středa 27. května 2015

Projekt, který by stál za zvážení a vyzkoušení

V 70. letech publikoval Alexandr Kazancev (ano, ten Kazancev, co publikoval známou povídku "Výbuch" o Tunguzském meteoritu) povídku (možná spíš novelu) "Dar Kaisy" ve stejnojmenném sborníku. Ještě ho mám schovanej, dal se sehnat za pár šupů v Ruské knize, ale je vystavena na netu na více místech, např. zde
Pro ty, co se nebudou chtít prokousávat "bukvičkami", alespoň stručná synopse:

Mladý šachista vymyslí šachovou úlohu (Kazancev byl šachista, v jeho díle hrají šachy podstatnou roli, má i povídky, které se celé točí kolem šachu a ostatně Kaisa je bohyně šachové hry) a vyzve originálním způsobem luštitele. Udělá to tak, že úlohu napíše na mnoho papírků a za příznivého větru papírky protáhne komínem nefunkční staré továrny, kudy je tah vzduchu vynese do výšky a příznivý vítr nad město.
Dál povídka sleduje postupné profesní, šachové i lidské dozrávání hlavního hrdiny s vícero peripetiemi. Nicméně u něj dochází k pozvolnému pochopení, že to, co kdysi bylo v podstatě dětským nápadem (využití tahu starého komínu) by se v reálu mohlo stát pro lidstvo cenným zdrojem energie.
Následují peripetie prosazování této technologie až do úspěšných provozních experimentů, které jsou v závěru díla.


Pokud se na to podíváme reálně, on to vůbec není blbý nápad. Popsané zařízení využívá rozdílu teplot při zemi a ve vyšších vrstvách ovzduší, čili se jedná v podstatě o horkovzdušný motor, pracující v oboru nízkých teplot. Kdo kdy byl v nějakém výškovém domě, tak důvěrně zná komínový efekt na schodištích a v podobných prostorách, který běžně dokáže prásknout dveřmi, nebo dokonce i oknem tak, že vypadne sklo. A to se jedná o výšku nějakých 20 - 30 metrů. Průvan v několik set metrů vysokém objektu by byl daleko větší a Kazancev uvažuje "věže" několikakilometrové. Konec konců, na podobném principu pracovaly i bezobslužné odsolovací stanice, které existují na březích Rudého moře a v odlehlých oblastech, kam se nedostala destruktivní hovada, vyznávající islám, fungovaly ještě v 19. století, takže je mohli vidět první evropští cestovatelé do těchto končin.
V případě ze zmíněné povídky se jednalo o tepelný stroj, který se pouze musel iniciovat nafouknutím vzduchem o teplotě při povrchu země (tedy na úpatí konstrukce), potom už rozdílná hmotnost teplého a studeného vzduchu udělala svoje. Do cesty tahu by se pak mohla postavit turbína (případně i několik do série, asi lépe protiběžných), která by část energie odčerpávala. Z uvedeného plyne, že by objekt musel mít průměr alespoň jako vrtule klasických větrných elektráren, případně ještě větší (čím větší průměr tím lepší výkon (i účinnost) vrtule i silnější proudění).
Kazancev uvažoval "věž" z materiálu podobného plátnu, z něhož se dělají horkovzdušné balóny, kterou by iniciovalo zvednutí nejvyššího segmentu vrtulníky, a dál by se "vytáhla" do maximální výšky silou průvanu. Blíže nepopsané škrtící klapky by umožňovaly "věž" spustit k zemi při očekávání nezvládnutelné bouře či vichřice (což je v podstatě jediný typ počasí, který by "věž" vyřadil z provozu). Jednalo by se tedy o zařízení, fungující v daleko větším rozsahu počasí než větrné nebo solární elektrárny.
Klasická Kazancevova "věž" by nezvládla ani inverzi, tomu by se ale dalo pomoci tím, že pokud by byla v průmyslové zóně, mohla by se pod ni směrovat odpadní teplá voda (stačily by teploty kolem 20 - 30 stupňů, takové vody řada provozů běžně pouští do řeky nebo kanálu), což by zahřálo vzduch ve spodku "věže" natolik, aby fungovala i s případným "odfukem" nad hladinou inverze. Kazancevovi ovšem budiž přičteno k dobru, že v placatém Rusku zase tolik inverzních kotlin jako u nás není.
Možná by se celý projekt dal nasadit na "globální oteplování", a to nejen jako alternativní, CO2 nevyrábějící zdroj energie, ale i jako "chladič", protože proud teplého vzduchu do vyšších vrstev atmosféry by vedl ke zvýšení vyzařování tepla do vesmíru, a tedy ke kompenzaci "skleníkového efektu".
Proti klasickým větrným elektrárnám by odpadla řada negativních jevů (zabíjení ptáků, blikání, infrazvuk apod.) a oproti solárním elektrárnám by to mohlo pracovat ve dne i v noci. Tím by se docela podstatně zvýšil jak počet provozních hodin za rok, tak i předvídatelnost celého systému (v podstatě by vadily jen většinou dobře prognózovatelné velmi silné větry) a tudíž i zapojitelnost do energetické sítě (pro niž solární a větrné elektrárny představují spíš zátěž). A dalo by se to stavět prakticky kdekoli, i na nevětrných lokalitách (jako je většina našeho území), případně by odpadl problém, trápící Německo, mající velké větrné farmy v Severním moři a u Baltu a maximum "žroutů" elektřiny na prakticky opačném konci státu.

7 komentářů:

  1. Ano, už jsem před několika lety o tom taky četl. A mluvil s kluky, kteří ve starém komíně zapálili několik papírových krabic a pak se nemohli dostat kouřovodem u země, kterým tam vlezli, ven. Nakonec se dostali, ale s očima plnýma písku a sazí.
    P.S.: Na komínovém efektu je založeno i chlazení stojanů zesilovačů. A to se jedná o cca dva metry výšky. (Na Venuši by vzhledem k teplotě atmosféry byly výkony takových komínů obrovské.)

    A ještě - podobný efekt existuje i ve vodě. Kde je sice pohyb pomalejší, ale médium (slaná voda) sebou nese daleko větší kinetickou energii.

    OdpovědětVymazat
  2. Pánové,
    nic ve zlém, ale vaše vzdělání asi není strojně technického směru, ideálně se specializací na energetické strojírenství. A asi ani ve volných chvílích nelouskáte hydromechaniku, termomechaniku a aerodynamiku.
    Na popisované zvíření prachu a písku statačí ventilátorek s příkonem motoru pár desítek W, max. kolem 100W. A oheň z několika papírových krabic které rychle vzplanou je schopnopen špičkově uvolnit tepelný výkon i v desítkách kW.

    Ale ano, scifi, pokud je dobře napsáno se čte nádherně. Jen se v něm nesmí hledat nějaká vážná sci(ence). Je to moderní pohádka pro odrostlejší a dospělé. Nic víc, noc míň.

    Určitě znáte Pět neděl v balónu. Je vám jasné že systém řízení balónu prof. Fergussona byl perpetuum mobile druhého druhu (produkoval více energie, než se do něj vložilo)? O pohádkách se nepřemýšlí. Slouží k tomu, aby se člověk nechal unášet dějem a uvolnil se.

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. 1. Perpetuum mobile druhého řádu je "věčný pohyb" bez dodávání energie. Energii z ničeho vytváří PM prvního řádu.
      2. Fergussonův balon měl systém záhřevu vodíku (i s dnešními materiály by to asi byl výlet spochodní do prachárny), takže na jeho stoupání a klesání nic perpetuomobilového nebylo (vodík vyráběli snad elektrolýzou vody, nebo něčím podobným; vtip spočíval v tom, že spálením vodíku a záhřevem plynu v balonu získali víc nosné síly než kdyby ten vodík přidali do balónu, což měl Verne asi spočítané - nebo mu to spočítal Nadar, který patřil do okruhu jeho přátel).

      Vymazat
  3. Vtip je v tom, že spálením vodíku nezískáte víc energie než jste spotřeboval na rozklad vody. A účinnost elektrolýzy nic moc ...

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Je otázka, zda si Verne dokázal představit přihřátí toho vodíku v balonu přímo elektřinou nebo jiným podobným způsobem.
      Navíc zvednutí balonu změnou zátěže nebo objemu plynu neodpovídá (přímo a mechanicky) zvedání břemene. Vysypáním kila písku z pytlíku se balon vznese o desítky metrů (a pokaždé jinak vysoko), když byste to přepočítal na hmotnost balonu i se zátěží (a zvedání té hmotnosti o příslušné metry), tak byste zjistil, že ty energie vzájemně nesedí. Alespoň ne takto jednoduše.

      Vymazat
    2. Nečetl jsem, možná šlo o špičkový výkon. Tzn. spalováním rychleji získal více tepla než z nějaké pomalé baterie?

      Vymazat
  4. Verne se technickými otázkami nenechával příliš omezovat, např. Nemova ponorka Nautilus, postavená z oceli se byla chopna potápět do mnohakilometrových hloubek, i její pohon byl svým způsobem " nedostižně geniální", a našlo by se ještě mnohé jiné, ale nechci to pitvat. To ale nic nemění na tom, že jsou jeho knihy dobře napsány a jsou to krásné pohádky pro odrostlejší, na kterých vyrostlo několik generací. A pohádky se nepodrobují kritickému rozboru, zda jsou technicky realizovatelné. Měl jsem Verneovky rád, a dosud mám.

    OdpovědětVymazat