ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F03D5/00 

Изобретение относится к ветрознергетике и может быть применено в ветроэнергетических парках.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая несущую высотную объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха с прикрепленными к ней снизу на жесткой штанге ветродвигателем и гибкой центральной оттяжкой для удержания в фиксированном высотном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью объемной высотной оболочки и штанги с ветродвигателем [1]
Недостатком этой установки является ненадежность удерживания ее в воздушном пространстве над данной поверхностью в резко изменяющихся погодно-климатических условиях, особенно при утилизации ветровой энергии на больших высотах, что сказывается на эффективности работы установки и устойчивости равномерного электроснабжения потребителей энергии.

Цель изобретения повышение эффективности работы установки и устойчивости равномерного электроснабжения потребителей утилизированной энергией.

Поставленная цель достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей несущую высотную объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха с прикрепленными к ней снизу на жесткой штанге ветродвигателем и гибкой центральной оттяжкой для удержания в фиксированном высотном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью объемной высотной оболочки и штанги с ветродвигателем, ветроустановка содержит центральный и боковые подвижные блоки, прикрепляемые как к штанге, так и к несущей высотной объемной оболочке, неподвижные блоки и автономные лебедки на фундаментах данной поверхности, а также дополнительно снабжена боковыми гибкими связями-оттяжками, расчаливаемыми и регулируемыми по длине совместно с центральной оттяжкой для крепления и регулирования рабочего фиксированного положения в воздушном пространстве над фундаментами, причем каждая связь-оттяжка анкерится к своему якорному монолитному фундаменту и запасовывается в подвижные блоки как самой объемной оболочки, штанги, так и в неподвижные блоки фундамента с последующей заводкой на автономную лебедку. При этом ветроэнергетическая установка дополнительно снабжается ветродвигателями, размещаемыми на жесткой штанге несущей объемной оболочки. Также в ветроэнергетической установке ее якорный фундамент выполняется в форме пустотелого металлического короба-гасителя колебаний волн для водной поверхности. В ветроэнергетической установке ее расчаливаемые боковые регулируемые по длине гибкие связи-оттяжки также выполняются и с анкерением к объемной оболочке, жесткой штанге и заводятся через неподвижные блоки на общесвязные лебедки как оболочки, так и штанги.

На фиг. 1 изображена ветроэнергетическая установка в наземном варианте; на фиг.2 ветроэнергетическая установка с рядным количеством ветродвигателей; на фиг. 3 ветроэнергетическая установка в надводном варианте; на фиг. 4 - ветроэнергетическая установка с анкерением к объемной оболочке, ветродвигателю.

Ветроэнергетическая установка содержит (фиг.1-4) несущую высотную объемную оболочку 1, наполненную газом легче воздуха, жесткую штангу 2, ветродвигатель 3, соединенный с его электрогенератором 4, гибкие блочные тросо-лебедочные связи-оттяжки: центральную 5 и боковые 6, якорные фундаменты 7, подвижные блоки 8, неподвижные блоки 9, анкера 10, автономные лебедки: для боковых оттяжек 11 и центральной 12. Ветродвигатель 3 имеет направляющий хвост 13 и пропеллер или ветровое колесо 16, а электрогенератор 4 кабельную линию 14 для передачи электроэнергии потребителям 15.

Кроме того, ветроэнергетическая установка (фиг.2) дополнительно снабжается ветродвигателями 3 с их электрогенераторами, размещаемыми на дополнительной штанге 17, соединяемой со штангой 2 несущей объемной оболочки 1.

Также якорный фундамент в энергетической установке (фиг.3) выполняется в форме пустотелого металлического короба-гасителя 18 колебаний волн для водной поверхности, где короб-гаситель 18 устанавливается на сваи или якоря 19, заглубляемые в обычное дно.

Ветроэнергетическая установка (фиг.4) также содержит расчаливаемые боковые регулируемые по длине гибкие связи-оттяжки 6, выполненные с анкерением (креплением) к анкерам: 20 объемной оболочки и 21 ветродвигателя (его жесткой штанге) и заводской с запасовкой через неподвижные блоки 9 на соответствующие общесвязные лебедки 22 (оболочки 1) и 23 (штанги ветродвигателя 3), которые закреплены на фундаменте 24. При этом связи-оттяжки 6 могут соединяться с анкерами 20, 21, например, концевыми петлями 25 оттяжек.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом: наполненную газом легче воздуха несущую высотную объемную оболочку 1 с ветродвигателем 3 на жесткой штанге 2 при помощи заанкеренных гибких связей-оттяжек 5 и 6 запасованных как в подвижные 8, так и неподвижные 9 блоки с заводкой на автономные лебедки, размещенные на фундаментах 7, для утилизации ветровой энергии поднимают вверх в атмосферу пилотируемый объект ветродвигатель 3 с его электрогенератором 4 на определенное высотное положение в воздушном пространстве над данной поверхностью (7 либо 18 ) для наиболее эффективной утилизации энергии ветра на значительной высоте, где ветровые потоки обладают высокой энергией, после чего, выровняв по вертикали оттяжками 5 и 6 установку и осуществив требуемое натяжение, оттяжки 5 и 6 стопорятся на барабанах автономных лебедок 11 и 12, обеспечивая надежное крепление оболочки 1 и ветроагрегата 3 в фиксируемом высотном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью. Затем при пуске ветродвигателя 3 ветровой поток воздействует на его рулевой хвост 13 и, поворачивая хвост по ветру, ориентирует ветровое колесо или пропеллер 16 против ветра, который при набегающем потоке ветра вращается, передавая свое вращение электрогенератору 4, вырабатывающему электроэнергию и направляющему по кабельной линии электроснабжения 14 к потребителям электроэнергии 15.

В тихую и безветренную погоду для устойчивого и равномерного электроснабжения потребителей утилизированной энергией ветра ветродвигатель 3 поднимается оболочкой 1 описанным выше порядком и фиксируется на таком высотном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью, которое позволяет эффективно на полную мощность использовать ветродвигатель для равномерной выработки электрогенератором электроэнергии вне зависимости от погодно-климатических условий, что достигается надежностью удерживания ветродвигателя и оболочки достаточным количеством как боковых, так и центральной связей-оттяжек 6 и 5, присоединяемых к фундаментам 7, а наличие тросо-лебедочной системы позволяет оперативно перемещать по высоте в любой период ветродвигатель для эффективной и безаварийной работы установки.

При сильном, например, штормовом ветре в установке осуществляется электрическое торможение частоты вращения пропеллера 16 по известным схемам, а ветроагрегат (ветродвигатель 3) с оболочкой 1 опускается вниз поближе к данной поверхности 7 либо 18, где ветровые потоки значительно меньше и позволяют в этом случае после закрепления безаварийно эксплуатировать установку с эффективным и равномерным и устойчивым электроснабжением потребителей энергии, повышая этим надежность работы установки. Опускание ветроэнергетического агрегата ветродвигателя вниз как при перегрузках ветровых, так и для технического обслуживания осуществляется тросо-лебедочным механизмом (системой) установки в порядке, обратном описанному выше для его подъема вверх.

Подъем ветродвигателя 3 в атмосферу и опускание его вниз в ветроустановке может выполняться и автоматически за счет применения в установках электролебедок, дополняемых известными средствами автоматизации управления тросо-лебедочной схемой, а также поддержания эффективного и безопасного режимов работы установки вне зависимости от метереологической обстановки.

Для увеличения мощностных показателей ветроэнергетическая установка дополнительно снабжается несколькими ветродвигателями 3, которые подвешиваются к одной оболочке 1 и размещаются каждый на своих жестких штангах, например, 2 и 17, причем эти штанги соединяются между собой и удерживаются и перемещаются в воздушном пространстве тросо-лебедочной системой установки (фиг.2). Принцип работы этой установки аналогичен вышеописанной (фиг.1).

На морских, речных, озерных направлениях якорный фундамент ветроэнергетической установки выполняется в форме пустотелого металлического короба-гасителя 18 на сваях или якорях 19 (фиг.3) короба-гасителя колебаний волн на водной поверхности, особенно при штормах. Размещение установки на воде позволяет решить обеспечение электроэнергией световых и радио маяков, морских нефтегазовых скважин, пунктов опреснения морской воды, терминалов на морских направлениях (коммуникациях), морских пограничных пунктов, приморских объектов. Принцип работы этой ветроэнергоустановки аналогичен описанному выше в части установки на фиг.1.

В ветроэнергетической установке (фиг.4) ее расчаливаемые боковые регулируемые по длине гибкие связи-оттяжки 5 и 6 выполнены с анкерением к объемной оболочке 1, жесткой штанге 2 и заведены через неподвижные блоки на общесвязные лебедки: для боковых оттяжек 6 оболочки 1 на лебедку 22 и боковых оттяжек 6 ветродвигателя 3 на лебедку 23, которые закреплены на фундаменте 24. Общесвязные лебедки 22 и 23 через неподвижные блоки 9 тросо-лебедочной схемы каждая одновременно производит натяжение или отпуск заведенных на барабаны этих лебедок всех боковых оттяжек 6, позволяет удерживать оболочку 1 с ветродвигателем 3 в вертикальном положении в воздушном пространстве над данной поверхностью и осуществлять равномерный подъем и опускание ветродвигателя. Данная установка в отличие от установки на фиг.1 имеет одну общую лебедку на все боковые оттяжки 6 оболочки 1 и на боковые оттяжки 6 ветроагрегата 3, что уменьшает общее количество лебедок в установке и облегчает управление регулированием натяжения оттяжек 6 и автоматизацию этого процесса. Отпуская лебедки 12, 22, 23 (фиг.4), оболочка 1, наполненная газом легче воздуха, поднимает ветродвигатель 3 вверх, где он фиксируется на определенном высотном положении в воздушном пространстве над фундаментами на высоте, где воздушные потоки значительны и ветродвигатель может эффективно утилизировать энергию ветра, а затем ветродвигатель с оболочкой закрепляются в фиксированном положении оттяжками 6, 5, и после включения ветродвигателя последний при набегающем ветровом потоке позволяет совместно с электрогенератором 4 вырабатывать электроэнергию и по линии электроснабжения 14 обеспечивать потребителей 15. При изменении скоростного напора ветра ветродвигатель 3 для эффективной работы может подниматься вверх или опускаться вниз аналогично описанному выше в части установки на фиг.1.

Предложение техническое решение позволяет утилизировать ветровую энергию на значительных высотных уровнях атмосферы высокоэффективно и применимо как для устройства ветроэнергопарков, так и для устройства автономных энергоустройств.

Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветроэнергетическая установка содержит высотную объемную оболочку 1, ветродвигатель 3, прикреплений в оболочке снизу посредством штанги 2, центральные и боковые подвижные блоки 8, неподвижные блоки 9 и автономные лебедки 11, установка снабжена гибкими связями-оттяжками 6. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая несущую высотную объемную оболочку, наполненную газом легче воздуха, и ветродвигатель, прикрепленный к оболочке снизу посредством жесткой штанги, при этом оболочка снабжена гибкой центральной оттяжкой, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит центральный и боковые подвижные блоки, прикрепленные как к штанге, так и к оболочке, неподвижные блоки и автономные лебедки, установленные на фундаменте, и дополнительные гибкие связи-оттяжки, прикрепленные к боковым поверхностям оболочки с возможностью расчаливания и регулирования по длине совместно с центральной оттяжкой, причем каждая связь-оттяжка прикреплена к своему якорному монолитному фундаменту и запасована в подвижные блоки оболочки, штанги и в неподвижные блоки фундамента с последующей заводкой на автономную лебедку. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на штанге оболочки размещены по крайней мере два ветродвигателя. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что оболочка и штанга снабжены общесвязными лебедками, а расчаливаемые боковые регулируемые по длине гибкие связи-оттяжки прикреплены посредством анкерной связи к оболочке, к штанге и заведены через неподвижные блоки на общесвязные лебедки оболочки и штанги.