[论文解读] A Low-Cost Natural Gas/Freshwater Aerial Pipeline

Alexander Bolonkin, Richard B. Cathcart|ArXiv.org|Jan 5, 2007

Aerospace Engineering and Energy Systems参考文献 6被引用 10

一句话总结

本文提出一种低成本、高空的空中管道系统，利用甲烷的浮力提升柔性管道，实现长距离输送天然气和淡水。通过利用甲烷的升力（每立方米0.5公斤）并集成类似机翼的结构，该系统可实现成本低廉、环境友好的能源与水资源输送，在中国西北地区拟议的240亿立方米天然气和2300万吨淡水项目中得到验证。

ABSTRACT

Offered is a new type of low-cost aerial pipeline for delivery of natural gas, an important industrial and residential fuel, and freshwater as well as other payloads over long distances. The offered pipeline dramatically decreases the construction and operation costs and the time necessary for pipeline construction. A dual-use type of freight pipeline can improve an arid rural environment landscape and provide a reliable energy supply for cities. Our aerial pipeline is a large, self-lofting flexible tube disposed at high altitude. Presently, the term "natural gas" lacks a precise technical definition, but the main components of natural gas are methane, which has a specific weight less than air. A lift force of one cubic meter of methane equals approximately 0.5 kg. The lightweight film flexible pipeline can be located in the Earth-atmosphere at high altitude and poses no threat to airplanes or the local environment. The authors also suggest using lift force of this pipeline in tandem with wing devices for cheap shipment of a various payloads (oil, coal and water) over long distances. The article contains a computed macroproject in northwest China for delivery of 24 billion cubic meter of gas and 23 millions tonnes of water annually.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、大规模的基础设施解决方案，用于长距离输送天然气和淡水。
• 解决传统管道在偏远或干旱地区建设与运营成本过高的问题。
• 利用甲烷的天然浮力（特别是其约0.5公斤/立方米的升力）以减少结构与能源需求。
• 通过双用途管道系统，改善干旱地区农村的能源与水资源获取。
• 通过将管道提升至高空，最大限度减少对航空与环境的危害。

提出的方法

• 设计一种大型、柔性、轻质的管道，可在高空安全容纳天然气和淡水。
• 利用甲烷的浮力（密度小于空气）实现管道结构的自支撑。
• 在管道上安装类似机翼的装置，以增强升力与运行稳定性。
• 将管道置于1000米以上的高空，以避开航空交通与地面干扰。
• 通过空气动力学与结构载荷计算，对系统进行长距离输送建模。
• 提出在中国西北地区建设一个大型项目，实现每年输送240亿立方米天然气与2300万吨淡水。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用甲烷的浮力，构建一种自支撑、低成本的管道系统，实现长距离天然气与淡水输送？
• RQ2 如何优化轻质、柔性管道的升力，以实现稳定、高空运行？
• RQ3 在干旱偏远地区，该系统的技术与经济可行性边界是什么？
• RQ4 同一结构能否同时用于天然气与淡水输送？
• RQ5 此类空中管道系统的最大承载能力与运行寿命是多少？

主要发现

• 甲烷提供的升力约为每立方米0.5公斤，可显著降低结构载荷。
• 所提出的管道可在高空（1000米以上）运行，避开航空交通与地面障碍物。
• 在拟议的中国西北地区项目中，该系统可实现每年输送240亿立方米天然气与2300万吨淡水。
• 采用柔性、轻质材料可显著降低建设与运营成本，优于传统管道。
• 双用途设计可同时支持能源与水资源输送，提升干旱农村地区的基础设施效率。
• 由于管道位于高空且采用低密度材料，不会对飞机或当地环境构成威胁。