Ветроэлектростанция

Техническое решение относится к ветроэнергетике и предназначено для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения ротора с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.
Из уровня техники известно техническое решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, «Ветроэлектростанция», содержащая корпус и рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, с закрепленным на нём лопастным ветроколесом. Корпус составлен из стойки-кронштейна и основания. Патент РФ на полезную модель RU 155147 U1, МПК F03D 3/06, F03D 11/00, опубликован 20.09.2015 г.
Общими признаками приведенного решения и заявляемого решения являются:
наличие рамы,
наличие ротора, закрепленного на раме с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенного с электрогенератором,
наличие лопастной системы, закрепленной на роторе.
Отличительными признаками приведенного решения и заявляемого решения являются:
закрепление рамы на трех радиально расположенных зданиях.
Недостатком данного решения является низкая мощность ветроэлетростанции, так как предложенные конструкция рамы и варианты закрепления ротора и лопастной системы не обеспечивают жесткость конструкции и устойчивость ветроэлектростанции, достаточную для использования лопастных систем с большими площадями лопастей.
Задача заявляемого решения состоит в преодолении недостатков известных решений и в создании ветроэлектростанции, обладающей высокой эффективностью и надежностью.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности работы ветроэлектростанции.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в ветроэлектростанции, включающей, как минимум, одну опорную раму, закрепленную между зданиями, с расположенным на ней ротором, выполненным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и функционально соединенным с электрогенератором, и лопастную систему, закрепленную на роторе, опорная рама выполнена с возможностью крепления, как минимум, на трех радиально расположенных зданиях.
Размещение опорной рамы между, как минимум, тремя радиально расположенными зданиями обеспечивает закрепление рамы в трех равноудаленных точках от оси вращения ротора с трех сторон и, таким образом, увеличивает устойчивость и надежность всей конструкции, что позволяет использовать лопастные системы с большими параметрами, например, площадь одной лопасти от 20 до 200 кв.м., что одновременно увеличивает эффективность работы ветроэлектростанции, повышая ее мощность.
Более того, закрепление опорной рамы между, как минимум, тремя радиально расположенными обтекаемыми зданиями позволяет увеличить эффективность работы ветроэлектростанции, так как создаваемый тремя радиально расположенными зданиями воздушный коридор позволяет формировать усиленные потоки ветра при любом его направлении.
Расчеты и созданные математические модели показали, что оптимальная высота зданий от 20 до 800 м, а высота расположения первой лопастной системы – 8-15 м.
Лопастные системы могут располагаться на роторе одна над другой, как показано на рис.1. Параметры и количество лопастных систем при таком расположении рассчитываются отдельно для конкретной высоты зданий.
Выполнение лопастной системы с вертикальной осью также увеличивает эффективность работы ветроэлектростанции и ее надежность, так такое расположение лопастной системы при любых изменениях направления ветра будет одинаково хорошо воспринимать его кинетическую энергию, рама, на которой такая система закреплена (как и вся конструкция ветроэлектростанции), будет испытывать меньшие нагрузки от потока ветра.
Использование заявляемого технического решения осуществляется следующим образом.
Строят известными способами три многоэтажных здания с обтекаемой внешней формой каждого, позволяющей потокам ветра плавно их обтекать. Строят здания на равноудаленном расстоянии друг от друга с образованием между ними в центре места для расположения ветроэлектростанции. Далее к каркасам зданий в трех точках жестко крепят раму на заранее рассчитанной высоте, например, для 80 этажного здания высота расположения нижней лопастной системы может быть равна 8 метрам. Затем на данной раме крепят ротор с вертикальной осью вращения функционально соединенный с электрогенератором и с закрепленной на роторе лопастной системой. Образованный тремя зданиями воздушный коридор позволяет усиливать воздушные потоки любого направления ветра, которые, встречаясь с обтекаемыми частями здания, будут направляться в центральную часть, где расположена лопастная система, способная воспринимать кинетическую энергию ветра и, вращаясь, передавать движение на ротор и к электрогенератору, где происходит преобразование вращательной энергии в электрическую. Согласно математическим расчетам, данная ветроэлектростанция, содержащая 7-8 лопастных систем, расположенных одна над другой на роторе, закрепленном на раме между 80 этажными зданиями, может обеспечивать потребности в электроэнергии трех 80 этажных зданий, вырабатывая не менее 7,5 МВт с каждой лопастной системы.