ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
WIND-DRIVEN POWER PLANT

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроэнергетических агрегатов с горизонтальной осью вращения.
Известна ветроэнергетическая установка для производства тепла и электроэнергии, содержащая ветроколесо, закрепленную на валу его силовой трансмиссии крыльчатку гидронасоса и гидравлически связанное с ней турбинное колесо, установленное на валу электрического генератора и размещенное совместно с крыльчаткой в конфузоре, расположенном в баке (А.С. СССР №1346848, кл. F03D 9/00 1986).
Недостаток данной ветроустановки заключается в том, что передача мощности ветроколеса на генератор осуществляется через систему насос-турбина, коэффициент полезного действия которой чрезвычайно низок, что исключает возможность преобразования всей энергии ветроколеса в электрическую энергию.
От этого недостатка свободна ветроэнергетическая установка, принятая за прототип, которая содержит ветроколесо с горизонтальным валом, соединенным с электрогенератором и крыльчаткой теплогенератора, размещенной в одном из отсеков бака, в другом отсеке которого, сообщающемся с первым, установлен шаровой питательный клапан (А.С. СССР №1236151, кл. F03D 9/00, 1983).
Недостаток этой ветроустановки заключается в том, что при оптимальном по коэффициенту использования энергии ветра согласовании механических характеристик ветроколеса и крыльчатки теплогенератора дополнительная нагрузка на ветроколесо со стороны электрогенератора, а именно она в подавляющем большинстве случаев является приоритетной по сравнению с тепловой нагрузкой, выводит ветроколесо из оптимального режима. Это в конечном итоге приводит к недоиспользованию энергии ветра.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка.
Технический результат достигается тем, что при подключении к электрогенератору электрической нагрузки определенной мощности оптимальная загрузка ветроколеса сохраняется за счет автоматического снижения на такую же величину мощности развиваемой теплогенератором.
На чертеже изображена схема заявляемой ветроэнергетической установки.
Установка содержит ветроколесо 1 с горизонтальным валом, соединенным с электрогенератором 2 (посредством ременной или какой-либо другой механической передачи) и крыльчаткой 3, размещенной в баке 4 теплогенератора. Бак соединен с контуром циркуляции рабочей жидкости так, что прямой 5 и обратный 6 трубопроводы присоединены к внешней части бака теплогенератора, а центральная часть бака соединена трубопроводом 7 с верхней частью расширительной емкости 8. В контур циркуляции введен циркуляционный насос 9, исполнительный орган 10, изменяющий гидравлическое сопротивление контура циркуляции, с приводом от автоматического устройства управления (на чертеже не показано) и установленный по ходу циркуляции до исполнительного органа 10 эжектор 11, всасывающий трубопровод 12 которого присоединен к нижней части расширительной емкости 8. На валу крыльчатки 3 установлен сальник 13. Произведенная тепловая энергия транспортируется к потребителю 14.
Установка работает следующим образом.
При наличии ветра и отсутствии нагрузки на зажимах электрогенератора мощность ветроколеса целиком расходуется на преодоление гидравлического сопротивления крыльчатки теплогенератора. В процессе механического воздействия жидкость нагревается и с помощью циркуляционного насоса 9 подается по трубопроводу к потребителю тепла 14. Причем диаметр крыльчатки и размер бака теплогенератора подобраны таким образом, что мощность для привода крыльчатки равна оптимальной для данной скорости ветра мощности ветроколеса. А так как мощность ветроколеса пропорциональна кубу скорости ветра, а следовательно, и кубу частоты вращения его вала, то оптимальная нагрузка ветроколеса будет сохраняться при любой скорости ветра в связи с тем, что и мощность на привод крыльчатки также пропорциональна кубу частоты вращения (механические характеристики ветроколеса и крыльчатки совпадают). В этом случае автоматическое устройство управления (оптимизатор загрузки ветроколеса, реализованный, например, по принципу поддержания оптимального соотношения скорости ветра и частоты вращения ветроколеса) выдает сигнал на полное открытие исполнительного органа 10. Рабочая жидкость эжектором закачивается через всасывающий трубопровод 12 из расширительной емкости 8 в бак 4 теплогенератора и полностью его заполняет. Излишки жидкости через трубопровод 7 поступают снова в расширительную емкость, а теплогенератор работает на полную мощность, соответствующую оптимальной загрузке ветроколеса.
Подключение электрической нагрузки к зажимам электрогенератора приводит к тому, что суммарная мощность электрогенератора и теплогенератора становится больше оптимальной мощности ветроколеса, а это в итоге приводит к снижению его частоты вращения и снижению коэффициента использования ветроколесом энергии ветра. При этом оптимизатор загрузки ветроколеса вырабатывает сигнал на закрытие исполнительного органа, и вследствие повышения его гидравлического сопротивления жидкость, проходя через эжектор, устремляется по трубопроводу 12 в обратном направлении, заполняя расширительный бак. В результате количество воды в системе циркуляции уменьшается и в центре бака 4 теплогенератора за счет центробежной силы образуется воздушный пузырь. Это приводит к снижению мощности теплогенератора до величины, при которой суммарная мощность электрогенератора и теплогенератора снова установится на оптимальном уровне. При этом оптимизатор загрузки прекратит дальнейшее прикрытие исполнительного органа, а значит и снижение мощности теплогенератора.
Аналогично система поддержания оптимальной мощности будет срабатывать при любом изменении нагрузки электрогенератора или скорости ветра, обеспечивая максимальное использование ветроэнергетической установкой энергии ветра.