WO2013176568A1 - Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем - Google Patents

Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем Download PDF

Info

Publication number
WO2013176568A1
WO2013176568A1 PCT/RU2012/001032 RU2012001032W WO2013176568A1 WO 2013176568 A1 WO2013176568 A1 WO 2013176568A1 RU 2012001032 W RU2012001032 W RU 2012001032W WO 2013176568 A1 WO2013176568 A1 WO 2013176568A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
accelerator
distributor
wind
installation
converter
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/001032
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Юрьевич ОНИН
Павел Григорьевич БАКЛУШИН
Виктор Владимирович МИТРОФОВИЧ
Лев Алексеевич МАСЛОВ
Александр Евгеньевич УСАЧОВ
Original Assignee
Onin Aleksandr Yur Evich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Onin Aleksandr Yur Evich filed Critical Onin Aleksandr Yur Evich
Publication of WO2013176568A1 publication Critical patent/WO2013176568A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/007—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12—Hybrid wind-PV energy systems
    • 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
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • 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
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to the field of wind energy, and in particular, to wind power installations of autonomous power supply with a diffuser accelerator of air flow, increasing the efficiency and safety of the installation.
  • the station contains a diffuser accelerator, a wind wheel placed inside it and an electric generator connected to it.
  • the following are connected to the electric generator: converter-electric power distributor with chargers, inverter, solar and storage batteries.
  • a diffuser accelerator and a low-speed wind wheel allow efficient and safe operation of the station near housing. Excess electricity is discharged to the ballast electric load of the wind generator charger. This load is not useful and, in addition, it worsens the temperature conditions of the charger, which ultimately reduces the overall reliability and service life.
  • the objective of the invention is to remedy these disadvantages.
  • the technical result consists in increasing the efficiency of the wind power installation, as well as in expanding the temperature and humidity ranges of its operation.
  • the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the wind power installation contains a diffuser accelerator, a wind wheel placed inside it, connected to an electric generator, to which an inverter-distributor of electricity and an inverter electrically connected to the latter are connected, a solar and a battery, and to a converter-distributor
  • the electric power is additionally connected to a thermoelectric heater located on a diffuser accelerator.
  • the solar cells are preferably located on the outer upper surface of the diffuser accelerator.
  • a weather station including an anemometer, as well as humidity and air temperature sensors, can be connected to the converter-distributor of electricity.
  • a sensor of the rotational speed of the wind wheel can also be connected to the converter-distributor of electricity, while the blades of the wind wheel are rotary and equipped with an electric drive also connected to the converter-distributor
  • thermoelectric heater is preferably made sectional.
  • the diffuser accelerator It is advisable to carry out the diffuser accelerator hollow, and place in its cavity a converter-distributor of electricity, an inverter, a storage battery, and part of the sections of a thermoelectric heater.
  • the accelerator cavity may be equipped with an additional a temperature sensor connected to the converter-distributor, and mounting hatches can be made on the surface of the accelerator.
  • Fig.Z is a cross section of a diffuser accelerator.
  • the proposed wind power installation contains a diffuser accelerator 1, made in the form of an annular shaped wing with a slotted flap. Inside the accelerator 1, a wind wheel 2 is placed, which can be performed as fast low-blade and low noise, low-speed, multi-blade.
  • the wind wheel 2 is connected with the electric generator 3. This connection can be made rigid when the rotor of the generator is fixed on the hub of the wind wheel, or kinematic, when a multiplier is placed between the wind wheel and the electric generator (not shown in the drawings).
  • An electric energy converter 4 is connected to the electric generator 3, which is a controller for controlling the operation of the installation, electric energy conversion and its distribution.
  • An inverter 5, a solar 6 and a rechargeable 7 battery are electrically connected to the converter-distributor 4.
  • the installation further comprises a thermoelectric sectional heater 8, connected to the Converter-distributor 4 and placed on a diffuser accelerator 1.
  • the solar battery 6 can be made stand-alone, as shown in figure 1, or in order to reduce material consumption can be placed on the outer upper surface B of the diffuser accelerator 1, as shown in fig.Z.
  • the proposed installation can be made fully adjustable, i.e. at any time, the energy generated can be equalized with the energy consumed.
  • its heater 8 will be used only to maintain the required temperature of the materials and equipment of the installation, excluding its icing.
  • the installation additionally contains a weather station 9 connected to a transducer-distributor 4 with an anemometer and temperature and humidity sensors, as well as a wind wheel speed sensor 10.
  • the blades 11 of the wind wheel are made rotary and equipped with an electric drive 12 connected to the converter-distributor 4.
  • Sections 13 of heater 8 can be made in the form of separate tubular electric heaters (TENs), conductive busbars or wires mounted on the surface of accelerator 1. Sections 13 can also be mounted on central cowl 14 and vanes 15 of guide vanes. The presence of the fairing 14 and the blades 15 is not necessary in all cases, since the wind wheel 2 with the electric generator 3 can be mounted on a cylindrical shell, forming a central ejection channel (not shown in the drawings).
  • TENs tubular electric heaters
  • conductive busbars or wires mounted on the surface of accelerator 1.
  • Sections 13 can also be mounted on central cowl 14 and vanes 15 of guide vanes. The presence of the fairing 14 and the blades 15 is not necessary in all cases, since the wind wheel 2 with the electric generator 3 can be mounted on a cylindrical shell, forming a central ejection channel (not shown in the drawings).
  • the diffuser accelerator 1 is hollow.
  • Converter-distributor 4, inverter 5 and battery 7 are located in the lower part of the cavity of the accelerator 1 (see FIG. 3), which increases the stability of the latter in the air stream.
  • the accelerator can be oriented toward the wind either by a rigid installation along the “wind rose” or by a drive similar to electric drive 12 through a reducer similar to reducer 16.
  • the accelerator cavity is equipped with an additional temperature sensor 17 connected to the converter-distributor 4, and part of the heater sections 13 are located in the accelerator cavity 1.
  • Mounting hatches 18 are mounted on the surface of the accelerator 1 for installation and maintenance of equipment.
  • the proposed wind power installation operates as follows.
  • the installation operation algorithm depends on the selected and implemented method of its regulation.
  • the wind flow is amplified by diffuser accelerator 1 and acts on the wind wheel.
  • the flow velocity of the wind wheel 2 increases in proportion to the ratio of the larger diameter of the accelerator 1 to its smaller internal diameter.
  • the power of the wind wheel grows in proportion to the speed of its flow around in the third degree.
  • the energy of the wind wheel 2, operating at maximum power factor, is transmitted to the generator 3.
  • the power of the generator increases. With a further increase in wind speed, the power of the wind wheel and electric generator are kept constant. This is ensured by the rotation of the blades 11 of the wind wheel 2, as shown in FIG. 2, through the gear 16 by the electric drive 12 according to the signal of the distributor-distributor 4. As a result, the power factor decreases in proportion to the third degree of wind speed, while maintaining a constant power of the wind wheel.
  • the electricity generated by the electric generator 3 enters the converter-distributor 4, where it is converted into direct current electricity with a fixed voltage. The resulting energy is used to charge the battery 7, power the inverter 5 and the external DC consumer.
  • the inverter 5 generates for the external consumer a stabilized sinusoidal alternating current electricity.
  • the battery 7 In idleness, the battery 7 is charged from the solar battery 6.
  • the battery 7 is recharged by the converter-distributor 4, which controls the emf of the battery 7 through the voltmeter. If the battery 7 is fully charged, then the consumers are powered through the inverter 5 and the converter-distributor 4 from the electric generator 3 or solar batteries 6.
  • thermoelectric heater 8 If external consumers of electricity are absent or their power is small compared with that generated by the electric generator 3 and (or) the solar battery 6, then the excess electricity goes to the thermoelectric heater 8.
  • the heater sections 13 allows you to place them in such a way as to optimize the boundary layer and provide continuous flow around the accelerator 1. In the event of a risk of icing, as reported by the temperature and humidity sensors of the weather station 9, the converter-distributor supplies the heater 8 regardless of the charge and batteries 7 and power consumption.
  • the proposed installation allows you to implement its work in full accordance with the required power, i.e. to produce as much energy as its consumer requires.
  • the input of the converter-distributor 4 receives the signals of primary sensors, such as an anemometer of weather station 9 and a speed sensor
  • Converter-distributor 4 forms control pulses for their feeder devices.
  • the latter include an electric drive 12, which with the help of a reducer 16 sets the blades And at an angle at which the total power of the electric generator 3 and the solar battery 6 is equal to the power of all consumers (including the battery 7). There is no excess energy that needs to be dumped, and the heater 8 is used only to form the desired boundary layer and to prevent icing.
  • Fig. C In the cavity of the accelerator there is a lot of space to accommodate the battery, inverter, converter-distributor and their electrical communication (see Fig. C). If the installation is operated in cold weather, the normal temperature conditions of the listed equipment are ensured by the temperature sensor 17 and heater sections 13. Mounting hatches 18 can also be used to create ventilation slots during operation in hot climates.
  • the proposed wind power installation allows you to expand the region of its use from equatorial latitudes to regions of the far north, to exclude the possibility of icing the installation, reduce the cost of electrical communications and equipment installation, as well as by managing the boundary layer and eliminating stall modes, significantly increase its energy efficiency.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно, к ветроэнергетическим установкам автономного электроснабжения с диффузорным ускорителем воздушного потока, повышающим эффективность и безопасность установки. Ветроэнергетическая установка содержит диффузорный ускоритель и размещенное внутри него ветроколесо. Ветроколесо соединено с электрогенератором, к которому подключен преобразователь-распределитель электроэнергии. С преобразователем-распределителем электроэнергии электрически связаны инвертор, солнечная и аккумуляторная батареи, а также дополнительно подключен термоэлектрический нагреватель. Указанный нагреватель размещен на диффузорном ускорителе. Изобретение позволяет повысить эффективность работы ветроэнергетической установки, а также в расширить температурный и влажностный диапазоны ее эксплуатации.

Description

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
С ОБОГРЕВАЕМЫМ ДИФФУЗОРНЫМ УСКОРИТЕЛЕМ
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно, к ветроэнергетическим установкам автономного электроснабжения с диффузорным ускорителем воздушного потока, повышающим эффективность и безопасность установки.
Известна ветроэнергетическая установка с ускорителем, ветроколёсами, связанными с ними электрогенераторами и солнечной батареей, размещённой над ускорителем (см. патент RU J 2349792, кл. F03D1/04, опубл. 20.03.2009). Ускоритель выполнен в виде трубки Вентури, что делает его крайне неэффективным в свободном потоке. Ветроколёса размещены в неблагоприятных местах, а их количество и количество электрогенераторов, а также размещение отдельным сооружением солнечной батареи делает установку громоздкой и дорогой. Кроме того, в установке не решены вопросы электроснабжения в отсутствии солнца и ветра.
Частично эти вопросы решены в системе для автономного электроснабжения потребителей (см. патент RU jYa2382900, кл. F03D 9/02, опубл. 27.02.2010), где к связанному с ветроколесом электрогенератору через преобразующую и регулирующую аппаратуру подключены аккумуляторная батарея и инвертор. Но система для автономного электроснабжения потребителей не сможет их снабжать электричеством в случае длительного безветрия и разряда аккумуляторной батареи. В случае же полного заряда батареи, при наличии ветра и отсутствии потребителей электроэнергии в системе не предусмотрены сброс или утилизация излишков электроэнергии, либо защита ветроколеса.
Сброс излишков электроэнергии частично решён в известном ветроагрегате ВЭУ 2000 (http://www.clean- wind.rii/production/wpu/index.html), в котором к блоку электропитания подключен трубчатый электронагреватель (ТЭН). Такое использование ТЭНа может быть полезно только в холодное время года, либо в условиях крайнего севера. Кроме этого, в ветроагрегате используется быстроходное двухлопастное ветроколесо, что не комфортно и не безопасно для автономного потребителя, который часто находится вблизи ветроагрегата.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является ветроэнергетическая станция «Колибри» (Паспорт ПС -Ν..1/7-2009οπ и инструкция по эксплуатации ветроэнергетической станции «Колибри», г. Москва, ООО НПП «ВЭП», 2009.). Станция содержит диффузорный ускоритель, размещённое внутри него ветроколесо и соединённый с ним электрогенератор. К электрогенератору подключены: преобразователь- распределитель электроэнергии с зарядными устройствами, инвертор, солнечная и аккумуляторная батареи. Диффузорный ускоритель и тихоходное ветроколесо позволяют эффективно и безопасно эксплуатировать станцию вблизи жилья. Излишки электроэнергии сбрасываются на балластную электрическую нагрузку зарядного устройства ветрогенератора. Эта нагрузка не является полезной и, кроме того, это ухудшает температурные условия работы зарядного устройства, что в конечном итоге снижает общую надёжность и срок службы. Для размещения зарядных устройств, инвертора и аккумуляторной батареи требуется отдельное помещение с поддержанием соответствующего микроклимата. Между указанным помещением, электрогенератором и солнечной батареей необходимы электрокоммуникации. Всё это значительно удорожает станцию, снижает её эффективность, сужает климатические условия эксплуатации, в частности не решены вопросы эксплуатации станции в условиях низких температур и возможного обледенения её элементов.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы ветроэнергетической установки, а также в расширении температурного и влажностного диапазонов её эксплуатации. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка содержит диффузорный ускоритель, размещённое внутри него ветроколесо, соединённое с электрогенератором, к которому подключен преобразователь-распределитель электроэнергии и электрически связанные с последним инвертор, солнечная и аккумуляторная батареи, причём к преобразователю-распределителю электроэнергии дополнительно подключен термоэлектрический нагреватель, размещённый на диффузорном ускорителе. Элементы солнечной батареи предпочтительно размещены на внешней верхней поверхности диффузорного ускорителя. К преобразователю-распределителю электроэнергии может быть подключена метеостанция, включающая анемометр, а также датчики влажности и температуры воздуха. К преобразователю-распределителю электроэнергии также может быть подключен датчик частоты вращения ветроколеса, лопасти ветроколеса при этом выполняют поворотными и снабжают электроприводом, также подключенным к преобразователю-распределителю электроэнергии.
Термоэлектрический нагреватель предпочтительно выполнен секционным.
Диффузорный ускоритель целесообразно выполнять полым, и размещать в его полости преобразователь-распределитель электроэнергии, инвертор, аккумуляторную батарею и часть секций термоэлектрического нагревателя. Полость ускорителя моет быть снабжена дополнительным датчиком температуры, подключённым к преобразователю- распределителю, а на поверхности ускорителя могут быть выполнены монтажные люки.
На фиг Л представлена принципиальная схема установки;
на фиг.2 - узел I на фиг. 1 ;
на фиг.З— поперечное сечение диффузорного ускорителя.
Предлагаемая ветроэнергетическая установка содержит диффузорный ускоритель 1, выполненный в виде кольцевого профилированного крыла с щелевым закрылком. Внутри ускорителя 1 размещено ветроколесо 2, которое может быть выполнено как быстроходным малолопастным, так и малошумным, тихоходным, многолопастным. Ветроколесо 2 связано с электрогенератором 3. Указанная связь может быть выполнена жёсткой, когда ротор генератора закреплён на ступице ветроколеса, или кинематической, когда между ветроколесом и электрогенератором размещён мультипликатор (на чертежах не показан). К электрогенератору 3 подключен преобразователь-распределитель электроэнергии 4, являющийся контроллером для управления работой установки, преобразования электроэнергии и её распределения. С преобразователем- распределителем 4 электрически связаны инвертор 5, солнечная 6 и аккумуляторная 7 батареи. Установка дополнительно содержит термоэлектрический секционный нагреватель 8, подключённый к преобразователю-распределителю 4 и размещённый на диффузорном ускорителе 1.
Солнечная батарея 6 может быть выполнена отдельно стоящей, как изображено на фиг.1, или с целью снижения материалоёмкости может быть размещена на внешней верхней поверхности Б диффузорного ускорителя 1, как изображено на фиг.З. Предложенная установка может быть выполнена полностью регулируемой, т.е. в любой момент времени вырабатываемая энергия может быть уравнена с потребляемой. При этом её нагреватель 8 будет использован только для поддержания требуемой температуры материалов и оборудования установки, исключения её обледенения. Для этого установка дополнительно содержит подключённую к преобразователю- распределителю 4 метеостанцию 9 с анемометром и датчиками температуры и влажности воздуха, а также датчик 10 частоты вращения ветроколеса. В этом случае лопасти 11 ветроколеса выполнены поворотными и снабжены электроприводом 12, подключенным к преобразователю-распределителю 4.
Секции 13 нагревателя 8 могут быть выполнены в виде отдельных трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), токопроводящих шин или проводов, вмонтированных в поверхность ускорителя 1. Секции 13 могут также быть смонтированы на центральном обтекателе 14 и лопатках 15 направляющего аппарата. Наличие обтекателя 14 и лопаток 15 не является обязательным во всех случаях, поскольку ветроколесо 2 с электрогенератором 3 могут быть смонтированы на цилиндрической обечайке, образующей центральный эжектирующий канал (на чертежах не показано).
Для повышения компактности установки, упрощения электрических коммуникаций и снижения стоимости диффузорный ускоритель 1 выполнен полым. Преобразователь-распределитель 4, инвертор 5 и аккумуляторная батарея 7 при этом размещены в нижней части полости ускорителя 1 (см. фиг.З), что повышает устойчивость последнего в воздушном потоке. Ориентация ускорителя на ветер может быть осуществлена либо жёсткой установкой по «розе ветров», либо приводом, аналогичным электроприводу 12 через редуктор, аналогичный редуктору 16. Для использования в условиях низких температур полость ускорителя снабжают дополнительным датчиком температуры 17, подключённым к преобразователю-распределителю 4, а часть секций 13 нагревателя располагают в полости ускорителя 1. Для монтажа и обслуживания оборудования на поверхности ускорителя 1 вьшолняют монтажные люки 18.
Предлагаемая ветроэнергетическая установка работает следующим образом.
Алгоритм работы установки зависит от выбранного и реализованного способа её регулирования.
В наиболее распространённом варианте от начальной скорости ветра до расчетной (номинальной) лопасти 11 ветроколеса 2 установлены под утлом, соответствующим максимальному коэффициенту использования энергии ветра (коэффициенту мощности), ветровой поток усиливается диффузорным ускорителем 1 и воздействует на ветроколесо. Скорость обтекания ветроколеса 2 увеличивается пропорционально отношению большего диаметра ускорителя 1 к его меньшему, внутреннему диаметру .
Мощность ветроколеса, соответственно, растёт пропорционально скорости его обтекания в третьей степени. Энергия ветроколеса 2, работающего при максимальном коэффициенте мощности, передаётся электрогенератору 3.
Вплоть до расчётной номинальной скорости ветра происходит рост мощности электрогенератора. С дальнейшим ростом скорости ветра мощность ветроколеса и электрогенератора поддерживаются постоянными. Это обеспечивается поворотом лопастей 11 ветроколеса 2, как показано на фиг.2, через редуктор 16 электроприводом 12 по сигналу преобразователя-распределителя 4. В результате этого коэффициент мощности снижается пропорционально третьей степени скорости ветра, сохраняя при этом постоянную мощность ветроколеса. Вырабатываемое электрогенератором 3 электричество поступает в преобразователь-распределитель 4, где преобразуется в электроэнергию постоянного тока с фиксированным напряжением. Полученная энергия идёт на зарядку аккумуляторной батареи 7, питание инвертора 5 и внешнего потребителя постоянного тока. Инвертор 5 вырабатывает для внешнего потребителя стабилизированное электричество переменного тока синусоидальной формы. В безветрие зарядка батареи 7 осуществляется от солнечной батареи 6. Перезаряд батареи 7 исключается преобразователем-распределителем 4, контролирующим через вольтметр ЭДС батареи 7. Если батарея 7 заряжена полностью, то питание потребителей осуществляется через инвертор 5 и преобразователь- распределитель 4 от электрогенератора 3 или солнечной батареи 6.
Если внешние потребители электричества отсутствуют или их мощность мала по сравнению с генерируемой электрогенератором 3 и (или) солнечной батареей 6, то излишки электроэнергии идут на термоэлектрический нагреватель 8. Выполнение нагревателя секциями 13 позволяет разместить их таким образом, чтобы оптимизировать погранслой и обеспечить безотрывное обтекание ускорителя 1. В случае угрозы обледенения, о чём сообщают датчики температуры и влажности метеостанции 9, преобразователь-распределитель запитывает нагреватель 8 независимо от заряда батареи 7 и потребляемых мощностей.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет реализовать её работу в полном соответствии с требуемой мощностью, т.е. вырабатывать столько энергии, сколько требует её потребитель. При этом на вход преобразователя-распределителя 4 поступают сигналы первичных датчиков, таких как анемометр метеостанции 9 и датчик частоты вращения
10, а также данные о ЭДС аккумуляторной батареи 7, тока инвертора 5
(переменного тока в цепи нагрузки), постоянного тока нагрузки и ЭДС солнечной батареи 6. Преобразователь-распределитель 4 формирует управляющие импульсы для своих фидерных устройств. Последние включают электропривод 12, который при помощи редуктора 16 устанавливает лопасти И под углом, при котором суммарная мощность электрогенератора 3 и солнечной батареи 6 равняется мощности всех потребителей (включая аккумуляторную батарею 7). Излишков энергии, которые необходимо сбрасывать при этом нет, и нагреватель 8 используется только для формирования нужного погранслоя и исключения обледенения.
В полости ускорителя достаточно много места для размещения аккумуляторной батареи, инвертора, преобразователя-распределителя и их электрической коммуникации (см. фиг.З). Если установка эксплуатируется в холодное время, нормальные температурные условия работы перечисленного оборудования обеспечиваются с помощью датчика температуры 17 и секций 13 нагревателя. Монтажные люки 18 могут быть так же использованы для создания вентиляционных щелей при эксплуатации установки в жарком климате.
Таким образом, предлагаемая ветроэнергетическая установка позволяет расширить регион её использования от экваториальных широт до районов крайнего севера, исключить возможность обледенения установки, снизить затраты на электрические коммуникации и монтаж оборудования, а также путём управления погранслоем и исключения срывных режимов существенно повысить её энергетическую эффективность.

Claims

Ф О Р М У Л А И З О Б Р Е Т Е Н ИЯ
1. Ветроэнергетическая установка, содержащая диффузорный ускоритель, размещённое внутри него ветроколесо, соединённое с электрогенератором, к которому подключен преобразователь- распределитель электроэнергии и электрически связанные с последним инвертор, солнечная и аккумуляторная батареи, отличающаяся тем, что к преобразователю-распределителю электроэнергии дополнительно подключен термоэлектрический нагреватель, размещённый на диффузорном ускорителе.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что элементы солнечной батареи размещены на внешней верхней поверхности диффузорного ускорителя.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что к преобразователю- распределителю электроэнергии подключена метеостанция, включающая анемометр, а также датчики влажности и температуры воздуха.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что к преобразователю- распределителю электроэнергии подключен датчик частоты вращения ветроколеса, а лопасти ветроколеса выполнены поворотными и снабжены электроприводом, также подключенным к преобразователю- распределителю электроэнергии.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что термоэлектрический нагреватель выполнен секционным.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что диффузорный ускоритель выполнен полым, и в его полости размещены преобразователь- распределитель электроэнергии, инвертор, аккумуляторная батарея и часть секций термоэлектрического нагревателя.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что полость ускорителя снабжена дополнительным датчиком температуры, подключённым к преобразователю-распределителю, поверхности ускорителя выполнены монтажные люки.
PCT/RU2012/001032 2012-05-25 2012-12-07 Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем WO2013176568A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012121585 2012-05-25
RU2012121585/06A RU2499913C1 (ru) 2012-05-25 2012-05-25 Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013176568A1 true WO2013176568A1 (ru) 2013-11-28

Family

ID=49624152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/001032 WO2013176568A1 (ru) 2012-05-25 2012-12-07 Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2499913C1 (ru)
WO (1) WO2013176568A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589583C1 (ru) * 2015-03-30 2016-07-10 Михаил Николаевич Кондратьев Блочная ярусная с концентраторами, электронагревателями и глушителями ветровая электростанция
WO2017190747A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Vestas Wind Systems A/S In hub power generation and storage for anti-icing wind turbine blades

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582386C2 (ru) * 2014-04-15 2016-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Ветроэнергетическая установка
DE102016110190A1 (de) 2016-06-02 2017-12-07 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage und Windenergieanlage
RU2760401C1 (ru) * 2021-04-28 2021-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "Тюльганский электромеханический завод" Узел крепления анемометра на головке ветроагрегата

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006015047U1 (de) * 2006-09-29 2006-12-07 Klotsche, Michael, Dipl.-Ing. Eiswarnsystem für Windkraftanlagen
RU74171U1 (ru) * 2007-12-18 2008-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") Интегрированная солнечно-ветровая энергоустановка
WO2012059466A1 (de) * 2010-11-04 2012-05-10 Wobben, Aloys Rotorblatt mit heizvorrichtung für eine windenergieanlage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006015047U1 (de) * 2006-09-29 2006-12-07 Klotsche, Michael, Dipl.-Ing. Eiswarnsystem für Windkraftanlagen
RU74171U1 (ru) * 2007-12-18 2008-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") Интегрированная солнечно-ветровая энергоустановка
WO2012059466A1 (de) * 2010-11-04 2012-05-10 Wobben, Aloys Rotorblatt mit heizvorrichtung für eine windenergieanlage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589583C1 (ru) * 2015-03-30 2016-07-10 Михаил Николаевич Кондратьев Блочная ярусная с концентраторами, электронагревателями и глушителями ветровая электростанция
WO2017190747A1 (en) * 2016-05-04 2017-11-09 Vestas Wind Systems A/S In hub power generation and storage for anti-icing wind turbine blades

Also Published As

Publication number Publication date
RU2499913C1 (ru) 2013-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2901733T3 (es) Procedimiento para operar una central de energía eléctrica de ciclo combinado y central eléctrica de ciclo combinado
RU2499913C1 (ru) Ветроэнергетическая установка с обогреваемым диффузорным ускорителем
ES2411355T5 (es) Restricción de potencia de turbinas eólicas
US8288884B1 (en) Wind turbine with integrated solar panels
EP2187048A1 (en) Autonomous power supply system
US20090015019A1 (en) Lateral Wind Turbine
ES2586802T3 (es) Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica o de un parque eólico
CN109154277A (zh) 用于太阳能和风能利用的单元
TW200930896A (en) Wind energy conversion system
KR102106022B1 (ko) 전기추진선박용 스마트그리드 전력제어시스템
KR20140007028A (ko) 복합 에너지 제어를 통한 냉, 난방 시스템
CN109236569A (zh) 一种风力增压与太阳能互补发电装置
GB2481033A (en) Wind turbine with battery-powered motor to assist the rotor in low wind conditions
EP2818700B1 (en) Wind power generation system
US9581135B2 (en) Cable-suspended wind energy generator
CN201045750Y (zh) 外转子无刷双馈发电机及其控制装置
CN204206064U (zh) 一种野外模块化能源供给系统
RU112955U1 (ru) Устройство обогрева лопасти ветроэнергетической установки на основе энергопитания от солнечного модуля
EP1687530A2 (en) Wind turbine park on a roof
CN108923725B (zh) 一种基于薄膜太阳能电池的风电机组塔筒供电系统
CN209539500U (zh) 一种风力增压与太阳能互补发电装置
GB2452787A (en) Power generation system
CN109296509A (zh) 用于风力发电机的叶片气热除冰系统及风力发电机
WO2017190747A1 (en) In hub power generation and storage for anti-icing wind turbine blades
KR20100004528A (ko) 폐바람을 이용한 풍력발전장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12877239

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12877239

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1