Беззатратный водопровод и электричество

Уже многие годы меня несказанно удивляет сложившаяся за столетия нынешняя система водоснабжения. В частности это касается весьма дорогостоящих насосных станций, которые кроме этих затрат на их приобретение ещё и при эксплуатации постоянно требуют вложения дополнительных денежных средств на техническое обслуживание, а также на энергоресурсы для двигателей, приводящих в действие насосные агрегаты. Каковыми бы ни были эти ресурсы, но они в любом случае, как это очевидно, далеко не бесплатны, что конечно же весьма ощутимым образом увеличивает стоимость этой услуги для многочисленных потребителей воды.

Но, казалось бы, разве можно заставить воду потечь наверх без дополнительных на то затрат дорогостоящей энергии? Ведь это кажется совершенно противоестественным, поскольку, как это известно, любая жидкость под действием земного тяготения как раз наоборот стремится стечь в самое низкое углубление. Тем не менее, как оказалось, эту самую силу тяготения при определённых условиях всё равно можно заставить работать для подъёма жидкости, как бы это ни звучало парадоксально на первый взгляд. На самом деле всё тут буквально до смешного просто. Как известно, русло любой реки всегда имеет какой-то естественный уклон, благодаря чему и обеспечивается течение воды, которое правильнее наверное следовало бы назвать стоком.

Так вот, если уж существует естественный ток воды, то что нам мешает создать искусственный ток по аналогичной схеме, подсказанной нам природой? И чтобы долго не ходить вокруг да около, на рисунке ниже проиллюстрирую очень простую принципиальную схему, которая даже близко не претендует на точный инженерный расчёт или что-то в этом роде. Однако в таком виде эта схема должна быть понятной даже школьнику.

Цифрами от 1 до 3 на данной схеме отмечены лишь три принципиальных узла этой системы беззатратного водоснабжения, которые при слаженной работе безотказно обеспечат подачу воды потребителям практически на любую требуемую высоту. Так вот для начала давайте пройдёмся по этим цифрам, нумерующим по порядку очерёдности все технологические этапы водоподачи:

1. Это самая обычная водозаборная и очистная станция, и тут я едва ли смогу предложить что- то лучшее. Принципиальное отличие тут лишь в том, что в данном случае вообще не требуются никакие насосы для дальнейшей прокачки очищенной воды в водопроводные трубы. Вместо этого весь входящий и исходящий потоки воды по трубам на этой станции осуществляется под действием силы тяжести, поскольку все без исключения трубы в данном случае, как это наверное видно из схемы, обязательно должны располагаться хотя бы под небольшим углом относительно горизонтальной поверхности, что и будет гарантировать самое естественное стекание воды.

2. А это в свою очередь – самые обычные водопроводные трубы, обеспечивающие подачу воды к месту потребления, по которым вода тоже стекает под уклон. Если вдуматься, то  таким образом мы создали как бы искусственный и рукотворный рукав реки, который я в данном случае в основном для наглядности расположил параллельно естественному руслу реки, хотя это вовсе не обязательно повторять на практике.

3. И последний этап в этой цепи – водораспределительная станция, расположенная в данном случае ниже по течению реки, от которой и расходятся трубы более узкого диаметра ко всем потребителям, нуждающимся в воде. Главный секрет тут лишь в том, чтобы уровень водозабора располагался хотя бы немногим выше того места, где находится самый высокий потребитель, и этот предельный уровень на данной схеме символически отмечен прерывистой горизонтальной линией. И тогда вода потечёт в любой водопроводный кран самым естественным образом, не требующим ни малейших дополнительных затрат.

Обратите внимание – это самая обычная система сообщающихся сосудов, где жидкость просто перетекает из естественного сосуда в искусственный. На самом деле эта идея естественной подачи воды от более высокой точки к более низкой совсем даже не нова и кое-где практиковалась буквально с античных времён. В частности, как это известно, древний Рим достаточно долго снабжался свежей питьевой водой из горных рек посредством системы акведуков, развалины которых в общем-то довольно-таки неплохо сохранились вплоть до наших дней. Принципиальная разница акведука от предложенной мною системы водоподачи заключается наверное лишь в том, что акведук не представлял собой водопровод в полном и современном понимании этого слова.

Просто поверх акведука располагалась не герметичная труба, как в предложенной мною схеме, а самая простая канавка для свободного протока воды. Фактически люди античности посредством акведука создавали лишь искусственный рукав реки, который и доставлял питьевую воду прямо в специальный резервуар или бассейн прямо на территории города. Ну, а многим простым жителям города, неспособным оплачивать например услуги водовоза, каждый очередной раз приходилось ходить за водой с самыми обычными вёдрами к этому общественному резервуару.

И можно нисколько не сомневаться, что этот путь отнюдь не для всех тогда был близким и лёгким. Кроме того античным зодчим, которые некогда возводили тот или иной акведук, приходилось тщательнейшим образом следить, чтобы желоб канавы акведука всё время шёл хотя бы немного, но всё-таки строго вниз под уклон. Просто в противном случае ток воды вдоль по желобу прекратится, и она начнёт совершенно бессмысленно переливаться за переполненные борта акведука прямо на землю.

А вот с герметичными водопроводными трубами такой проблемы совсем не существует, и при необходимости – например, если это вдруг диктуют какие либо специфичные неровности рельефа земной поверхности, – трубу между станциями водозабора и водораспределения временно можно направить даже строго вверх. Просто желательно при таком подъёме уровня не превышать горизонтальный уровень водозабора, поскольку это создаст некоторые хоть и нежелательные, но тем не менее вполне разрешимые, технические проблемы при запуске системы в эксплуатацию.

Поэтому я полагаю, что мне всё-таки удалось существенно упростить получившую сегодня всеобщее распространение технологию водопровода и попутно хотя бы уж на самую малость усовершенствовать античную систему водоподачи. И вода, таким образом, как бы сама по себе потечёт на самые верхние этажи самого высокого небоскрёба, если конечно горизонтальный уровень водосбора расположен хоть немного выше этой критической точки. Догадываюсь, что в особо крупных мегаполисах, плотно застроенных сверхвысотными зданиями, такого достичь будет трудновато, но это всё равно не означает принципиальной невозможности такого проекта.

Просто в этом случае длина водопровода от станции водозабора до станции водораспределения значительно увеличится. Но эта длина всё равно будет ничтожной например по сравнению с длиной любого существующего ныне газо- или нефте-провода. Ну и напоследок полагаю, что первыми эту схему просто обязаны одобрить экологи, поскольку эта система полностью естественна и при этом полностью лишена любых – вредных, полезных или любых других – выбросов. Но в этом отношении вся заслуга определённо принадлежит не мне, а скорее уж неизвестному нам античному изобретателю первого акведука.

Впрочем, как это нетрудно догадаться из названия этой статьи, идею использования разницы в уровнях воды можно немного развить, расширив тем самым её область применения в экономике. Просто, если вместо водораспределительной станции установить электрическую турбину, то по сути сразу же получается самая настоящая гидроэлектростанция, которая тем не менее во многом выгодно отличается от распространённых сегодня её аналогов. И экологи, думается, согласятся с этим моим мнением, поскольку, как известно, плотины электростанций, перегораживающие русла разных рек, являются сегодня самым настоящим убийственным бичём чуть ли не для всей речной фауны.

Однако сразу же – буквально по горячим следам – вынужден слегка оговориться насчёт того, что объединение системы водоподачи с системой производства электроэнергии едва ли окажется рентабельным. И связано это с тем, что в водопровод требуется подавать очищенную воду, тогда как для электрической турбины отфильтрованная вода не то что необязательна, а скорее даже противопоказана. Просто система очистки так или иначе задерживает естественный ток воды, что для производства электричества выльется в весьма ощутимые потери мощностей.

И из-за этой особенности для функционирования обоих систем в совокупности всё равно придётся возводить два отдельных трубопровода. На первый взгляд обычно складывается такое впечатление, что предложенная мною схема производства энергии будет значительно уступать по мощности традиционным ГЭС, поскольку в этих случаях задействована не сравнительно узкая по своему диаметру труба с искусственным ограничением на пропускную способность, а стопроцентно вся энергия стекающей реки, перегороженной плотиной. И в принципе так оно и есть, если высота уровня водозабора будет сравнима с высотой соответственной плотины.

Но напомню, что ничто нам не мешает увеличить длину трубопровода, подняв тем самым уровень водозабора на такую высоту, которую только позволяет рельеф местности вдоль русла соответственной реки. И, если предельная высота плотины обычно ограничена очень многими факторами, то в нашем случае таких ограничений почти что нет. Просто достаточная разница в горизонтальных уровнях может породить такое давление и соответственно – напор воды в трубах, какие попросту недостижимы для традиционной плотины. И благодаря этой особенности можно достичь почти любой мыслимой энергетической мощности, и тем самым успешно конкурировать в этом отношении с современными электростанциями, практически не нанося никакого вреда экологии реки.

Как это хорошо известно, лишь десятиметровый столб воды создаёт дополнительное давление в одну атмосферу. Ну, а теперь только представьте себе, сколько таких дармовых атмосфер можно собрать вверх против течения любой самой спокойной речки? И, если не ошибаюсь, то ни один паровой котёл паровоза никогда не создавал столь немыслимое давление. Правда, никуда конечно же не денешься от трения, сила которого по известным законам увеличивается вместе с увеличением длины трубопровода. Строго говоря, как раз эта сила и ограничивает бесконтрольный рост скорости течения во всех естественных реках.

Однако, согласитесь, что внутренняя поверхность трубы всё-таки значительно ровнее в сравнении с естественным рельефом дна реки, что конечно же существенно уменьшит потери кинетической энергии стекающей воды. К тому же, насколько мне известно, известны какие-то специальные эластичные антифрикционные покрытия, которые можно при необходимости нанести на внутреннюю поверхность труб для дополнительного уменьшения силы трения. И очень даже вероятно, что эти дополнительные затраты в самое непродолжительное время с лихвой окупятся за счёт беззатратного производства электроэнергии.

Но даже при полной доступной минимизации силы трения, она всё равно никуда не исчезнет стопроцентно, с чем так или иначе придётся смириться. И этот неприятный факт в свою очередь служит естественным ограничением максимальной длины трубопровода, превышать которую будет уже нерентабельно, поскольку это уже не даст прироста мощности электростанции. Само собой разумеется, что конкретная цифровая оценка этого ограничения в каждом конкретном случае очень существенно зависит от рельефа местности, где прокладывается соответственный трубопровод. Тем не менее инженерный расчёт этой цифры не представляет собой особо ощутимой проблемы для профессионала.

Александр Танюшин

• Manheim: отзывы о покупке авто премиум класса в Германии
• Полезные инструменты для беттеров: Лучшие сервисы-помощники в ставках
• Подборка рецептов для чистки сосудов: с чесноком, лимоном, медом, свекольный квас
• Азбука самостоятельного путешественника: отдыхаем с умом
• Почему человек пока умнее искусственного интеллекта
• От табуреток к программированию: как изменились уроки технологии в школах
• В Сети появилось видео суперлуния
• Как посмотреть мир, не выходя из дома