Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии



Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии
Ветроэнергетическая установка и способ производства электроэнергии

 


Владельцы патента RU 2546897:

АВРАМЕНКО Андрей Федорович (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам и способам производства электроэнергии. Основным элементом ветроэнергетической установки является аэродинамическая поверхность в форме крыла, в теле которого выполнен канал, соединяющий противоположные поверхности крыла. Засасываемый в этот канал воздух приводит во вращение турбину и связанный с ней электрогенератор. Установка может быть стационарной или мобильной. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, а именно к использованию перемещения воздушных масс (ветра) для выработки энергии, в частности электрической.

Уровень техники

Из истории ветроэнергетики известно, что первый в мире ветрогенератор был построен изобретателем из США Чарльзом Френсисом Бушем в 1888 году. Это было сооружение высотой 18 метров, генератор мог обеспечить 12 кВт электрической мощности.

В условиях отсутствия или недостаточности электрических сетей ветроэнергетика развивалась высокими темпами. К 30-м годам 20-го века ветроэнергетические установки приобрели современные очертания - расположение на высокой башне, компоновка турбины и генератора в едином корпусе с тормозами и трансмиссией, а также системой слежения за направлением ветра. Также непременным атрибутом стало использование аккумуляторов, расположенных внизу. Обычно лопасти ветрогенератора имеют размах от 20 до 40 метров и вращаются со скоростью 10-20 оборотов в минуту.

Основной проблемой является обширная зона турбулентных завихрений, распространяющаяся за генератором. Это не позволяет располагать их близко друг к другу.

Другой проблемой является то, что такие сооружения являются источником радиопомех, а также причиной гибели птиц и насекомых.

В связи с этим последнее время одним из направлений поиска новых решений в ветроэнергетике, которая имеет уже ощутимую долю в общем количестве вырабатываемой электроэнергии, стало создание так называемых безлопастных ветрогенераторов.

Одним из примеров таких решений является система Power Windows, разработанная в университете Уоллонгонга, хотя к безлопастным ветрогенераторам ее можно отнести с определенной оговоркой, поскольку речь в ней идет не о полном отказе от лопастей, а о замене большой лопасти на множество небольших, что позволяет резко сократить нагрузки на несущие конструкции и устанавливать их непосредственно на крышах и стенах зданий.

Еще одним преимуществом является модульное исполнение и возможность добавления и подключения необходимого числа модулей в случае увеличения потребности в электроэнергии.

Примером явно безлопастных ветрогенераторов является разработка компании Sheer Wind, которая практически не имеет ничего общего с традиционными. Эта установка представляет собой изогнутую трубу сужающегося сечения, которая захватывает воздушный поток и направляет его на лопасть электрогенератора. Конструкция является достаточно громоздкой и трудно ориентируемой "по ветру".

Еще одним примером безлопастного ветрогенератора является разработка американской компании Solar Aero Research (называемая "Fuller Wind Turbine" по имени президента компании Фуллера).

В основе этого устройства лежит несколько дополненная турбина Теслы, изобретенная в 1913 году, которая была создана для выработки энергии из пара или сжатого воздуха, а Фуллер приспособил давнюю идею к "укрощению" энергии ветра.

Турбина Теслы - это набор из множества тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами, поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счет эффекта пограничного слоя сами диски. В центре же поток выходит через осевое отверстие.

В турбине Фуллера диски разделены прокладками в форме крыла, что улучшает прохождение воздушного потока, а кроме того, создает дополнительный крутящий момент на валу. Сама же турбина установлена в коробе, захватывающем воздух.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание ветроэнергетической установки, которая обладала бы следующими преимуществами перед известными.

Во-первых, исключала бы такие их недостатки как громоздкость конструкции и отрицательное влияние на окружающую вреду, включая не только отмеченную выше опасность для птиц и насекомых, но и сильный шум при работе.

Во-вторых, имела бы возможность выполнения ее мобильной, при этом не только с целью перемещения на другое место работы, но и с целью создания или усиления ветровой нагрузки за счет встречного или углового по отношению к направлению ветра движения установки.

Другие преимущества изобретения будут понятны специалистам из последующего раскрытия изобретения.

Изобретение основано на новом принципе - построения ветроэнергетической установки на базе аэродинамической поверхности в виде крыла. Под "крылом" здесь понимается аэродинамическая поверхность, обычно предназначенная для создания подъемной силы у летательных аппаратов за счет разницы площадей одной части поверхности относительно другой (верхней и нижней относительно земли) и как следствие за счет разницы в скоростях и давлениях потоков воздуха, обтекающих указанные части крыла. Согласно изобретению предлагается соединить указанные части поверхности крыла воздушным каналом. За счет разности давлений часть воздушного потока, огибающего часть поверхности крыла меньшей площади, будет засасываться в этот канал и использоваться для вращения турбины, приводящей электрический генератор. Подъемная сила, действующая на крыло, позволяет удерживать его в воздухе без необходимости сооружения специальных конструкций. Однакоэто не исключает возможность и закрепления крыла на специальном сооружении, например башне, опоре.

В качестве одного из вариантов средств "удержания" ветроэнергетической установки над землей может использоваться гибкая связь, в частности, трос, крепящийся одним концом к крылу, другим - к средству удержания, закрепленному на земле. Указанный трос может быть использован для крепления к нему кабеля для канализации электрической энергии на землю.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения крыло и установка в целом могут быть выполнены мобильными, в частности установленными на транспортном средстве, перемещающемся по земле или по воде, при этом крыло может быть или связано с таким средством гибкой связью.

В качестве одного из вариантов мобильного средства, "буксирующего" энергоустановку, может быть летательный аппарат.

Еще одним из вариантов осуществления изобретения является использование крыла летательного аппарата, например планера, в качестве аэродинамической поверхности, обеспечивающей не только его полет, но и выработку электроэнергии за счет выполнения в крыле летательного аппарата канала, соединяющего верхнюю и нижнюю поверхность крыла, имеющего флюидную связь с турбиной электрогенератора. Потребители электроэнергии в этом случае могут быть расположены непосредственно на летательном аппарате, включая возможность накапливания электроэнергии в традиционных аккумуляторах.

Крыло согласно изобретению может располагаться не только горизонтально или по существу горизонтально, но и вертикально или по существу вертикально. Это целесообразно в случае наличия восходящих потоков воздуха, например, в вертикальных трубопроводах. Оно может располагаться также в туннелях и крепиться при этом на его стенках или потолке.

Краткое описание графических материалов

Сущность изобретения будет более понятна специалистам из последующего описания и сопровождающих его чертежей, на которых изображены:

На Фиг.1 - вид на аэродинамическую поверхность (крыло) сбоку;

Фиг.2 - то же с изображенными турбиной и генераторами;

Фиг.3 - то же в варианте выполнения крыла с несколькими воздуховодными каналами и турбинами;

Фиг.4 - вид на крыло со стороны части его поверхности большей площади;

Фиг.5 - вид на крыло со стороны части его поверхности меньшей площади;

Фиг.6 - вариант расположения установки на опоре;

Фиг.7 - то же в варианте установки с двумя аэродинамическими поверхностями;

Фиг.8 - то же в варианте вертикального расположения нескольких аэродинамических поверхностей;

Фиг.9 - вариант выполнения установки мобильной, буксируемой автомобилем;

Фиг.10 - вариант закрепления аэродинамических поверхностей в туннеле.

Подробное описание изобретения

Согласно изобретению ветроэнергетическая установка включает в себя: аэродинамическую поверхность в форме крыла (1), в теле которого выполнен, по меньшей мере, один канал (2), соединяющий часть поверхности крыла (3) меньшей площади с частью поверхности крыла (4) большей площади, турбину (5), приводимую во вращение воздушным потоком, создаваемым в указанном канале (2), электрический генератор (6), приводимый во вращение турбиной (5), средства канализации электрической энергии от генератора к потребителям (не показаны) и средства удержания аэродинамической поверхности (крыла 1) на определенной высоте над землей, в частности, в виде опоры (7).

Принцип действия установки следующий. Крыло (1) ориентируется фронтально относительно направления движения воздушных масс ветра. Как отмечено выше, такие средства являются традиционными для ветрогенераторов и поэтому здесь не описываются. За счет разницы площадей частей (3) и (4) крыла давление воздуха на часть (3) меньшей площади больше чем давление на часть (4) большей площади, в результате чего происходит забор воздуха в канал (2), соединяющий указанные части крыла.

Образующийся в канале поток воздуха приводит во вращение расположенную на его пути турбину (5) и, соответственно, через турбину электрогенератор (6).

Крыло (1) может быть расположено не только на открытой местности, но и "в замкнутом пространстве", в частности в трубопроводах, например в вентиляционных шахтах, в которых происходит перемещение воздуха, или в тоннелях (10). Соответственно и положение крыла (1) может быть различным. На открытой местности, где ветры дуют по существу параллельно поверхности земли, крыло будет располагаться по существу горизонтально, при этом его часть (3) меньшей площади будет обращена к земле, а часть (4) большей площади - от земли.

При установке же в трубопроводе ориентация крыла будет определяться ориентацией трубопровода, если трубопровод и, соответственно, поток воздуха в нем расположены вертикально, то и крыло (его продольная ось) будет ориентировано по существу вертикально.

Разновидностью такого расположения установки является ее размещение в туннелях (фиг.10).

Вертикальное или по существу вертикальное положение крыла (фиг.8) нельзя исключать и при использовании установки на открытой местности, например на горной местности, характеризующейся восходящими потоками воздуха.

Кроме стационарного исполнения установка согласно изобретению может быть выполнена мобильной. В частности, такое исполнение может быть целесообразным при малой силе ветра, когда к его скорости добавляется скорость перемещения транспортного средства.

Естественно, что необходимо учитывать затраты энергии на перемещение самого транспортного средства, а также то обстоятельство, что и канализация выработанной электрической энергии может осуществляться лишь на само этом средство (на расположенные на нем потребители и традиционные средства накопления энергии - аккумуляторы). Такой вариант осуществления изобретения схематично показан на фиг.9, где поз.8 обозначено транспортное средство, а поз.9 - гибкий элемент (трос), соединяющий транспортное средство и крыло (1). Целесообразно трос использовать и для крепления электрического кабеля (не показан).

Транспортное средство может быть наземным, или плавающим и, наконец, представлять собой летательный аппарат, например планер или дельтаплан, буксирующий крыло (1). Крайним случаем такого исполнения является совмещение аэродинамической поверхности ветроэнергетической установки и крыла летательного аппарата, то есть выполнение непосредственно в крыле летательного аппарата канала (2) и размещение в нем турбины (5), приводящей электрический генератор. Естественно, что потребителями энергии в этом случае выступают средства обеспечения полета летательного аппарата и опять же аккумуляторы.

Описанная установка может мультиплицироваться, во-первых, за счет выполнения в крыле нескольких воздуховодных каналов (см. фиг.3), во-вторых, за счет использования нескольких аэродинамических поверхностей (см. фиг.7 и 8).

Промышленная применимость

Продувка модели предлагаемой установки (используемого в ней крыла) в аэродинамической трубе показала, что физический принцип, на котором она основана, практически реализуем и данное изобретение является промышленно применимым.

Кроме отмеченных выше преимуществ установки и реализуемого его способа производства электрической энергии можно указать следующие.

Возможность использования высокооборотной турбины исключает необходимость в традиционных редукторах в передаче вращения от турбины к генератору.

"Летающий" вариант выполнения установки позволяет размещать крыло на высотах с большими скоростями ветра, что позволяет повысить ее КПД.

Простота конструкции установки положительно скажется на технологии и стоимости ее изготовления.

1. Мобильная ветроэнергетическая установка, содержащая:
по меньшей мере, одну аэродинамическую поверхность в виде крыла, у которого одна часть поверхности имеет меньшую площадь, чем противоположная ей относительно продольной оси крыла часть, и в теле которого выполнен, по меньшей мере, один канал, обеспечивающий протекание потока воздуха от указанной части крыла меньшей площади к другой его части большей площади;
турбину, ротор которой приводится во вращение потоком воздуха в указанном канале;
электрический генератор, приводимый во вращение указанной турбиной;
средства канализации электрической энергии от генератора к потребителям;
транспортное средство, связанное с указанным крылом, в частности, гибким элементом.

2. Установка по п. 1, у которой транспортное средство наземное.

3. Установка по п. 1, у которой транспортное средство представляет собой судно.

4. Установка по п. 1, у которой транспортное средство представляет собой летательный аппарат.

5. Установка по п. 1, у которой аэродинамическая поверхность представляет собой крыло летательного аппарата, а потребители электрической энергии расположены на этом аппарате.

6. Способ производства электроэнергии, включающий в себя:
использование аэродинамической поверхности в форме крыла, у которого одна часть поверхности имеет меньшую площадь, чем противоположная ей относительно продольной оси крыла часть, и в теле которого выполнен, по меньшей мере, один канал, обеспечивающий протекание потока воздуха от указанной части крыла меньшей площади к другой его части большей площади, и которое несет на себе турбину и электрический генератор;
подъем указанного крыла над землей и его ориентацию относительно направления ветра;
приведение в действие потоком воздуха внутри канала, выполненного в теле крыла, турбины и приводимого ею электрического генератора.

7. Способ по п. 6, при котором поднятое над землей крыло буксируют с помощью транспортного средства, перемещающегося по поверхности земли или по поверхности воды, при работающих при этом турбине и электрическом генераторе.

8. Способ по п. 6, при котором крыло буксируют с помощью летательного аппарата.

9. Способ по п. 6, при котором в качестве крыла используют крыло летательного аппарата.



 

Похожие патенты:

Представлена препятствующая перекручиванию трансмиссионная и направляющая система, содержащая по меньшей мере один первый и второй трос, проходящие взаимно параллельно вдоль оси (X-X) и натянутые между соответствующей сматывающей и разматывающей системой и по меньшей мере одним выходным направляющим и трансмиссионным узлом таких тросов, при этом по меньшей мере один препятствующий перекручиванию направляющий и трансмиссионный узел тросов установлен между сматывающей и разматывающей системой и выходным направляющим и трансмиссионным узлом.

Система (20) генерирования электроэнергии содержит воздушный электрогенератор (30), узел (40) страховочного фала, сконфигурированный с возможностью передачи электроэнергии от воздушного электрогенератора на землю.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Флажковый ветрогенератор содержит ветроприемник, выполненный в виде струн, расположенных в ветровом потоке между стойками, преобразователь колебаний струн в полезную энергию.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в качестве автономного источника электроснабжения. Циклоидный ветродвигатель содержит опорную мачту, полые овальные трубы с установленными на их концах поворотными вертикальными лопастями, планетарный редуктор с заторможенной центральной конической шестерней, генератор, реверсивный электропривод, флюгер с контактной группой переключателей для самоориентации лопастей на ветер, противобуревый эксцентриковый флажок с подвижной конусной втулкой и размыкатели кинематических связей лопастей.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к осевым ветроэнергетическим установкам. Ветроэнергетическая установка с пониженным уровнем шума содержит неподвижно закрепленные на оси передний и задний обтекатели, расположенный между ними ротор в виде втулки с лопатками основной ветротурбины и кольцевой диффузорный ускоритель.

Изобретение относится к оптимизированной структуре для привода и ускоренного (принудительного) взлета аэродинамических поверхностей для тропосферного эолового генератора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в другие виды энергии. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования энергии, содержащейся в горизонтальных потоках естественных текучих сред, в полезную механическую или электрическую энергию.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в электромашиностроении. Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонованы электрогенератор и ротор.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую и электрическую энергию.

Изобретение относится к энергетическим установкам, а более конкретно к вихревым энергетическим установкам газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов.

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к конструкциям ветроприемных устройств с осью вращения ротора, перпендикулярной к направлению ветра. Установка содержит ветроприемное устройство, выполненное в виде ветроколеса, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и имеет лопасти, расположенные на ободе ветроколеса и установленные на валах, находящихся на оси симметрии лопастей.

Изобретение относится к ветроэнергетическим комплексам и может быть использовано в народном хозяйстве. Ветроэнергетический комплекс содержит электрогенераторы, вращаемые одной или несколькими аэротурбинами с вертикальной осью вращения.

(57) Изобретение относится к устройству для генерации электроэнергии из энергии ветра, содержащему лопаточный блок (5), блок (6) сбора ветра и блок (8) управления. Лопаточный блок (5) содержит вертикальный вал (51), установленный с возможностью вращения на основании (4), и множество лопаток (521), неподвижно прикрепленных вокруг вала (51) и приводимых во вращение ветром.

Изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет регулировать скорость вращения ротора ветродвигателя, а также защитить его от наледи и налипания снега. Конструкция ветродвигателя отличается тем, что снабжена механизмом поворота экрана, позволяющим принудительно повернуть его вокруг своей оси и полностью или частично перекрыть ротор ветродвигателя от потока ветра и других атмосферных воздействий.

Изобретение направлено на улучшение пространственной устойчивости конструкции для получения электроэнергии больших и крупных мощностей от ветра в высотных скоростных слоях атмосферы над внутриконтинентальными регионами.

Изобретение позволяет надежно и устойчиво получать электроэнергию сверхкрупной мощности от ветра в высотных скоростных слоях атмосферы, прежде всего на материковых территориях.

Ротор // 2534326
Изобретение относится к конструкции роторов, используемых преимущественно с возобновляемыми источниками энергии (как воздушными, так и водными). Сущность изобретения состоит в том, что в роторе с чашеобразными элементами, смонтированными на валу, элементы выполнены в виде конусных улиток, вершины конусов в которых могут быть в плоскости симметрии чашки или могут быть асимметричными по отношению к плоскости симметрии чашки.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники и, в частности, к электромашиностроению. Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу, в которой скомпонован электрогенератор и ротор, включающий ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей. На ступице установлен статор, внешней поверхности которого придана цилиндрическая форма, при этом он охвачен цилиндрической полостью ротора. Пазы статора, в которых уложены катушки обмотки, размещены с внешней стороны статора и открыты к обращенной к ним поверхности цилиндрической полости ротора. Внутренняя поверхность полости ротора, обращенная к статору, снабжена кольцевым выступом с пазом, в котором смонтирован индуктор, содержащий планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из постоянных магнитов, с образованием составного магнитного кольца. При этом планки намагничены так, что между радиально намагниченными магнитами размещены тангенциально намагниченные, с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха. Подшипниковый узел электромашины содержит магнитные радиальные подшипники, размещенные в зазорах между кромками торцевых щитов электрогенератора и обращенных к ним поверхностях ротора, а также содержит магнитные упорные подшипники, размещенные в зазорах между поверхностями торцевых щитов электрогенератора и обращенных к ним поверхностях выступа ротора. Использование изобретения приводит к повышению ресурса ветроустановки и ее электрогенератора, уменьшению трения в подшипниках, увеличению окружной скорости индуктора электрогенератора, самораскрутке ротора при низких скоростях ветра. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх