ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА С ПОМОЩЬЮ НЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
WIND-DRIVEN POWER PLANT AND METHOD FOR ELECTRIC ENERGY GENERATION USING IT

Группа изобретений относится к области ветроэнергетики и предназначена для получения энергии за счет набегающего воздушного потока ветра.
Из уровня техники известен преобразователь энергии для преобразования энергии ветра в движение ветряного элемента, содержащий первую опору (11), вторую опору (12) и ветряной элемент (10), установленный между опорами (11, 12) так, что он способен перемещаться между первым местоположением (L1) и вторым местоположением (L2) посредством качания вокруг оси (А), проходящей между опорами (11, 12), когда ветряной элемент (10) подвергается воздействию ветра (W). Ветряной элемент (10) выполнен с возможностью многократного колебания между двумя положениями, так что первая опора (11), периодически перемещается от первого местоположения (L1) во второе положение (L2) и обратно в первое положение (L1), когда ветряной элемент (10) колеблется от первого положения во второе положение (см. EP 2343452 A2, опубл. 2011-07-13).
Недостатком аналога является метод преобразования энергии ветра, заключающийся в создании колебаний и вибраций в устройстве, которые, как известно в технике, являются негативными явлениями. При этом у данного устройства пониженный коэффициент полезного действия, поскольку фронтальное, максимально эффективное положение ветрового элемента длится короткий миг, когда лепесток проскакивает среднее положение сектора вращения вокруг оси (А).
Из уровня техники известна воздушно-парусная турбина, содержащая многочисленные паруса, раскрывающиеся по ветру и закрывающиеся против ветра, при этом данные паруса прикреплены к нижнему и верхнему бесконечно-замкнутым гибким элементам, вращающимся вокруг шкивов, на валу одного из которого установлен электрогенератор (см. AU 2008264227 (A1), опубл. 2010-07-15).
Недостатком аналога является высокое сопротивление в положении холостого (обратного) хода, вследствие того что происходит неполного складывание парусов. Так паруса в сложенном состоянии имеют значительную площадь их контакта с набегающим потоком ветра.
Наиболее близким аналогом является ветроэнергетическая установка, преобразующая энергию ветра в механическую энергию, включающая множество ветряных парусов из легких тонких металлических листов или ткани, при этом ткани соединены вместе и крепятся к легкой прочной раме прямоугольной формы, способные остановить ветер, дующий в 40 миль в час, с сеткой армирования по всей поверхности каждого указанного паруса, вертикальные мачты в виде прочной легкой трубы, которые несут указанные ветряные паруса в вертикальном положении посредством несущих разъемов, которые надежно прикреплены вертикально к верхней и нижней цепям питания, прочный контрольный трос, пару прочных цепей, соединенных с зубчатыми колесами, пару шестерен, механизм отбора мощности, подшипниковые опоры, боковую опорную конструкцию для боковой поддержки в трех направлениях, высокую конструкцию в виде деревянных или стальных опор, длинный зубчатый механизм блокировки, держатели подвески, установленные в промежуточных точках вдоль пролета (см. WO 8704496 (A1), опубл. 1987-07-30).
Недостатком прототипа является высокое сопротивление в положении холостого (обратного) хода, вследствие того что не происходит полного складывания парусов, имеющих в сложенном состоянии значительную площадь их контакта с набегающим потоком ветра, а также сложное конструктивное выполнение.
Задачей группы изобретений является разработка ветроэнергетической установки и способа производства электрической энергии посредством ветроэнергетической установки, лишенных таких недостатков.
Технический результат заключается в упрощении конструктивного выполнения заявленного устройства и способа производства электрической энергии с одновременным обеспечением минимального сопротивления паруса набегающему потоку воздуха в режиме холостого хода.
Технический результат обеспечивается тем, что ветроэнергетическая установка содержит принимающие энергию ветра элементы, закрепленные на вершинах мачт, каждое основание которых присоединено к каретке, выполненной с возможностью перемещения по бесконечно-замкнутому треку, и электрогенератор, при этом каретки соединены друг с другом посредством бесконечно-замкнутого гибкого силового контура, а принимающие энергию ветра элементы занимают вертикальное положение относительно бесконечно-замкнутого трека в режиме рабочего хода с последующим их поворотом в горизонтальное положение в режиме холостого хода, причем также могут иметь возможность фиксации между вертикальным и горизонтальным положениями.
Указанное конструктивное выполнение ветроэнергетической установки позволяет исключить громоздкость конструкции заявленного решения и одновременно значительно уменьшить сопротивление набегающему потоку ветра относительно прототипа.
Выполнение заявленного устройства с использованием вертикальных мачт, обеспечивающих положение и закрепление принимающих энергию ветра элементов, позволяет обеспечить работоспособность устройства при простоте его конструкции.
Элементы, принимающие энергию ветра (паруса), при необходимости, имеют возможность фиксации между вертикальным и горизонтальным положениями. Такое положение может иметь применение при высоких скоростях ветра для предотвращения разрушения конструкции или для ограничения выработки электроэнергии.
Выполнение в каждом из принимающих энергию ветра элементов выреза под мачту позволяет обеспечить компактность, а также минимальное сопротивление.
На каждой вершине мачт установлено поворотное устройство, связанное с валом, прикрепленным к принимающему энергию ветра элементу для возможности его соответствующего поворота.
Использование гибких бесконечно-замкнутых элементов в виде цепи, или каната, или ремня, или троса обеспечивает взаимное расположение мачт с принимающими энергию ветра элементами, закрепление мачт в их основании, трансмиссию энергии ветра и направлено на упрощение конструкции.
Также с целью получения дополнительной электроэнергии на каждом из принимающих энергию ветра элементов закреплена солнечная батарея и могут быть размещены пьезоэлементы.
Технический результат также обеспечивается тем, что способ производства электрической энергии посредством ветроэнергетической установки включает перемещение с помощью соединенных бесконечно-замкнутым гибким силовым контуром мачт элементов, принимающих энергию ветра, по бесконечно-замкнутому треку, съем энергии потока ветра и преобразование ее в электрическую энергию и неоднократный поворот элементов, принимающих энергию ветра, из вертикального положения относительно бесконечно-замкнутого трека в рабочем режиме для максимального съема энергии ветра в горизонтальное положение в режиме холостого хода для минимального сопротивления потоку ветра и наоборот, при этом элементы, принимающие энергию ветра, могут иметь возможность их фиксации между вертикальным и горизонтальным положениями.
Изобретение поясняется фигурами. На фигуре 1 изображен общий вид ветроэнергетической установки, на фигуре 2 - принимающие энергию ветра элементы выполнены с солнечными батареями.
Ветроэнергетическая установка содержит принимающие энергию ветра элементы 1, закрепленные на вершинах мачт 3, каждое основание которых присоединено к каретке, выполненной с возможностью перемещения по бесконечно-замкнутому треку 5, и электрогенератор 6, который может быть линейным и элементы которого установлены на треке 5 и в основании мачты 3. Каретки соединены друг с другом посредством бесконечно-замкнутого гибкого силового контура 4, а принимающие энергию ветра элементы занимают вертикальное положение относительно бесконечно-замкнутого трека в режиме рабочего хода с последующим их поворотом в горизонтальное положение в режиме холостого хода с помощью поворотного устройства 2, установленного на каждой мачте и связанного с валом, прикрепленным к элементу 1.
Кроме того, парус 1 может содержать солнечную батарею и пьезоэлементы, способные вырабатывать дополнительную электроэнергию.
Режим рабочего хода определяется направлением движения принимающих энергию ветра элементов по ветру, а режим холостого хода - в противоположном направлении.
Устройство функционирует следующим образом.
Движение по замкнутой траектории возникает под воздействием ветра на элементы (паруса) 1, равномерно распределенные по бесконечно-замкнутому треку 5. В рабочем режиме ветер воздействует на элементы (паруса) 1 и с помощью них приводит в движение бесконечно-замкнутый гибкий силовой контур 4, который в свою очередь передает энергию электрогенератору 6.
По завершению рабочего хода элемент (парус) 1 переходит в зону холостого хода, при этом происходит его поворот из вертикального положения, создающего максимальное сопротивление потоку ветра, в горизонтальное положение, создающее минимальное сопротивление потоку ветра.
Элемент (парус) 1, при необходимости, в рабочем положении может находиться под углом меньше 90 градусов. Такое положение может иметь применение при высоких скоростях ветра, для предотвращения разрушения конструкции или для ограничения выработки электроэнергии.
Оригинальным является принцип действия данного ветроэнергоустановки. Он заключается в непрерывном чередовании поворотов элементов (парусов) 1 из вертикального положения в горизонтальное и наоборот, при переходах из одного режима в другой. Вертикальное положение необходимо для выполнения рабочего хода, а горизонтальное - для холостого.
Оригинальным решением также является установка на каждом из принимающих энергию ветра элементов солнечной батареи и размещение пьезоэлементов. Так, помимо съема электроэнергии с бесконечно-замкнутого гибкого силового контура электрогенератором, происходит дополнительный съем электроэнергии с солнечных батарей и пьезоэлементов.