WO2020209705A1 - Ветровая электростанция с улучшенной парусностью - Google Patents

Ветровая электростанция с улучшенной парусностью Download PDF

Info

Publication number
WO2020209705A1
WO2020209705A1 PCT/KZ2019/000003 KZ2019000003W WO2020209705A1 WO 2020209705 A1 WO2020209705 A1 WO 2020209705A1 KZ 2019000003 W KZ2019000003 W KZ 2019000003W WO 2020209705 A1 WO2020209705 A1 WO 2020209705A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sail
toroidal
wind
mast
proposed
Prior art date
Application number
PCT/KZ2019/000003
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ
Берик Исламбекович МИРЗАБАЕВ
Original Assignee
Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ
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 Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ filed Critical Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ
Priority to PCT/KZ2019/000003 priority Critical patent/WO2020209705A1/ru
Publication of WO2020209705A1 publication Critical patent/WO2020209705A1/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
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/06—Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • 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

Definitions

  • the invention relates to renewable energy, in particular to wind energy sources and can be used to increase the productivity and efficiency of the operation of sailing wind power plants.
  • An analogue of the invention is a sailing wind power plant [US 2013 0181458A1, ML 8, 2013, System for converting wind energy], which is a system for converting wind energy into mechanical energy, and then into electrical energy.
  • the sail is a wire fabric stretched over the hull, which has the ability to rotate in space and drives the rods of double-acting hydraulic cylinders in reciprocating motion. Thus, the wind energy through the sail is converted into reciprocating motion, which is then converted into electrical energy.
  • all moving units are located at the upper end of the mast and create unwanted dynamic loads, causing elastic vibrations of the mast.
  • the prototype of the invention is a sailing wind farm [KS Sholanov. Power plants (variants) on the basis of parallel manipulator. WG / 2018/147716, 08.16.2018]. In this wind farm (WPP), as a wind-sensitive body - the sails are filled with air
  • the section of the torus represents a figure similar, for example, to the section of an airplane wing.
  • the aerodynamic profile with a horizontally acting air flow creates a horizontal drag force and a lift force in the vertical direction.
  • the toroidal sail is attached by a mast to the upper platform of the manipulator transducer so that all spatial movements of the sail are perceived by the movable platform.
  • the toroidal sail has an automatic lifting control system
  • the disadvantage of this WPP is that the volume of the toroidal sail is limited by the elastic limit of the mountain shell material and does not provide the ability to adjust the sensitivity of the sail (windage) in a wide range so that the WPP generates electrical energy at any wind speed.
  • the technical objective of the invention is to improve sailing wind farms by expanding their technical capabilities for operation when the wind speed changes in a wide range, ranging from 2.5 m / s to hurricane - Technical capabilities are to ensure the generation of electric current by increasing the wind power of the wind farm at low wind speed and decrease in windage at high wind speeds.
  • This invention proposes a sailing wind farm with improved windage, which includes the well-known features: a swinging toroidal sail with an aerodynamic profile in cross-section connected by means of a mast with six movable parallel manipulator Sholkor; automatic windage control system.
  • the proposed wind farm with improved windage allows the wind farm to generate an electric current of a given power in a wide range of changes in the air flow rate.
  • FIG. 1 Shows the aerodynamic section rotated through an angle a, at which the wind acting at a speed v causes the maximum lifting force toroidally] about the sails L
  • FIG. 2 shows a sailing wind farm consisting of a parallel manipulator with the lower 4 and upper 5 platforms of the parallel manipulator, connected by six actuators 6.
  • the upper platform 5 is rigidly connected to the mast 7, to which toroidal sails 8,9,10 are attached.
  • the invention proposes to use a toroidal sail 2 with a rotation of the chord line of the section at an angle a.
  • the air flow rate will have a maximum angle of attack, while the maximum lift will act on the sail.
  • the maximum angle of attack is created to increase the node force [CJB. Belov et al. Aerodynamics and flight dynamics. Orenburg, 2014. 109 p.].
  • a toroidal sail of any shape from a lightweight material for example, foam
  • foam can be implemented using existing technologies for the manufacture of synthetic and organic materials.
  • the principle of operation of a wind farm with improved windage is that the wind forces set in motion toroidal sails 8-10 with a rotated profile made of solid lightweight material 8-10 with a rotated profile, made of solid light material (Fig. 2), the position of which in height can change and the mast 7, as well as the upper platform 5 of the parallel manipulator rigidly connected to it.
  • the lengths of six actuators 6, connecting the upper platform with the lower fixed platform 4 change.
  • the wind energy is converted into the energy of the sail movement and then into the energy of six reciprocating movements of the rods in the actuators.
  • the motion in the actuators is then converted into electrical energy in various ways.
  • a wind farm with improved windage makes it possible to half-achieve the technical effect, which consists in increasing the efficiency of converting the kinetic energy of the wind into the energy of the organized motion of the parallel manipulator actuators, and then, using known methods, into electrical energy.

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)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к возобновляемой энергетике, в частности к ветровым источникам энергии и может быть использовано для повышения производительности и эффективности функционирования парусных ветровых электростанций. Предяагается парусная ВЭС с улучшенной парусностью, состоящий из известного платформенного манипулятора Sholkor, мачты и паруса тороидальной: формы, В изобретении предложен новый тороидальный парус представляющим сплошное тело, изготовленное нз легкого материала имеющий аэродинамический профиль, сечение которого повернуто на максимальный угол атаки. Также в изобретении предложена новая система парусов, состоящая из нескольких парусов одинаковых и различных размеров и форм, которые ручным или автоматическим способом могут изменять свое положение по высоте от земли, перемещаясь вдоль манты. ВЭС с улучшенной парусностью и мест возможность генерировать электрически ток заданной мощности в большом диапазоне изменения скорости ветра.

Description

ВЕТРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С УЛУЧШЕННОЙ ПАРУСНОСТЬЮ
WIND POWER PLANTS WITH IMPROVED SAILING
Изобретение относится к возобновляемой энергетике, в частности к ветровым источникам энергии и может быть использовано для повышения производительности и эффективности функционирования парусных ветровых электростанций.
Аналогом изобретения является парусная ветровая электростанция [US 2013 0181458А1 , МЛ 8, 2013, System for converting wind energy], которая представляет систему преобразования энергии ветра в механическую энергию, а затем в электрическую энергию. Парус представляет проволочную ткань натянутую на корпус имеющий возможность вращательных движений в пространстве и приводящий в возвратно поступательное движение штоки гидроцилиндров двойного действия. Таким образом, энергия ветра через парус преобразуется в возвратно-поступательное движение, которое преобразуется затем в электрическую энергию. Однако в данном ВЭС все движущиеся агрегаты располагаются на верхнем конце мачте и создают нежелательные динамические нагрузки, вызывая упругие колебания мачты. Прототипом изобретения выбрана парусная ветровая электростанция [K.S. Sholanov. Power plants (variants) on the basis of parallel manipulator. WG/2018/147716, 16.08.2018]. В этой ветровой электростанции (ВЭС) в качестве чувствительного к ветру тела - паруса применяется наполненная воздухом
(газом) упругая оболочка в форме тора, с аэродинамическим профилем, т.е.
*
сечение тора представляет фигуру подобную, например, сечению крыла самолета. Аэродинамический профиль при горизонтально действующем воздушном потоке создает горизонтальную силу сопротивления и подъемную силу в вертикальном направлении. Тороидальный парус с помощью мачты крепится к верхней платформе манипуляторного преобразователя так, чтобы все пространственные движения паруса воспринимались подвижной платформой.
Тороидальный парус имеет систему автоматического регулирования подъемной
!
силой и силой сопротивления путем изменения площади обдуваемой поверхности за счет изменения объема газа в упругой тороидальной оболочке. Недостатком этой ВЭС является то, что объем тороидального паруса ограничен пределом упругости материала оболочки гора и не обеспечивает возможность регулирования чувствительностью паруса (парусности) в большом диапазоне так, чтобы ВЭС генерировала электрическую энергию при любой скорости ветра. Технической задачей изобретения является совершенствование парусных ВЭС путем расширения их технических возможностей для функционирования при изменении скорости ветра в большом диапазоне, начиная от 2,5 м/с до ураганных- Технические возможности заключаются в обеспечении генерирования электрического тока путем увеличении парусности ВЭС при малой скорости ветра и уменьшении парусности при большой скорости ветра.
В данном изобретении предлагается парусная ВЭС с улучшенной парусностью, имеющая в своем составе известные признаки: качающийся тороидальный парус с аэродинамическим профиле в сечении соединенный посредством мачты с шести подвижным параллельным манипулятором Sholkor; систему автоматического регулировани парусностью.
Для решения поставленной задачи предлагается изменить сечение тороидального паруса, выбрав форму сечения в виде повернутого аэродинамического профиля, обеспечивающего максимальный угол атаки.
Для решения поставленной технической задачи предлагается изготовить парус тороидальной формы из сплошного легкого материала.
Для решения поставленной технической задачи в парусной ВЭС состоящей из известного параллельного манипулятора, мачты, паруса тороидальной формы с аэродинамическим профилем с повернутым сечением выполненного из легкого материала, одного тороидального паруса, установить систему состоящих из нескольких парусов одинаковых и различных размеров и форм.
Для решения поставленной технической задачи в парусной ВЭС предлагается автоматически или в ручном режиме изменять по высоте положение парусов в зависимости от скорости ветра.
Предлагаемая ВЭС с улучшенной парусностью позволяет ВЭС генерировать электрический ток заданной мощности в большом диапазоне изменения скорости воздушного потока.
На приведенном чертеже (фигура!) показано аэродинамическое сечение повернутое на угол а, при котором ветер действующий со скоростью v вызывает максимальную по величине силу подъема тороидально] о паруса L Также на фигуре ! показан вид сверху 2 и вид сбоку 3 на тороидальный парус с повернутым сечением. На фигуре 2 представлена парусная ветровая электростанция, состоящая из параллельного манипулятора с нижней 4 и верхней 5 платформами параллельного манипулятора, соединенные шестью актуаторами 6. Верхняя платформа 5 жестко связана с мачтой 7, к которой крепятся паруса тороидальной формы 8,9,10.
В изобретении предлагается использовать тороидальный парус 2 с поворотом линии хорды сечения на угол а. В этом случае при вертикальном расположении мачты скорость воздушного потока будет иметь максимальный угол атаки, при этом на парус будет действовать максимальная подъемная сила. Как известно, при взлете самолета с помощью закрылок создается максимальный угол атаки для увеличения нодьемной силы [CJB. Белов и др. Аэродинамика и динамика полета. Оренбург, 2014. 109 с.]. Тороидальный парус любой формы излегкого материала (например, пеноплекеа) может быть реализован с иполъзованием существующих технологии изготовления синтетических и органичеких материалов.
Применеие системы тороидальных парусов позволяет изменять парусность ВЭС путем дискретного изменения площади обдуваемой поверхности. Для того, чтобы обосновать полученный технический результат, рассмотрим зависимость [К.Фолькер. Системы возобновляемых источников энергии / Пер. с немецкого. - Астана: Фолиант, 2013.-432 с. См. стр.253] мощности, воспринимаемой парусом от скорости ветра и площади поверхности паруса в виде:
N^CSv3. (1)
С -постоянная зависящая от плотности воздуха и кпд.
f
Предположим что мощность N ВЭС задана. Определим по формуле (1) площадь S паруса приняв за исходную скорость ветра равную V^5M/C. Получится Sj ~ N/125C. Для того, чтобы получить заданную мощность при скорости ветра в 2.5м/с необходима площадь паруса равная S2~ N/15.625C. Следовательно, чтобы ВЭС работала е заданной мощностью при скорости ветра в 2 раза меньшей расчетной нам необходимо увеличить площадь паруса в п ~ S2/S}~ 8 раз. Увеличить площадь обдуваемой поверхности одного паруса в 8 раз затруднительно, поэтому задача может быть решена применением 8 парусов. Таким образом, при малой скорости ветра для получения необходимой мощности предлагается увеличить число парусов, а при сильном ветре - уменьшить число парусов. Это дает возможность ВЭС функционировать в большом диапазоне скоростей ветра.
В изобретении ВЭС предлагается изменять парусность (чувствительность паруса к ветру) путем перемещения паруса (парусов) вдоль мачты. Известно, что с изменеием высоты, скорость ветра увел нвичивается . Увеличение скорости ветра по высоте называется сдвигом ветра и составляет 0.2-0.3 м/с на 1 метр высоты [С.В. Белов и др. Аэродинамика и динамика полета. Оренбург, 2014. 109 с.]. Если скорость ветра на расстояниям 2 м. от земли составляет 2 м/с, то на высоте 10 м скорость будет равна З.б м/с. С помощью формулы (1) можно получить, что переместив на расстояние 10 м. один и тот же парус можно увеличить мощность ВЭС в 6.5 раза.
Принцип функционирования ВЭС с улучшенной парусностью заключаетс в том, что силы ветра, приводят в движение тороидальные паруса 8-10 с повернутым профилем изготовленные из сплошного легкого материала 8-10 с повернутым профилем изготовленные из сплошного легкого материала (фиг.2), положение которых по высоте может изменяться и мачту 7, а также жестко связанную с ней верхнюю платформу 5 параллельного манипулятора.
При изменении положения верхней платформы изменяются длины шести актуаторов 6, соединяющих верхнюю платформу с нижней неподвижной платформой 4. Таким образом, энергия ветра преобразуется в энергию движения паруса и далее - в энергию шести возвратно поступательных движений штоков в актуаторах. Затем движения в актуаторах преобразуется различными способами в электрическую энергию.
ВЭС с улучшенной парусностью позволяет полупить технический эффект, который заключается в повышении эффективности преобразовании кинетической энергии ветра в энергию организованного движения актуаторов параллельного манипуля тора, а затем известными способами - в электрическую энергию.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Парусная ветровая электростанция состоящая из шести подвижного параллельного манипулятора Shoikor, мачты, тороидального паруса с аэродинамическим профилем в сечении отличающийся тем, что с целью расширения технических возможносте , для функционирования при изменении скорости ветра в большом диапазоне, тороидальной парус выполнен по формы поперечного сечения в виде повернутого аэродинамического профиля, обеспечивающего максимальный угод атаки
, Тороидальный парус представляет сплошное тело, изготовленное из легкого материала.
ЕЭС имеет систему парусов, состоящую из нескольких парусов одинаковых и различных размеров и форм
Тороидальные паруса ручным или автоматическим способом могут изменять свое положение по высоте от земли перемещаясь вдоль мачты.
PCT/KZ2019/000003 2019-04-08 2019-04-08 Ветровая электростанция с улучшенной парусностью WO2020209705A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KZ2019/000003 WO2020209705A1 (ru) 2019-04-08 2019-04-08 Ветровая электростанция с улучшенной парусностью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KZ2019/000003 WO2020209705A1 (ru) 2019-04-08 2019-04-08 Ветровая электростанция с улучшенной парусностью

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020209705A1 true WO2020209705A1 (ru) 2020-10-15

Family

ID=72752107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2019/000003 WO2020209705A1 (ru) 2019-04-08 2019-04-08 Ветровая электростанция с улучшенной парусностью

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020209705A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147472A (en) * 1977-04-07 1979-04-03 Alberto Kling Turbine rotor
DE4334658A1 (de) * 1993-10-12 1995-04-27 Horst Alber Windpaddelanlage
RU2576396C2 (ru) * 2010-03-31 2016-03-10 Китэнерджи С.Р.Л. Исполнительные системы для управления полетом силового профиля крыла для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию
WO2018147716A1 (ru) * 2017-02-13 2018-08-16 Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ Электростанция (варианты) на базе параллельного манипулятора

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147472A (en) * 1977-04-07 1979-04-03 Alberto Kling Turbine rotor
DE4334658A1 (de) * 1993-10-12 1995-04-27 Horst Alber Windpaddelanlage
RU2576396C2 (ru) * 2010-03-31 2016-03-10 Китэнерджи С.Р.Л. Исполнительные системы для управления полетом силового профиля крыла для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию
WO2018147716A1 (ru) * 2017-02-13 2018-08-16 Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ Электростанция (варианты) на базе параллельного манипулятора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7750491B2 (en) Fluid-dynamic renewable energy harvesting system
US8278776B1 (en) Reciprocating wind-powered transducer employing interleaved airfoil arrays
US9764834B2 (en) Kite for a system for extracting energy from the wind
US10053216B2 (en) Tethered wing system for wind energy use
US20150275861A1 (en) Rotor kite wind energy system and more
US20080185480A1 (en) Ultralight Airfoils for Wind Energy Conversion
AU2007272063B2 (en) Wind-operated power generator
CN205642788U (zh) 高速风洞大攻角俯仰动态失速试验装置
US20160201647A1 (en) Translating Foil System for Harvesting Kinetic Energy From Wind and Flowing Water
Ragheb Wind energy converters concepts
EP3218598B1 (en) A kite
US10012208B1 (en) Variable altitude wind-powered generator system
CN205686600U (zh) 一种飞艇与多旋翼结合的飞行器
RU2483226C2 (ru) Способ и система для преобразования содержащейся в горизонтальных потоках энергии движения в полезную механическую энергию
CN105386931A (zh) 高空可控卡门涡街主副翼风筝风力发电系统
WO2019033691A1 (zh) 高速飞行方法及翼环机
WO2020209705A1 (ru) Ветровая электростанция с улучшенной парусностью
CN106828930B (zh) 一种系留式风力发电无人机
Samson et al. A critical assessment of airborne wind energy systems
EP2879950A1 (en) Lighter-than-air craft for energy-producing turbines
CN110318931B (zh) 一种用于水下发电的飞翼结构
Weliwaththage et al. Airborne Wind Energy Technology
CN111483594A (zh) 低能耗高速飞行方法及其翼环机
US20100219644A1 (en) Power Generation using High Altitude Traction Rotors
EP2672109A1 (en) System and method for converting wind flow energy into mechanical, thermodynamic or electrical energy

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: 19924310

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: 19924310

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1