RU2482328C1 - Поливиндроторный энергоблок - Google Patents
Поливиндроторный энергоблок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482328C1 RU2482328C1 RU2012114253/06A RU2012114253A RU2482328C1 RU 2482328 C1 RU2482328 C1 RU 2482328C1 RU 2012114253/06 A RU2012114253/06 A RU 2012114253/06A RU 2012114253 A RU2012114253 A RU 2012114253A RU 2482328 C1 RU2482328 C1 RU 2482328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mast
- power unit
- wind
- windrotors
- power
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения промышленно значимых мощностей электроэнергии. Энергоблок состоит из несущей мачты с поворотным узлом, вертикально-осевой турбины, генератора, хвостового оперения. Он содержит связанные между собой вертикальными стойками, по меньшей мере, в один ярус одинаковые горизонтально-коаксиальные платформы стреловидной формы. Платформы своими заостренными частями опираются на поворотный узел мачты. В пространстве между расходящимися в противоположные стороны плечами платформ ярусов, на каждом из этих плеч, установлено симметрично мачте и за ее контурами равное число ортогональных виндроторов. Аэродинамические элементы виндроторов, расположенных по разные стороны от мачты, обеспечивают их встречное вращение, при котором скоростные векторы тех из упомянутых элементов, что максимально удалены от оси симметрии энергоблока, совпадают с направлением ветра. Под нижней платформой имеются усиливающие ребра жесткости, а хвостовые оперения вертикально подняты и опираются на внутренние кромки верхней платформы. Изобретение обеспечит снижение себестоимости электроэнергии при снижении затрат на капитальное строительство при простоте эксплуатации и обслуживания. 4 ил.
Description
Устройство используется для получения промышленно значимых мощностей электроэнергии посредством ее генерации из возобновляемого природного источника - перемещающихся в атмосфере среднескоростных и нестабильных воздушных масс на континентальных территориях.
Сущность технического решения состоит в том, что несколько ортогональных виндроторов, максимально достигнутой на практике мощности, включены в состав поднятого над землей единого энергетического блока, содержащего горизонтально-коаксиальные платформы, идентичные по габаритам и стреловидной форме с расходящимися в стороны плечами и креплением к мачте на заостренных участках; вертикально-осевые турбины, расположены в пространстве между платформами, симметрично и за контурами несущей мачты в одном или нескольких ярусах по различным компоновочным схемам. Число турбин на разных плечах энергоблока одинаково, их вращение встречно направленно, ориентация установки на ветер усилена хвостовыми оперениями, опирающимися на внутреннюю кромку верхней платформы.
Предложенный энергоблок относится к ветроэнергетическим установкам с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра (вертикально-осевые турбины, VAWT или виндроторы).
Изменения в структуре и тенденции развития мировой ветроэнергетики продолжают подтверждать вывод о низкой эффективности и бесперспективности применения горизонтально-осевых пропеллерных установок в условиях континентального климата с преобладанием среднескоростных, переменчивых по направлению ветров. Если в целом доля виндроторов в передовых странах не превышает 11%, то динамично и на опережение развивающаяся экономика Китая планирует за ближайшие годы сосредоточить вне прибрежных и шельфовых зон 25% своего ветроэнергетического потенциала. Вместе с тем, для виндроторной техники остается не решенной проблема получения промышленно значимых мощностей от ветрогенераторов, которые на практике не превышают 20 кВт.
В качестве конкретных технических решений можно указать на ортогональные виндроторы с парусными элементами (патенты RU №№2034169, 2370665) и крыловидными лопастями (патенты RU №№2034169, 2347104), выгнутыми крыловидными лопастями, подобными ротору Дарье (Darrieus rotor). Их недостаточные для промышленного применения мощности подтверждаются в интернет-источниках, например http://www.energostar.com.ua.http://ungs.su. на целом ряде иных веб-сайтов. Конструктивно-силовые схемы виндроторов на рубеже мощности в 20 кВт достигают предела прочностных характеристик, тем самым утрачивая энергетические перспективы. Аэродинамические узлы, их крепеж не в состоянии выдержать вес турбин и напор ветра, происходят деформация и разрушение отдельных ответственных частей и устройств в целом. Упомянутые виндроторы ортогонального типа ротором Дарье вращаются в единственной подшипниковой опоре, нередко совмещенной с генератором и расположенной под турбиной. Данное техническое решение приводит к воздействию изгибающего момента на роторный вал, возникновению биения, повреждению подшипниковых опор и генератора. Вместе с тем, известны виндроторы, например роторный ветродвигатель (патент RU №2210000), в которых турбина установлена на двух разнесенных опорах выше и ниже турбины, на вершине несущего каркаса и ближе к фундаменту ВЭУ. Однако и данному типу устройств не удается достигнуть промышленного уровня мощности в силу низкого значения движущей силы, осуществляющей вращение ротора под воздействием ветра, возникает необходимость строительства для преодоления этого недостатка неустойчивых и дорогостоящих башенных конструкций значительной высоты.
Все известные ветростанции, включая виндроторы, из-за знакопеременных напряжений в конструкциях имеют низкий ресурс работы, а легкие скоростные турбины полностью изнашиваются вместе с генераторами уже за 1-1,5 года непрерывной работы. Вместе с тем, цена турбинно-генераторных узлов составляет 58-62% от цены основного оборудования. Текущее обслуживание, ремонт и замена главных рабочих узлов осуществляются при полной остановке ВЭУ, от чего страдают потребители электроэнергии, проводятся на большой высоте, сопряжены с риском и применением дорогостоящего, нередко уникального оборудования и грузоподъемной техники. Именно плохие и затратные эксплуатационные качества, а не низкий КПД, высокие капиталовложения, как часто принято считать, делают ветроэнергетику экономически не привлекательной по сравнению с традиционными сетевыми источниками, где цена за электричество на порядок ниже (3-4 руб. против 30-50 руб. 1 кВт час от ВЭУ).
За прототип выбрана ветровая установка (патент RU №2258155), в состав которой входят несущая мачта, поворотный узел, турбина с неортогональными лопастями, подобными базовым элементам Савониуса, закрытая обтекаемым кожухом, имеющим окно для доступа воздушного потока к турбине, хвостовое оперение на консольной балке. Уже неортогональность турбинных лопастей отводит данное устройство к ветрякам низкой мощности порядка 1-3 кВт. Установка из-за наличия кожуха утрачивает главное преимущество виндроторов, а именно, само ориентирование на ветер. Патент содержит спорные утверждения о преодолении вибрации и снижении нагрузки на вал, в то время как следует ожидать срывов воздушного потока с кромок окна, вырезанного в кожухе, и соответствующего усиления вихрей и скачков давления в рабочем объеме турбины, а консольная балка и противовесы утяжеляют конструкцию. Хвостовое оперение лишь частично вынесено из зоны турбулентного шлейфа от отработанного турбиной воздуха и после обтекания им кожуха, от чего ориентировка на ветер не будет устойчивой и стабильной.
Целью изобретения является получение больших электрических мощностей меньшей себестоимости от одного ветроэнергетического объекта на базе виндроторной техники, оптимальной в климатических условиях континентальных территорий.
Поставленная цель достигается тем, что в единый энергоблок объединены несколько ортогонально-виндроторных турбин, поднятых на вершину общей несущей мачты и размещенных по меньшей мере в одном ярусе между горизонтально-коаксиальными платформами одинаковой стреловидной формы и габаритов так, что располагаются на расходящихся плечах платформ в равном количестве, симметрично и за контурами мачты, на поворотный узел которой упомянутые платформы опираются своими заостренными частями. Самоориентация энергоблока на ветер усиливается направленностью встречного вращения турбин, разнесенных по разные стороны от мачты, наличием хвостовых оперений над верхней платформой. Прочности и жесткости конструкции способствуют ребра жесткости под нижней платформой энергоблока. Для достижения требуемой промышленной мощности энергоблок может быть исполнен от одно- до трехярусной компоновки и комплектации 2-8 базовыми виндроторами.
На фиг.1 показан одноярусный энергоблок в составе четырех виндроторов; на фиг.2 - тот же энергоблок в двухярусном исполнении; на фиг.3 - вид сверху на одноярусный энергоблок. Здесь и далее верхняя платформа условно не показана. На фиг.4 - вид сверху на двухярусный энергоблок.
Поливиндроторный энергоблок (Wind Energy Bloc - WEB). содержит несущую мачту 1 с поворотным узлом 2, к которому на их заостренных участках прикреплены горизонтально-коаксиальные платформы 3 идентичной стреловидной формы и габаритов, стянутые стойками 4. Между платформами в подшипниковых опорах 5 установлены на вертикальных валах 6 ортогональные турбины 7, передающие вращение на генераторы 8. Над верхней платформой имеются хвостовые оперения 9, под нижней платформой - ребра жесткости 10.
Установка WEB работает следующим образом. Под напором ветра платформы 3 разворачиваются так, что их расходящиеся плечи вмести с установленными на них элементами конструкции, включая турбины 7, располагаются с подветренной стороны от мачты 1. Одновременно происходит вращение турбин 7, которое в проекции на фундамент установки и глядя со стороны набегающего воздушного потока в правом плече платформ 3 происходит против часовой стрелки, а в левом плече - по часовой стрелке. Кинетический потенциал ветра преобразуется в механическую энергию вращающихся турбин 7, затем электрическую энергию в генераторах 8, далее через прибор коррекции, АКБ и инвертор подаваемую потребителям.
При установленной дислокации виндроторных турбин 7 и встречном вращении их аэродинамических элементов, относящихся к противоположным плечам платформ 3, энергоблок будет без принудительного механизма ориентироваться на ветер. Уточненный порядок вращения турбин 7, наличие хвостовых оперений 9 способствует устойчивому характеру ориентации.
Взяв, как уже указывалось, за основу энергоблока выпускаемые промышленно ортогональные виндроторы диаметром 4-4,5 м и мощностью 20 кВт, установка WEB в пределах массогабаритных и прочностных ограничений может вырабатывать 40 кВт (компоновка одноярусная в комплектации двумя турбинами), 80 кВт (в компоновке и комплектации, представленными на фиг.1 и 2), 120 кВт (компоновка двух ярусная в комплектации 6 виндроторами в ярусах, считая их сверху вниз, по схеме «4+2»).
Дальнейшее наращивание мощности до 160 кВт потребует трех ярусной компоновки комплекса и комплектации его 8 виндроторами в названном порядке по схеме «2+4+2», что отяжелит энергоблок и может вызвать при среднескоростных ветрах необходимость в механизме принудительного разворота на ветер. Между тем известно, что горизонтально-осевые ВЭУ мощностью уже от 20 кВт без таких механизмов неработоспособны, однако необходимость в этих узлах не является причиной отказа от практического применения систем HAWT.
Снижение себестоимости электроэнергии от предложенного энергоблока обеспечивается меньшими удельными затратами на капитальное строительство, удешевлением эксплуатации, поскольку его платформы одновременно являются обслуживающими площадками, допускающими установку на них грузоподъемных и иных вспомогательных механизмов, возможностью поочередного ремонта турбинно-генераторных узлов без остановки энергоблока в целом. Ресурс работы данных узлов значительно удлиняется, т.к. валы турбин устанавливаются в собственных подшипниковых опорах, разнесенных по высоте, отделены муфтами от роторных валов электрогенераторов. Объединение нескольких систем WEB в ветропарк потребует на определенных условиях в 3 раза меньшего землеотвода и даст соответствующее снижение расходов на арендную плату и налоговые платежи, которые входят в себестоимость вырабатываемой из ветра электроэнергии.
Claims (1)
- Поливиндроторный энергоблок, состоящий из несущей мачты с поворотным узлом, вертикально-осевой турбины и генератора, хвостового оперения, отличающийся тем, что содержит связанные между собой вертикальными стойками по меньшей мере в один ярус одинаковые горизонтально-коаксиальные платформы стреловидной формы, опирающиеся на поворотный узел мачты своими заостренными частями, в пространстве ярусов между расходящимися в противоположные стороны плечами платформ на каждом из этих плеч установлено симметрично мачте и за ее контурами равное число ортогональных виндроторов, аэродинамические элементы виндроторов, расположенных по разные стороны от мачты, обеспечивают их встречное вращение, при котором скоростные векторы тех из упомянутых элементов, что максимально удалены от оси симметрии энергоблока, совпадают с направлением ветра, под нижней платформой имеются усиливающие ребра жесткости, а хвостовые оперения вертикально подняты и опираются на внутренние кромки верхней платформы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114253/06A RU2482328C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Поливиндроторный энергоблок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114253/06A RU2482328C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Поливиндроторный энергоблок |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2482328C1 true RU2482328C1 (ru) | 2013-05-20 |
Family
ID=48789912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012114253/06A RU2482328C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Поливиндроторный энергоблок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2482328C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529990C1 (ru) * | 2013-10-25 | 2014-10-10 | Александр Владимирович Губанов | Поливиндротор модифицированный |
WO2023166456A1 (ru) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Ара АМИРЯН | Ветроэнергетическая установка |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1793095C (ru) * | 1990-07-11 | 1993-02-07 | Tsyganok Aleksandr | Ветроэнергетическа установка |
RU2009370C1 (ru) * | 1991-03-04 | 1994-03-15 | Николай Андреевич Сидоров | Ветровой двигатель |
RU2061903C1 (ru) * | 1993-12-23 | 1996-06-10 | Юрий Яковлевич Егоркин | Ветродвигатель |
UA71641C2 (ru) * | 2002-05-07 | 2004-12-15 | Відкрите Акціонерне Товариство "Мотор Січ" | Ветроэнергетическая установка |
US20100253084A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Industrial Technology Research Institute | Vertical-axis windpower fan unit and module and power generating system thereof |
US7883318B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-08 | Joseph Voves | Self-orienting, linear drive apparatus for harvesting power from the wind |
-
2012
- 2012-04-12 RU RU2012114253/06A patent/RU2482328C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1793095C (ru) * | 1990-07-11 | 1993-02-07 | Tsyganok Aleksandr | Ветроэнергетическа установка |
RU2009370C1 (ru) * | 1991-03-04 | 1994-03-15 | Николай Андреевич Сидоров | Ветровой двигатель |
RU2061903C1 (ru) * | 1993-12-23 | 1996-06-10 | Юрий Яковлевич Егоркин | Ветродвигатель |
UA71641C2 (ru) * | 2002-05-07 | 2004-12-15 | Відкрите Акціонерне Товариство "Мотор Січ" | Ветроэнергетическая установка |
US7883318B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-08 | Joseph Voves | Self-orienting, linear drive apparatus for harvesting power from the wind |
US20100253084A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Industrial Technology Research Institute | Vertical-axis windpower fan unit and module and power generating system thereof |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529990C1 (ru) * | 2013-10-25 | 2014-10-10 | Александр Владимирович Губанов | Поливиндротор модифицированный |
WO2023166456A1 (ru) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Ара АМИРЯН | Ветроэнергетическая установка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8269362B2 (en) | Constant direction four quadrant lift type vertical shaft wind power generator | |
US8157501B2 (en) | Vertical axis sail-type windmill power transfer device | |
US20090218823A1 (en) | Wind turbine structure having a plurality of propeller-type rotors | |
US7709971B2 (en) | Linear wind-powered electric generator | |
US20110156392A1 (en) | Wind turbine control | |
US20120070293A1 (en) | Wind turbine apparatus, wind turbine system and methods of making and using the same | |
JP2023095968A (ja) | 風力発電所 | |
US10938274B2 (en) | Devices and methods for fluid mass power generation systems | |
EP3147500B1 (en) | Vertical axis wind machine having controllable output power | |
RU2482328C1 (ru) | Поливиндроторный энергоблок | |
US20130119662A1 (en) | Wind turbine control | |
RU2602650C1 (ru) | Аэростатно-плавательный ветродвигатель | |
US9200615B2 (en) | Vertical axis wind turbine using helical blades with serrated edges | |
US20170107972A1 (en) | Vertical wind turbine | |
KR102066031B1 (ko) | 2축 수직형 풍력발전장치 | |
US9217421B1 (en) | Modified drag based wind turbine design with sails | |
KR101250260B1 (ko) | 멀티형 풍력 발전 장치 | |
RU2504686C1 (ru) | Поливиндроторный энергокомплекс материкового назначения | |
US20130056990A1 (en) | Modular Wind Turbine | |
CN201546909U (zh) | 中心固定支承式垂直轴风力发电机 | |
AU2007100123A4 (en) | Vetical axis wing turbine | |
JP2024509551A (ja) | 風力発電設備 | |
RU2572150C1 (ru) | Контрроторный поливиндротор | |
RU2622678C1 (ru) | Ветроэнергетическая установка | |
RU2607711C1 (ru) | Модульная ветроэнергетическая установка |