АТМОСФЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
ATMOSPHERIC ELECTRIC POWER FACILITY

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности к атмосферным энергетическим установкам, содержит удерживаемые с земли тросом-кабелем плавающие в воздухе ветроустановки, включающие наполненный гелием баллон.
Ветроэнергетика является одной из самых быстро развивающихся отраслей возобновляемой энергетики и составляет значительную часть энергетического баланса многих стран. Ветроустановки ставят в местах с большим ветровым потенциалом, однако количество таких мест на суше лимитировано, что ограничивает рост ветроэнергетики. Было предложено решение этой проблемы путем сооружения ветроустановок в море вдоль побережья. Однако такие установки стоят дорого и не везде есть морской берег с небольшими глубинами.
Относительно недавно был предложен другой способ решения проблемы лимитирующего фактора развития ветроэнергетики - освоение воздушного пространства. Для этого предполагается поднимать ветроустановку в воздух с помощью баллона, наполненного гелием или водородом. Благоприятным фактором для такого способа является рост ветрового потенциала с увеличением высоты.
Известна ветровая энергетическая установка Buoyant Airborne Turbine, созданная фирмой AltaerosEnergies (https://en.wikipedia.org/wiki/Airborne_wind_turbine). Установка содержит наполненный гелием баллон, выполненный из составленных вместе надувных колец, образующих усеченный конус, внутри которого расположено ветровое колесо, соединенное с электрогенератором. Баллон удерживается с земли тросом, в который вмонтирован кабель, соединенный с генератором установки, по которому выработанная электроэнергия поступает потребителю.
Недостатком установки является малая мощность, что объясняется следующими причинами.
Мощность ветровых установок определяется размером ветрового колеса и генератора, а следовательно, их весом. Для того, чтобы поднять тяжелую ветроустановку большой мощности в воздух нужно использовать баллоны очень больших размеров, поскольку подъемная сила Архимеда в воздухе маленькая из-за его небольшой плотности. Одним из способов повышения мощности атмосферных ветроустановок может быть уменьшение веса составляющих их частей.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является ветровая установка Magenn Air Rotor System (Kamini N. Shelke, Mohini D. Duraphe / International Journal of Engineering Research and Application (IJERA) ISSN: 2248-9622 www.ijera.com Vol. 2, Issue 6, November-December 2012, pp 1566-1568. Magenn Air Rotor System). Установка содержит наполненный гелием цилиндрический баллон, снабженный лопатками и осью вращения, на концах которой расположены электрогенератор и стабилизаторы. Плавающий в воздухе баллон удерживается соединенным с электрогенератором тросом-кабелем.
Установка работает следующим образом.
После заполнения баллона гелием он поднимается в воздух. Под действием ветра, который ударяет в находящиеся на баллоне лопатки, он начинает вращаться вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к направлению скорости ветра. Находящиеся на концах оси стабилизаторы удерживают баллон в горизонтальном направлении. Баллон приводит во вращение закрепленный на его оси электрогенератор. Вырабатываемое генератором электричество передается потребителю по тросу-кабелю, с помощью которого баллон удерживается с земли.
В данной установке уменьшение ее веса производится за счет того, что наполненный гелием баллон является ротором установки и выполняет функцию ветрового колеса. Недостатком установки является малая мощность вырабатываемой электроэнергии, которая определяется размерами баллона. Для увеличения мощности необходимо увеличивать размеры баллона, а при больших его размерах возникают проблемы с обеспечением большой скорости его вращения.
Задачей изобретения является увеличение мощности атмосферных энергетических установок.
Техническим результатом является большая мощность атмосферных энергетических установок.
Технический результат достигается тем, что в атмосферную энергетическую установку, содержащую удерживаемую с земли тросом-кабелем плавающую в воздухе ветроустановку с горизонтальной осью вращения, включающую наполненный гелием цилиндрический баллон, снабженный лопатками и осью, на концах которой расположены электрогенератор и стабилизаторы, вводится выполненный из пленки и принимающий в результате надува гелием цилиндрическую форму баллон, внутри которого вдоль его диаметральной плоскости закреплена тонкопленочная солнечная батарея, при этом верхняя часть баллона прозрачная, к нижней части прикреплен груз в виде рейки, а на его торцах имеются диски с полуосями, которыми баллон крепится к оси ветроустановки с помощью тросов-кабелей, соединенных электрически с тонкопленочной солнечной панелью.
Формирование выполненного из пленки в результате надува гелием цилиндрического баллона и закрепление вдоль его диаметральной плоскости тонкопленочной солнечной батареи позволяет сформировать из нее рабочую плоскость преобразователя солнечной энергии с минимальным весом.
Крепление надуваемого гелием цилиндрического баллона к оси ветроустановки и прикрепление груза в виде рейки к нижней части цилиндрического баллона позволяет постоянно удерживать сформированную из тонкопленочной солнечной батареи плоскость в горизонтальном положении для эффективного преобразования энергии солнечного излучения.
Введение в установку надуваемого гелием цилиндрического баллона с прозрачным верхом, вдоль диаметральной плоскости которого закреплена тонкопленочная солнечная батарея, позволяет увеличить мощность атмосферной энергетической установки за счет преобразования энергии солнечного излучения.
Изобретение поясняется схемами, представленными на фиг. 1, а), б) и фиг. 2, а), б). На фиг. 1,а) представлен ротор ветроустановки, включающий наполненный гелием цилиндрический баллон 1, алюминиевые лопатки 2, в которые ударяет воздушный поток и заставляет вращаться баллон на горизонтальной оси 3, на концах которой закреплены электрогенератор 4 и стабилизаторы 5, удерживающие ось 3 в горизонтальном положении. На фиг. 1,б) представлена схема крепления ротора ветроустановки с земли с помощью троса-кабеля 6, по которому выработанная электрогенератором 4 электроэнергия передается потребителю. На этой же схеме показано крепление надуваемого гелием цилиндрического баллона 7 к оси 3 ротора ветроустановки с помощью тросов-кабелей 8 и 9.
Вид баллона 7 спереди показан на фиг. 2,а), а вид сбоку - на фиг. 2,б). Баллон 7 выполнен из пленки и в результате надува гелием принимает форму цилиндра. Вдоль его диаметральной плоскости закреплена тонкопленочная солнечная батарея 10. При надувании баллона 7 из тонкопленочной солнечной батареи формируется плоскость, которая может ориентироваться в пространстве для эффективного преобразования энергии солнечного излучения. С помощью надува баллону 7 придается необходимая жесткость, при которой с ним можно обращаться как с твердым объектом. Верх баллона 7 прозрачный, а к нижней его части прикреплен груз в виде рейки 11. На концах баллона 7 находятся торцевые диски 12 и 13 с полуосями, за которые с помощью тросов-кабелей 8 и 9 цилиндр 7 крепится к оси 3 ветроустановки. На полуосях торцевых дисков 12 и 13 под действием веса в виде рейки 11 баллон 7 поворачивается так, что нормаль к плоскости, сформированная тонкопленочной солнечной батареей 10, будет всегда направлена вертикально вверх для эффективного преобразования энергии солнечного излучения.
Установка работает следующим образом.
Вначале надувают выполненный из пленки баллон 7, затем наполняют гелием цилиндрический баллон 1 ветроустановки. После этого с помощью тросов-кабелей 8 и 9 баллон 7 прикрепляют к концам оси 3, к которым также крепится трос-кабель 6. Под действием подъемной силы Архимеда система поднимается вверх на нужную высоту и удерживается на ней тросом-кабелем 6. Под действием ветра цилиндрический баллон 1 и закрепленный на его оси электрогенератор 4 начинают вращаться, вырабатывая электроэнергию, которая по тросу-кабелю 6 передается потребителю. В дневное время с помощью тонкопленочной солнечной батареи, находящейся в диаметральной плоскости цилиндрического баллона 7, энергия солнечного излучения преобразуется в электричество, которое по тросам-кабелям 8, 9 и 6 передается потребителю.
Атмосферная ветроустановка Magenn Air Rotor System была опробована на Аляске и показала работоспособность. Прикрепление к ней надуваемого гелием цилиндрического баллона с встроенной в него тонкопленочной солнечной батареей, преобразующей энергию солнечного излучения в электричество, увеличит мощность атмосферной энергетической установки.