МОДУЛЬНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а более конкретно к ветроустановкам мощностью 10-500 кВт.
Известны модульные ветроэнергетические установки, в которых на силовом каркасе в виде рамы, сетки или решетки установлено несколько модулей - небольших ветродвигателей традиционной схемы "пропеллерного" типа:
- СССР - а.с. №1645603 1989 г. F 04 Д 1/04. RU
- США - пат. №5328334 1994 г. 416/196 А; 416/132 В
- Швейцария пат. №668623; F 04 Д 1/04
- Япония - публикация в газете "Новые известия" от 20.04.99 г. статья "20 маленьких ветряков лучше одного большого".
Недостатками таких установок являются:
- низкий коэффициент использования энергии ветра из-за неблагоприятной интерференции соседних ветродвигателей - модулей, вследствие взаимодействия вихрей, сбегающих с концов лопастей и создающих шумы высокого уровня мощности, из-за чего их не рекомендуется ставить вблизи населенных пунктов и рабочих мест;
- сложная конструкция, поскольку для нормальной работы такие установки должны быть оснащены специальными устройствами, ориентирующими их положение относительно направления ветра.
Известна ветроэнергетическая модульная установка, в которой на мачте шарнирно закреплено осесимметричное центральное тело овальной формы с установленными на нем в максимальном сечении в один ряд по окружности ветродвигателями - модулями, каждый из которых снабжен наружньм кольцевьм обтекателем (свидетельство на П.М. RU №13238 U1 (от 24.03.2000 г. F 03 Д 1/04).
К недостаткам такой установки можно отнести:
- сравнительно небольшую концентрацию энергии ветровых потоков в приграничном слое центрального тела, и как следствие этого - небольшой выигрыш по полноте энергоотдачи ветра.
Концентрация анергии ветра при обтекании круглого центрального тела (осееимметричного) ниже, чем при боковом обтекании цилиндра, и поэтому эффективнее
делать его в виде вертикального цилиндра овального профиля.
Этим условиям отвечает полезная модель по свидетельству №13675 (U1 F 03 Д 1/04), где применены модульные ветродвигатели с наружными кольцевыми обтекателями, что позволяет снизить стартовую скорость ветра до 2 м/сек. и, таким образом, поднять годовую выработку энергии и существенно поднять энергоотдачу ветра, кроме того, при сравнительно небольшом диаметре ветроколес получать число оборотов их достаточным для безредукторной работы электрогенераторов, имеющих общий вал с ветроколесами, что упрощает конструкцию и их эксплуатацию. Но преимущества модульных ветроэнергетических установок с кольцевыми наружными обтекателями перед «пропеллерными» еще и в том, что они - малошумящие, и для них ограничения по расположению «вдали от населенных пунктов» могут быть пересмотрены.
Эту полезную модель выберем в качестве прототипа. К недостаткам прототипа можно отнести то, что ветродвигатели - модули, собранные на цилиндрическом, центральном теле в «башню» представляют собой отдельный объект, специализированный на производстве энергии, и эта энергия должна передаваться к ее потребителям через линии электропередачи, и при этом неизбежны ее потери.
Задачей предлагаемого технического решения является максимальное снижение этих потерь. Решение этой задачи возможно в том случае, если мы приблизим потребителей к источнику энергии.
Максимальное их сближение - это расположение источника и потребителя в одном здании. С этой целью предлагается центральное тело выполнить из двух отдельных частей: носовой и хвостовой, наружные поверхности которых геометрически сопряжены с возможной точностью. Носовая часть центрального тела выполняется в виде вертикального, круглого цилиндра и закрепляется на фундаменте, и на ней в верхней и средней частях закрепляются рельсовые кольца. А хвостовая часть центрального тела закрепляется вместе с ветродвигателями - модулями на подвесном устройстве дугообразной или П - образной формы, скрепленном с кольцами подвески, в которых закреплены оси опорных амортизирующих роликов, контактирующих с рельсовыми кольцами носовой части центрального тела и выполненных с возможностью вращения подвесного устройства вокруг вертикальной оси носовой части центрального тела. Внутри вертикального цилиндра носовой части центрального тела располагается производственное оборудование, которое соединено через электропреобразователи и аккумуляторы с электрогенераторами ветродвигателей - модулей и, таким образом, весь этот комплекс является автономным и экологически чистым, с минимальной длиной линий электропередачи.
Техническое решение поясняется следующим графическим материалом:
На фиг.1 представлена схема Модульной ветроэнергетической установки (МБЭУ) - вид сбоку.
На фиг.2 показана схема МВЭУ - вид спереди.
На фиг.3 представлена схема МВЭУ - вид сверху.
На фиг.4 показан пример реализации схемы МВЭУ в качестве Автономного ветроэнергетического производственного комплекса (АВЭПК) с размерами цилиндра производственного корпуса ⌀=20 м и Н=35 м, специализированного для выращивания овощей методом аэрогидропоники в условиях Крайнего Севера - вид сбоку.
На фиг.5 представлен АВЭПК (фиг.4) вид спереди с разрезом.
На фиг.6 показан АВЭПК (фиг.4) вид сверху (разрез по ВВ фиг.5)
На фиг.7 представлена схема устройства опорных амортизирующих роликов (место «С» фиг.5)
На фиг.8 показана схема устройства опорных амортизирующих роликов (место «Д» фиг.5).
На фиг.1, 2 и 3 показана схема МВЭУ. Здесь видно, что центральное тело выполнено из двух отдельных частей - носовой 1 и хвостовой 2, наружные поверхности которых геометрически сопряжены с возможной точностью. Носовая часть центрального тела 1 выполняется в виде вертикального, круглого цилиндра и закрепляется на фундаменте 3, и на ней в верхний и средней частях закрепляются рельсовые кольца 4, а хвостовая часть 2 центрального тела закрепляется вместе с ветродвигателями - модулями 5 на подвесном устройстве дугообразной или П-образной формы 6, скрепленной с кольцами подвески 7, в которых закреплены оси опорных амортизирующих роликов 8, контактирующих с рельсовыми кольцами 4 носовой части центрального тела 1 и выполненных с возможностью вращения подвесною устройства вокруг вертикальной оси носовой части центрального тела 1. Внутри вертикального цилиндра - носовой част центрального тела 1 располагается производственное оборудование 10, 11 и 12 фиг.5 и 6, которое соединено через злектропреобразователи и аккумуляторы 9 фиг.4 и 6 с электрогенераторами ветродвигателей - модулей 5. В качестве гаранта непрерывности электрообеспечения должны быть аварийные дизелъэлектрогенераторы 13 фиг.5 на случай длительного безветрия.
Работает Модульная ветроэнергетическая установка следующим образом: центральное тело, состоящее из двух отдельных частей - носовой 1 и хвостовой 2, наружные поверхности которых геометрически сопряжены с возможной точностью, с точки зрения аэродинамики работают как одно целое. Носовая часть 1 центрального тела, выполненная в виде вертикального, круглого цилиндра и закрепленная на фундаменте 3, на которой в
верхней и средней частях закреплены рельсовые кольца 4, является опорой МВЭУ и, одновременно, производственным корпусом. Хвостовая же часть 2 центрального тела закрепляется вместе с ветродвигателями - модулями 5 на подвесном устройстве 6 дугообразной или П-образной формы, опирающемся на кольца подвески 7, в которых закрепляются оси опорных амортизирующих роликов 8, катящихся по рельсовым кольцам 4 носовой части центрального тела, что позволяет всей этой подвесной системе под напором сил ветра, действующих на хвостовую часть 2 и ветродвигатели - модули 5, устанавливаться «по ветру», обеспечивая наиболее эффективное использование ветровой энергии ветродвигателями - модулями с наружными кольцевыми обтекателями 5, которые являются малошумящими и для них ограничения «по расположению вдали от населенных пунктов» могут быть пересмотрены.
Внутри вертикального цилиндра - носовой части центрального тела 1 располагается производственное оборудование, которое питается через электропреобразователи и аккумуляторы 9 фиг.4 и 6 электроэнергией, получаемой от электрогенераторов ветродвигателей - модулей 5 и, таким образом, весь этот комплекс является автономным и экологически чистым, с минимальной длиной линий электропередачи.
При использовании этой схемы в качестве Автономного ветроэнергетического комплекса (АВЭПК) фиг.4, 5 и 6 наряду с необходимостью в многоэтажном корпусе лифта 10 для обслуживания всех производственных помещений 11, предусмотреть также систему вентиляции и кондиционирования воздуха 12 и аварийные дизельэлектрогенераторы 13 на случай длительного безветрия.
При варианте использования АВЭПК для выращивания овощей методом аэрогидропоники в корпусе - цилиндре с размерами ⌀=20 м и Н=35 м ожидаемая производительность изображена в таблице 1.
Но использование АВЭПК может быть и другим. Некоторые варианты использования приведены в таблице 2.
Благодаря многофункциональности АВЭПК может существенно облегчить условия существования людей в труднодоступных районах, на островах подверженным цунами, гарнизонах и т.п. Предполагается целесообразным организация автономных промышленных поселков с многопрофильным производством и минимальными транспортными расходами.
Таблица 1.
Продукция
Количество
Наименование
В день (кг.)
В год (тонн)
Овощи типа
Помидоры, огурцы, дыни, тыквы и т.п.
200-300
70-100
Зелень типа
Салат, укроп, кинза, лук «на перо» и т.п.
400-500
140-180
Электроэнергии (кВт)
Всего 180-200
для внутреннего потребления
50-80 кВт
товарной
100-150 кВт
Варьируя размеры корпуса АВЭПК и мощность ветроэнергодвигателей можно применить АВЭПК с различными целями:
Таблица 2.
АВЭПК может служить как
Размеры производственного корпуса
Суммарная мощность ветродвигателя,
Диаметр, м
Высота, м
кВт
Метеостанция или маяк
10
16-20
10-15
РЛ станция.
10-12
25-35
20-60
Погран. застава
Автономное производство различного назначения
15-20
30-50
100-500