RU2348831C2 - Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" - Google Patents
Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348831C2 RU2348831C2 RU2007106976/06A RU2007106976A RU2348831C2 RU 2348831 C2 RU2348831 C2 RU 2348831C2 RU 2007106976/06 A RU2007106976/06 A RU 2007106976/06A RU 2007106976 A RU2007106976 A RU 2007106976A RU 2348831 C2 RU2348831 C2 RU 2348831C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- concentrator
- diffuser
- rotary axis
- slings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02E10/722—
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для развертывания ветроэлектростанций практически в любых, даже удаленных и труднодоступных местах. Предлагаемое изобретение, используя в качестве захвата ветрового потока устройство в виде парашюта, позволяет делать ветростанцию очень эффективной, легкой и недорогой.The invention relates to the field of wind energy and can be used to deploy wind farms in almost any, even remote and inaccessible places. The present invention, using a device in the form of a parachute as a capture of the wind flow, makes the wind farm very efficient, easy and inexpensive.
Аналогом технического решения является способ производства ветроэнергии, предложенный немецким инженером В.Хейманном, где он использовал для усиления ветрового потока ветроулавливатель или по иному концентратор ветрового потока, который повышал вырабатываемую мощность ветрогенератора. Однако слишком сильный ветер был опасен для жесткой конструкции ветроуловителя [1].An analogue of the technical solution is the method of producing wind energy, proposed by the German engineer V.Heimann, where he used a wind trap or, alternatively, a wind flow concentrator to increase the wind flow, which increased the generated power of the wind generator. However, too strong a wind was dangerous for the rigid structure of the scoop [1].
В качестве прототипа предложен способ усиления ветрового потока, разработанный советскими изобретателями Н.Красногубом и В.Луценко, которые выполнили раструб ветроуловителя составным [2]. При усилении ветра его верхняя и нижняя пластины поворачиваются, частично перекрывая входное отверстие. Таким образом, частота вращения ветроколеса автоматически поддерживается в расчетных пределах. Однако сложность конструкции и то, что ветроуловитель установлен на высотной мачте, снижает надежность и повышает стоимость ветростанции.As a prototype, a method for enhancing the wind flow, developed by Soviet inventors N. Krasnogub and V. Lutsenko, who made the scoop bell composite [2], is proposed. When the wind intensifies, its upper and lower plates rotate, partially blocking the inlet. Thus, the rotational speed of the wind wheel is automatically maintained within the calculated limits. However, the complexity of the design and the fact that the scoop is mounted on a high mast reduces reliability and increases the cost of the wind farm.
Целью изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счет значительного увеличения площади захвата ветрового потока. Так же целью изобретения является значительное снижение стоимости ветростанций за счет снижения затрат на строительство парашютного захвата и диффузора, за счет меньшего диаметра ветроколес, а так же снижения затрат при установке и эксплуатации ветростанции. Кроме того, целью изобретения является повышение надежности ветростанции за счет регулирования положения парашюта, способного укрыть турбины во время очень сильного ветра, а так же увеличение мощности ветростанции, снижение ее веса, улучшение режима регулирования генераторов, т.е. за счет применения в устройстве многоступенчатой турбины и многоступенчатого генератора. Захваченный ветровой поток на вводе его в турбину и выводе из нее проходит сквозь сопло с профилем Лаваля, что позволяет более полно использовать ветровую энергию.The aim of the invention is to increase the efficiency of use and expansion of technical capabilities due to a significant increase in the area of capture of the wind flow. Also the purpose of the invention is to significantly reduce the cost of wind farms by reducing the cost of building a parachute capture and diffuser, due to the smaller diameter of the wind wheels, as well as reducing costs during installation and operation of the wind farm. In addition, the aim of the invention is to increase the reliability of a wind farm by regulating the position of a parachute capable of covering the turbines during very strong winds, as well as increasing the power of the wind farm, reducing its weight, improving the regulation mode of generators, i.e. due to the use of a multi-stage turbine and a multi-stage generator in the device. The captured wind stream at its entry into and exit from the turbine passes through a nozzle with a Laval profile, which allows more complete use of wind energy.
Поставленная цель достигается тем, что известный способ для производства электроэнергии заключается в том, что вращение лопастей ветрогенератора осуществляют за счет ветра, захваченного с помощью установленной на поворотной оси с возможностью поворота по ветру системы концентратор-диффузор, образующей в продольном сечении сопло Лаваля, в узкой части которого установлено ветроколесо, и обеспечивают создание в концентраторе-диффузоре подъемной силы, отличающийся тем, что поворот всей системы по ветру обеспечивают размещением поворотной оси перед концентратором, связанным с ней стропами, создание подъемной силы обеспечивают выполнением концентратора и диффузора скошенной формы, таким образом, что верхние части концентратора и диффузора длиннее их нижних частей, и обеспечивают регулирование площади захвата ветрового потока концентратором путем регулировки длины строп в зависимости от числа оборотов ветроколеса и деформации в держателе строп. Регулировку длины строп осуществляют опираясь на сигналы датчиков слежения оборотов на ветроколесе и усилия деформации в держателе строп. При размещении концентратора и диффузора на водной поверхности их снабжают поплавками. Подъемную силу концентратора и диффузора для поднятия всей станции над землей могут усиливать устройства в виде летающего крыла, герметичной оболочки, наполненной водородом или гелием. Устройство для производства энергии, содержащее установленную на поворотной оси систему концентратор-диффузор ветрового потока, образующую в продольном сечении сопло Лаваля, в узкой части которого установлено ветроколесо, отличающееся тем, что устройство снабжено каркасной рамой, на котором располагается ветроколесо, и имеющими возможность деформироваться каркасными кольцами, удерживающими ткань концентратора и диффузора, поворотная ось размещена перед концентратором и связана с ним стропам, обеспечивающими закрытие-открытие концентратора путем регулировки длины строп, при этом концентратор и диффузор выполнены скошенной формы, таким образом, что верхние части концентратора и диффузора длиннее их нижних частей. На поворотной оси расположены держатель и механизм подтягивания верхних строп, снабженный обратной системой связи с датчиками, отслеживающими нарастающие обороты ветроколеса и деформацию в держателе строп, при этом верхняя часть концентратора выполнена с возможностью подтягивания вплотную к держателю.This goal is achieved by the fact that the known method for generating electricity consists in the fact that the rotation of the blades of the wind generator is carried out due to the wind captured by means of a hub-diffuser installed in the longitudinal section, forming a Laval nozzle in a narrow section, in a narrow section parts of which the wind wheel is installed, and ensure the creation of a lifting force in the hub-diffuser, characterized in that the rotation of the entire system in the wind is ensured by the placement of the rotary axis in front of the hub, the slings connected with it, the creation of the lifting force is ensured by the execution of the beveled concentrator and diffuser, so that the upper parts of the concentrator and diffuser are longer than their lower parts, and provide control of the capture area of the wind flow by the concentrator by adjusting the length of the slings depending on the number of revolutions of the wind wheel and deformation in the sling holder. The length of the slings is adjusted based on the signals from the speed sensors on the wind wheel and the deformation forces in the sling holder. When placing the concentrator and diffuser on the water surface, they are supplied with floats. The lifting force of a concentrator and a diffuser for raising the entire station above the ground can be enhanced by devices in the form of a flying wing, an airtight shell filled with hydrogen or helium. A device for generating energy, comprising a concentrator-diffuser of a wind flow mounted on a rotary axis, forming a Laval nozzle in a longitudinal section, in a narrow part of which a wind wheel is installed, characterized in that the device is equipped with a frame frame on which the wind wheel is located and which can be deformed by the frame rings that hold the fabric of the hub and the diffuser, the rotary axis is placed in front of the hub and connected with slings, providing closing-opening of the end ntratora by adjusting the length of the sling, wherein the hub and the diffuser are made bevelled form, so that the upper portion of the diffuser and the concentrator longer their lower parts. On the rotary axis are the holder and the mechanism for pulling the upper lines, equipped with a feedback system with sensors that track the increasing speed of the wind wheel and the deformation in the holder of the lines, while the upper part of the hub is made with the possibility of pulling close to the holder.
Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1. Установка включает якорь 1, который служит местом крепления всей системы и на нем установлена поворотная втулка 2, к которой крепится держатель 3 для строп 4. Якорь 1 так же служит поворотной осью парашюта. От якоря 1 тянется трос-кабель 5, который крепится к одной из строп 4 и соединяется на противоположном конце с ветроколесом 7. Трос-кабель 5 может совмещать в себе две функции крепежного устройства, т.е. стропы и устройство, проводящего электрический ток, т.е. кабеля. Трос-кабель 5 от якоря 1 к месту потребления электроэнергии может проходить как под землей, так и над землей, но таким образом, чтобы не препятствовать повороту всей станции. Для того чтобы кабель 5 не перекручивался, во втулке 2 могут быть размещены скользящие контакты или кабель скручивается вокруг якоря в виде спирали. Купол 6, который выполнен в виде сопла Лаваля на входе и выходе, снабжен каркасными кольцами 8 специальной формы. Данная форма зависит от варианта "Парашютного захвата", так, например, на фиг.1 изображен "Наземный вариант", поэтому для него каркасные кольца 8 выполняются в виде окружностей, для того чтобы как можно больше захватывать ветровой поток с минимальным трением, при этом используя наименьшее количество ткани. Основное предназначение каркасных колец 8 - это удержание купола 6 в развернутом состоянии в момент безветрия, каркасные кольца могут быть как поперечными, так и продольными.The proposed method implements the installation shown in figure 1. The installation includes an
Ветроколесо 7 состоит из электрогенератора и рабочих лопаток. Кроме того, оно может быть снабжено направляющими лопатками, причем рабочих лопаток может быть сразу же несколько рядов, то есть это может быть многорядная ветротурбина, поэтому ветроколесо, имея достаточно больший вес, располагается на специальной каркасной раме 9. Каркасная рама 9 удерживает ветроколесо 7 и позволяет скользить вдоль поверхности земли, в зависимости от изменения направления ветра. Купол 6, сужаясь в виде сопла Лаваля к ветроколесу 7, за ним переходит в диффузор 10, выполненный так же в виде расширяющего сопла. Система-купол 6 и диффузор 10 составляют в совокупности "Парашютный захват".Wind wheel 7 consists of an electric generator and rotor blades. In addition, it can be equipped with guide vanes, and the working blades can be several rows at once, that is, it can be a multi-row wind turbine, therefore, the wind wheel, having a sufficiently large weight, is located on a special frame frame 9. The frame frame 9 holds the wind wheel 7 and allows you to glide along the surface of the earth, depending on the change in wind direction.
Для того чтобы предохранять купол и турбину от разрушения в очень сильный ветер, необходимо его опускать или гасить полностью, для этого предусмотрены специальные стропы - верхние стропы регулировки, которых может быть одна или несколько. Так, например, если начинается очень сильный ветер и требуется погасить купол, то эти стропы подтягиваются к якорю специальным тянущим устройством, которое крепится на держателе 3. Для того, чтобы предотвратить разрушение конструкции от нарастающей мощности ветрового потока, обратная система связи работает, опираясь на сигналы датчиков, которые отслеживают нарастающие обороты турбины, а так же нарастающую деформацию в держателе строп. То есть после превышения определенного показания нарастания оборотов (Фиг.2α), а так же усилия на держатель, верхние стропы начинают подтягиваться к якорю (Фиг.2β) до определенного положения. При этом поперечная площадь захвата ветрового потока парашютом будет уменьшаться. Если обратная связь управления механизмом натяжения строп по датчикам установит, что нагрузка на конструкцию снижена, то натяжение верхних строп прекратиться (Фиг.2w). При снижении ветровой нагрузки купол может вернуться в положение Фиг.2β или Фиг.2α. При увеличении ветровой нагрузки верхняя часть купола подтягивается вплотную к держателю (Фиг.2γ), тем самым конструкция полностью обтекается ветром, не захватывая его внутрь и защищая турбину от разрушения. При ослаблении ветра верхние стропы снова постепенно отпускаются, регулируя свой ход электронной системой слежения. В отличие от аналогов, где предлагалось ранее делать жесткую конструкцию концентратора ветрового потока, данная конструкция не жесткая. Каркасные кольца 8, удерживающие в безветрие ткань купола и диффузора, имеют возможность деформироваться. Они могут быть изготовлены из упругой проволоки, трубки или пластины, а так же из надувной камеры, позволяющей сворачивать или разворачивать всю конструкцию.In order to protect the dome and the turbine from destruction in a very strong wind, it is necessary to lower or extinguish it completely, for this special slings are provided - the upper adjustment slings, which can be one or several. So, for example, if a very strong wind begins and it is necessary to extinguish the dome, then these slings are pulled to the anchor by a special pulling device, which is mounted on the holder 3. In order to prevent the structure from collapsing from the increasing power of the wind flow, the reverse communication system works based on signals from sensors that track the increasing speed of the turbine, as well as the increasing deformation in the sling holder. That is, after exceeding a certain indication of the increase in speed (Fig.2α), as well as the efforts on the holder, the upper slings begin to be pulled to the anchor (Fig.2β) to a certain position. In this case, the transverse area of capture of the wind flow by parachute will decrease. If the feedback control the mechanism of the tension of the slings on the sensors will establish that the load on the structure is reduced, then the tension of the upper slings will stop (Fig.2w). When reducing wind load, the dome can return to the position of Fig.2β or Fig.2α. With an increase in wind load, the upper part of the dome is pulled close to the holder (Figure 2γ), thereby the structure is completely surrounded by the wind, without capturing it inward and protecting the turbine from destruction. With the weakening of the wind, the upper slings are again gradually released, adjusting their course with an electronic tracking system. Unlike analogues, where it was previously proposed to make a rigid design of a wind flow concentrator, this design is not rigid.
"Наземный вариант", изображенный на Фиг.1, характерен тем, что располагается на твердой земляной, песчаной, снежной, ледяной и т.п. поверхности. Это наиболее удобный вариант в обслуживании устройства "Парашютного захвата".The “ground variant” depicted in FIG. 1 is characterized in that it is located on solid earth, sand, snow, ice, etc. surface. This is the most convenient option for servicing the Parachute Capture device.
В этом варианте в качестве якорного устройства может служить специальный штырь, вбиваемый в землю, а так же растущее дерево, пень, камень и т.п. естественные зацепы на местности. В качестве строп может применяться обычная стропа, бельевой шнур, стальной тросик и т.п., может быть так же кабель, который напрямую соединен с якорем и турбиной, при этом стропа-кабель будет выполнять двойную функцию.In this embodiment, a special pin, driven into the ground, as well as a growing tree, stump, stone, etc., can serve as an anchor device. natural hooks on the ground. As slings, an ordinary sling, a linen cord, a steel cable, etc. can be used, there can also be a cable that is directly connected to the armature and the turbine, while the sling cable will perform a dual function.
"Надводный вариант", изображенный на Фиг.3, характерен тем, что устанавливается на водной поверхности озера, моря, реки и т.п. Может быть эффективен там, где до суши достаточно далеко, например, вырабатывать электроэнергию для буровых, расположенных в море. А так же, если земная поверхность, находящаяся рядом, например, с озером, не пригодна для развертывания ветростанции по причине гористой или покрытой лесом поверхности. Устанавливая "Надводный вариант" на озере, появляется возможность маневра ветроэлектростанции по поверхности воды, а кроме того, открытая поверхность водоема всегда богата ветрами, что повышает вырабатываемую мощность станции. Станция подобного типа во время стоянки может подзаряжать батареи морских судов и лодок, после чего быстро сворачиваться и перемещаться до следующей стоянки, при этом данным судам практически не нужно горючее. "Надводный вариант" в виде якоря применяет обычный морской якорь 1 или груз, заменяющий его. Каркасные кольца 8 опираются на поплавки 14, которые могут быть выполнены в виде надувного баллона. Для большей водоустойчивости каркасные кольца 8 могут быть так же выполнены в виде надувных колец (баллона-шины). Система может быть снабжена автоматической подкачкой шин и поплавков за счет электронасосов, питающихся от ветроэлектростанции. "Водный вариант" наиболее подходит для размещения на плавучих платформах мощных электростанций, содержащих сразу несколько ветроколес. Подобная компановка, изображенная на Фиг.3, для поворота по ветру требует специальной рельсовой или скользящей платформы, если ее расположить на твердой поверхности. В случае расположения ветростанции на водной поверхности такой платформы не требуется, под действием ветра она будет поворачиваться вокруг якоря, захватывая основной поток ветра.The “surface variant” depicted in FIG. 3 is characteristic in that it is installed on the water surface of a lake, sea, river, etc. It can be effective where far enough to land, for example, to generate electricity for rigs located at sea. And also, if the earth’s surface, located next to, for example, a lake, is not suitable for deployment of a wind farm due to the mountainous or forested surface. By installing the “Above-water option” on the lake, it becomes possible to maneuver the wind farm over the surface of the water, and in addition, the open surface of the reservoir is always rich in winds, which increases the power output of the station. A station of this type during recharging can recharge the batteries of ships and boats, and then quickly curl up and move to the next berth, while these vessels practically do not need fuel. The “surface variant” in the form of an anchor applies the
"Воздушный вариант" характерен тем, что для установки купола не требуется опорной поверхности, парашют, закрепленный на земле, полностью поднимается в воздух. Может быть достаточно эффективен в связи с тем, что с увеличением высоты скорость ветра усиливается. "Воздушный вариант" универсален и может применяться везде - над ровной, гористой, лесистой и т.п. поверхностью земли, а так же над водой.The "air version" is characterized by the fact that for the installation of the dome does not require a supporting surface, the parachute, mounted on the ground, completely rises into the air. It can be quite effective due to the fact that with increasing height, the wind speed increases. The "air version" is universal and can be used everywhere - over a flat, mountainous, wooded, etc. the surface of the earth, as well as above water.
При определенной конструкции парашютного захвата всю ветростанцию можно поднять в воздух. На данный момент времени выпускаемые конструкции турбин позволяют это сделать, так как они имеют очень небольшой вес. Для этого нужно конструкцию купола делать более скошенной, то есть верхняя ее часть намного больше выдается к якорю, чем нижняя. При этом набегающий поток, ударяясь в нее, создает подъемную силу для поднятия всей конструкции. Подъем купола обеспечивается за счет его перекоса в сторону земли, перекос создает вертикальную ветровую составляющую, направленную к земле, а ответная сила поднимает станцию вверх. Ветроколесо, имея определенный вес (Фиг.4а), начинает подниматься вверх до оптимальной высоты, где наиболее сильные ветровые потоки. Данный случай изображен на Фиг.4(а).With a specific parachute capture design, the entire wind farm can be raised into the air. At this point in time, the manufactured turbine designs allow this, since they have a very low weight. To do this, you need to make the dome structure more beveled, that is, its upper part extends much more to the anchor than the lower one. In this case, the oncoming flow, hitting it, creates a lifting force for lifting the entire structure. The dome is raised due to its bias towards the earth, the bias creates a vertical wind component directed to the ground, and the response force raises the station up. The wind wheel, having a certain weight (Figa), begins to rise up to the optimum height, where the strongest wind flows. This case is depicted in Figure 4 (a).
Для подъема ветростанции на большую высоту подъемную силу купола может усилить парашют летающее крыло 11 или другая парашютная конструкция, используемая на сегодня спортсменами. При этом для снижения длины строп последние прикрепляются к тросу 12. Данная система "Воздушного варианта" изображена на Фиг.4б. Она позволяет улавливать более быстрые потоки ветра верхних слоев атмосферы, удерживает более мощную турбину, а следовательно, становится более эффективной. Для еще большего увеличения эффективности ветростанции парашютный захват может быть выполнен с герметичной оболочкой 13, пустотелой по контуру, в которую может быть закачен водород или гелий. Данная система (Фиг.4в) может подниматься в воздух в полное безветрие у земли или из укрытых от ветра мест, таких как лес и замкнутые горные долины.To raise the wind farm to a great height, the flying force of the canopy 11 can strengthen the parachute, the flying wing 11 or another parachute structure used by athletes today. At the same time, to reduce the length of the slings, the latter are attached to the
В парашютной ветростанции можно использовать очень легкое ветроколесо, при этом для ее работы достаточно закрепить стропы парашюта на любой основе, ветровой поток будет удерживать купол и направляться в турбину. При смене ветра вся система автоматически будет поворачиваться за ним. Применяя для улавливания потока ветра специальный парашют, ветростанция, в собранном виде, становится особенно малогабаритна и может перемещаться в пространстве одним человеком. Для увеличения мощности установки целесообразно использовать имеющийся рельеф местности в виде возвышенности, бокового откоса, скалы, здания, русла реки и т.п., от которого может отражаться дополнительный ветровой поток и направляться в ветростанцию. Низкая стоимость парашютной ветроэлектростанции обусловлена еще тем, что все варианты станций выполнены с концентраторами и диффузорами скошенной формы. Наземный и надводный варианты преследуют возможно больший захват ветрового потока, поэтому верхняя часть концентратора и диффузора длиннее их нижних частей. Так как плоскость твердой или жидкой поверхности сама является отражающей плоскостью, а с другой стороны скорость ветрового потока у этой плоскости минимальна. Поэтому не требуется у этой поверхности применять столько же парашютной ткани, сколько в противоположной стороне.In a parachute wind farm, you can use a very light wind wheel, while for its operation it is enough to fix the parachute lines on any basis, the wind flow will hold the dome and go to the turbine. When the wind changes, the whole system will automatically turn behind him. Applying a special parachute to capture the wind flow, the wind farm, when assembled, becomes especially small-sized and can be moved in space by one person. To increase the capacity of the installation, it is advisable to use the existing terrain in the form of a hill, a side slope, a cliff, a building, a river bed, etc., from which an additional wind stream can be reflected and sent to a wind farm. The low cost of a parachute wind farm is also due to the fact that all station options are made with beveled concentrators and diffusers. Ground and surface options pursue the greatest possible capture of the wind flow, so the upper part of the concentrator and diffuser is longer than their lower parts. Since the plane of a solid or liquid surface is itself a reflecting plane, and on the other hand, the wind flow velocity at this plane is minimal. Therefore, it is not required to use as much parachute tissue at this surface as in the opposite direction.
В "воздушном варианте", как было показано, данный скос позволяет обеспечивать подъемную силу для всей станции. Поэтому данная особенность изготовления парашютного захвата позволяет экономить до 50% материала при его изготовлении, снижая общую себестоимость всей станции. Для доказательства целесообразности применения данных ветростанций в народном хозяйстве рассчитаем их экономическую эффективность в сравнении с традиционными пропеллерными ВЭУ.In the "air version", as was shown, this bevel allows you to provide lifting force for the entire station. Therefore, this feature of the manufacture of parachute capture allows you to save up to 50% of the material in its manufacture, reducing the total cost of the entire station. To prove the feasibility of using these wind farms in the national economy, we will calculate their economic efficiency in comparison with traditional propeller wind turbines.
Так, например, последние модели гигантских ветростанций, оснащенные ветроколесами, диаметром 36 м, при высокой скорости ветра могут развивать мощность до 2 мВт. Площадь ветрового потока, перекрываемая этими станциями, примерно равна 1000 м2. Для того, чтобы перекрыть подобную площадь пространства "парусным" ВЭУ на ровной поверхности поля, потребуется сечение паруса в виде сектора окружности высотой 15 м и шириной 100 м (часть площади фасада пятиэтажной "хрущевки") (Фиг.5). Если на данный парус установить 10 ветроколес диаметром 2,5 м при их поперечной площади 5 м2, то соотношение поперечной площади рабочих лопаток к поперечной площади паруса составит 1:20.For example, the latest models of giant wind farms equipped with wind wheels with a diameter of 36 m, at high wind speeds can develop power up to 2 mW. The area of the wind flow covered by these stations is approximately equal to 1000 m 2 . In order to cover such an area of space with a “sailing” wind turbine on a flat field surface, a sail section will be required in the form of a sector of a circle with a height of 15 m and a width of 100 m (part of the area of the facade of the five-story “Khrushchev”) (Figure 5). If you install 10 wind wheels with a diameter of 2.5 m with a transverse area of 5 m 2 on this sail, then the ratio of the transverse area of the working blades to the transverse area of the sail will be 1:20.
Расчет эффективности данных установок проводится с учетом того, что они улавливают один и тот же ветер, равный 10 м/сек. Как известно, по статистике каждый квадратный метр, перекрываемый винтом в стандартном ветряке, вырабатывает при ветре 10 м/с, примерно 215 Вт, следовательно, ветроколесо диаметром 35 м, имея поперечную площадь 1000 м2, будет производить 215 кВт. При использовании "паруса" с коэффициентом сужения 1:20, учитывая, что трение достигает 50%, скорость ветра с 10 м/с в узком сечении паруса достигнет скорости 100 м/с [3]. При этой скорости ветроколесо с 1 м2 может вырабатывать мощность 210 кВт. Ветроколесо имеет площадь 5 м2, следовательно способно вырабатывать 1,05 мВт. Мощность, соответственно, всех десяти ветроколес может составить 10,5 МВт. Это практически в 50 раз больше, чем производит энергию классическая ветростанция с той же площади. Учитывая, что на данный момент времени нет специализированных ветровых турбин для столь высокой скорости ветра и то, что на первой стадии в парашютных ВЭУ придется использовать классические ветротурбины, рассчитанные работать до скорости ветра всего 12,5 м/с, все равно это открывает очень большие возможности для использования парусных ветростанций. Так как, половину года по той же статистике ветер не превышает 4 м/с, следовательно, классические станции это время практически не работают. В отличие от них, парусные станции будут работать постоянно, даже при ветре, достигающем скорости менее 0,5 м/с.The calculation of the effectiveness of these installations is carried out taking into account the fact that they capture the same wind, equal to 10 m / s. As you know, according to statistics, every square meter covered by a screw in a standard wind turbine produces 10 m / s, approximately 215 W, with a wind of 35 m in diameter, having a transverse area of 1000 m 2 , will produce 215 kW. When using a "sail" with a narrowing coefficient of 1:20, given that friction reaches 50%, a wind speed of 10 m / s in a narrow section of the sail will reach a speed of 100 m / s [3]. At this speed, a wind wheel with 1 m 2 can generate 210 kW. The wind wheel has an area of 5 m 2 , therefore it is capable of generating 1.05 mW. The power, respectively, of all ten wind wheels can be 10.5 MW. This is almost 50 times more than a classical wind farm with the same area produces energy. Considering that at the given time there are no specialized wind turbines for such a high wind speed and the fact that at the first stage in parachute wind turbines it is necessary to use classic wind turbines designed to operate at a wind speed of only 12.5 m / s, this still opens up very large opportunities to use sailing wind farms. Since, according to the same statistics, for half a year the wind does not exceed 4 m / s, therefore, classical stations practically do not work this time. In contrast, sailing stations will operate continuously, even with winds reaching speeds of less than 0.5 m / s.
Для завершения оценки эффективности этих станций проведем сравнение их себестоимости. Очень большое сооружение в виде трехлопастного ветряка диаметром 36 м, с высотой опорной башни в 50 м, требует затрат на его строительство и запуск в пределах 1 млн.$. Стоимость ветротурбины для парусной ВЭУ диаметром 2,5 м, в соответствии с сегодняшней стоимостью будет примерно равна 12 тыс.$, десять турбин соответственно будут стоить 120 тыс.$. Парус, состоящий из авиазентовой ткани, в максимальном сечении достигающий 1000 м2, по сегодняшним ценам, будет стоить примерно 30 тыс.$. Общая стоимость всей системы парусной ВЭУ, включая крепеж станции и устройство преобразования электроэнергии, будет равна 200 тыс.$. Данное сравнение показывает, что парусная ветростанция, которая может вырабатывать количество электроэнергии, превышающее более чем на порядок энергию, вырабатываемую обычной ветростанцией, по своей стоимости будет ниже, примерно в 5 раз. При этом парусная ВЭУ является мобильной станцией, ее можно быстро сворачивать, перемещать на большие расстояния и снова разворачивать, в отличие от громоздких лопастных станций.To complete the assessment of the effectiveness of these stations, we will compare their cost. A very large structure in the form of a three-bladed wind turbine with a diameter of 36 m, with a supporting tower height of 50 m, requires the cost of its construction and launch within $ 1 million. The cost of a wind turbine for a sailing wind turbine with a diameter of 2.5 m, in accordance with today's cost, will be approximately equal to $ 12 thousand, ten turbines, respectively, will cost $ 120 thousand. A sail consisting of an airborne fabric, reaching a maximum cross section of 1000 m 2 , at today's prices, will cost about $ 30 thousand. The total cost of the entire system of a sailing wind turbine, including the fixture of the station and the power conversion device, will be equal to $ 200 thousand. This comparison shows that a sailing wind farm that can generate more than an order of magnitude more energy than a conventional wind farm will cost about 5 times less in value. At the same time, the sailing wind turbine is a mobile station, it can be quickly minimized, moved over long distances and deployed again, in contrast to bulky paddle stations.
На данный момент времени российскому потребителю предлагаются ветростанции малой мощности 1,5 кВт, выпускаемые в нашей стране, по цене 400000 руб. без аккумуляторов и мачты. Вес ветростанции достигает 50 кг, с мачтой и оборудованием 150 кг. Понятно, что для такого по стоимости весу оборудования в России существует ограниченное число покупателей. С другой стороны одна из фирм США выпустила ветротурбину на 0,4 кВт, весом всего 5 кг по цене 18000 рублей. При этом если взять ее за основу и оснастить парашютным захватом, то для этой турбины не потребуется специальной мачты. Все дополнительное оборудование и аккумуляторы будут вместе с турбиной стоить не более 40000 рублей. При этом мощность парашютной станции может подняться в 8 раз, что составит 2,4 кВт. Поэтому по сравнению с сегодняшними станциями, выпускаемыми в России, она будет значительно мощнее, легче (до 12 кг вся станция) и мобильнее. Основная задача данного изобретения - создать станции, которые мог бы один человек перемещать на большие расстояния. Поэтому они могли бы применяться геологами, оленеводами, охотниками, пограничниками, альпинистами и многими другими профессионалами.At the moment, Russian consumers are offered low-power wind farms of 1.5 kW, produced in our country, at a price of 400,000 rubles. without batteries and mast. The weight of the wind farm reaches 50 kg, with a mast and equipment 150 kg. It is clear that for such a cost-weight equipment in Russia there is a limited number of buyers. On the other hand, one of the US firms produced a 0.4 kW wind turbine weighing only 5 kg at a price of 18,000 rubles. Moreover, if you take it as a basis and equip it with a parachute grip, then for this turbine you will not need a special mast. All additional equipment and batteries will cost no more than 40,000 rubles together with the turbine. At the same time, the power of the parachute station can rise by 8 times, which amounts to 2.4 kW. Therefore, in comparison with today's stations produced in Russia, it will be much more powerful, lighter (up to 12 kg the entire station) and more mobile. The main objective of this invention is to create stations that one person could move over long distances. Therefore, they could be used by geologists, reindeer herders, hunters, border guards, climbers and many other professionals.
В истории развития ветроэлектростанций [4], были известны концентраторы ветрового потока, так называемые воздуховодные устройства, которые показали, что они могут применяться для уменьшения размеров ветродвигателя, рассчитанных на определенную мощность и увеличения частоты их вращения. Воздуховодные устройства были испытаны в Англии как жесткие металлические конструкции, установленные на той же стойке, что и обычные ветряки. При этом было достигнуто увеличение скорости набегающего потока в 1,5 раза, что обеспечило увеличение мощности в 3,5 раза, по сравнению с мощностью обычного ветродвигателя того же диаметра. На практике, анализируя, на сколько выигрыш в мощности превышает стоимость металлического концентратора, установленного на стойке, пришли к выводу, что устройство малоэффективно.In the history of the development of wind farms [4], wind flow concentrators, the so-called air-handling devices, were known, which showed that they can be used to reduce the size of a wind turbine designed for a specific power and increase their rotation frequency. Air ducts were tested in England as rigid metal structures mounted on the same rack as conventional windmills. At the same time, an increase in the free-stream speed by 1.5 times was achieved, which ensured an increase in power by 3.5 times, compared with the power of a conventional wind turbine of the same diameter. In practice, analyzing how much the gain in power exceeds the cost of a metal hub mounted on a rack, we came to the conclusion that the device is ineffective.
Как обычно бывает в развитии техники, первый шаг в сторону концентрации ветровых потоков был отвергнут авторитетными специалистами, которые анализировали эффективность несовершенной конструкции. Основной недостаток конструкции был в том, что она располагалась на высокой поворотной оси, что создавало очень большие нагрузки на опору и при сильных порывах ветра избежать ее разрушения было практически невозможно. При малой площади ветрозабора, которая ускоряла поток ветра незначительно, был получен незначительный прирост мощности. Учитывая высокую стоимость конструкции, ее небольшую эффективность и надежность, эксперты естественным образом забраковали данные концентраторы потока, не рассматривая их возможностей при других возможных исполнениях. Как иногда бывает в науке авторитеты в науке могут служить не только двигателем прогресса, но и его тормозом.As is usually the case in the development of technology, the first step in the direction of concentration of wind flows was rejected by reputable experts who analyzed the effectiveness of an imperfect design. The main drawback of the design was that it was located on a high rotary axis, which created very large loads on the support and, with strong gusts of wind, it was practically impossible to avoid its destruction. With a small area of wind sampling, which accelerated the wind flow slightly, a slight increase in power was obtained. Given the high cost of the structure, its low efficiency and reliability, experts naturally rejected these flow concentrators without considering their capabilities for other possible designs. As sometimes happens in science, authorities in science can serve not only as an engine of progress, but also as a brake on it.
В Российском варианте все вышеперечисленные недостатки были устранены. Конструкция парашютной станции не располагается на высокой стойке, так как в этом нет необходимости, поэтому ветротурбина при расположении на земле очень устойчива. Парашютный захват при низкой стоимости своей конструкции может перекрывать большую площадь ветрового потока, позволяя очень сильно его ускорять, а следовательно, получать очень высокий прирост электроэнергии на турбине. Во время сильных ветров станция может легко сворачиваться в ручном или автоматическом режиме, что так же повышает ее долгосрочную работу и не требует сложных систем защиты. То есть, в отличие от первых попыток использовать концентраторы ветрового потока в Российском способе учтены основные критерии работы ветростанции, а именно - надежность, мобильность, низкая себестоимость и высокая эффективность. Все эти принципиальные отличия позволяют как нашим, так и зарубежным энергетикам создавать очень мощные парашютные ветроэлектростанции.In the Russian version, all of the above disadvantages were eliminated. The design of the parachute station is not located on a high rack, as this is not necessary, therefore, the wind turbine is very stable when placed on the ground. Parachute capture at a low cost of its design can block a large area of the wind flow, allowing it to accelerate very much, and therefore receive a very high increase in electricity on the turbine. During strong winds, the station can be easily folded in manual or automatic mode, which also increases its long-term operation and does not require complex protection systems. That is, in contrast to the first attempts to use wind flow concentrators, the Russian method took into account the main criteria for the operation of a wind farm, namely reliability, mobility, low cost and high efficiency. All these fundamental differences allow both our and foreign power engineers to create very powerful parachute wind farms.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Патент Германии №244992, 1912 г.1. German patent No. 244992, 1912
2. А.с. СССР №1020623, 1983 г.2. A.S. USSR No. 1020623, 1983
3. "Справочник по гидро- и пневмосопротивлению". И.Е.Идельчик, стр.251.3. "Handbook of hydro and pneumatic resistance." I.E. Idelchik, p. 251.
4. Ветроэнергетика. Д. де Рензо, Москва: Энергоатомиздат, 1982 г., стр.60-63.4. Wind power. D. de Renzo, Moscow: Energoatomizdat, 1982, pp. 60-63.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106976/06A RU2348831C2 (en) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106976/06A RU2348831C2 (en) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007106976A RU2007106976A (en) | 2008-09-10 |
| RU2348831C2 true RU2348831C2 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=39866293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007106976/06A RU2348831C2 (en) | 2007-02-26 | 2007-02-26 | Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348831C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450158C2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-05-10 | Виктор Анатольевич Кущенко | Air flow power plant |
| WO2012067533A1 (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Orlov Viktor Fedorovich | Apparatus for extracting energy from a fluid medium |
| RU2536648C2 (en) * | 2009-07-29 | 2014-12-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and arrangement of volkov's system for energy generation by sailing capture of air flows and solar beams |
-
2007
- 2007-02-26 RU RU2007106976/06A patent/RU2348831C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536648C2 (en) * | 2009-07-29 | 2014-12-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and arrangement of volkov's system for energy generation by sailing capture of air flows and solar beams |
| RU2450158C2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-05-10 | Виктор Анатольевич Кущенко | Air flow power plant |
| WO2012067533A1 (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Orlov Viktor Fedorovich | Apparatus for extracting energy from a fluid medium |
| RU2519297C2 (en) * | 2010-11-15 | 2014-06-10 | Виктор Федорович Орлов | Device of outfeed of energy of fluid medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007106976A (en) | 2008-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0045202A1 (en) | Improvements in wind powered electric generators | |
| ES2796113T3 (en) | Floating body apparatus to suppress tower body vibration | |
| US4350897A (en) | Lighter than air wind energy conversion system | |
| US9080550B2 (en) | Airborne wind energy conversion system with fast motion transfer | |
| US7582981B1 (en) | Airborne wind turbine electricity generating system | |
| US9000605B2 (en) | Lighter-than-air craft for energy-producing turbines | |
| KR101697068B1 (en) | Wind diverter | |
| US4350899A (en) | Lighter than air wind energy conversion system utilizing a rearwardly mounted internal radial disk diffuser | |
| EP2344756B1 (en) | Power-augmenting shroud for energy-producing turbines | |
| US6755608B2 (en) | Wind turbine enhancement apparatus, method and system | |
| US20080048453A1 (en) | Tethered Wind Turbine | |
| US20050263057A1 (en) | Cyclosail wind turbine | |
| US9328717B1 (en) | Golden ratio axial flow apparatus | |
| US20120068465A1 (en) | Vertical axis wind turbine generator with sails | |
| US20120121379A1 (en) | Tower type vertical axle windmill | |
| US9004851B1 (en) | Efficient spiral wind-turbine configuration | |
| KR20130116238A (en) | Wind/water turbine with rotational resistance reduced by wind vane blade | |
| US11898536B2 (en) | Mastless wind turbine for power generation | |
| Ragheb | Wind energy converters concepts | |
| RU2348831C2 (en) | Method and device of volkov system for power generation by method of "parachute capture" | |
| Hossain et al. | Design and development of a 1/3 scale vertical axis wind turbine for electrical power generation | |
| EP2879950A1 (en) | Lighter-than-air craft for energy-producing turbines | |
| NO831859L (en) | INFLATABLE DEVICE FOR CONCENTRATION OF WIND POWER | |
| CN101046190B (en) | Wind, wind tunnel, wind wheel and wind driven generator combination | |
| US10443569B1 (en) | Wind or water based power generating system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20100506 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUB-LICENCE Effective date: 20110210 |