БИОГАЗОВАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
BIOGAS AERODYNAMIC PLANT

Изобретение относится к энергетике, использующей для производства электричества возобновляемые источники энергии, в частности, свалочный газ, образующийся на мусорных полигонах.
Эффективность установок, производящих электричество, зависит от способа преобразования энергии и определяет возможности их использования для разных видов энергии. Существуют установки, преобразующие энергию солнечного излучения в электричество с помощью солнечных панелей, однако они могут использоваться только для преобразования солнечного излучения. Известны установки с концентраторами, преобразующие солнечное излучение в высокотемпературное тепло, которое используется для работы тепловых машин, соединенных с электрогенератором, вырабатывающим электричество. Данный способ преобразования может использоваться и для других видов энергии, но при этом возникает проблема охлаждения тепловых машин, которая усложняется с увеличением мощности установок.
Известна аэродинамическая установка, называемая « солнечным камином», в которой исключается данная проблема в результате преобразования солнечного излучения в низкотемпературное тепло (Renewable Energy World, 2005,V. 8, №4. p. 172). Установка содержит вытяжную башню, внутри которой находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором. Вокруг основания башни расположен солнечный коллектор, выполненный в виде прозрачного перекрытия, находящегося на некотором расстоянии от земли. Солнечное излучение, проходя через прозрачное перекрытие солнечного коллектора, нагревает находящийся под ним воздух. Теплый воздух поступает в вытяжную башню и поднимается вверх, создавая воздушный поток внутри вытяжной башни. Этот поток вращает находящееся внутри башни ветровое колесо и соединенный с ним электрогенератор, вырабатывающий электричество.
Область применения аэродинамических установок, в которых производство электричества осуществляется через создание вертикального воздушного потока внутри вытяжной башни, может быть расширена на другие виды возобновляемых источников энергии. Так, была предложена конструкция аэродинамической установки, созданной на базе башенной испарительной градирни с внешним теплообменом, в которой для создания воздушного потока в башне используется низкопотенциальное тепло оборотной воды (Патент РФ №2582031, Бюл. №11, 20.04.2016 «Аэродинамическая градирня с внешним теплообменом»). Была предложена аналогичная конструкция аэродинамической установки, в которой для создания воздушного потока внутри башни используется низкопотенциальное геотермальное тепло. (Патент РФ №2618714, Бюл. №14, 11.05.2017 «Установка для преобразования низкопотенциального тепла в электричество»).
Наиболее близкой, принятой за прототип, является аэродинамическая установка, в которой воздушный поток в вытяжной башне создается в результате утилизации отходов тепловой энергии в виде дымовых газов. (Патент РФ №2415297, Бюл. №9 27.07.2011 «Аэродинамическая установка»). Установка содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании. Внутри башни находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором. Снаружи башни у воздуховходных окон расположены воздухонаправляющие щиты, закрытые сверху крышкой. Над воздухонаправляющими щитами находится кольцевая труба с патрубками, выходные отверстия которых расположены внутри вытяжной башни. Кольцевая труба соединена с системой распределения дымовых газов энергетического объекта.
Аэродинамическая система работает следующим образом. Дымовые газы через патрубки на кольцевой трубе поступают внутрь вытяжной башни, поднимаются вверх и выходят через верхний конец башни. Наружный воздух, поступающий при этом через воздуховходные окна, вращает ветровое колесо и соединенный с ним электрогенератор, вырабатывающий электричество. Направление и интенсивность потока наружного воздуха регулируется угловым положением воздухонаправляющих щитов относительно радиуса основания для достижения максимальной производительности установки.
Недостатком установки является узкая область ее применения для производства электричества с помощью других видов возобновляемых источников энергии.
Задачей изобретения является расширение области применения аэродинамических установок для производства электричества с помощью возобновляемых источников энергии, в частности, в результате утилизации свалочного газа, образующегося на мусорных полигонах.
Техническим результатом является расширение области применения аэродинамических установок для производства электричества с помощью возобновляемых источников энергии.
Технический результат достигается тем, что в установку, содержащую вытяжную башню с воздуховходящими окнами в ее основании, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором, воздухонаправляющие щиты, расположенные вокруг башни и закрытые сверху крышкой, а также расположенную над воздухонаправляющими щитами кольцевую трубу с патрубками, выходные отверстия которых находятся внутри башни, введены газовые горелки, которые установлены на концах патрубков, а сама кольцевая труба соединена газосборным трубопроводом с устройством для извлечения свалочного газа, включающим газодренажные скважины, пробуренные в теле мусорного полигона.
Введение газовых горелок внутрь вытяжной башни и соединение их через кольцевую трубу с устройством для извлечения свалочного газа расширяет область применения аэродинамических установок для производства электричества с помощью возобновляемых источников энергии.
Изобретение поясняется схемой, представленной на фиг. 1. Установка содержит вытяжную башню 1 с воздуховходными окнами 2 в ее основании. Внутри башни находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения 3, соединенное с электрогенератором 4. Снаружи башни 1 у воздуховходных окон расположены воздухонаправляющие щиты 5, сверху закрытые крышкой 6. Угловое положение воздухонаправляющих щитов 5 относительно радиуса основания башни может меняться. Над крышкой 6 находится кольцевая труба 7 с патрубками 8, выходные отверстия которых расположены внутри вытяжной башни 1. В установку введены газовые горелки 9, которые установлены на концах патрубков 8, а кольцевая труба 7 соединена газосборным трубопроводом 10 с устройством для извлечения свалочного газа 11, включающим газодренажные скважины 12, пробуренные в теле мусорного полигона. Устройство для извлечения свалочного газа 11 включает стандартные элементы, входящие в такие системы: газодренажные скважины, конденсатоотводчик и т.д. (http://www.gigavat.com/utilizatsiya_2php «Технологическая схема экстракции и утилизации свалочного газа» р. 2/7)
Установка работает следующим образом. Вначале воздухонаправляющие щиты 5 ставятся под углом 45 градусов к радиусу основания башни, а с помощью устройства для извлечения свалочного газа 11 его подают в газовые горелки 9 и поджигают. Пламя газовых горелок 9 нагревает находящийся в вытяжной башне 1 воздух, в результате теплый воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом в воздуховходные окна 2 начинает поступать наружный воздух, вращая ветровое колесо 3 и соединенный с ним генератор 4, вырабатывающий электричество. Направление и интенсивность потока наружного воздуха в вертикальном направлении формируется с помощью крышки 6, а в горизонтальном направлении регулируется угловым положением воздухонаправляющих щитов 5 относительно радиуса основания башни для достижения максимальной скорости воздушного потока внутри башни 2, а, следовательно, максимальной производительности установки.
Предлагаемое техническое решение расширяет область применения аэродинамических установок для производства электричества с помощью возобновляемых источников энергии, в частности, в результате утилизации свалочного газа, образующегося на мусорных полигонах.