Энергия из крана. Часть 2

В первой части обсуждался частный вопрос личного использования и немного истории. Но что же было дальше, когда давление удалось поднять? Все просто инженеры создали специальные сети «силовой воды», которые распределяли воду под давлением только для целей привода машин, и перешли на более регулярное давление воды, что стало возможным благодаря изобретению гидроаккумулятора.

Почти все эти сети силовой воды оставались в эксплуатации до 1960-х и 1970-х годов.

Гидравлическая передача энергии очень эффективна по сравнению с электричеством, когда она используется для приведения в действие мощных, но редко используемых машин, которые могут быть распределены по географической территории размером с город.

«Использование воды — это странно забытая тема в инженерной литературе. Как романтическая или популярная грань инженерии, гидравлическая энергия никогда не привлекала общественного внимания, как паровой двигатель, локомотив или даже двигатель внутреннего сгорания». Ян Макнил, Гидравлическая энергия, 1972

Гавани и верфи

Несмотря на свою исключительную пригодность для работы кранов, гидравлика мало продвинулась в этой области в первой половине девятнадцатого века. Во многом это было связано с проблемой надежного и эффективного преобразования линейного движения плунжера во вращательное движение ствола или барабана крана. В первой половине девятнадцатого века обработка грузов в портах, верфях и железнодорожных станциях по-прежнему осуществлялась с помощью кранов с человеческим приводом, но потребность в более высоких и мощных кранах была велика. Начиная с 1830-х годов, железо стало использоваться в качестве материала для судостроения, с параллельным ростом размеров судов. Обычные подъемные системы больше не были адекватными. В большинстве стран решение было найдено в паровом кране, который появился в 1850-х годах. Однако в портах и ​​верфях Великобритании появилась достойная альтернатива: кран с водяным приводом.

В первой половине девятнадцатого века обработка грузов в портах, на верфях и железнодорожных станциях по-прежнему осуществлялась с помощью кранов с ручным приводом.

Британский инженер Уильям Армстронг начал проектировать и эксплуатировать мощные гидравлические краны в 1840-х годах. Полностью осознавая, что гидравлика лучше всего подходит для медленного, равномерного движения, Армстронг разработал метод подъема груза одним ходом тарана или поршня, достаточно увеличивая движение с помощью шкивов.

Однако его усилия были осложнены низким и нерегулярным давлением городской водопроводной сети, которая была источником питания для этих машин. Максимальная выходная мощность машины с водяным приводом определяется давлением воды и расходом воды. В городской водопроводной сети давление воды обеспечивалось (и часто до сих пор обеспечивается) водонапорной башней. Поскольку практическая высота водонапорной башни ограничена, то и давление воды ограничено. Водонапорная башня высотой 50 м может создавать давление воды 4,8 бар. Следовательно, единственный способ дальнейшего увеличения выходной мощности крана, работающего на воде из городской водопроводной сети, — это увеличение расхода воды. Однако это увеличивает потребление питьевой воды и увеличивает размер и стоимость труб, клапанов, цилиндров и других частей системы. Более того, если спрос на питьевую воду со стороны других пользователей выше среднего, уровень воды в водонапорной башне упадет, а вместе с ним упадут давление воды и выходная мощность машины.

Гидравлический аккумулятор

В 1851 году Армстронг придумал альтернативное решение, которое решило эти проблемы: гидравлический аккумулятор. Хотя он был гораздо компактнее водонапорной башни, он мог создавать постоянное давление воды в 48 бар или выше — как минимум в 10 раз большее, чем давление воды в городской магистрали. Это позволяло производить на порядок больше энергии, не увеличивая расход воды или размер компонентов системы. Гидравлический аккумулятор Армстронга представлял собой хитроумное приспособление, в котором таран или поршень оказывал давление на воду в вертикальном цилиндре. Поршень нагружался балластом собственного веса, который обычно принимал форму цилиндрического балластного контейнера, окружающего центральный цилиндр (изображение ниже, слева). Контейнер заполнялся дробленым камнем, железным ломом или другим балластным материалом.

Для давления воды 48 бар балласт составлял около 100 тонн, действуя на таран диаметром около 45 см с вертикальным ходом от 6 до 7 метров. Другой тип аккумулятора использовал прямоугольную пластину для поддержки кирпичного балласта (изображение выше, справа) или стальных плит. Гидравлические аккумуляторы могли быть установлены на открытом воздухе или размещены в специально спроектированном здании.

По сравнению с водонапорной башней, гидроаккумулятор может выдавать в десять раз больше мощности и поддерживать равномерное давление во всей сети.

Работа гидравлического аккумулятора несколько похожа на работу водонапорной башни. Центральный цилиндр имеет вход и выход воды в нижней части. Вода из доков могла закачиваться через вход с помощью парового насоса, поднимая поршень, в то время как ее можно было выталкивать через выход в магистраль для распределения, опуская поршень. Энергия накапливалась за счет движения поршня вверх и восстанавливалась при его опускании. Скорость накачки парового двигателя регулировалась в зависимости от уровня воды в аккумуляторе, либо автоматически с помощью механических связей, либо с помощью человека.

Однако в отличие от водонапорной башни, аккумулятор мог поддерживать равномерное давление по всей системе независимо от объема воды в цилиндре, поскольку давление создает вес балласта, а не вес воды — другими словами, гидравлический аккумулятор создает давление за счет нагрузки, а не за счет подъема. С эффективностью зарядки/разрядки более 98% и отсутствием саморазряда гидравлический аккумулятор был чрезвычайно энергоэффективным устройством.

Водяное заводское оборудование

Внедрение гидроаккумулятора имело два важных эффекта.

Во-первых, оно значительно расширило диапазон гидравлических машин. Водяные двигатели, подключенные к городской сети, были бытовыми приборами и инструментами для мастерских. Но Армстронг и другие инженеры адаптировали воду под высоким давлением к различным промышленным применениям, требующим большой мощности, таким как ковка, пробивка, штамповка, отбортовка, резка и клепка (предшественник сварки).

В портах вода под высоким давлением приводила в действие не только краны и подъемные машины, обрабатывающие грузы в доках и на складах, но и шлюзовые ворота, поворотные мосты, судоподъемники и доки. На железнодорожных станциях гидравлическая передача энергии использовалась для обработки грузов и перемещения железнодорожных вагонов (с помощью гидравлических кабестанов), а также для управления поворотными кругами, лифтами и траверсными механизмами. Все эти применения гидравлической энергии были бы невозможны при низком и неравномерном давлении, преобладающем в городских магистралях. Чтобы дать представление о важности гидравлической энергии, достаточно еще раз взглянуть на эволюцию подъемных устройств. В 1586 году обелиск весом 344 тонны был перемещен между площадями Рима. Доменик Фонтана, главный строитель Ватикана, поднял обелиск с помощью 40 кабестанов, приводимых в действие 400 мужчинами и 75 лошадьми. В 1878 году Джон Диксон поднял еще один обелиск — Иглу Клеопатры весом 209 тонн — с помощью четырех гидравлических домкратов, которыми управляли четыре человека.

 

Power Water Networks

Во-вторых, гидроаккумулятор позволил эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния. Для трубопровода диаметром 30 см падение давления в системе распределения воды составляет около 0.7031 кгс/см² на 1.61 км, что не зависит от давления воды. Таким образом, если вы передаете воду с давлением 4.8 бар на расстояние 12 км, вся энергия теряется. Но если вы передаете воду на то же расстояние с давлением 48 бар остается давление воды  43.4 бар, что приводит к эффективности передачи 90%. Высокая эффективность передачи воды высокого давления привела к строительству по меньшей мере дюжины общественных сетей электроснабжения с накопителями, половина из которых находится в Великобритании, в которых центрально расположенные паровые двигатели закачивали воду в гидроаккумуляторы, которые распределяли воду высокого давления по большой географической территории. Один или несколько аккумуляторов будут установлены на каждой гидроэлектростанции, а другие могут быть размещены в стратегических точках вдоль основной линии подачи в качестве подстанций.

Идея настоящей гидравлической сети энергопитания — аналогичной появившейся несколько позже электрической сети — была изложена еще в патенте 1812 года Джозефа Брамы, изобретателя гидравлического пресса.

С 1870-х по 1890-е годы гидравлические сети электроснабжения были созданы в ведущих промышленных городах Британии: Кингстон-апон-Халл, Лондон, Ливерпуль, Бирмингем, Гримсби, Манчестер и Глазго. Доковые и железнодорожные компании стали пионерами этой технологии и оставались ее важнейшими пользователями на протяжении десятилетий.

Однако вода также управляла производственными процессами на фабриках, управляла лифтами в общественных, частных и коммерческих зданиях, активировала бытовые приборы и инструменты в мастерских. Любой, кому посчастливилось иметь магистраль, проходящую по улице, мог подключиться к общественной сети. Расход воды измерялся, как это происходит сегодня с питьевой водой и электричеством. Идея настоящей гидравлической сети электропитания — аналогичной электросети, которая появилась немного позже — была уже изложена в патенте 1812 года Джозефом Брамахом, изобретателем гидравлического пресса. Но Брама, который также задумал гидравлический аккумулятор и гидравлический кран, опередил свое время. Прошло еще шестьдесят лет, прежде чем его идеи были реализованы на практике Армстронгом и его современниками.

 

London Hydraulic Power Company

 Самая обширная гидравлическая сеть была построена в Лондоне, ее эксплуатировала «London Hydraulic Company». На пике развития компании в 1917 году пять взаимосвязанных центральных электростанций перекачивали воду под высоким давлением примерно в дюжину гидравлических аккумуляторов и почти 300 км распределительных магистралей, питая более 8000 машин и обслуживая большую часть города. В лондонских театрах и других культурных зданиях силовая вода приводила в движение полы, пульты органов, противопожарные занавесы и сцены. Вода под давлением приводила в действие водяные насосы и поднимала разводные пролеты Тауэрского моста.

Пожарные гидранты также успешно обслуживались системой высокого давления, и несколько сотен из них были подключены к магистралям London Hydraulic Power Company. Эти системы пожаротушения увеличивали давление в бытовых водопроводах, впрыскивая в них небольшое количество воды под высоким давлением с помощью струйного насоса. Сама по себе вода под высоким давлением из гидравлических магистралей не могла подаваться в достаточном количестве, чтобы оказать воздействие на большой пожар, в то время как бытовые водопроводы имели достаточное количество, но недостаточное давление, чтобы достичь верхних этажей зданий.

В Лондоне пять взаимосвязанных центральных электростанций перекачивали воду под высоким давлением в дюжину гидроаккумуляторов и почти 300 км распределительных сетей, питая более 8000 машин и обслуживая большую часть города.

Другим замечательным применением воды под высоким давлением в Лондоне был Silent Dustman, система вакуумной очистки с водяным приводом, которая появилась на рынке в 1910 году. Несколько крупных отелей были полностью «подключены» к этой системе: вода из городской водопроводной сети использовалась в струйном насосе для создания вакуума в трубе, к которой должна была быть прикреплена система. Вдоль этих труб располагалось несколько сопел, к которым можно было прикрепить гибкие шланги. Таким образом, грязь из подметальных машин втягивалась в гидравлическую трубу и уносилась в канализацию. Система, которая работала бесшумно и эффективно, оставалась в эксплуатации до 1937 года.

Однако в Лондоне гидравлическая энергия, похоже, не оказала большого влияния на бытовую сферу. В «Гидравлическом веке» (1980) Б. Пью отмечает, что это было «возможно, из-за того, что в то время домашняя рабочая сила была дешевой и в изобилии. Если бы современные условия работали, то, возможно, история была бы иной, поскольку потенциальные возможности гидравлической энергии были не меньше, чем у электричества сегодня».

 Большинство общественных сетей водоснабжения поставляли воду под давлением от 48 до 55 бар, за исключением Манчестера и Глазго, где вода под давлением доходила до  77.2 бар. В этих городах существовал большой спрос на электроэнергию для гидравлических прессов, используемых для пакетирования, применения, которое требовало более высокого давления.

Энергетические сети за пределами Британии

Британские энергосистемы вдохновили на создание подобных сетей в других местах: Антверпен в Бельгии, Буэнос-Айрес в Аргентине, Мельбурн и Сидней в Австралии. В то время как австралийские системы напоминали британские (с 80 км магистралей, Мельбурнская была второй по величине из когда-либо построенных), аргентинская система использовалась для перекачки сточных вод, а сеть в Антверпене была нацелена на комбинированное производство механической энергии и электроэнергии. Последнее было попыткой преодолеть очень высокие потери при передаче электроэнергии в то время. В башнях размещались гидравлические аккумуляторы.

В книге «Гидравлический век» Б. Пью пишет, что:

 «При передаче электроэнергии ранние электростанции сталкивались с теми же трудностями, что и гидравлические электростанции, их напряжение было аналогично рабочему давлению, а падение напряжения из-за сопротивления сети аналогично падению давления из-за трения труб. Ранние электростанции общего пользования были станциями постоянного или непрерывного тока, напряжение генерации которых было, по сути, лишь немного выше (из-за падения напряжения в кабелях), чем в помещениях потребителя, которое по соображениям безопасности должно было быть менее 250 вольт. Из-за ограничения напряжения область снабжения, а также количество энергии, которое могло быть передано, были ограничены».

Сеть в Антверпене была нацелена на комбинированное производство механической энергии и электроэнергии.

С 1865 года Антверпен использовал гидравлическую сеть высокого давления для питания кранов, мостов и шлюзов в гавани. К этому была добавлена ​​вторая сеть в 1893 году, которая распределяла воду высокого давления по электрическим подстанциям, разбросанным по всему городу (по плану их было двенадцать, но построено было только три). Там водяные турбины вырабатывали электроэнергию, которая распределялась в радиусе 500 м по подземным электропроводам — это было примерно то расстояние, на котором низкое напряжение могло эффективно распределяться.

Система Антверпена, которая использовалась для управления уличным освещением, таким образом, делала в больших масштабах то, что водяные двигатели, подключенные к динамо-машинам, делали в малых масштабах с водой из городской магистрали. Около 66% гидравлической энергии преобразовывалось в электричество. На пике своего развития сеть достигала длины 23 км при выходной мощности 1200 л. с. В Лондоне также было несколько мест, где потребители запускали небольшие электрогенераторы от гидравлического источника.

 

Power Water против электричества

Прорыв в области высоковольтной электропередачи на рубеже веков немедленно сделал такие системы, как в Антверпене, устаревшими. Часть сети, генерирующая электроэнергию, исчезла в 1900 году. Производство воды под давлением для производства электроэнергии подразумевает четырехкратное преобразование энергии, что является неоправданной расточительностью, если вы можете просто производить электричество и эффективно его транспортировать. Расширение эффективной электропередачи также остановило строительство других крупных сетей водоснабжения до конца столетия.

«Если бы эти системы были запущены несколькими годами раньше, они могли бы стать гораздо более популярными. Несколько лет спустя они, вероятно, вообще никогда бы не были построены», — пишет Ян Макнил в книге «Гидравлическая энергия» (1972).

Однако почти все общественные системы водоснабжения, которые были построены между 1870-ми и 1890-ми годами, оставались в эксплуатации до 1960-х и 1970-х годов, в конечном итоге используя электродвигатели вместо паровых двигателей для перекачки. Последняя сохранившаяся сеть водоснабжения, которой управляла London Hydraulic Company, проработала до 1977 года. Большинство общественных сетей водоснабжения продолжали расти в течение первых десятилетий двадцатого века, достигнув своего расцвета в конце 1920-х годов.

Фатальный спад наступил только тогда, когда заводы начали покидать города в 1960-х и 1970-х годах.

Это поднимает два вопроса.

Во-первых, почему силовая вода не стала универсальным методом распределения энергии, который представляли себе Джозеф Брама и Уильям Армстронг?

И, во-вторых, если силовая вода является наиболее эффективным и практичным способом передачи и распределения энергии, то почему почти все сети силовой воды оставались в эксплуатации меньше столетия?

Преимущества электроэнергии и недостатки «силовой воды»

Как технология передачи энергии, силовая вода имеет три важных недостатка по сравнению с электричеством. Прежде всего, электричество можно эффективно транспортировать на гораздо большие расстояния. Гидравлическая передача электроэнергии была (и остается) по крайней мере такой же эффективной, как и передача электроэнергии на расстояния до 15–25 км. Однако за пределами этих расстояний электрическая передача является явным победителем.

Вторым недостатком гидравлической передачи является то, что сложная распределительная сеть вносит дополнительные потери энергии. Каждый изгиб или изгиб в магистрали увеличивает потери на трение. Чем сложнее сеть, тем менее эффективной она становится. У электрической передачи этой проблемы нет, по крайней мере, не в значительной степени. Потери на трение в водопроводных магистралях ограничивают количество машин, которые можно подключить к сети подачи воды, в то время как электричество можно разделить практически бесконечно.

Третьим ограничением подачи воды является ограниченная пропускная способность гидравлической линии передачи. Вода под давлением может перемещаться только по тонким трубам со скоростью пешехода, чтобы избежать чрезмерных потерь на трение. На более высоких скоростях потери на трение увеличиваются, поскольку квадрат скорости и эффективности быстро падает, даже на относительно коротких расстояниях. Это ограничивает скорость потока и, следовательно, мощность, которую может выдавать гидравлическая линия передачи. Используя трубу диаметром 10–12 см — обычный размер для большинства систем высокого давления в то время — гидравлическая линия передачи могла производить максимальную непрерывную мощность от 115 до 205 лошадиных сил (от 85 до 150 кВт). Высоковольтные линии электропередачи аналогичного размера могут переносить количество энергии, которое на порядки больше этого.

Преимущества силовой воды

Однако ни один из этих недостатков не имел значения для сетей силовой воды, которые мы обсудили. Все они были децентрализованными системами, с машинами, расположенными не более чем в 15-25 км от источника питания. Во-вторых, поскольку гидравлическое оборудование в портах, железнодорожных сортировочных станциях, фабриках и зданиях характеризовалось медленным движением и нечастым использованием, медленная скорость передачи силовой воды не представляла собой препятствия. За исключением недолговечной системы выработки электроэнергии в Антверпене, ни одна из сетей силовой воды типа Армстронга не снабжала энергией большое количество непрерывно работающих машин. (Но обратите внимание на сети силовой воды среднего давления в Швейцарии. Наконец, поскольку сеть силовой воды управляла относительно небольшим количеством (но очень мощными) машин, потери на трение через изгибы и кривые в сети были ограничены.

Ограничения гидравлической передачи были очень хорошо поняты в конце девятнадцатого века. Однако инженеры также осознали уникальные преимущества этой технологии, которые сохраняются и сегодня. Например, Роберт Занер, сторонник еще одной альтернативы электричеству, сжатого воздуха, писал в «Передаче мощности сжатым воздухом» (1890), что:

 «Практическая несжимаемость воды делает гидравлический метод непригодным для регулярной передачи постоянного количества мощности. Его можно использовать с пользой только там, где движущая сила должна накапливаться и применяться с интервалами, например, при подъеме тяжестей, работе штампов, компрессионной ковке и других работах прерывистого характера, требующих большой силы на небольшом расстоянии».

Гидравлическая передача «прекрасно приспособлена для использования с тяжелыми машинами и оборудованием в операциях, требующих заметной концентрации мощности, возвратно-поступательного прямолинейного движения и прерывистого действия», — писал Луис Хантер в «Передаче мощности» (1991).

Главное преимущество гидроаккумулятора заключается в том, что он позволяет приводить в действие машины, которым требуется гораздо больше мощности, чем может обеспечить источник энергии — «умножения силы» Паскаля.

Когда требуется высокая сила или крутящий момент, гидравлические системы питания являются гораздо более компактным и энергоэффективным решением, чем механические или электрические приводы. Как электродвигатели, так и двигатели внутреннего сгорания часто нуждаются в механической передаче мощности (шестеренках, цепях, ремнях) для преобразования высокой скорости вращения в более медленную скорость с более высоким крутящим моментом. Аналогично, гидравлические системы питания легко производят линейное движение с помощью гидравлических цилиндров, в то время как для электрической энергии требуются дорогостоящие линейные двигатели или механические силовые трансмиссии, такие как реечные передачи. Гидравлическая и электрическая энергия являются взаимодополняющими в этом смысле: одним из ограничений передачи мощности водой была относительная сложность преобразования линейного движения во вращательное.

Колеса Пелтона были самым очевидным выбором, но их высокая скорость вращения предполагала использование зубчатой ​​передачи для работы тихоходных машин. Было доступно несколько гидравлических двигателей плунжерного типа для подачи вращательной мощности с переменной или медленной скоростью работы, но эти двигатели имели мало преимуществ по сравнению с электрическими или механическими приводами.

Третьим важным преимуществом гидравлики является то, что мощность всегда легко доступна в трубах и в аккумуляторе, но… когда нет спроса, нет и потерь.

Когда ни одна из машин в сети подачи воды не работала, гидравлические аккумуляторы поддерживали давление в линиях без использования энергии. Это преимущество особенно актуально, когда машины используются с перерывами.

Гидравлика сегодня

Гидравлическая энергия все еще используется сегодня, особенно в тяжелом промышленном оборудовании, которое требует медленного, но мощного линейного движения, и в мобильной строительной технике, такой как экскаваторы. Однако гидравлический аккумулятор с увеличенным весом и сети подачи воды исчезли. Жидкость под давлением больше не вода, а масло, смешанное с присадками. (Растительное масло использовалось в качестве гидравлической среды в 19 веке). В отличие от воды, масло не замерзает и не вызывает коррозии. Однако это делает гидравлическую энергию более дорогой и, очевидно, не позволяет отработанной жидкости попадать в канализационную сеть, доки или море. Частично в результате использования масла развился автономный гидравлический блок питания, состоящий из насоса, гидравлического аккумулятора и систем обратного потока, готовых к подключению к электродвигателю или дизельному двигателю. Гидроаккумуляторы в этих системах намного меньше, они используют газ для сжатия жидкости и не поддерживают постоянное давление.

Хотя практические преимущества гидравлики сохраняются — большой объем энергии может передаваться и контролироваться с высокой точностью с использованием очень компактных компонентов — современный подход стирает важное преимущество эффективности, характерное для более централизованных сетей электропитания и водоснабжения.

девятнадцатого и двадцатого веков. В общегородской сети водопитания сравнительно небольшой центральный источник питания — несколько гидроаккумуляторов — мог бы управлять большим количеством очень мощных машин. Насосные двигатели не должны были быть рассчитаны на пиковые нагрузки.

Большим преимуществом сетей водопитания было то, что для работы большого количества мощных машин на большой площади требовалась сравнительно небольшая мощность.

 

Б. Пью сетует на эту эволюцию в «Гидравлическом веке» (1980):

«Сто лет назад только несколько очень больших машин — поворотные мосты и иногда гидравлический пресс — имели собственное насосное оборудование. Совсем недавно эта тенденция распространилась на гидравлические машины всех типов и размеров и является общепринятой практикой сегодня. С гидравлическими силовыми агрегатами каждая единица оборудования будет приводиться в действие своим собственным двигателем и будет иметь свои собственные приборы, фильтры и т. д., которые потребуют периодического осмотра и обслуживания. Двигатель будет работать непрерывно, пока агрегат используется, независимо от нагрузки на насос, который он приводит в действие. В случае нескольких таких агрегатов не все будут работать на полную мощность все время. Заметной экономии можно добиться, имея центральную насосную станцию ​​для снабжения нескольких агрегатов, и из-за диверсификации нагрузки максимальная нагрузка в любой момент времени будет меньше суммы индивидуальных максимальных нагрузок. Преимущество большой станции перед несколькими меньшими заключается в способности удовлетворять разнообразный спрос. Несколько небольших независимых электростанций должны иметь достаточную мощность, чтобы удовлетворить пиковый спрос своей собственной области поставок, и пики не будут происходить в одно и то же время. Крупной станции, охватывающей общую площадь нескольких небольших станций, нужно будет только удовлетворить максимальный одновременный спрос, и это обычно будет меньше, чем общая сумма местных пиков.

Альтернативы электричеству

Точно так же, как и механические технологии передачи энергии — такие как системы рывковых линий и бесконечные канатные приводы — сети электропитания исчезли в значительной степени, поскольку электрическая передача имеет превосходную эффективность на больших расстояниях. Однако в более децентрализованной энергетической системе, основанной на возобновляемой энергии, все эти забытые альтернативы электричеству заслуживают пересмотра для конкретных целей. Гидравлические аккумуляторы с приподнятым весом могут работать от солнечной, ветровой энергии, или даже от педалей.

 

 P.S. — В контексте прошлых статей про туманный душ и альтернативную систему электропитания теперь думаю более понятно что имел ввиду автор Крис Де Декер? Потенциально избавившись от повышенного потребления воды домохозяйствами возникнет существенная проблема окупаемости всего гидравлического хозяйства, так как оно рассчитано на вполне определенное потребление воды! Но если та же вода в системе будет использоваться для производства электроэнергии потребляемой тут же в квартире, то система с постоянным током даст набольший КПД с меньшим количеством преобразований энергии.

Причем такой подход возможно решит и другую потенциальную проблему — большее загрязнение труб системы канализации из-за большего количества грязи и меньшего количества воды от радикального сокращения потребления воды от туманного душа. Но это в теории, и больше касается старых систем канализации. Особенно тех которые были изначально рассчитаны на сброс воды от гидравлической системы электропитания. Еще подобные системы были рассчитаны на сброс отходов лошадей в городе 100 лет назад, но когда их не стало проблема решилась сама собой. Но слишком радикальное снижение водосброса все равно опасно, как и предупреждал один комментатор @DenSigma.