RU2560238C1

RU2560238C1 - Wind-driven power plant

Info

Publication number: RU2560238C1
Application number: RU2014134830/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Перфилов
Original assignee: Александр Александрович Перфилов
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-08-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: wind-driven power plant includes a polymer aerodynamic pipe reinforced with polymer straps and suspended on ropes to an air balloon, a system of underground tunnels connected to the aerodynamic pipe through a membrane. In the tunnels there are wind electrical energy sources. A rotor of a wind turbine, which is connected through a reduction unit to an electric generator, is used as an electrical energy source. The electric generator is connected in its turn on the other side through the reduction unit to an air turbo-rocket engine, the gas jet of which is used for air blowdown in the aerodynamic pipe.

EFFECT: improving efficiency of wind-driven power plants.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую и электрическую энергию.The invention relates to the field of renewable energy and can be used to convert the kinetic energy of the air stream into mechanical and electrical energy.

Актуальность изобретения.The relevance of the invention.

Проблема обеспечения жителей Земли энергией столь актуальна, что заставляет мощные в военном отношении страны принудительно перераспределять не возобновляемые источники энергии в своих целях. Разумное же человечество уменьшение полезных ископаемых компенсирует поиском альтернативных источников получения энергии.The problem of providing the inhabitants of the Earth with energy is so urgent that it forces militarily powerful countries to forcibly redistribute non-renewable energy sources for their own purposes. Intelligent humanity compensates for the decrease in minerals by the search for alternative sources of energy.

Среди множества альтернативных возобновляемых источников энергии ветроэнергетика является весьма привлекательной.Among the many alternative renewable energy sources, wind energy is very attractive.

Результаты исследований американских энергетиков впечатляют, согласно полученным данным даже с учетом всех погрешностей и невысокого КПД (преобразование кинетической энергии ветра в механическую на уровне 39-42% и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94%), ветряные электростанции могут обеспечить энергией весь земной шар [1, 2].The results of studies by American power engineers are impressive, according to the data obtained, even taking into account all the errors and low efficiency (the conversion of kinetic wind energy into mechanical energy at the level of 39-42% and the conversion of mechanical energy into electrical energy at the level of 90-94%), wind farms can provide energy to the whole the globe [1, 2].

Ветроэнергетика развивается особо быстрыми темпами 25-30% в год. К 2012 году установочная мощность ветроэлектрических установок в мире приблизилась к 160 ГВт[3].Wind energy is developing at a particularly fast pace of 25-30% per year. By 2012, the installed capacity of wind power plants in the world approached 160 GW [3].

Достоинства и недостатки ветроэнергетики.Advantages and disadvantages of wind energy.

Достоинства: Экологически чистый вид энергии. Производство электроэнергии с помощью «ветряков» не сопровождается выбросами CO₂ и других газов. Ветровые электростанции занимают мало места и легко вписываются в любой ландшафт, а также отлично сочетаются с другими видами хозяйственного использования территорий.Pluses: Environmentally friendly type of energy. Electricity production using “windmills” is not accompanied by emissions of CO ₂ and other gases. Wind farms take up little space and easily fit into any landscape, and also combine perfectly with other types of economic use of the territories.

Энергия ветра, в отличие от ископаемого топлива, неистощима. Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест. Недостатки: Нестабильность! Нестабильность заключается в негарантированности получения необходимого количества электроэнергии. Ветряк как парусник работает, пока есть ветер. Относительно невысокий выход электроэнергии. Ветровые генераторы значительно уступают в выработке электроэнергии дизельным генератором, что приводит к необходимости установки сразу нескольких турбин. Кроме того, ветровые турбины неэффективны при пиковых нагрузках. Высокая стоимость: стоимость установки, производящей 1 мегаватт электроэнергии, составляет 1 миллион долларов.Wind energy, in contrast to fossil fuels, is inexhaustible. Wind energy is the best solution for hard to reach places. Minuses: Instability! The instability lies in the non-guaranteed receipt of the required amount of electricity. A windmill works like a sailboat while there is wind. Relatively low power output. Wind generators are significantly inferior in generating electricity to a diesel generator, which leads to the need to install several turbines at once. In addition, wind turbines are inefficient at peak loads. High Cost: The cost of an installation producing 1 megawatt of electricity is $ 1 million.

Шумовое загрязнение, шум, производимый « ветряками», может причинять беспокойство как диким животным, так и людям, проживающим поблизости [16].Noise pollution, noise made by “windmills” can cause concern both to wild animals and people living nearby [16].

Ветряки являются причиной низкочастотных колебаний, которые влияют на здоровье людей.Windmills cause low-frequency fluctuations that affect people's health.

Главным недостатком данных ветряков являются простои из-за отсутствия постоянно действующего ветрового потока. Нет ветра, нет электроэнергии. Извольте тратить накопленное. Существует множество ветряков различных конструкций: с ветровыми колесами и ветровыми турбинами [4, 5, 6]. Некоторые недостатки ветряков конструкторы успешно устраняют. В основе Ветровой турбины Фуллера [17] - безлопастного ветряка лежит несколько дополненная турбина Теслы, изобретенная в 1913 году.The main drawback of these windmills is downtime due to the lack of a permanent wind flow. No wind, no electricity. Please spend the accumulated. There are many windmills of various designs: with wind wheels and wind turbines [4, 5, 6]. Designers successfully eliminate some of the shortcomings of windmills. At the heart of the Fuller Wind Turbine [17] - a bladeless windmill is a slightly supplemented Tesla turbine, invented in 1913.

Турбина Теслы - это набор из множества тонких металлических дисков, разделенных небольшими зазорами. Поток рабочей жидкости или газа поступает с внешнего края дисков и проходит по зазорам к центру, закручиваясь и увлекая за счет эффекта пограничного слоя сами диски. В центре же поток выходит через осевое отверстие.Tesla's turbine is a collection of many thin metal discs separated by small gaps. The flow of working fluid or gas flows from the outer edge of the disks and passes through the gaps to the center, twisting and entraining the disks themselves due to the boundary layer effect. In the center, the flow exits through the axial hole.

На высоте, как известно, ветер дует сильнее, чем у поверхности земли. Британские архитекторы David Arnold и Alexa Ratzlaff предлагают создавать специальные небоскребы, главной целью которых как раз и будет ГЕНЕРАЦИЯ ветряной энергии, - ветровой поток должен разгоняться по винтообразным ребрам здания и подаваться на ветряки, расположенные на крыше небоскреба [21]. Проект интересен, но пока не воссоздан даже на моделях. При своем движении воздушный поток гудит, множество ветряков на крыше небоскреба тоже при работе лопастей генерируют инфразвуковые волны опасные для здоровья людей. Как жить в таком доме?At altitude, as you know, the wind blows harder than at the surface of the earth. British architects David Arnold and Alexa Ratzlaff propose creating special skyscrapers, the main purpose of which will be the generation of wind energy, the wind flow should be accelerated along the helical edges of the building and fed to the windmills located on the roof of the skyscraper [21]. The project is interesting, but not yet recreated even on models. During its movement, the air stream is buzzing, many windmills on the roof of a skyscraper also generate infrasound waves hazardous to human health when the blades work. How to live in such a house?

Данный проект можно принять за идейную основу нашего прототипа, как попытку использовать постоянно действующие потоки воздуха на больший высотах, конечно, устанавливать ветряки на крышах жилых помещений весьма нежелательно.This project can be taken as the ideological basis of our prototype, as an attempt to use constantly acting air flows at higher altitudes, of course, it is very undesirable to install windmills on the roofs of residential premises.

Известна ТЕПЛОВИХРЕВАЯ электростанция [26], которая содержит трубу с генератором вихря, ветроколеса, установленные на вертикальном валу, и электрогенератор. Электростанция снабжена дополнительным генератором вихря, дефлектором, системой подогрева воздуха. Ветроколеса установлены в трубе, а крылья ветроколес размещены в зоне вихревого воздушного потока. Большим достоинством этого изобретения является генерация постоянного воздушного потока, что предотвратит простои ветряка.Known HEAT-CURVE power plant [26], which contains a pipe with a vortex generator, wind wheels mounted on a vertical shaft, and an electric generator. The power plant is equipped with an additional vortex generator, deflector, air heating system. Windwheels are installed in the pipe, and the wings of the windwheel are placed in the swirling airflow zone. The great advantage of this invention is the generation of a constant air flow, which will prevent downtime of the windmill.

Недостатки следующие.The disadvantages are as follows.

Принцип обычной печки, в трубе которой установлено ветровое колесо. Новизна в том, что для увеличения тяги, восходящий воздушный поток, возникающий за счет разницы ТЕМПЕРАТУР между низом и верхом трубы, приводится в вихревое движение, которое, по мнению авторов, должно значительно увеличить мощность и скорость воздушного потока.The principle of a conventional stove, in the pipe of which a wind wheel is installed. The novelty is that to increase traction, the upward air flow resulting from the difference in TEMPERATURE between the bottom and top of the pipe is brought into a swirling movement, which, according to the authors, should significantly increase the power and speed of the air flow.

Вызывает сомнение, что вихревое динамическое движение воздушного потока благотворно повлияет на крылья ветрового колеса или на лопатки ветровой турбины.It is doubtful that the swirling dynamic movement of the air flow will beneficially affect the wings of the wind wheel or the blades of the wind turbine.

Большую тягу на коротком участке трубы таким способом не получишь и не пойдет ли вся электроэнергия ветряка на подогрев воздуха? А главное, если нет нагрева, то нет и тяги, значит, ветряк будет простаивать (если топливо не подвезут или ремонтные работы на нагревателе). Топливо можно более эффективно использовать в обычных электрогенераторах. Для создания постоянно действующего воздушного потока в трубе необходимо выполнить два условия:You won’t get much traction in a short section of the pipe in this way and will not all the electricity of the windmill go to air heating? And most importantly, if there is no heating, then there is no traction, which means that the wind turbine will stand idle (if the fuel is not delivered or repair work on the heater). Fuel can be used more efficiently in conventional power generators. To create a permanent air flow in the pipe, two conditions must be met:

- наличие градиента температуры, атмосферного давления или плотности воздуха на концах трубы;- the presence of a temperature gradient, atmospheric pressure or air density at the ends of the pipe;

- наличие тех же градиентов воздуха внутри трубы относительно окружающей среды.- the presence of the same air gradients inside the pipe relative to the environment.

Увеличить градиент по атмосферному давлению на концах трубы можно за счет увеличения ее длины от несколько сот метров до нескольких километров, вплоть до верхний границы тропосферы 10-18 км [27, ru 504 690].The gradient in atmospheric pressure at the ends of the pipe can be increased by increasing its length from several hundred meters to several kilometers, up to the upper boundary of the troposphere 10–18 km [27, ru 504 690].

Увеличение градиента давления внутри трубы предлагается за счет установки в устье трубы ветрового барабана с лопастями, в котором, при его вращении под действием горизонтальных потоков воздуха, по закону Бернулли возникает разряжение воздуха, что создает дополнительную тягу.An increase in the pressure gradient inside the pipe is proposed due to the installation of a wind drum with blades at the mouth of the pipe, in which, when it rotates under the action of horizontal air flows, according to the Bernoulli law, air discharge occurs, which creates additional traction.

Для нагревания воздуха внутри трубы предлагается использовать газовые горелки, установленные на внутренней поверхности башни в устье аэродинамической трубе [28, ru 2 504 685].To heat the air inside the pipe, it is proposed to use gas burners mounted on the inner surface of the tower at the mouth of the wind tunnel [28, ru 2 504 685].

Для уменьшения шума и вибрации предлагалось ветровые колеса с электрогенераторами размещать в подземных туннелях.To reduce noise and vibration, it was proposed to place wind wheels with electric generators in underground tunnels.

Эти предложения должны повысить эффективность ветровой электростанции.These proposals should increase the efficiency of the wind farm.

Предлагаемая ветровая электростанция на постоянном воздушном потоке, принятая нами за ПРОТОТИП, включает множество ветроэнергетических установок, содержащих ветровые колеса с электрогенератором, нагревательный элемент и аэродинамическую трубу. Ветровые колеса с электрогенератором расположены в подземных туннелях, соединенных с башней, в которой расположены газовые горелки. На башне в устье аэродинамической трубы, выполненной из полимерных материалов с ребрами жесткости в виде обручей и подвешенной на тросах к аэростату, смонтирован барабан с лопастями, установленный с возможностью вращения и создания разрежения под действием горизонтальных потоков воздуха.The proposed constant-flow wind power station, which we have adopted as PROTOTYPE, includes many wind power plants containing wind wheels with an electric generator, a heating element and a wind tunnel. Wind wheels with an electric generator are located in underground tunnels connected to a tower in which gas burners are located. On the tower at the mouth of the wind tunnel, made of polymer materials with stiffeners in the form of hoops and suspended on ropes from the aerostat, a drum with blades mounted to rotate and create vacuum under the influence of horizontal air flows.

При удачной конструкции барабана и наличии ветра создаваемая им тяга в аэродинамической трубе будет достаточна для работы электростанции и включения горелок потребуется значительно меньше, а совместная их работа повысит эффективность ветровых установок.With the successful design of the drum and the presence of wind, the thrust generated by it in the wind tunnel will be sufficient for the operation of the power plant and the inclusion of burners will require much less, and their joint work will increase the efficiency of wind installations.

В качестве ветроэнергетических установок могут быть приемлемы ветряки с ветроколесами или турбинами, соответствующие технико-экономическим расчетам и экологии окружающей среды. Аэродинамическая труба с ребрами жесткости в виде полимерных обручей подвешивается на тросах к аэростату, который удерживается от смещения теми же тросами посредством наземных автоматических натяжных устройств.As wind power plants, windmills with wind wheels or turbines that are appropriate to the technical and economic calculations and environmental ecology may be acceptable. A wind tunnel with stiffening ribs in the form of polymer hoops is suspended on cables to an aerostat, which is prevented from displacement by the same cables by means of ground automatic tensioning devices.

Под воздействием ветровых боковых нагрузок полимерный рукав может изгибаться, что не повлияет на производительность ветряка. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА должна иметь протяженность несколько сот метров или несколько километров, исходя из технических возможностей.Under the influence of wind lateral loads, the polymer sleeve can bend, which does not affect the performance of the windmill. AERODYNAMIC PIPE should have a length of several hundred meters or several kilometers, based on technical capabilities.

Внутри аэродинамической трубы возникает сильный воздушный поток за счет подогрева воздуха газовыми горелками, перепада давления на ее концах и ускорения потока при вращении барабана. Ожидаются значительные нагрузки на стенки аэродинамической трубы.A strong air flow occurs inside the wind tunnel due to the heating of the air by gas burners, the pressure drop at its ends and the acceleration of the flow during the rotation of the drum. Significant loads on the walls of the wind tunnel are expected.

Из всего многообразия полимеров в экстремальных условиях наиболее приемлемы УГЛЕПЛАСТИКИ. Наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна, которые получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила нефтяных и каменноугольных пеков и т.д.Of the entire variety of polymers under extreme conditions, CARBON PLASTICS are most acceptable. The filler in these polymer composites are carbon fibers, which are obtained from synthetic and natural fibers based on cellulose, copolymers of acrylonitrile oil and coal tar pitch, etc.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы, способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 град. Углепластики очень легки и в то же время прочные материалы [22]. Например, полимер этого класса, названный «Хайпол», обладает следующими параметрами: рабочая температура до 2000 град., химическая инертность к окислительным средам, не горит, в 1.5 раза легче алюминия и весьма прочен [23]. Вызывает интерес последняя разработка российских ученых - полимер ГРАФИН, обладающий особенными и экзотическими свойствами [24]. За эту разработку российские ученые получили Нобелевскую премию в 2010 году. Углеграфитовые трубки могут достигать прочность, в 50 раз превышающую прочность стали.On the basis of carbon fibers and a carbon matrix, composite carbon-graphite materials are created that can withstand temperatures up to 3000 degrees in inert or reducing environments for a long time. CFRPs are very lightweight and at the same time durable materials [22]. For example, a polymer of this class, called “Hypol”, has the following parameters: operating temperature up to 2000 degrees, chemical inertness to oxidizing media, does not burn, is 1.5 times lighter than aluminum and is very durable [23]. Of interest is the latest development of Russian scientists - the graphite polymer, which has special and exotic properties [24]. For this development, Russian scientists received the Nobel Prize in 2010. Carbon-graphite tubes can achieve strength 50 times the strength of steel.

Углеродные тонкие пленки, полученные из этих полимеров, могут быть использованы в качестве стенок внутренней аэродинамической трубы.Carbon thin films obtained from these polymers can be used as the walls of an internal wind tunnel.

Из тех же материалов могут быть изготовлены решетки и сетки фильтрационных устройств воздухозаборника.The grilles and grids of the air intake filtering devices can be made from the same materials.

Материалом для воздушных шаров обычно служат эластомеры, т.е. природные или синтетические каучуки. Каучук обладает способностью обратимо растягиваться до 900%. Из этих же материалов могут быть изготовлены и тросы, проложенные по стенкам аэродинамической трубы, с помощью которых конструкция крепится к воздушным шарам. Нижняя часть башни выполнена в виде диффузора, уплотняющего воздушный поток.The material for balloons is usually elastomers, i.e. natural or synthetic rubbers. Rubber has the ability to stretch reversibly up to 900%. Cables laid along the walls of the wind tunnel, with which the structure is attached to balloons, can also be made from the same materials. The lower part of the tower is made in the form of a diffuser, sealing the air flow.

На разных уровнях аэродинамической трубы закрепляются научная аппаратура (на период испытаний), датчики, видеокамеры, передатчики видео и телеметрической информации.Scientific equipment (for the period of testing), sensors, video cameras, video and telemetry transmitters are fixed at different levels of the wind tunnel.

Дальнейшее повышение эффективности работы ветровой электростанции может проходить по пути совершенствования конструкции ветряка, в 2013 году на Украине пущен в эксплуатацию ветряк мощностью 2.5 МВт (немецкой фирмы), размах крыльев 50 м, вес 470 т, стоимость установки 1 миллиард гривен. Самым мощным ветряком на рынке в настоящее время является 7,5 - мегаваттный Е-126, производимый немецкой Enercom. Диаметр ветрового колеса достигает 190 м. В Датском национальном центре разрабатывается ветряк мощностью 8МВт. Серийное производство таких ветряков может быть налажено в 2015 году. Это высокопроизводительные станции, однако их ветровые колеса огромны и в туннели их не установишь. Более привлекательными для подземных условий эксплуатации являются ветровые турбины.A further increase in the efficiency of the wind farm can take the path of improving the design of the wind turbine, in 2013 in Ukraine a 2.5 MW wind turbine (German company) was put into operation, wingspan 50 m, weight 470 tons, installation cost 1 billion hryvnias. The most powerful windmill on the market at present is the 7.5 - megawatt E-126 manufactured by German Enercom. The diameter of the wind wheel reaches 190 m. In the Danish National Center, an 8 MW wind turbine is being developed. Serial production of such windmills can be launched in 2015. These are high-performance stations, but their wind wheels are huge and you can’t install them in tunnels. Wind turbines are more attractive for underground operating conditions.

Установки с вертикальной осью вращения в большом количестве и разнообразии вариантов разрабатываются во многих странах. Основными недостатками у них являются низкий коэффициент использования энергии ветра в областях низких и высоких значений его скорости, низкий пусковой момент и необходимость в ряде моделей предварительного раскручивания перед стартом. Тяжелые лопасти, подверженные центробежным силам, представляют большую опасность для окружающих в случаях поломки от раскручивания при выходе из строя нагрузочной автоматики и тормозных устройств, разбалансировки при гололедных явлениях и резких перепадах температур. Они имеют низкую динамику при наборе нагрузки, пропускают порывы и пульсации ветра. При высоких скоростях ветра такие ветроагрегаты, как и пропеллерные, выводятся из работы. Имеются здесь и принципиальные конструктивные ограничения при создании агрегатов большой мощности.Plants with a vertical axis of rotation in a large number and variety of options are being developed in many countries. The main disadvantages of them are the low coefficient of use of wind energy in areas of low and high values of its speed, low starting torque and the need for a number of models of preliminary untwisting before launch. Heavy blades subject to centrifugal forces pose a great danger to those around in the event of breakage from unwinding when the load automation and braking devices fail, unbalance during icy events and sudden changes in temperature. They have low dynamics when gaining a load, they pass gusts and ripples of the wind. At high wind speeds, such wind turbines, like propeller ones, are taken out of operation. There are also fundamental structural limitations when creating units of high power.

Среди многих типов ветроагрегатов с вертикальной осью вращения ротора перспективным определен ветроэнергетический агрегат по патенту Республики Казахстан №20579 от 01.08.2007 года. Промышленное название разработки - «Ветровая роторная турбина ВРТБ».Among many types of wind turbines with a vertical axis of rotation of the rotor, a wind power unit according to the patent of the Republic of Kazakhstan No. 20579 of 08/01/2007 was identified as promising. The industrial name of the development is “VRTB Wind Rotor Turbine”.

Существует ветровая турбина (RU2279567) с вертикальной осью вращения, предназначенная для любых направлений ветра и скоростей. Используется минимальное количество движущихся частей. Интересна разработка компании Sheer Wind (http://www.facepla.net/enerqy-nevs-mnu/)/. При помощи портала, расположенного над землей, новая систем захватывает ветер любой скорости, даже бриз. После захвата ветер направляется через канал, где его скорость увеличивается. В результате кинетическая энергия ветра вращает смонтированные на земле турбину с электрогенератором. На идейном уровне этот канал напоминает наш подземный туннель [28].There is a wind turbine (RU2279567) with a vertical axis of rotation, designed for all wind directions and speeds. The minimum number of moving parts is used. An interesting development is Sheer Wind (http://www.facepla.net/enerqy-nevs-mnu/)/. With the help of a portal located above the ground, a new system captures the wind of any speed, even a breeze. After capture, the wind is directed through the channel, where its speed increases. As a result, kinetic wind energy rotates a turbine mounted on the ground with an electric generator. On an ideological level, this channel resembles our underground tunnel [28].

Целью предлагаемого изобретения является дальнейшее повышение эффективности ветровой электростанции за счет применения более производительных и менее габаритных ветровых турбин.The aim of the invention is to further increase the efficiency of a wind power plant through the use of more productive and smaller wind turbines.

Предлагается ветровая электростанция, включающая полимерную аэродинамическую трубу, армированную полимерными обручами и подвешенную на тросах к воздушному шару, систему подземных туннелей, соединенных с аэродинамической трубой через диафрагму, в которых находятся источники ветровой электрической энергии, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что в качестве источника электроэнергии используется ротор ветровой турбины, соединенный через редуктор с электрогенератором, который в свою очередь с другой стороны подключен через редуктор с ракетно-турбинным двигателем, реактивная газовая струя которого используется для первичной продувки воздуха в аэродинамической трубе.A wind power plant is proposed, including a polymer wind tunnel, reinforced with polymer hoops and suspended on cables from a balloon, a system of underground tunnels connected to the wind tunnel through a diaphragm, in which there are sources of wind electrical energy, DIFFERENT in that the rotor is used as a source of electricity turbines connected through a gearbox to an electric generator, which in turn is connected on the other hand through a gearbox with a rocket-turbine vigatelem, the reactive gas jet which is used for the primary air blowing into the wind tunnel.

Конечно, ракетно-турбинный двигатель применяется списанный из авиации после выработки всех ресурсов. Он применяется и как нагреватель воздуха, и как мощный компрессор для первичной прокачки воздуха через аэродинамическую трубу, что сократит время выхода электростанции на рабочий режим.Of course, a rocket-turbine engine is used decommissioned from aviation after all resources have been exhausted. It is used both as an air heater and as a powerful compressor for the primary pumping of air through a wind tunnel, which will reduce the time the power plant enters operating mode.

Его действие импульсное и больших затрат на топливо не потребуется.Its action is pulsed and large fuel costs are not required.

Из множества турбин, можно применить ротор ветровой турбины с множеством ветровых колес (tiu-ru/p4693830-vetrovaya-turbina.html).Of the many turbines, a wind turbine rotor with many wind wheels can be used (tiu-ru / p4693830-vetrovaya-turbina.html).

Стартером для его запуска используется электрогенератор в режиме двигателя.The starter uses an electric generator in engine mode to start it.

Для выработки переменного тока промышленной частоты применяется синхронный электрогенератор, принцип действия которого основан на явлении электромагнитной индукции. Производимая ветровой турбиной механическая энергия преобразовывается в электрическую энергию переменного тока. Одним из средств оптимизации является установка в туннели ДИАФРАГМЫ, которая за счет изменения диаметра туннеля автоматически поддерживает движение воздушного потока в определенном диапазоне скоростей, например 5-10 м/с. Если поток ослабляется ниже 5 м/с, то включается турборакетный двигатель, если скорость превышает 10 м/с, то диафрагма уменьшает диаметр туннеля.To generate alternating current of industrial frequency, a synchronous electric generator is used, the principle of which is based on the phenomenon of electromagnetic induction. The mechanical energy produced by a wind turbine is converted into alternating current electrical energy. One of the optimization tools is to install a DIAPHRAGM in the tunnels, which, by changing the diameter of the tunnel, automatically supports the movement of air flow in a certain speed range, for example 5-10 m / s. If the flow attenuates below 5 m / s, then the turbojet engine is turned on, if the speed exceeds 10 m / s, then the diaphragm reduces the diameter of the tunnel.

Так как поток сравнительно постоянен по скорости и во времени, то нет нужды в дорогостоящих аккумулирующих устройствах.Since the flow is relatively constant in speed and time, there is no need for expensive storage devices.

Подземное расположение ветряков и близость к городу позволяют подключить электростанцию к городской сети и отказаться от ЛЭП.The underground location of the windmills and proximity to the city allow you to connect the power plant to the city network and abandon the power line.

На силу воздушного потока можно воздействовать и путем изменения длины аэродинамической трубы, подтягивая воздушный шар к земле натяжными устройствами.The force of the air flow can be influenced by changing the length of the wind tunnel, pulling the balloon to the ground with tensioning devices.

Потери на трение по стенкам туннеля, башни и аэродинамической трубы могут быть снижены путем покрытия их углеграфитовыми пленками с низким коэффициентом трения (0,005).Friction losses along the walls of the tunnel, tower and wind tunnel can be reduced by coating them with carbon-graphite films with a low coefficient of friction (0.005).

Очевидно, что технические усложнения конструкции электростанции невелики, а повышение производительности и экономические выгоды очевидны.Obviously, the technical complications of the power plant design are small, and the increase in productivity and economic benefits are obvious.

Таким образом, предложенная ветровая электростанция, включающая множество ветроэнергетических установок, содержащих ветровые турбины с электрогенератором, аэродинамическую трубу с башней, на башне в устье аэродинамической трубы, выполненной из полимерных материалов с ребрами жесткости в виде обручей и подвешенной на тросах к аэростату, смонтирован барабан с лопастями, установленный с возможностью вращения и создания разрежения под действием горизонтальных потоков воздуха.Thus, the proposed wind power plant, including many wind power plants containing wind turbines with an electric generator, a wind tunnel with a tower, on a tower at the mouth of a wind tunnel made of polymer materials with stiffeners in the form of hoops and suspended from ropes to a balloon, a drum with blades mounted with the possibility of rotation and the creation of rarefaction under the action of horizontal air flows.

На фиг. 1 представлен вид ветровой электростанции сбоку в разрезе; на фиг. 2 - вид на электростанцию сверху; на фиг. 3 - деталировка ветровой электростанции.In FIG. 1 is a sectional side view of a wind farm; in FIG. 2 - view of the power station from above; in FIG. 3 - detail wind farm.

Где:Where:

1 - шар аэростата, 2 - гондола с контрольно-измерительной аппаратурой, 3 - трос, 4 - натяжное устройство, 5 - аэродинамическая труба, 6 - барабан с лопастями, 7 - насыпь, 8 - воздухозаборник с фильтром, 9 - ветроэнергетическая установка(ветровое турбина - 18, электрогенератор - 16, ракетнотурбинный двигатель - 17, редуктор - 14), 10 - туннель, 11 - диафрагма, 12 - ребра жесткости, 15 - башня. Деталировка ветровой электростанции (фиг. 3):1 - balloon, 2 - gondola with instrumentation, 3 - cable, 4 - tension device, 5 - wind tunnel, 6 - drum with blades, 7 - embankment, 8 - air intake with filter, 9 - wind power installation (wind turbine - 18, electric generator - 16, rocket turbine engine - 17, gearbox - 14), 10 - tunnel, 11 - diaphragm, 12 - stiffeners, 15 - tower. Detailing of a wind farm (Fig. 3):

а) - ротор ветровой турбины - 20;a) - rotor of a wind turbine - 20;

б) - компрессор 21, газогенератор - 22, турбина - 23, ракетный двигатель - 24;b) - compressor 21, gas generator - 22, turbine - 23, rocket engine - 24;

в) - синхронный электрогенератор: статор - 25, обмотка статора - 26, ротор - 27, корпус 28, роторные кольца 29, щетки - 30, вал 31.c) - synchronous electric generator: stator - 25, stator winding - 26, rotor - 27, housing 28, rotor rings 29, brushes - 30, shaft 31.

Ход монтажных работ.Installation progress.

Выбирают место малопригодное для промышленного и сельхоз использования. Строят туннели с воздухозаборниками и диафрагмой, а также башню с диффузором.Choose a place unsuitable for industrial and agricultural use. They build tunnels with air intakes and aperture, as well as a tower with a diffuser.

Далее, устанавливают в туннелях ветровые турбины с электрогенераторами и газогенераторами (ракетный турбодвигатель). Это сооружение присыпают землей. На башню устанавливают вращающийся на шарикоподшипниках барабан с лопастями.Further, wind turbines with electric generators and gas generators (rocket turbo engine) are installed in the tunnels. This structure is sprinkled with earth. A drum with blades rotating on ball bearings is installed on the tower.

Несложно подвезти аэростат в собранном виде, катушки с полимерной пленкой и дуги обручей, а также натяжные устройства с намотанным тросом к месту монтажа.It is easy to bring the assembled balloon, reels with polymer film and arc hoops, as well as tensioning devices with a wound cable to the installation site.

Аэростат 1 приводят в рабочее состояние, прикрепляют к натяжным устройствам 4 гондолу 2,которую оборудуют контрольно-измерительной аппаратурой и медленно поднимают в воздух. К натянутым тросам 3 крепят секции аэродинамической трубы 5 с ребрами жесткости 12 в виде полимерных обручей. По мере наращивания трубы за счет состыковки ее секций аэростат поднимается вверх.The balloon 1 is brought into working condition, attached to the tension devices 4, the nacelle 2, which is equipped with instrumentation and slowly lifted into the air. To the tensioned cables 3 fasten sections of the wind tunnel 5 with stiffeners 12 in the form of polymer hoops. As the pipe builds up due to the docking of its sections, the balloon rises.

Параллельно этим работам, внутри здания электроподстанции, монтируются контроллер, инвертор, АВР, трансформатор и интерфейс ЛЭП. Устанавливается наземная станция наблюдения и ретранслятор для автоматического контроля и управления электроподстанцией на расстоянии.In parallel with these works, inside the building of the electrical substation, a controller, inverter, ATS, transformer and power line interface are mounted. A ground observation station and a repeater are installed for automatic monitoring and control of the electrical substation at a distance.

Вначале аэродинамическую трубу продувают горячим воздухом реактивной струи ракетного турбодвигателя.Initially, the wind tunnel is blown with hot air from a jet stream of a rocket turbo engine.

Когда естественная тяга потока будет не ниже 5 м/с, включают поочередно ветряки.When the natural draft of the flow is not lower than 5 m / s, windmills are switched on alternately.

Электроэнергия от генераторов поступает по кабелю на контроллер, который управляет всей энергосистемой станции. Для обеспечения энергией устройств самой электростанции и близлежащих устройств наблюдения служат инвертор и АВР. АВР позволяет переключить питание объекта при остановке ветроэнергетической установки (ремонт, профилактика) на другие установки или гор. электросеть.Electricity from the generators comes through a cable to the controller, which controls the entire power system of the station. To provide energy to the devices of the power plant itself and nearby monitoring devices, an inverter and an automatic transfer switch are used. ATS allows you to switch the power supply of the facility when stopping the wind power installation (repair, maintenance) to other installations or mountains. electricity grid.

Так как электростанция автоматическая, то все ее параметры и видионаблюдения передаются через ретранслятор на пункт сбора данных в районную гор электросеть.Since the power plant is automatic, all of its parameters and video surveillance are transmitted through the repeater to the data collection point in the district power grid.

Предлагаемая ветровая электростанция проста, а значит и низкозатратна, и экономически выгодна. Она неприхотлива в выборе места, пригодна и в труднодоступных условиях. Ей не страшны и отсутствие ветра и его сильные порывы. Ветроэнергетические установки, запрятанные в подземные туннели, не создают излишних шумовых и вибрационных воздействий на окружающую среду и могут работать вблизи населенных пунктов. Устройство удобно для технического обслуживания и самой аэродинамической трубы, достаточно подтянуть аэростат натяжными устройствами к земле.The proposed wind farm is simple, and therefore low-cost, and cost-effective. It is unpretentious in choosing a place, suitable in hard-to-reach conditions. She is not afraid of the lack of wind and its strong gusts. Wind power plants hidden in underground tunnels do not create excessive noise and vibration impacts on the environment and can operate near settlements. The device is convenient for maintenance and the wind tunnel itself, it is enough to pull the aerostat with tensioning devices to the ground.

Конструкция ветровой электростанции не предполагает ограничений на длину и диаметр аэродинамической трубы, на количество установленных ветроэнергетических установок, а значит, и на ее производительность.The design of the wind farm does not impose restrictions on the length and diameter of the wind tunnel, on the number of installed wind power plants, and therefore on its productivity.

Источники информацииInformation sources

1. Журнал «Технологии», 11, 2009.1. The journal "Technology", 11, 2009.

2. http: stigru. com/technologies.2. http: stigru. com / technologies.

3. Журнал «Рынок электротехники», 2 ,2006.3. The magazine "Market of electrical engineering", 2, 2006.

4. http://www.beIlona.ru/Energy.4.http: //www.beIlona.ru/Energy.

5. http://mexiko.spaceweb.ru.5. http://mexiko.spaceweb.ru.

6. http: 6. http:

7. RU 2399789 C1, 2008.7. RU 2399789 C1, 2008.

8. http://www.riocman.ru.8.http: //www.riocman.ru.

9. RU 2205977, 2004, C1.9. RU 2205977, 2004, C1.

10. RU 2372519, 2008, C110. RU 2372519, 2008, C1

11. http:www.arisvr.ru.11. http: www.arisvr.ru.

12. RU 2392489 C1.12. RU 2392489 C1.

14. http;//http://www.promdex.com.14. http; // http: //www.promdex.com.

15. http;acnergy.ru.15. http; acnergy.ru.

16. http: http://www.priroda.ru.16. http: http://www.priroda.ru.

17. http:http://www.freepatentsonline.com.17. http: http: //www.freepatentsonline.com.

18. http: http://www.rf-energy.ru.18. http: http://www.rf-energy.ru.

19. http:stgru.com/technology.ru.19. http: stgru.com/technology.ru.

20. http:http://www.dzeen.com.20. http: http: //www.dzeen.com.

21. http:www.ecologie.com.21. http: www.ecologie.com.

22. Конкин A.A. Углеродные и другие жаростойкие материалы. M.: Высшая школа, 2004.22. Konkin A.A. Carbon and other heat-resistant materials. M .: High School, 2004.

23. http:http://highpol.com.23. http: http: //highpol.com.

24. http:newchemistry.ru24. http: newchemistry.ru

25. RU 2268396,25. RU 2268396,

26. RU 2070660.26. RU 2070660.

27. RU 250469027. RU 2504690

28. RU 250468528. RU 2504685

29. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.29. Deutsch M.E. Technical gas dynamics. M.-L.: Gosenergoizdat, 1961.

30. Физическая энциклопедия. - М., 1988.30. Physical encyclopedia. - M., 1988.

Claims

A wind power station, including a polymer wind tunnel, reinforced with polymer hoops and suspended from ropes to a balloon, a system of underground tunnels connected to the wind tunnel through a diaphragm, in which there are sources of wind electric energy, characterized in that the wind turbine rotor is used as an electric source connected through a gearbox with an electric generator, which in turn is connected on the other hand through a gearbox with a rocket-turbine engine, whose active gas jet is used to purge air in the wind tunnel.