna energie vpodobě načerpané vody a to vdobě, kdy by byla energie vpřebytku. A dále uvádím zjednodušený výpočet energie větru. Zjednodušený výpočet výkonu turbíny pro spád (Jedna z věží) Q := 20 H := 300 k := 7 P := Q H k kde jep výkon [kw]q průtočné množství vody [m3/s]h spád využitelný turbínouk je bezrozměrná konstanta uváděná v rozsahu od 6,5 do 8,5 (ovlivňuje účinnost soustrojí - technická úroveň použité technologie) P = kw Zjednodušený výpočet - vítr jako forma kinetické energie Vítr vzniká tlakovými rozdíly mezi různě zahřátými oblastmi vzduchu v zemské atmosféře. Rychlost větru, která je nejdůležitějším údajem při využívání jeho energie, je úměrná velikosti tlakového rozdílu. Poblíž zemského povrchu je toto proudění ovlivňováno členitostí povrchu, ale s rostoucí výškou se rychlost větru logaritmicky zvyšuje. Vlivem Coriolisovy síly způsobené rotací Země se jeho proudění ustaluje do směru zemských rovnoběžek. Měření rychlosti větru se provádí nejčastěji miskovými anemometry.pro orientační výpočet výkonu větrné elektrárny slouží vzorec D := 20 k := 0.3 v := 100 P := k D 2 v 3 kde D je délka lopatky oběžného kola [m], v je rychlost větru [m/s] a koeficient k závisí především na typu krajiny a účinnosti větrné turbíny (jeho velikost kolísá mezi 0,2 až 0,5). Výkon roste s třetí mocninou rychlosti větru, proto i malá chyba jejího stanovení má na odhad výkonu výrazný vliv.

4 odhad výkonu výrazný vliv. P = kw Pro praktické využití energie větru jsou zajímavé výšky 40 až 100 metrů nad zemským povrchem. V tomto rozmezí závisí rychlost větru zejména na tvaru okolního terénu. Čím hladší je jeho povrch, tím vyšší je rychlost větru, nerovnosti se projevují tvorbou turbulencí. Pro rovný terén, kde je závislost mezi rychlostí a výškou ovlivňována pouze drsností povrchu lze použít vztah. Tyto dvě podstatné podmínky jsou splněny. Protože na mořské hladině se nevyskytuje terén, díky kterému by vznikal problém turbulencí. A výška by mohla být navržena vzávislosti na podmínkách pro dané umístění věží. Závěr: Vzhledem k tomu, že tento projekt jsem bral spíše jako futuristické dílo, neuvádím zde technické aspekty, které by řešili nějaký konkrétní technický problém. Snažil jsem se spíše zaměřit na vlastní nápad, který by mohl vést k využití zatím málo využíváné alternativní energie a to energie moří. Již dnes známe pokusy, které se snaží tento fenomén řešit. Mohu zde uvést: Ve Francii a Itálii jsou známy stavby přílivových mlýnů již ze 13. století. Přílivová vlna se vlévala přímo do nádrží a při odlivu se vypouštěla na mlýnská kola. Nepravidelnosti přílivů a odlivů však přinášely značné obtíže, a to nejen starobylým mlýnům. Potíže vznikaly i v později budovaných přílivových elektrárnách. Za nejstarší přílivovou elektrárnu z roku 1913 je považována anglická Dee Hydro Station v Cheshire o výkonu 635 kw. První moderní přílivová elektrárna zahájila provoz až v roce Jde o francouzskou přílivovou elektrárnu v Bretani, v ústí řeky La Rance. V těchto místech je průměrná výška přílivu 8,4 m. Přílivová voda pro turbíny je navíc posilována i přítokem řeky. Výkon elektrárny je 240 MW. Elektrárna je vybavena 24 reverzními turbínami, takže využívá jak přílivu, tak odlivu. Pracuje ročně hodin a produkuje 540 milionů kwh elektrické energie. V roce 1984 byl v Kanadě v bazénu Annapolis s výškou přílivu až 15,8 m také spuštěn první stroj přílivové elektrárny. Rotor přímoproudé turbíny se čtyřmi lopatkami má průměr 7,6 m a výkon 17,8 MW... -Jedním z nových řešení je návrh trojdílných pontonů plovoucích na hladině a zakotvených na dně. Pohyb vln by se přenášel na vodní motor. Další návrh pod názvem Ploeg se týká instalace řadu plováků, které působením vln kmitají kolem osy. Pohyb je soustavou hydraulických nebo mechanických zařízení převáděn na generátor. Jiný způsob využití energie vln byl navržen v Japonsku. Elektrárna Kalimai je podobná cisternové lodi dlouhé 80 m a široké 12 m. Mořské vlny stlačují v komorách stanice vzduch a pohánějí 3 turbíny s generátory o výkonu 200 kw. Takto upravená elektrárna je víceúčelová, protože plní funkci vlnolamu před přístavem a před rybími farmami. U havajského pobřeží byly prováděny pokusy i s minielektrárnami umístěnými v mořských bójích. -Na novou myšlenku přišli pracovníci firmy Lockheed. Navrhli konstrukci elektrárny Dam-Atol. Jde o umělý ostrov, na kterém by byla umístěna přehrada. Vlnová elektrárna má být kruhová o průměru 76 m. Lopatky zvláštního tvaru by přiváděly vodu z moře do středu elektrárny, kde by se vytvářel mohutný vír, který by otáčel lopatkami turbíny. Přivaděč vody by měl průměr 20 m a hydrogenerátor by dosahoval výkonu až 2 MW. -Vodní turbína s vertikálním hřídelem využívající oba směry průtoků vody byla zkonstruována v Japonsku. Lze ji použít i pro využití příboje. Její lopatky se samy

5 zkonstruována v Japonsku. Lze ji použít i pro využití příboje. Její lopatky se samy otevírají asi na polovině obvodu ve směru proti vodnímu průtoku. Výsledná nerovnováha tvoří točivý moment. Čtyřlopatkové turbíny mají průměr až 700 mm a výšku 150 mm. -Francouz Morion navrhuje zapustit do mořského dna obrovské disky, které by se otáčely spolu s mořským proudem. Turbína by měla průměr víc než 100 m. Tyto elektrárny navrhuje umístit k pobřeží Francie, Japonska a Iberských ostrovů. Zkušební projekt byl zrealizován u jižního pobřeží Sicílie. Výhodou je,že neohrožuje stabilitu proudů a nepodstupuje ekologická rizika. Zhodnocení: Dále bych pokračoval nejprve vhodným ukotvením věží, které by muselo být navrženo v závislosti na místních podmínkách, navržením vhodného dopravního prostředku pod hladinou a i nad ní a v neposlední řadě - ekonomické zhodnocení. Vše by muselo být nejprve podloženo výpočty. Nicméně, tento nápad by bylo třeba ještě velmi promyslet a řešit mnoho problémů, které nejsou na první podlet zřejmé. Jako je: ovlivnění mořských proudů, zásah do životního prostředí v moři... Samotná účinnost a odolnost stavby v případě špatných podmínek a mnoho dalších problémů a úskalí, které spočívají v tomto řešení.

6 používají i Svachovi v Žatci na na o savku

7