Ветряная теплоэлектростанция

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам, аккумулирующим энергию. Технический результат, заключающийся в создании ветряной теплоэлектростанции для снабжения потребителя горячей водой, тепловой энергией, отопления жилых домов и производственных помещений достигается тем, что станция содержит ветроагрегат, включающий установленное на вертикальном валу ветроколесо с рабочими лопатками крыльчатки, погруженными в объем резервуара с водой, а также электрогенератор, электрически сообщенный с резервуаром, причем резервуар выполнен в виде теплового аккумулятора, защищенного от окружающей среды тепловой изоляцией, который в отсутствие ветра отдает свою энергию потребителю, а при наличии ветра непрерывно заряжается, при этом накопленная тепловая энергия частично преобразуется в электрическую энергию, а основная ее часть в виде горячей воды непосредственно идет в системы отопления и горячего водоснабжения потребителя. Также станция содержит по меньшей мере один дополнительный ветроагрегат, размещенный в корпусе, состоящем из одной верхней и нижней горизонтальных рам, равномерно размещенных по высоте ветроагрегата и соединенных между собой вертикальными опорами, которые жестко связаны поперечными тягами. Ветроколесо ветроагрегата выполнено барабанного типа. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветряной энергетике, а именно к установкам, аккумулирующим энергию ветра.

Известна тепловая ветроустановка для получения горячей воды содержащая ветроколесо, установленное на вертикальном валу, расположенный в нижней части установки бак с водой, имеющей патрубки для отвода и подвода воды. В баке размещены две крыльчатки и два генератора электроэнергии, установленные на одном валу, связанным с ветроколесом. При вращении, в результате трения крыльчаток и генератора о воду, а также в результате охлаждения корпусов электрогенераторов, вода в баке начинает нагреваться, а электроэнергия с электрогенераторов поступает к потребителю /см. SU 1071896 A, 07.02.84, F 03 D 9/00/.

Известна ветроустановка для нагрева воды, содержащая ветроколесо с горизонтальным валом, бак теплогенератора с входным и выходными трубопроводами и размещенную в баке крыльчатку, вал которой связан с ветроколесом.

/см. JP 57-23788 B2, 20.05.82, F 03 D 9/02/ Известна ветряная теплоэлектростанция, содержащая ветроагрегат, включающий установленное на вертикальном валу ветроколесо с рабочими лопатками крыльчатки, погруженными в объем резервуара с водой, а также электрогенератор, электрически сообщенный с резервуаром /SU 1216418 A, 07.03.86, F 03 D 9/00/.

Данное известное устройство принято за прототип.

К основным недостаткам известных устройств можно отнести следующее: усложнение конструкции ветроагрегатов, связанное со стабилизацией вращения генератора электрической энергии; низкий коэффициент использования энергии ветра; опасность разрушения ветроустановок при ураганном ветре; отсутствие эффективных устройств, аккумулирующих энергию ветра.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения заключается в создании ветряной теплоэлектростанции для снабжения потребителя горячей водой, тепловой энергией, для отопления жилых домов и производственных помещений в любое время суток в течение года, независимо от временного отсутствия ветра на месте установки станции, а также производстве электроэнергии.

Для достижения данного технического результата ветряная теплоэлектростанция, содержащая ветроагрегат, включающий установленное на вертикальном валу ветроколесо с рабочими лопатками, крыльчатки, погруженными в объем резервуара с водой, а также электрогенератор, электрически сообщенный с резервуаром, согласно изобретению, резервуар выполнен в виде теплового аккумулятора, защищенного от окружающей среды тепловой изоляцией, который в отсутствии ветра отдает свою энергию потребителю, а при наличии ветра непрерывно заряжается, при этом, накопленная тепловая энергия частично преобразуется в электрическую энергию, а основная ее часть в виде горячей воды непосредственно идет в системы отопления и горячего водоснабжения потребителя.

Станция содержит по меньшей мере один дополнительный ветроагрегат, размещенный в корпусе, состоящем по меньшей мере из одной верхней и нижней горизонтальных рам, равномерно размещенных по высоте ветроагрегата и соединенных между собой вертикальными опорами, которые жестко связаны поперечными тягами. Ветроколесо ветроагрегата при этом, выполнено барабанного типа.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено: фиг. 1 - блок-схема принципа работы ветряной теплоэлектростанции; фиг. 2 - общий вид ветряной теплоэлектростанции; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2.

Ветряная теплоэлектростанция содержит ветроагрегат, включающий установленное на вертикальном валу ветроколесо 1 с рабочими лопатками крыльчатки 2, погруженными в объем резервуара 3 с водой, расположенного ниже уровня земли, и электрогенератор 4, электрически сообщенный с резервуаром 3. Резервуар 3 выполнен в виде теплового аккумулятора, защищенного от окружающей среды тепловой изоляцией 5, который в отсутствии ветра отдает свою энергию потребителю, а при наличии ветра непрерывно заряжается, при этом, накопленная тепловая энергия частично преобразуется в электрическую энергию, а основная ее часть в виде горячей воды непосредственно идет в системы отопления и горячего водоснабжения потребителя. Станция содержит по меньшей мере один дополнительный ветроагрегат, размещенный в корпусе, состоящем по меньшей мере из одной верхней и нижней горизонтальных рам 6, 7, равномерно размещенных по высоте ветроагрегата и соединенных между собой вертикальными опорами 8, которые жестко связаны поперечными тягами 9, образующими горизонтальную раму жесткости. Ветроколесо 1 ветроагрегата выполнено барабанного типа.

Также ветряная теплоэлектростанция содержит настил 10, закрывающий поверхность воды в резервуаре 3, и поддерживающийся в висячем положении над водой с помощью поперечных балок 11, опирающихся на опоры 12, вкопанные в грунт земли. Через опорные подшипники 13, установленные в раме 7, проходят валы ветроагрегата с закрепленными на их концах крыльчатками 2, опущенные через слой тепловой изоляции 5 и настил 10 в емкость теплового аккумулятора. Верхние концы валов ветроагрегатов закреплены в подшипниках 14, установленных на верхней горизонтальной раме 6, конфигурация которой полностью соответствует конфигурации нижней рамы 7. Верхняя рама 6 лежит на вертикальных металлических опорах 8, установленных между вращающимися ветроагрегатами, опирающихся на нижнюю раму 7. Ветряная теплоэлектростанция работает следующим образом: Независимо от направления ветра ветроустановка воспринимает силовое воздействие ветра, в первую очередь, своими ветроагрегатами барабанного типа, расположенными с подветренной стороны. Ветроагрегаты начинают вращаться. Непосредственно за вращающимися агрегатами образуются зоны разрежения. Вследствие того, что ветроагрегаты расположены друг относительно друга на расстоянии, равном не менее 5 диаметрам их ветроколес, под влиянием атмосферного давления и напора ветра, поток воздуха к моменту попадания на лопатки ветроагрегатов, стоящих непосредственно за предыдущими ветроагрегатами по ходу движения воздушного потока, полностью восстанавливается. И, попадая на лопатки ветроагрегатов, приводит в движение эти ветроагрегаты, за которыми также образуются зоны разрежения, которые, в свою очередь, под влиянием атмосферного давления и напора ветра создают условия для восстановления воздушного потока перед попаданием его на лопатки следующих по ходу ветра ветроагрегатов и т.д., пока все ветроагрегаты ветроустановки не начнут своего вращения.

Таким образом, практически весь объем воздуха, равный площади, занимаемой ветроустановкой на местности, умноженной на высоту ее ветроагрегатов под действием силы ветра продавливается через ветроустановку, приводя во вращение ее ветроагрегаты, каждый из которых снабжен крыльчаткой 2, установленной на нижних концах вращающихся валов ветроагрегатов. Крыльчатки 2, опущенные в тепловой аккумулятор, воздействуя на воду аккумулятора, преобразуют механическую энергию своего вращения в тепловую энергию теплового аккумулятора, являющегося основным энергонакопителем.

Совместное механическое воздействие крыльчаток 2 всех установленных ветроагрегатов на воду теплового аккумулятора ветроэнергетической установки, представляет собой адиабатный процесс, при котором внешняя сила вращающихся крыльчаток 2, воздействуя на воду, совершает положительную работу, увеличивая энергию теплового аккумулятора, вследствие чего повышается температура воды.

Ветроустановка и тепловой аккумулятор представляют собой открытую термодинамическую систему, в которой под действием внешней силы /ветра/ происходит адиабатный процесс над жидкостью при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Отсутствие теплообмена с окружающей средой может быть обеспечено наличием хорошей тепловой изоляции 5 теплового аккумулятора.

При достаточно интенсивном воздействии на воду теплового аккумулятора крыльчатками 2 ветроагрегатов может быть получен процесс, близкий к адиабатному процессу при несовершенной тепловой изоляции 5 или даже при полном ее отсутствии, если время, за которое происходит увеличение тепловой энергии энергонакопителя, значительно меньше времени, необходимого для установления теплового равновесия теплового аккумулятора с окружающей средой.

Перед пуском в эксплуатацию ветряной теплоэлектростанции производится зарядка теплового аккумулятора без выдачи энергии потребителю, т.е. нагрев основного энергонакопителя до 100^oC, а также прогрев стенок и дна резервуара теплового аккумулятора и грунта, его окружающего, являющихся неосновными энергоносителями.

Таким образом, предлагаемая конструкция ветровой теплоэлектростанции будет эффективно преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения ветроколес и обеспечивать бесперебойную выработку электроэнергии и подачу горячей воды потребителю.

Формула изобретения

1. Ветряная теплоэлектростанция, содержащая ветроагрегат, включающий установленное на вертикальном валу ветроколесо с рабочими лопатками крыльчатки, погруженными в объем резервуара с водой, а также электрогенератор, электрически сообщенный с резервуаром, отличающаяся тем, что резервуар выполнен в виде теплового аккумулятора, защищенного от окружающей среды тепловой изоляцией, который в отсутствие ветра отдает свою энергию потребителю, а при наличии ветра непрерывно заряжается, при этом накопленная тепловая энергия частично преобразуется в электрическую энергию, а основная ее часть в виде горячей воды непосредственно идет в системы отопления и горячего водоснабжения потребителя.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один дополнительный ветроагрегат, размещенный в корпусе, состоящем по меньшей мере из одной верхней и нижней горизонтальных рам, равномерно размещенных по высоте ветроагрегата и соединенных между собой вертикальными опорами, которые жестко связаны поперечными тягами.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что ветроколесо ветроагрегата выполнено барабанного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3