UZASADNIENIE DODATKOWE

W 1976 roku opracowałem i zgłosiłem w Urzędzie Patentowym „SIŁOWNIĘ ENERGETYCZNĄ” napędzaną energią grawitacyjną nurtu wody w rzece. Ściślej mówiąc opracowałem kilka wariantów siłowni z możliwością zastosowania na ciekach wodnych, małych, średnich i dużych rzekach.

Cieki wodne do 2 m szerokości, na których kiedyś instalowano znane koło młyńskie, dające przy sprzyjających warunkach wodnych do 3 KW energii elektrycznej lub napędzające bezpośrednio o podobnym poborze mocy urządzenia młyńskie, tartaki itp.

Proponowana siłownia przy równie podobnie sprzyjających warunkach hydrologicznych może dać dziesięciokrotnie więcej energii. Trzeba jednak wykonać spiętrzenie cieków lub rzeki (automatyczne zastawki), wykopać bocznicę, umocnić jej brzegi. Ustawić w bocznicy specjalnej konstrukcji koryto o wymiarach 15 x 1 x 0,8 m. Koryto powinno być tak ustawione, by wlot wody ze spiętrzenia znajdował się 70 cm wyżej a wylot niżej. Innymi słowy woda wpływająca i wypełniająca światło sztucznego koryta uzyska szybkość przepływu na terenach nizinnych minimum 3 m/sek. Spiętrzenie i zwężenie przepływu wody wymusza uzyskanie takiej prędkości. W koryto instalujemy na dwóch stojanach (jeden u dołu drugi u góry koryta) mechanizm kół klinowych parami poprzecznie ustawionych wobec długości koryta. Koła, po wewnętrznych burtach koryta, spinamy liną stalową o średnicy 8 mm. Do lin poprzecznie na rurkach winidurowych mocujemy pół-ruchome tarcze z tworzywa sztucznego, przegradzają co 0,5 - 0,8 m sztuczne koryto. Tarcze z ogranicznikami odchyleń przegradzają przepływającą wodę i wprowadzają cały mechanizm w ruch obrotowy z prędkością nawet do 6 m/sek. W jednym czasie mechanizm siłowni napędzany jest przez 10.000 litrów wody. Tarcze po przepchaniu wodą na dół koryta wychodzą na  linach nad koła i w pozycji poziomej, leżącej przemieszczają się ku górze koryta, gdzie opadają i ponownie wchodzą w wodę przegradzając koryto, są pchane w dół itd. (patrz załączone rysunki).

Energię uzyskiwaną z proponowanej siłowni można zagospodarować dla produkcji prądu elektrycznego lub bezpośrednio do przepompowywania nadmiaru wody w cieku lub rzece do odpowiednich zbiorników retencyjnych.

Powódź, którą widzimy na rzekach bywa groźna i wobec niej jesteśmy bezradni. Chyba, że uregulujemy koryta rzek ale to bardzo drogo kosztuje. Rzeki nie powinny być regulowane. Autonomiczny system zagospodarowania wysokiej wody sezonowej w ciekach i rzekach przewiduje tylko nieznaczną korektę spływu wody. Dotyczy to miast i innych miejsc zagrażających bezpieczeństwu ludzi lub urządzeń hydrotechnicznych, mostów itp. Zdecydowanie korzystniejszym jest ujęcie problemowo - programowe zagospodarowania wyższego poziomu wód sezonowych już w warunkach melioracji w drenach, rowach, ciekach i małych rzekach. TAM trzeba inwestować w zapobieganie powodzi i suszy. TAM jest PROBLEM, który wymaga stosownego PROGRAMU starannego ZAGOSPODAROWANIA dla różnych celów wyższej sezonowo WODY. Instytut Melioracji Użytków Zielonych dysponuje odpowiednią wiedzą w tym zakresie.  Spółki Wodne w porozumieniu z władzami gminy i właścicielami gruntów, powinny opracować plan zbiorników małej retencji, na pagórkach lub wzniesieniach, gdzie z reguły są V lub VI klasy gleby. Zbiorniki retencyjne mogą być oddalone nawet do kilku kilometrów od cieku wodnego lub rzeki. Woda powinna być pompowana rurami pod ziemią. W obecnej sytuacji społeczno – gospodarczej można by znaczne rezerwy bezrobotnych wykorzystać przy budowie proponowanego programu. Dotyczy to szerokiego frontu robót wykończeniowych.

Roboty ziemne przy budowie zbiorników wodnych małej retencji, można wykonywać koparką (patrz załączone rysunki), która jest bardziej efektywna czynnościowo i ekonomicznie niż spychacz czy znane koparki. Szczególnie dotyczy to sprzętu, energii, paliwa, terenów bagnistych itp. o niesprzyjających warunkach geologicznych.

Proponowana koparka działa rotacyjnie, dwustronnie, na podobnej zasadzie do znanej wyciągarki linowej. Np. chcemy wykopać staw lub zbiornik małej retencji na podmokłym terenie gdzie roboczo nie wejdzie spychacz ani koparka. Ustawiamy z dwóch przeciwległych stron planowanego wykopu, znane przy budowie studni metalowe trójnogi. Przez specjalny układ przekładni przekładamy linę stalową o odpowiedniej średnicy około 10 mm, którą podłączamy do rotacyjnego mechanizmu napędzanego elektrycznie. Mocujemy do liny lekki czerpak o pojemności np. od 1 do 3 m³ z odpowiednimi nożami pod spodem. Czerpak wykonałem, adaptując złomowaną osłonę tytanową do silników odrzutowych, czerpak jest niezniszczalny i lekki. Koparka działa automatycznie. Operator pełni rolę asekuracyjną – zabezpieczającą. Następnie siedzę i obserwuję  zdalnie jej mechanizm będący w ruchu. Czerpak na linie z pobraną ziemią jest prowadzony w jedną lub w drugą stronę aż do planowego wału lub grobli i automatycznie wysypuje ziemie na groblę. Następnie czerpak cofa się w drugą stronę pobierając glebę na tej samej linie do drugiego brzegu. Umocowanie lin holowniczych do czerpaka jest znamienne tym, że gdy czerpak jest pusty to środek ciężkości jest bliżej podstawy z nożami ustawionymi do podbierania ziemi. Noże są sprzężone mechanicznie z klapą od strony przedniej. Tylna klapa jest opuszczona podczas napełniania czerpaka i to zapobiega wysypywaniu się ziemi do tyłu. Przednia klapa w miarę wypełniania czerpaka ziemią jest podnoszona przez urobek wewnętrznie do góry. Bezpośrednie sprzężenie mechaniczne klap przedniej i tylnej z nożami sprawia, że po napełnieniu czerpaka urobkiem ziemi, noże od strony kierunku ruchu czerpaka są podnoszone ostrzem do góry. Czerpak po napełnieniu ziemią zmienia się w sanie z płaskim dnem. Tylne noże w tym samym czasie tną powierzchnię ziemi, przygotowując ją do łatwiejszego podbierania, gdy czerpak będzie pracował w przeciwną stronę. Wówczas środek ciężkości napełnionego czerpaka znacznie podnosi się do góry. Gdy wypełniony ziemią czerpak jest podciągany liną holowniczą do góry w strefie wyznaczonej grobli – wału, wówczas bardzo łatwo przewraca się samoczynnie o 180⁰   dnem do góry wokół liny holowniczej i wysypuje samoczynnie ziemię w ściśle planowanym miejscu. Po wysypaniu ziemi środek ciężkości czerpaka ponownie obniża się do podstawy i automatycznie obraca się na linie holowniczej dnem-podstawą do poziomu gruntu. Po tej operacji urządzenie holownicze automatycznie zaczyna pracować w przeciwnym kierunku. Proces pobierania ziemi w przeciwnym kierunku odbywa się tak samo jak wyżej opisany. System pracy czerpaka jest dwustronny, efektywny ekonomicznie i bardzo prosty funkcjonalnie w obsłudze automatycznej pod nadzorem przez jednego człowieka (patrz załączony rysunek). Trójnogi są po zewnętrznych stronach obciążone. Przemieszczanie poprzeczne trójnogów, stojanów jest możliwe dzięki kołom wklęsłym, które poruszają się po rurach ułożonych na płytach wzdłuż brzegu przyszłego zbiornika retencyjnego. Wyciągarka jest napędzana prądem elektrycznym z opisanych w tym opracowaniu sposobów zasilania i źródeł siłowni. Linowe koparki mojego autorstwa mogą być wykorzystane przy kopaniu zbiorników retencyjnych. Przy pogłębianiu – odmulaniu istniejących zbiorników retencyjnych. Przy pogłębianiu i regulacji rzek.  Wszędzie tam, gdzie nie można zastosować tradycyjnego sprzętu. Oczywiście dotyczy to robót ziemnych podstawowych. Przy budowie dróg, autostrad, torów kolejowych, rowów itp. Czerpak koparki linowej może być dodatkowo sterowany w szczególnych warunkach przez mały skuter na gąsienicach, obsługiwany przez jednego operatora. Ciężkie spychacze są praktyczne na krótkich dystansach (20-30 m). Myślę, że tym rozwiązaniem technicznym powinny się zainteresować wszystkie przedsiębiorstwa prowadzące poważne i trudne roboty ziemne. Wykorzystanie takiej koparki przy robotach ziemnych znacznie obniża koszty i skraca czas wykonania inwestycji.

   Zagospodarowana    wyższa    woda    sezonowa    stworzyłaby   zapobieganie powodzi.  A   w   Europie   Środkowo-Wschodniej   powstałby   korzystny  mikro- klimat  zapobiegający  suszy-stepowieniu.  Wody  sezonowo  wyższe  są  z  reguły względnie  czyste.

Proponowane siłownie energetyczne, napędzane energią nurtu wody, zainstalowane na małych, średnich i dużych rzekach, mogłyby w pełni zaspokoić potrzeby produkcji energii elektrycznej nie tylko Polski. ZASADA DZIAŁANIA pływających dużych siłowni energetycznych jest podobna do wcześniej opisanego ogniwa siłowni, lecz te ogniwa są scalone wielokrotnie – dowolnie, a mechanizmy instalowane na pontonach. Całość zakotwiczona w strefie nurtu wody w rzece, może poza mrozami, pracować nawet przy niskich stanach wody w rzece.

Zlikwidowanie powodzi sprawi, że woda w rzekach nie będzie niosła różnych większych przedmiotów, gałęzi, drzew. Tym samym nie będzie istotnych zagrożeń ruchu i eksploatacji proponowanych urządzeń. Problem innych pływających drobnych nieczystości można rozwiązać sprawnie po przez zastosowanie np. siatki powierzchniowej na pływakach i skuteczne oczyszczanie.  Mrozy, lód, kra nie stanowią większych zagrożeń i utrudnień. Przy silnych mrozach urządzenia zatrzymają pracę na jakiś czas. Zasilanie elektryczne prądem w okresie mrozów, może być  pobierane z tradycyjnych źródeł. Proponowane siłownie można instalować na rzekach w dowolnej ilości i scalać w bilansie energetycznym.

TRANSPORT WODNY może być napędzany energią elektryczną. Można w korycie dowolnej rzeki, powyżej 10 m szerokości, w programie zagospodarowania wysokich wód sezonowych, zbudować PŁYWAJĄCĄ TRAKCJĘ ELEKTRYCZNĄ. Wyobraźmy sobie, że na obrzeżu nurtu wody w rzece instalujmy w dnie rzeki ocynkowane i zabezpieczone przed korozją, stalowe maszty co 30 m jeden od drugiego, wzdłuż rzeki. Na te maszty nakładamy, przy pomocy dźwigu na platformie ponton z ułożyskowaną tuleją rurową, do której umocowane są w części górnej ramiona do zainstalowania znanej sieci trolejbusowej, trakcji elektrycznej. Z pływających systemów energetycznych opisanych wcześniej zasilamy prądem stałym trakcję elektryczną. Pod trakcję podstawiane są tramwaje wodne elektryczne, które automatycznie podłączają się pantografami – „pałąkami” do przewodów i płyną w zgodzie z wymogami ekologicznymi. Proponowany program autonomiczny zagospodarowania wody w ciekach i rzekach sprawi, że nie będzie powodzi. Poziom wody w rzekach będzie automatycznie regulowany wyżej opisanym systemem. To sprawi, że wodna komunikacja elektryczna będzie miała wahania poziomu wody w rzece ale w bezpiecznym, ograniczonym wymiarze. Jeśli poziom wody w rzece podniesie się to trakcja na pontonach zainstalowanych na masztach również podnosi się. Gdy poziom wody opada to trakcja również obniża się. Tramwaje wodne o zasilaniu elektrycznym i napędzie hydro-dynamicznym mogą być automatycznie sterowane za pomocą specjalnej sterownicy elektrycznej zainstalowanej przy pantografach – „pałąkach” (patrz rysunek). System komunikacyjny jest wyposażony w monitorowany program sterujący ruchem, zainstalowany w trakcji. W ten sposób mogą być tworzone „pociągi wodne”, gdzie każdy człon będzie napędzany dodatkowo i korygowany w sterowności bocznej – poprzecznej wobec trakcji. Każdy tramwaj wodny jest wyposażony w odpowiedni zestaw silników elektrycznych do napędu hydro-dynamicznego. Każdy człon wyposażony jest w akumulatory na około 2 minuty samodzielnej jazdy tramwaju wodnego. W przypadku awarii w dostawie prądu elektrycznego na dojechanie do przystanku i po zatrzymaniu się natychmiast mechanicznie opuszcza się ramie kotwicy, ustawione zawsze od strony napływającego nurtu wody w rzece, zatrzymując każdy człon tramwaju wodnego. Po włączeniu prądu kotwica samoczynnie podnosi się i tramwaj wodny rusza w drogę wodną zgodnie z programem automatycznego sterowania. Gdy zerwie się drut trakcji, to natychmiast na tym krótkim odcinku, zasilanie prądem stałym wyłącza się automatycznie. Tramwaj wodny po zatrzymaniu zakotwicza się a służba eksploatacji w 10 – 15 minut naprawia awarię. Jeżeli nastąpiłoby jakieś istotne zagrożenie dla życia czy zdrowia pasażerów to pilot-operator po zatrzymaniu się tramwaju w dowolnym miejscu, uruchamia składany rękaw - trap. Rękaw - trap jest złożony i umocowany na zewnętrznej ścianie bocznej tramwaju wodnego, stanowiąc jednocześnie całość z listwą obojową, która jest zarazem elementem nośnym rękawa do ewakuacji pasażerów. Rękaw - trap jak zajdzie potrzeba można zgodnie z instrukcją odłączyć od strony napływającego nurtu pociągając za wydzieloną do tego celu linkę. Nurt wodny samoczynnie skieruje rękaw - trap z linowym ogranicznikiem odchylenia 90⁰ do brzegu.

Elektryczna Komunikacja Wodna nie wymaga budowy drogi, remontów itp., gdyż woda jest stale odnawialna. Proponowane rozwiązania wodnego transportu nie utrudniają żeglugi poprzecznej na rzece i nie koliduje z dotychczasowym systemem żeglugi. Chociaż w przyszłości, w świetle proponowanych rozwiązań trzeba będzie zrezygnować z barek, pchaczy i innego spalinowego transportu wodnego. Progi i spiętrzenia wodne powinny być w przyszłości zlikwidowane lub też obecnie mogą być omijane przez wprowadzenie „tramwaju wodnego” wydzieloną drogą tartanową na ląd itd. (patrz rysunek). Przystanki są zorganizowane na pontonach na rzece (patrz rysunek). W omawianych urządzeniach hydrotechnicznych wszystkie pontony są wykonane z włókna szklanego i wzmocnione wewnętrznie konstrukcją z włókna węglowego, wypełnione styropianem.  

Myślę, że w przyszłości Elektryczny Transport Wodny będzie dominujący i ograniczy bardzo wyraźne komunikację drogową i kolejową. O tym zadecydują czynniki ekologiczne, społeczne i ekonomiczne.

Wierzę, że opracuje się lekkie tramwaje Elektrycznej Komunikacji Wodnej dla 70-100 osób zasilane energią elektryczną (prądem stałym), pobraną z nurtu wody w rzece, osiągające prędkość około 70 km/h. Zaspokajające potrzeby również transportu towarowego. „Widzę” od wielu lat w Warszawie po obu stronach Wisły komunikację pasażerską. „Widzę” komunikację z Krakowa do Gdańska oraz na innych rzekach w zintegrowanym transporcie wodnym Europy.

„Widzę” specjalne platformy wodne do przewozu pojazdów samochodowych. Jak wiemy drogi i autostrady są coraz bardziej zatłoczone a transport kołowy jest bardzo drogi i zanieczyszcza środowisko. Jeśli będzie możliwość w tym samym kierunku przewiezienia samochodów osobowych z pasażerami nawet na dystansie 100 i więcej kilometrów, to trzeba z tego dobrodziejstwa korzystać. Tym bardziej, że będzie to wielokrotnie tańszy transport od innych istniejących w ruchu drogowym,  kolejowym i wodnym a także czysty ekologicznie.

PŁYWAJĄCE NA PONTONACH SIŁOWNIE NAPĘDZANE ENERGIĄ WIATRU I FALI MORSKIEJ.

„Widzę” od 1977 roku zakotwiczone nad drugą mielizną scalone pływające na pontonach siłownie napędzane energią fali morskiej i wiatru. Siłownie te będą spełniać trzy funkcje:

a)      ochronią brzeg lądu przed skutkami fali sztormowej;

b)     zamulą przy brzegu strefę wody, co z czasem nieznacznie powiększy terytorium kraju;

c)     wyprodukują znaczną energię elektryczną zaopatrującą potrzeby całego Pomorza.

W tych morskich siłowniach tarcze oporowe są na stałe umocowane do łańcuchów wykonanych z włókna węglowego. Innymi słowy tarcze nie są pół ruchome, lecz celowo prostopadle poprzecznie umocowane do łańcuchów pracujących na kołach zębatych siłowni, wykonanych także z włókna węglowego. Siłownie morskie oraz wszelkie urządzenia wodne są wykonane w całości z technologii nie korodujących.

Na powierzchni wody fala i wiatr od morza działają napędzając, pchając tarcze siłowni, a woda powracająca dołem nad mielizną pcha tarcze zanurzone w przeciwnym kierunku. I tak się to kręci (patrz załączony projekt).

Dzięki odpowiedniej konstrukcji, mechanizm obrotowy siłowni sprawia, że fala morska skutecznie wytraca swoją energię zamieniając ją na produkcję prądu elektrycznego i nie działa niszcząco na te urządzenia. Mechanizm wykonany z odpowiednich technologii będących w ruchu, w słonej wodzie może pracować nawet przy niewysokich ujemnych temperaturach.

         W tych państwach gdzie występują silne i długotrwałe mrozy trzeba by rozważyć inne rozwiązania techniczne i technologiczne.    

 Drugi sposób na wykorzystanie energii nurtu wody w ciekach i rzekach, fali morskiej i wiatru do produkcji prądu elektrycznego i ochrony brzegu morskiego wyraża się w zbudowaniu spiralnych, obrotowych taśm, które po zainstalowaniu w odpowiedni sposób (patrz rysunek) w nurcie wody, na wietrze i w fali morskiej dałyby również nieograniczone możliwości produkcji energii elektrycznej.

autor wyżej opisanych projektów – Ferdynand Barbasiewicz.