АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Аэродинамическая электростанция относится к ветроэнергетике и предназначена для извлечения электрической энергии из воздушных течений.
Известна аэродинамическая установка [Патент на изобретение RU 2293210, F03D 3/04, 2005], содержащая устройство, формирующее вертикальный рабочий поток, вытяжную башню и ветровое колесо, причем в нее вводится вентилятор, расположенный на оси вытяжной башни и создающий над верхним ее концом воздушный поток в полости, перпендикулярной оси башни, при этом башня выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров с рабочей зоной между внешним и внутренним цилиндрами, а лопасти ветрового колеса расположены вне башни в зоне рабочего потока, выходящего из нее.
Недостатком аналога является сложный технологический процесс по формированию вертикального рабочего поток с использованием вентилятора, требующего дополнительных затрат электроэнергии.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является парусный ветряк [Розин М.Н. Парусный ветряк, 2009, http://rosinmn.ru/vetro/doclad.htm], содержащий генератор, на ось которого навит трос, второй конец которого прикреплен к парусу. Электроэнергия вырабатывается в период раскрутки троса при наполнении паруса ветром. После этого этапа следует холостой этап накрутки троса, когда генератор работает в режиме электродвигателя.
Недостатками прототипа является: сложная схема преобразования механическая энергии (раскрутка троса) в электрическую и нарушение непрерывности этого процесса.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в упрощении схемы преобразования ветровой энергии в электрическую путем использования эффекта обтекания цилиндра с вертикальной осью потоком (в нашем случае атмосферным течением). На контуре цилиндра давление потока распределено неравномерно: при фронтальном натекании потока (точка а, фиг.2) давление положительное и имеет максимальное значение; с тыловой стороны (точка с) давление положительное и имеет минимальное значение; с боков цилиндра (точки b, d) давление отрицательное, а величина его в три раза больше положительного давления в точке а (Н.Я.Фабрикант Курс аэродинамики. Редакция технико-теоретической литературы. М., Л., 1938). Этот эффект обтекания круглого цилиндра с вертикальной осью используется при выборе места размещения выходных отверстий 3 на боковой поверхности гибкой цилиндрической оболочки 1. Выходные отверстия 3 размещены в зоне отрицательного давления (точки b, d). Эти конструктивные решения позволили повысить надежность процесса преобразования ветровой энергии в электрическую, сделать его непрерывным и увеличить скорость потока в гибком трубопроводе 5 за счет добавления в него метана, что в итоге привело к увеличению выходную мощность генератора.
Для достижения указанного технического результата аэродинамическая электростанция содержит летательный аппарат, генератор, привод вращения генератора, трос и груз, она снабжена гибким трубопроводом, метантенком и дозатором, летательный аппарат выполнен в виде гибкой цилиндрической оболочки, заполненной газом с плотностью меньше плотности воздуха, на основаниях оболочки крепятся стабилизаторы, а на боковой поверхности оболочки выполнены выходные отверстия, которые внутри оболочки соединены тройником с верхним концом гибкого трубопровода, нижний конец которого размещен на земле и присоединен к рабочей камере генератора, гибкий трубопровод крепится к тросу, который присоединен к грузу на земле, привод вращения генератора выполнен в виде ветрового колеса, метантенк через дозатор соединен с гибким трубопроводом.
Кроме того, заявляемое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- гибкий трубопровод выполнен из легкого и прочного синтетического материала;
- в оболочке летательного аппарата может использоваться газ: водород, гелий или метан;
- стабилизаторы-пластины выполнены из твердого синтетического материала, имеют форму полукруга и установлены так, что их плоскость параллельна выходным отверстиям на оболочке;
- метантенк выполнен в виде емкости со сборником метана и заполнен осадком с метанообразующими бактериями, полученным в процессе биологической очистки сточных вод.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются то, что оно снабжено гибким трубопроводом, метантенком и дозатором, летательный аппарат выполнен в виде гибкой цилиндрической оболочки, заполненной газом с плотностью меньше плотности воздуха, на основаниях оболочки крепятся стабилизаторы, а на боковой поверхности оболочки выполнены выходные отверстия, которые внутри оболочки соединены тройником с верхним концом гибкого трубопровода, нижний конец которого размещен на земле и присоединен к рабочей камере генератора, гибкий трубопровод крепится к тросу, который присоединен к грузу на земле, привод вращения генератора выполнен в виде ветрового колеса, метантенк через дозатор соединен с гибким трубопроводом.
Благодаря наличию этих признаков применение этого устройства позволит упростить схему преобразования энергии ветра в электрическую энергию, повысить его эффективность и надежность за счет добавления в гибкий трубопровод легкого метана.
Предлагаемое устройство - аэродинамическая электростанция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2, и 3.
На фиг.1 показан боковой вид аэродинамической электростанции, на фиг.2 - поперечный разрез А-А по оболочке, на фиг.3 - вид сверху В-В на оболочку.
Аэродинамическая электростанция состоит из летательного аппарата (фиг.1), выполненного в виде гибкой цилиндрической оболочки 1 заполненной газом с плотностью меньше плотности воздуха (водород, гелий или метан) с вертикальной осью со стабилизаторами в виде пластин 2, которые торцами крепятся с верхнему и нижнему основаниям оболочки 1 на длине его диаметра. Форма пластин 2 - полукруг. На боковой поверхности оболочки 1 параллельно плоскости пластины 2 выполнены выходные отверстия 3, которые тройником 4 соединены с верхним концом гибкого трубопровода 5, а нижний конец которого крепится к рабочей камере 8 генератора 9, которая размещена на земле. Гибкий трубопровод 5 крепится к тросу 6, который присоединен к грузу 7 на земле. Привод вращения генератора 9 выполнен в виде ветрового колеса 10. Метантенк 13 через дозатор 14 соединен с гибким трубопроводом 5. Стрелкой 11 показано направление ветра в атмосфере, а стрелкой 12 направление входа воздуха в рабочую камеру 8. Метантенк 13 выполнен в виде емкости заполненной осадком с метанообразующими бактериями, полученным в процессе биологической очистки сточных вод. Точка а (фиг.2) указывает на зону с максимальным положительным давлением потока, точка - с минимальным положительным давлением потока, а точках b и d - с отрицательным (вакуум) давлением, величина которого в три раза больше максимального положительного давления потока.
Работа аэродинамической электростанции осуществляется следующим образом.
3
3
Рассмотрим работу электростанции при направлении 11 ветра справа. При этом направлении 11 стабилизаторы-пластины 2 гибкой оболочки 1 автоматически устанавливаются торцами навстречу потоку. Оболочка 1 натягивает трос 6 и удерживается на месте за счет большого груза 7 на земле. В зонах точек b и d давление потока отрицательное (вакуум). В эти зоны подсасывается воздух из выходных отверстий 3 тройника 4, который сообщается с гибким трубопроводом 5. В гибкий трубопровод 5 подсасывается воздух в направлении 12 и вращает ветровое колесо 10, а генератор 9, установленный в рабочей камере 8, вырабатывает электроэнергию. В периоды, когда интенсивность ветра недостаточна для эффективной работы ветрового колеса 10, в трубопровод от метантенка 13 через дозатор 14 в гибкий трубопровод 5 впускают метан. Плотность метана (ρ=0,55 кГ/м) меньше плотности воздуха (ρ=1,26 кГ/м), поэтому смесь этих газов будет двигаться по гибкому трубопроводу 5 с большей скоростью. Увеличение скорости воздуха в гибком трубопроводе 5 позволит увеличить выработку электроэнергии генератором 9. Отметим, что метан может двигаться по трубопроводу 5 только вверх к выходным отверстиям 3,так как он легче воздуха.
Внедрение аэродинамической электростанции позволит упростить схему преобразования энергии ветра в электрическую энергию, использовать биотехнологию в составе ветроэнергетики, значительно сократить затраты на строительство и повысить эффективность и надежность работы электростанции за счет использования метана, полученного из отходов.