СОЛНЕЧНО-КОНВЕКТИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
SOLAR-CONVECTIVE POWER PLANT

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к ветроэнергетике.
Из существующего уровня техники известен патент СА №2720544 (А1) «COMPOST UPDRAFT TOWER». Сооружение, описанное в данном патенте, содержит: воздуховод, генератор, одну или несколько турбин, коллектор и отличается тем, что в коллекторе располагаются кучи с компостом, тепловая энергия от химической реакции в которых нагревает воздух в коллекторе. Недостатками данного технического решения являются: ограниченные возможности по высоте сооружения, а следовательно, и по мощности, а также необходимость регулярных загрузок компоста.
Из существующего уровня техники также известен патент RU №2018761 С1 «Термовоздушная электростанция». Сооружение, описанное в данном патенте, содержит коллектор, турбогенератор, воздуховод в виде каркаса с закрепленной на нем обшивкой из гибкого материала и аэростат, прикрепленный к воздуховоду, отличается тем, что аэростат имеет форму тороида, соединенного по внутренней поверхности, ограничивающей отверстие тороида, с внешней поверхностью воздуховода, а внешняя по отношению к его отверстию поверхность тороида соединена с тросами, расположенными под углом к вертикали и закрепленными на земле. Недостатками данного технического решения являются: большая масса воздуховода из-за наличия каркаса у воздуховода и использования предлагаемого теплоизоляционного материала, высокая парусность конструкции из-за использования больших аэростатов, сравнительно малая разность между средней температурой воздуха внутри воздуховода и температурой окружающего воздуха на входе в коллектор в условиях, когда солнце закрыто облачным покровом.
Из существующего уровня техники также известно авторское свидетельство N 1416745 «Энергетическая установка». Сооружение, описанное в данном свидетельстве, содержит коллектор с установленным в нем нагревателем воздуха, жесткий воздуховод, турбину и электрогенератор, отличается тем, что нагреватель воздуха свернут в спираль для закручивания потока воздуха. Недостатками данного технического решения являются: ограниченные возможности по мощности из-за сложности строительства жесткого воздуховода большой высоты и необходимость установки нагревателя большой мощности (наличие больших затрат энергии на нагрев нагревателя).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является техническое решение, описанное в патенте US №7854224 В2 «Solar chimney with internal and external solar collectors». Сооружение, описанное в данном патенте, содержит коллектор, воздуховод, теплоаккумулятор и отличается тем, что воздуховод представляет собой трубу в трубе, причем на боковых поверхностях обеих труб расположены окна таким образом, что свет, проходя через окно внешней трубы, проходит и через окно внутренней трубы, а в окнах внешней трубы расположены средства для концентрации солнечной энергии, направляющие сфокусированный солнечный свет через окна внутренней трубы на теплоаккумулятор, расположенный внутри внутренней трубы. Недостатками данного технического решения являются: ограниченные возможности по высоте сооружения из-за использования тяжелого теплообменного оборудования внутри воздуховода, малое количество преобразуемой солнечной энергии из-за относительно небольших размеров окон, ограниченные возможности по теплоотдаче из-за использования теплообмена между поверхностью теплоаккумулятора и потоком воздуха, а также зависимость от облачности.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание экологически чистой электростанции на основе возобновляемого источника энергии.
Поставленная задача решается за счет того, что солнечно-конвективная электростанция, содержащая один или несколько воздуховодов, один или несколько электрогенераторов, коллектор, в котором установлена либо не установлена система нагрева воздуха, установлена либо не установлена система тепловых насосов, одну или несколько турбин, систему тросов, систему шлангов и газовый комплекс, отличается тем, что, по меньшей мере, один из воздуховодов является аэростатом и представляет собой открытую для движения воздуха вертикальную внутреннюю трубу, расположенную внутри вертикальной внешней трубы, причем внутренняя и внешняя трубы имеют круглые либо отличные от круглого сечения, а объем между трубами изолирован с торцов и заполнен газом легче воздуха, в качестве материала, по меньшей мере, одной части одной из труб используется прозрачный либо непрозрачный эластичный аэрогель либо любой другой материал, имеющий модуль Юнга меньше либо равный 15 ГПа, кроме того, в воздуховоде установлена либо не установлена концентрирующая система, которая, при ее наличии, имеет фокус внутри воздуховода, воздуховоды могут крепиться к ориентационным устройствам, находящимся на земле, при помощи системы тросов, а на поверхность воздуховодов и коллектора может быть нанесен материал, увеличивающий длину волны ультрафиолетовой составляющей солнечной радиации.
Солнечно-конвективная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что совместно с системой тросов либо вместо системы тросов предпочтительно использование системы шлангов.
Солнечно-конвективная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что в газовом комплексе предпочтительно наличие установки по получению гелия.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является создание экологически чистого преобразователя солнечной энергии и/или других видов тепловой энергии в электроэнергию, не требующего топлива и способного заместить подавляющее большинство углеводородных ТЭС и АЭС, а также противодействие глобальному потеплению за счет охлаждения затененной воздуховодом части поверхности земли. Также результатами являются: охлаждение нагретого воздуха, проходящего через воздуховод, снижение выбросов парниковых газов в случае замещения углеводородных ТЭС и снижение риска аварий на АЭС в случае их замещения.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
- на фиг. 1 показан вид спереди, разрез А-А;
- на фиг. 2 показан вид сбоку;
- на фиг. 3 показан вид сверху, разрез Б-Б.
Заявляемое изобретение содержит: воздуховод 1, внутреннюю трубу 2, внешнюю трубу 3, ветряные турбины 4 (показаны схематично), электрогенератор 5 (показан схематично), коллектор 6, концентрирующую систему 7, перегородки 8 (не показаны на фиг. 1 и фиг. 2), газовую станцию 9 (показана схематично), систему тросов 10 (показана частично), которая может быть полностью или частично заменена системой шлангов, крепления тросов 11, опоры 12, систему ориентации 13, являющуюся совокупностью ориентационных устройств, расположенных на земле, складки эластичного теплоизоляционного материала 14, неэластичное основание 15, фундамент 16 и фиксирующие тросы 17.
Солнечно-конвективная электростанция сооружается следующим образом.
Строится коллектор, возводится неэластичное основание, к земле крепятся ориентационные устройства системы ориентации, устанавливаются турбины и электрогенератор, возводится газовый комплекс.
Полностью или по частям изготавливаются: воздуховод и складки эластичного теплоизоляционного материала, изготавливаются: фиксирующие тросы, система тросов и/или система шлангов.
Воздуховод с прикрепленными складками эластичного теплоизоляционного материала, соединенный с фиксирующими тросами, системой тросов и/или системой шлангов, заполняется газом легче воздуха, расправляется и поднимается вверх.
После принятия воздуховодом окончательной формы на внутреннюю либо внешнюю поверхность внутренней либо внешней трубы устанавливается концентрирующая система (в случае ее наличия) в виде зеркального покрытия, либо элементов из фольги, либо краски, либо в виде отдельных концентрирующих устройств.
В случае необходимости устанавливается система противовесов (не показана) для уравновешивания стороны сооружения, на которой расположена концентрирующая система.
Устанавливается система нагрева воздуха (не показана).
Устанавливаются: система автоматики и управления, а также электроподстанция и система накопления энергии (не показаны на).
Затем устанавливаются вспомогательные узлы и системы (не показаны).
Работает сооружение следующим образом, поток воздуха, разогретый через воздуховод и коллектор солнечным излучением, движется за счет свободной конвекции вверх по воздуховоду, вращает ветряную турбину (турбины) и одновременно участвует в поддержке воздуховода в вертикальном положении за счет сил трения о внутреннюю стенку воздуховода. Разогрев воздуха в коллекторе может осуществляться за счет использования системы нагрева, установленной в коллекторе, либо за счет солнечной радиации, либо за счет совокупного их действия. Совместно с системой нагрева либо вместо нее может быть установлена система тепловых насосов, создающая разность между температурой воздуха на входе в коллектор и температурой воздуха в центральной части коллектора. Разогрев воздуха в воздуховоде осуществляется при помощи концентрирующей системы (в случае ее наличия), которая фокусирует солнечный свет внутри внутренней трубы воздуховода таким образом, что световой фокус образует столб, через который проходит поток воздуха. Стенки обеих труб и/или коллектора могу быть покрыты материалом, увеличивающим длину волны ультрафиолетовой составляющей солнечной радиации, например материалом, описанным в патенте № WO 2007098021 А2, для увеличения температуры воздуха внутри воздуховода. При помощи системы ориентации воздуховод поворачивается вслед за солнцем таким образом, чтобы концентрирующая система (в случае ее наличия) была как можно больше освещена. Складки эластичного теплоизоляционного материала являются связующим элементом между подвижными трубами и неподвижным неэластичным основанием, препятствуя потерям тепла через зазор между трубами и неэластичным основанием. Вал турбин соединен с валом электрогенератора, и при вращении генерируется электроэнергия.
Внедрение изобретения в энергетическую систему может производиться как в виде замещения уже существующих мощностей, так и в виде дополнительных мощностей.