ВЫСОТНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к малой и средней ветроэнергетике и предназначена для преобразования энергии ветра на большой высоте (более 20 м над поверхностью Земли) в электрическую энергию.
Известна высотная ветроэнергетическая установка (Патент США №4084102, МПК F03D 11/00, опубликован 11.04.1979), содержащая ветроколеса с вертикальной осью вращения, гибкий вал, наземную установку с электрогенератором, аэростат. Турбины с вертикальной осью вращения, расположенные вдоль гибкого вала, поднимаются над поверхностью Земли при помощи аэростата. Вращающий момент от турбин передается по гибкому валу в наземную установку с электрогенератором.
Недостатками указанной высотной ветроэнергетической установки являются сложность конструкции, отсутствие возможности регулирования вырабатываемой мощности, большие и неэффективные габариты аэростата. А так же невозможность поднимать установку выше 20-30 метров из-за ограничения размеров гибкого вала.
Известна высотная ветроэнергетическая установка (Патент Российской Федерации №2464447, МПК F03D 11/00, опубликован 20.10.2012 г.) содержит парус, силовые канаты, соединенные с парусом, аэростат и барабаны, каждый из которых соединен со своей электрической машиной. Аэростат соединен с парусом и с силовым канатом, соединенным с вновь введенным дополнительным канатом, расположенным на первом барабане. Аэростат также соединен и с другим силовым канатом, соединенным с парусом, причем на втором барабане расположен силовой канат, соединенный с парусом. Барабаны могут быть размещены на поворотной платформе.
Недостатками указанной высотной ветроэнергетической установки являются сложность исполнения и управления, малый коэффициент использования энергии ветра, неэффективное использование аэростата.
Известна воздушная ветроэлектрическая станция (Патент США №4 166596, МПК F03D 11/00, опубликован 4.09.1979), принятая за прототип, содержащая аэростат, заполненный газом легче воздуха, ветроколесо, генератор, систему силовых кабелей, тросов, шкивов и блоков, наземную платформу. Аэростат выполнен в виде полого, сигарообразного тела, внутри полости которого размещено ветроколесо. Ветроколесо соединено через мультипликатор с преобразователем энергии (генератором). Электроэнергия, вырабатываемая в преобразователе, передается с помощью силовых кабелей на наземную платформу. Управление осуществляется с наземной платформы при помощи системы тросов, шкивов и блоков.
Недостатками указанной воздушной ветроэлектрической станции являются большие габариты и сложность ориентации по ветру.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в снижении габаритов при сохранении той же мощности и обеспечении возможности простой ориентации установки по ветру.
Технический результат заключается в том, что в высотной ветроэнергетической установке, содержащей аэростат, заполненный газом легче воздуха, внутри полости которого размещено ветроколесо, соединенное через мультипликатор с генератором, систему силовых кабелей, креплений, наземную платформу, содержащую лебедку с приводом, инвертор и накопитель энергии, аэростат выполнен в форме тора, снабжен каркасом, соединенным стержнями с каркасом хвостовика, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда, заполненного газом легче воздуха, внутри канала образованного аэростатом установлено ветроколесо, мультипликатор и генератор, помещенные в корпус, причем генератор расположен ниже оси симметрии аэростата. Соединительные стержни могут быть выполнены полыми. Каркас аэростата, хвостовика и соединительные стержни выполнены из алюминия. Мультипликатор изготовлен из высокопрочной пластмассы. В качестве преобразователя энергии используют высокочастотный генератор.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами приведенными на фиг. 1-3:
на фиг. 1 изображена высотная ветроэнергетическая установка,
на фиг. 2 изображен аэростат с хвостовиком,
на фиг. 3 изображен каркас аэростата соединенный стержнями с каркасом хвостовика.
Высотная ветроэнергетическая установка содержит аэростат 1, заполненный газом 3 легче воздуха (например, водородом или гелием). Аэростат 1 выполнен в форме тора, состоит из каркаса 2, обтянутого газонепроницаемой оболочкой. К каркасу 2 аэростата 1 жестко прикреплен хвостовик 4 с помощью соединительных стержней 6. Хвостовик 4 заполнен газом 3 легче воздуха, выполнен в форме параллелепипеда, состоит из каркаса 5 обтянутого газонепроницаемой оболочкой. Каркас 2 аэростата, каркас 5 хвостовика и соединительные стержни 6 выполнены из алюминия для снижения массы установки. Так же соединительные стержни 6 могут быть выполнены полыми, для повышения прочности при одновременном снижении массы установки. Внутри канала образованного аэростатом 1 установлено ветроколесо 7. Аэростат 1 является аэродинамическим концентратором, обеспечивает повышение коэффициента использования энергии ветра, за счет сужения аэродинамического канала. Ветроколесо 7 соединено через мультипликатор 8, выполненный для снижения веса установки из высокопрочной пластмассы, с преобразователем энергии, в качестве которого, для снижения веса установки, используется высокочастотный генератор 9. Мультипликатор 8 и высокочастотный генератор 9 помещены в корпус 10, предохраняющий их от повреждений, прикрепленный к каркасу 2 аэростата 1. Высокочастотный генератор 9 расположен в корпусе 10 ниже оси симметрии аэростата 1. Аэростат 1 соединен с наземной платформой 11 через подвижное крепление 12, соединенное с каркасом 2. Высокочастотный генератор 9 силовым кабелем 13 соединен с инвертором 14, который в свою очередь имеет подключение к накопителю энергии 15 и потребителю 16. На наземной платформе 11 установлена лебедка 17 соединенная с приводом 18. При помощи лебедки 17 регулируют длину силового кабеля 13, и, следовательно, высоту поднятия аэростата.
Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Аэростат 1 поднимают на заданную высоту, в зону с высокой скоростью ветрового потока. При помощи хвостовика 4, установка ориентируется по ветру так, чтобы ветроколесо 7 было перпендикулярно ветровому потоку. Ветроколесо 7, взаимодействуя с ветровым потоком, преобразует кинетическую энергию движения ветра в механическую энергию вращения, которая через мультипликатор 8 передается к высокочастотному генератору 9. Высокочастотный генератор 9, заключенный вместе мультипликатором 8 в корпус 10 установлен ниже оси симметрии аэростата 1 для того, чтобы компенсировать вращательный момент со стороны ветрового потока, оказываемого на оболочку аэростата 1. Из высокочастотного генератора 9 преобразованная энергия по силовому кабелю 13, поступает на инвертор 14, а далее потребителю 16, излишки энергии аккумулируются в накопителе 15.