ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2003 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к энергетическим комплексам, использующим источники возобновляемой энергии, преимущественно солнечной.

Известно техническое решение, содержащее коллектор солнечной энергии, представляющий собой вытяжную трубу, поверхность которой окрашена в черный цвет, ветротурбину, сочлененную с генератором, установленную в нижней части вытяжной трубы, а также источник дополнительного тепла - дожигающую печь, расположенную над турбиной в качестве побудителя тяги [см. патент России 1828516 "Энергетическая установка", F 03 D 9/00, опубл. 15.07.93].

Данное техническое решение позволяет утилизировать тепло внешнего нагрева вытяжной трубы солнечными лучами и экзотермических процессов для повышения КПД установок, но не обеспечивает достижения достаточных мощностей из-за некомплексного применения имеющихся в окружающей среде компонент солнечной энергии.

Известно техническое решение, содержащее коллектор солнечной энергии, сообщающийся с помощью воздушного канала с полостью вытяжной трубы, ветротурбину, установленную в полости вытяжной трубы и сочлененную с генератором, и вертикальный лопастной ротор, установленный на вытяжной трубе, каждая лопасть которого выполнена в виде аэростатической оболочки и размещенного внутри нее воздуховода, сообщенного с полостью вытяжной трубы [см. а.с. СССР 1386737 "Ветросолнечный агрегат", F 03 D 11/02, опубл. 07.04.88].

Данное техническое решение позволяет использовать для увеличения тяги аэродинамическую составляющую, что повышает КПД установки, но также не обеспечивает получения значительной мощности при выработке электроэнергии и не обеспечивает ее стабильности во времени.

Известно техническое решение, содержащее ветроколесо, электрогенератор, теплоаккумулятор, использующий резервные мощности ветроустановки для нагрева воды электронагревателями, при этом возможно получение пара, используемого в контуре с дополнительно установленной паровой турбиной [см. патент США 5384489 "Ветроэлектрическая установка с системой аккумулирования энергии", F 03 D 9/02, F 22 B 1/28 опубл. в 1993 г.].

Данное техническое решение позволяет стабилизировать выработку электроэнергии во времени, увеличивает КПД устройства, но не позволяет достигать необходимых технико-экономических показателей и значительных мощностей, т.к. не использует другие компоненты солнечной энергии.

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение, включающее гелиопреобразующую поверхность, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, пространство между гелиопоглощающей поверхностью и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, сообщающееся с воздухоотводящей трубой через внутреннюю полость ветротурбины, смонтированной в корпусе воздухоотводящей трубы и сочлененной с электрогенератором, и теплоаккумулятор [см. а.с. СССР 1625999 "Солнечный двигатель", F 03 G 6/00; F 24 J 2/42, опубл. 07.02.91].

Данное техническое решение позволяет использовать лучевую и ветровую компоненты солнечной энергии окружающего пространства при выработке электроэнергии, стабилизировать ее выработку за счет совмещения указанных компонент солнечной энергии и применения теплоаккумуляторов, но также не обеспечивает достижения технико-экономических показателей и значительных мощностей энергоустановки, сравнимых с мощными теплоэлектростанциями, в силу ограниченности используемых компонент солнечной энергии и традиционности используемых конструкторских решений, не обеспечивающих технико-экономических условий конкурентноспособности.

Задачей настоящего технического решения является создание мощной и конкурентноспособной относительно традиционных ТЭЦ энергетической установки, использующей утилизацию низкопотенциальных экологически чистых природных источников энергии в виде всего комплекса наиболее доступных компонент солнечной энергии окружающей среды, многоплановое применение аэродинамических конструкций и специальных технологических компоновок, способствующих сбалансированию взаимодействия, в том числе за счет оптимизации масштабных пропорций, проявлений различных компонент солнечной энергии в единой энергоустановке, а также размещение на свободных гелиопоглощающих поверхностях, под одной технологической кровлей - светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, агропромышленного производства, вырабатывающего, с одной стороны, энергетические компоненты, содействующие увеличению производства электроэнергии, а с другой - ценные продукты питания и промышленные товары, дающие дополнительный крупный экономический эффект от эксплуатации данного комплекса.

Создание таких энергетических установок нацелено на то, чтобы обеспечивать энергией не отдельных маломощных потребителей, а крупные объекты экономики и бытовое потребление энергии на уровне общегосударственного значения и образовать основу новой экологически чистой и независимой от добычи углеводородного энергетического сырья энергетики, способной ликвидировать возможности энергетических кризисов как таковых и угрозу экологического разрушения среды обитания человека.

Так как предполагается использовать низкопотенциальные, распределенные на значительных пространствах, источники энергии, а на выходе энергоустановки получать значительные концентрированные мощности, соизмеримые с мощностями современных теплоэлектростанций, за счет сбора и утилизации компонент солнечной энергии на указанных больших пространствах с максимальной экономической эффективностью, требуется создание крупных и нетрадиционных инженерных сооружений в качестве технологических объектов энергокомплекса, удовлетворяющих требованиям необходимой прочности, долговечности и технологичности при изготовлении и монтаже их элементов, снижения тепловых потерь в границах этих технологических пространств, а также, исходя из особенностей преобразования низкопотенциальной энергии, - эффективного использования занимаемых ими площадей для народно-хозяйственной деятельности. При этом удельные капиталовложения на строительство таких энергоустановок не должны превышать соответствующие показатели традиционных тепловых электростанций, работающих на добываемых углеводородных энергоносителях.

Решение этой двуединой задачи приводит нас к необходимости использовать вместо термина "энергетическая установка" термин "энергетический комплекс" в сочетании в последующем с концептуально-технологическими дополнительными определениями.

Техническим результатом настоящего изобретения, его главным результатом, является создание такого энергетического комплекса, а точнее - энергетического технологически сбалансированного пространства, которое позволяет, с одной стороны, получать дешевую экологически чистую концентрированную энергию в его энергоустановках большой мощности, а с другой стороны, является местом эффективного использования природных условий в жизнедеятельности человека, в том числе хозяйственной и прежде всего - агропромышленной с потенциалом многократного повышения производительности труда, продуктивности каждого гектара возделываемой поверхности земли, отводимой под сооружение подобных энергокомплексов.

Частными техническими результатами, создающими технико-экономические условия для обеспечения крупномасштабного строительства подобных энергокомплексов и привлечения в него для этих целей крупных капиталов, являются снижение величины удельных капиталовложений в их строительство и снижение срока экономической окупаемости каждого из них до уровня 12-18 месяцев, возможность обеспечения гибкости проектных решений применительно к частным условиям, местностям и производствам, стабильности выработки электроэнергии во времени, обеспечение условий для высокопроизводительного рыбоводства, растениеводства и т.п., в том числе управление факторами дождеобразования.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что относительно известного устройства [см. а.с. СССР 1625999 "Солнечный двигатель", F 03 G 6/00; F 24 J 2/42, опубл. 07.02.91], включающего гелиопоглощающую поверхность, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, пространство между гелиопоглощающей поверхностью и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, сообщающееся с воздухоотводящей трубой через внутреннюю полость ветротурбины, смонтированной на фундаментной базе воздухоотводящей трубы и сочлененной с электрогенератором, и теплоаккумулятор, имеются отличия, а именно: пространство между гелиопоглощающей поверхностью и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием организовано так, что несущие конструкции корпуса воздухоотводящей трубы являются центром закрепления несущих каркасов светопроницаемого теплоизолирующего покрытия, а периферийное закрепление несущих каркасов выполнено посредством вспомогательных опор, установленных по периметру комплекса, при этом несущий каркас светопроницаемого теплоизолирующего покрытия выполнен путем размещения канатов, расходящихся между собой под углом в виде продольных стяжек от центра к периметру, где они закреплены другими своими концами к наружным опорным канатам, которые закреплены к вспомогательным опорам через натяжные устройства, а параллельно наружным опорным канатам размещены зафиксированные относительно продольных стяжек-канатов поперечные канаты, причем в образованных пересечением продольных и поперечных канатов проемах закреплены в виде окон формы, содержащие светопроницаемый теплоизолирующий материал, при этом опоры, несущие наружные опорные канаты, выполнены в виде полых цилиндров, на которых снаружи установлены вспомогательные ветротурбины с электрогенераторами, а их внутренняя полость заполнена теплоаккумулирующим материалом и внутри нее расположены электронагреватели, подключенные через устройства управления к названным электрогенераторам, причем устройства управления связаны с компьютерным центром энергокомплекса, при этом несущий каркас светопроницаемого покрытия выполнен в два слоя, внутренняя полость между которыми по периметру соединена через проемы с окружающей воздушной средой, а в центральной части, в области закрепления несущего каркаса светопроницаемого покрытия к несущим конструкциям воздухоотводящей трубы, - с полостью нагретого воздуха, поступающего на вход ветротурбины, причем внутренний и внешний несущие канатные каркасы закреплены посредством перемычек между собой и удерживающих канатов - относительно фундаментных оснований, выполненных в проемах гелиопреобразующей поверхности, а по всей длине каждого из удерживающих канатов закреплены цилиндрические втулки, состыкованные таким образом, что они образуют жесткие промежуточные опоры относительно малого диаметра, внутри которых вертикально расположены названные удерживающие канаты, и эти промежуточные опоры представляют собой предварительно напряженные посредством удерживающих канатов конструкции, закрепленные через переходные конструктивные элементы между узлами канатной сетки наверху и фундаментными основаниями удерживающих канатов внизу, при этом гелиопоглощающая поверхность выполнена в трех уровнях, первый из которых является грунтом и/или полом, а второй и третий выполнены из воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала в виде двух гелиопотолков, прилегающих к воздухоотводящей трубе и расположенных один выше другого, причем верхний из них смещен относительно нижнего в сторону воздухоотводящей трубы, при этом на свободных гелиопоглощающих поверхностях размещены технологически совместимые с энергетическим производством агропромышленные объекты и экзотермическое промышленное оборудование, размещенное под гелиопотолками, в качестве вспомогательных теплоаккумуляторов и испарителей влаги как энергоносителей.

Таким образом, организованное пространство вокруг воздухоотводящей трубы как своеобразного устройства-интегратора комплекса энергетических компонент в составе температуры нагрева гелиопоглощающих поверхностей, температуры и влажности воздуха в замкнутых пространствах, заключенных между светопроницаемым теплоизолирующим покрытием и гелиопоглощающими поверхностями, скорости приземного ветропотока, проходящего над светопроницаемым покрытием вдоль наружной поверхности воздухоотводящей трубы через аэродинамическое ветроколесо в виде потока, вращающегося вокруг оси воздухоотводящей трубы при самодвижении его вверх над ней, скорости атмосферного ветропотока над воздухоотводящей трубой, температуры поверхности воздухоотводящей трубы, температуры и давления воздуха в атмосфере над воздухоотводящей трубой, выходом которого является тяговое усилие, приложенное к лопастям турбины, позволяет достичь указанного технического результата, а именно получить дешевую экологически чистую электроэнергию высокой мощности.

Следствием указанной организации технологического пространства энергетического комплекса с учетом особого соединения гелиопоглощающих поверхностей, светопроницаемых покрытий, теплоизолирующих эти поверхности от окружающей среды, помещений с нагреваемым воздухом, образованных последними, и ветротурбины с воздухоотводящей трубой, позволяющего обеспечить комплексное взаимодействие нагретого в названных помещениях воздуха с потоком наружного естественного ветра и перепадом температуры и барического давления вдоль оси воздухоотводящей трубы в общем едином аэродинамическом процессе, и являются открывающиеся возможности строительства не локальных гелиотеплоэлектрических установок, обеспечивающих энергией лишь отдельных маломощных потребителей, как ныне это имеет место, но исключительно мощной системы гелиоаэробарических (так их правильнее называть в изложенном аспекте) теплоэлектростанций общегосударственного значения. Однако для реализации указанных возможностей кроме разработки нестандартных комплексных решений требуется применение новых конструкторских подходов и таких компоновок составных элементов и оборудования гелиотеплоэлектрических станций, которые обеспечили бы технологическую возможность совмещения в едином комплексе сразу целого ряда компонент проявления гелиоэнергии как основы для достижения крупномасштабного и стабильного при любых погодных условиях электроэнергетического производства и которые вместе с тем не приводили бы к удорожанию строительства их относительно стандартных ТЭЦ на газовых энергоносителях аналогичной мощности. Эти нестандартные конструкторские подходы должны также обеспечивать такую конструктивную гибкость многовариантных проектных решений, которая позволила бы легко приспосабливать строящиеся гелиоаэробарические теплоэлектрические станции к любым местным особенностям, действующим производствам, отдельным объектам хозяйствования, агропромышленным комплексам и населенным пунктам, обеспечивать высокую надежность и удобство в их эксплуатации.

Главная концепция настоящего изобретения после комплексной увязки всех гелиоаэробарических процессов выстраивается на использовании и проектно-конструкторском развитии того оригинального понимания, что так называемый по аналогии с ТЭЦ на энергетическом сырье "котел" как средство преобразования тепла в механическую энергию, в случае гелиоаэробарических теплоэлектростанций (ГАБ ТЭС) не требует высокопрочных и массивных технологических систем из металла, в которых производится сжигание энергетического сырья, выработка перегретого пара высокого давления, его конденсация после турбины и отвод по трубомагистралям нагретой, - при конденсации пара, - воды для нужд жилых массивов и производственных объектов в качестве дорогостоящего способа поддержания коэффициента полезного действия ТЭЦ на минимально допустимом уровне, а представляет собой (так называемый, "котел" в ГАБ ТЭС) всего лишь замкнутое и свободное воздушное пространство, образованное светопроницаемым теплоизолирующим покрытием и гелиопреобразующими территориями, участками и полами, свободными для их эффективного хозяйственного использования. Но подход к проектированию и строительству такого "котла" должен быть не менее изобретательным и ответственным, чем к котлам ТЭЦ. Поскольку солнечная радиация, как и поток естественного ветра, являются низкопотенциальными источниками энергии (например, осредненная по году мощность солнечной радиации может составлять 0,3-0,1 кВт/м²), то для получения общей мощности солнечного теплоизлучения, например, в 20 тыс. кВт потребуется накрывать светопроницаемым теплоизолирующим материалом территории соответственно от 60 до 200 тысяч квадратных метров, то есть территории, ограниченные квадратами со стороной от 250 м до 450 м. При этом фактическая мощность электростанции с учетом коэффициента полезного действия в процессе преобразования тепла нагретого воздуха в электроэнергию, а также с учетом энергетических добавок от соответственно организованных ветроаэробарических процессов примерно и будет составлять 20 тыс. кВт. Для получения больших мощностей стабильного и высокоэкономичного производства электрической энергии потребуется не только соответствующее увеличение территорий, накрытых светопроницаемыми теплоизолирующим покрытием, но и увеличение диаметра и высоты воздухоотводящей трубы свыше 100 метров, а также наиболее эффективное хозяйственное использование различных участков крытых территорий в оптимальной и сбалансированной увязке с технологией работы упомянутого так называемого "котла" в ГАБ ТЭС.

Из этого следует, что мощная гелиоэнергетика может быть практически реализована только лишь при охвате светопроницаемым теплоизолирующим покрытием масштабных территорий и значит для нее должны быть обеспечены, как минимум, два безусловно необходимых условия в их комплексной увязке, и именно на этом должны быть сосредоточены поиски создателей таких станций:
а) высокая технологичность и дешевизна изготовления светопроницаемых теплоизолирующих покрытий с максимальной утилизацией под этой "кровлей" всевозможных тепловых потерь;
б) экономически эффективное использование "котла" гелиоэнергетических станций - территории и объема, накрытых светопроницаемыми теплоизолирующими покрытиями, в важнейших хозяйственно-экономических целях, наиболее приспособленных к такому "котлу".

Только на этом фундаменте концептуального и конструкторско-технологического создания гелиоэнергетических систем даст крупный эффект и третий важнейший фактор: соединение тепловых потоков, созданных энергией солнечных лучей, с ветроаэробарическими энергетическими процессами, взаимно усиливающими друг друга.

Исходя из этого, в периферийной зоне крытых территорий может быть весьма эффективно организовано тепличное выращивание овощей, ягод и фруктов, непрерывное производство рыбопродукции на базе тепличных водоемов, животноводческие и птицефермы, а в центральной зоне, охватывающей воздухоотводящую трубу, согласно концепции изобретения могут быть организованы компактные промышленные производственные процессы, связанные с повышенным тепловыделением, для которых необходима воздухоотводящая труба и приспособленные свободные помещения. К последним можно отнести энергоемкие производства стеклопродукции, в том числе выпуск стеклянных пленок как материала для светопроницаемых теплоизолирующих покрытий, производство литья из алюминия и пластмассы для ремонта и развития ГАБ ТЭС, переработка отходов животноводческих ферм, птицеферм и фабрик по переработке их продукции, которая дает весьма полезные продукты для сельскохозяйственных производств в виде удобрений и кормов, и является экзотермическим процессом, то есть процессом со значительным выделением тепла, а также хлебопекарное, горячеконсервное производства и другие, связанные с тепличным агрокомплексом ГАБ ТЭС. Указанным производственным процессам технологически необходимы крытые помещения с хорошо организованной тепловентиляцией и подачей внутрь их свежего воздуха, высокие вытяжные трубы и, следовательно, такие технологические процессы и технология ГАБ ТЭС взаимно дополняют друг друга и в большой мере повышают технико-экономическую эффективность каждого из них. При обеспечении конструктивной гибкости и легкости светопроницаемых теплоизолирующих покрытий в ГАБ ТЭС последние могут с целью производства электроэнергии охватывать, например, кровли горячих металлургических цехов, через которые вентсистемами выбрасывается большое количество нагретого воздуха и которые в ясные дни воспринимают на себя значительное количество солнечной энергии. Тем самым будет осуществляться эффективная утилизация тепловых отходов, то есть достигаться решение одной из кардинальных проблем нового века.

Другой важнейшей особенностью так называемого "котла" в ГАБ ТЭС, используемой в настоящем изобретении, является то, что его светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, если проявить нетрадиционный подход, не нуждается в жестких несущих конструкциях, а может быть эластичным в различных конфигурациях и должно быть настолько прочным, насколько это необходимо, чтобы надежно выдерживались наружные и внутренние ветропотоки, а также перепады барического давления во внутренней воздушной среде мощного энергетического производства, и конечно, чтобы они были устойчивыми к атмосферным осадкам. Таким образом, согласно настоящему изобретению несущий каркас кровли - светопроницаемого теплоизолирующего покрытия в мощных гелиоэнергетических комплексах может выполняться из канатов, но в предварительно напряженных специальных конструкциях, например, из весьма прочных капроновых канатов, которые с одной стороны закрепляются относительно несущих конструкций корпуса воздухоотводящей трубы, а с другой стороны - относительно прочных несущих конструкций, выполненных по периферии светопроницаемого покрытия, с сильным предварительным напряжением относительно последних. Например, если представить светопроницаемое теплоизолирующее покрытие в виде квадрата, в центре которого расположена прочная и жесткая несущая база воздухоотводящей трубы, то в каждой из четырех вершин этого квадрата, по меньшей мере, должны быть установлены четыре опоры необходимой прочности и высоты, между которыми, как грани квадрата, натягиваются тарировочными натяжными устройствами весьма прочные несущие наружные опорные канаты. Более того, эти канаты должны быть наиболее прочными из всех используемых в ГАБ ТЭС канатов, могут быть даже стальными, ибо они образуют собой вторую, после несущей базы воздухоотводящей трубы, главную несущую конструкцию, к которой по всей периферии закрепляются с натяжением окончания продольных канатов, закрепленных в центре относительно базы воздухоотводящей трубы. Поперек этих продольных предварительно напряженных канатов, закрепляясь относительно них, размещаются поперечные канаты, параллельно наружным опорным канатам - граням периферийного квадрата светопроницаемого теплоизолирующего покрытия. Таким образом, построенная канатная сетка как несущий каркас последнего образует проемы различной формы по образу оконных проемов, в которых могут быть весьма прочно закреплены своеобразные так называемые "застекленные оконные рамы", в частности - металлические формы соответствующих конфигураций и размеров, в которых натянута и закреплена светопроницаемая пленка, например стеклянная высокопрочная пленка толщиной 10-50 микрон, способная пропускать весь спектр солнечных лучей, включая ультрафиолетовые. При автоматизированном проектировании ГАБ ТЭС и заводском изготовлении "окон" модификации их форм не представляют сложности.

Упомянутые опоры могут изготавливаться не из тяжелого и недостаточно прочного бетона, а из бетонозаменяющих материалов, которые производятся на промышленной основе, прочнее, легче и значительно дешевле железобетонных конструкций, в том числе для высоких труб. Таким образом, решая вопрос о достижении нестандартной гибкости технологических помещений энергетических комплексов, суть конструкторских находок заключается не в применении гибких канатов как таковых, а в создании специальных напряженных конструкций из них, которые в значительной мере определяют экономическую эффективность гелиоэнергетического комплекса, а в ряде случаев определяют и саму возможность его реализации.

Чтобы строго формировать профиль несущего канатного каркаса, а значит и профиль светопроницаемого теплоизолирующего покрытия, в настоящем изобретении предусмотрено, как указано выше, применение также специальных промежуточных поддерживающих опор малого диаметра, определяющих величину провеса, то есть стрелу прогиба канатов, образующих канатную сетку. Достигается это следующим образом. Для удержания канатной сетки относительно поверхности крытой территории в условиях колебания внутреннего давления в энергокомплексах применяются вертикальные удерживающие канаты, которые согласно проектным расчетам закрепляются в соответствующих местах несущей канатной сетки к узлам пересечения продольных и поперечных канатов, а внизу - к фундаментам, выполненным в почве, сквозь проемы, сделанные в гелиопоглощающей поверхности. Для образования поддерживающих опор эти канаты протягиваются через цилиндрические формы, втулки, имеющие определенную конструктивно заданную высоту, и эти втулки, стыкуясь между собой, выстраиваются одна над другой вдоль вертикального удерживающего каната, образуют вертикальную цилиндрическую опору. Чтобы эта опора приобрела жесткость и прочность, она при монтаже предварительно напрягается удерживающим канатом с расчетным заданным усилием между узлом пересечения продольного и поперечного канатов наверху и упомянутым фундаментным основанием в почве. В результате такая составная опора становится весьма жесткой при всей ее легкости, а торцы ее состыковываются в верхней части с узлом канатной сетки через конструктивный элемент скольжения или качения, а в нижней части - с фундаментным основанием через упругий элемент, например тарельчатую пружину, которая деформирована на расчетную величину заданным натяжением удерживающего каната. В таком случае светопроницаемое теплоизолирующее покрытие сохраняет высокую гибкость, достаточную для его монтажа даже на крупных водоемах, и оказывается прочно закрепленным с заданной конфигурацией относительно реальных форм и условий упомянутой крытой территории гелиопреобразующей поверхности. Описанное конструктивное исполнение светопроницаемой теплоизолирующей кровли позволяет выполнять последнюю несмотря на определенные требования прочности исключительно дешевым способом и любых заданных размеров, которые будут ограничиваться лишь технологией удаления с кровли атмосферных осадков. Несущий каркас светопроницаемого теплоизолирующего покрытия как единого целого в энергетическом комплексе в зависимости от проектных решений может выполняться составным из секций, связанных между собой указанными выше продольными канатами-стяжками с сохранением теплоизоляции и всех рассмотренных выше энергетических потоков, с той целью, чтобы между соседними секциями несущего каркаса образовывать узкие водозаборы дождевой воды для подачи ее в емкости, расположенные внизу.

Согласно настоящему изобретению, о чем также указано выше, дополнительное важное применение получают и наружные несущие цилиндрические опоры - трубы, установленные в четырех вершинах канатного квадрата, образующего периферийное закрепление светопроницаемого теплоизолирующего покрытия. На этих опорах устанавливаются ветротурбины собственных нужд ГАБ ТЭС, подшипники которых закрепляются относительно наружных поверхностей этих опор. С ветротурбинами вспомогательных нужд связаны электрогенераторы, которые выполняются высокооборотными с высокой удельной мощностью и предназначены, главным образом, для аккумулирования запасов тепловой энергии на периоды ночного времени и неблагоприятных погодных условий. Теплоаккумулирующий материал размещается во внутренней полости опор - труб и может представлять собой, например, воздухопроницаемую кладку из кирпича, который нагревается электронагревателями, располагаемыми с определенным шагом на определенном участке опоры - трубы и запитанными через устройства управления от электрогенераторов. В таком случае воздух из окружающей среды пропускается сформированным каналом через нагретый теплоаккумулирующий материал, когда в этом возникает необходимость, и направляется под светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, в результате чего он поступает на вход главной ветротурбины и воздухоотводящей трубы.

В качестве теплоаккумулирующего материала, размещаемого в упомянутых опорах - трубах, может быть использована также и вода, другие материалы в зависимости от проектной конструкции ГАБ ТЭС.

Чтобы придать более эффективные теплоизолирующие показатели светопроницаемому покрытию, несущие канатные каркасы вместе с вмонтированными в них "окнами" выполняются из двух слоев. В этой связи в периферийной области светопроницаемого покрытия выполняются проемы для засасывания атмосферного воздуха, который с необходимой скоростью, вбирая в себя теплопотери снизу, проходит между этими двумя слоями к центральной части - к месту входа нагретого воздуха в главную ветротурбину. Это продвижение воздуха внутри между слоями канатной сетки осуществляется под инжекционным воздействием скоростного потока воздуха, поступающего в ветротурбину. Кроме того, для снижения теплопотерь через светопроницаемое покрытие за счет инфракрасного излучения внутренний слой покрытия соответственно тонируется.

Стоимость описанного "котла" в ГАБ ТЭС, теплопотери и КПД имеют безусловные преимущества относительно характеристик газотермических ТЭЦ такой же мощности, но не требуется газ (или другие углеводороды).

Следовательно, преобразование солнечной энергии в тепло на темной поверхности, известное с древних времен, используется в настоящем изобретении не просто как ставший уже тривиальным принцип, который сам по себе еще не привел до сих пор к весомому промышленному производству электроэнергии, а именно в конкретных конструкциях, собственно и позволяющих в экономическом аспекте реально построить и свести крупные гелиопреобразующие поверхности и светопроницаемые помещения в едином технологическом процессе с гелиоэнергетическим производством также и высокоэффективный многоотраслевой агропромышленный комплекс, и компактные экзотермические энергоемкие производства общепромышленного назначения.

Если на свободных гелиопоглощающих поверхностях размещены технолгически совместимые агропромышленные объекты, а под гелиопотолками - энергоемкое и экзотермическое оборудование в качестве вспомогательных теплоаккумуляторов и испарителей влаги как энергоносителей, то в этом случае тяговое усилие, приложенное к лопаткам ветротурбины, возрастает за счет дополнительных тепловых потоков с повышенной влажностью воздуха, что дополнительно повышает эффективность работы энергетического комплекса.

Указанное технологическое совмещение открывает также путь к предельной интенсификации АПК за счет использования для его нужд технически совершенных средств автоматического управления и обслуживания энергокомплекса, имеющих большие внутренние резервы на случаи аварийных или экстремальных ситуаций, а также высококвалифицированного персонала для разнообразного обслуживания технологического оборудования, который работает в энергопроизводствах, как правило, в дежурном режиме.

Кроме того, отличие от известного названного устройства состоит в том, что над поверхностью светопроницаемого теплоизолирующего покрытия установлены в вертикальных плоскостях четыре ветронаправляющие стенки, выполненные по конструкции аналогично светопроницаемому покрытию на основе несущих канатных сеток и закрепленные относительно воздухоотводящей трубы так, что их плоскости пересекаются по вертикальной оси воздухоотводящей трубы под конструктивно заданными пространственными углами, а в области верхнего торца воздухоотводящей трубы закреплено ветрозаборное наружное цилиндрическое кольцо, внутри которого расположено вспомогательное аэродинамическое ветроколесо с подшипником, закрепленным снаружи относительно несущих конструкций корпуса воздухоотводящей трубы, и лопастями, вращающимися при движении ветрового потока во внутренней полости наружного ветрозаборного кольца, причем названные ветронаправляющие стенки в своей верхней части закреплены относительно диска, соединенного с несущей конструкцией корпуса воздухоотводящей трубы, с отверстиями, которые образуют проемы для прохождения ветрового потока во внутреннюю полость наружного ветрозаборного кольца, а последнее установлено нижним основанием на этот диск.

В этом случае поток естественного ветра, обтекающий светопроницаемое теплоизолирующее покрытие как купол, направляется снаружи вдоль воздухоотводящей трубы к ее верхнему торцу с помощью корпуса самой трубы (посредством вспомогательных переходных аэродинамических поверхностей) и четырех направляющих стенок, расположенных перпендикулярно к цилиндрической поверхности трубы под углом, например, 90^o друг к другу так, что их плоскости пересекаются по оси трубы. Внизу эти стенки примыкают к поверхности светопроницаемого покрытия, а в верхней части, например, на расстоянии 20 м от верхнего торца трубы, примыкают к специально выполненному ветрозаборному наружному кольцу. Последнее охватывает корпус трубы с определенным зазором: например, его диаметр превышает диаметр воздухоотводящей трубы на 40 м. Фиксируется это кольцо относительно последней с помощью несущего диска с отверстиями (для прохождения ветропотока), закрепленного на несущей конструктивной базе трубы перпендикулярно к ее поверхности. Кольцо ветрозаборное выполняется из легких и прочных составных конструкций, стягиваемых друг с другом в процессе монтажа. Внутри этого наружного ветрозаборного кольца размещается вспомогательное наружное аэродинамическое ветроколесо, подшипник которого зафиксирован относительно корпуса трубы в верхней ее части посредством упомянутого диска, а внешние по диаметру окончания лопастей образуют минимальный зазор с внутренней поверхностью названного кольца. Таким образом, естественный ветропоток, обтекая, как купол, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие сверху, концентрируется в своем движении через ветрозаборное кольцо, приводит во вращение расположенное в нем вспомогательное аэродинамическое ветроколесо и направляется, приобретя вращательное движение, к пересечению с осью воздухоотводящей трубы на определенном расстоянии от ее верхнего торца. Тем самым, за счет такого вертикально сориентированного ветропотока в воздухоотводящей трубе создается существенное приращение тяги, ускоряющее продвижение снизу нагретого воздуха к выходу из воздухоотводящей трубы, рождая тем самым за счет подачи в атмосферные слои над трубой дополнительного количества нагретого воздуха вторичный процесс усиления тяги путем интенсификации преобразования потенциальной энергии окружающей среды над воздухоотводящей трубой в кинетическую энергию движущегося вверх воздушного потока.

Кроме того, отличие состоит в том, что вращающаяся часть вспомогательного аэродинамического ветроколеса, расположенного в наружном ветрозаборном кольце, соединена через верхний торец воздухоотводящей трубы с вращающейся частью тягового аэродинамического ветроколеса, закрепленного во внутренней полости воздухоотводящей трубы, причем направление вращения последнего соответствует направлению вращательного движения нагретого воздуха, выходящего из воздухоотводящей трубы, чем дополнительно создается приращение тяги внутри воздухоотводящей трубы и посредством чего увеличивается мощность вырабатываемой электроэнергии.

Кроме того, отличие состоит в том, что к корпусу наружного ветрозаборного кольца закреплено нижнее основание управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы, выполненной из легкого, гофрированного в горизонтальных сечениях, воздухонепроницаемого материала, а верхнее ее основание связано посредством аэродинамического колпака в форме усеченного конуса, выполненного из дополнительно упрочненного легкого материала, с замкнутым подъемным резервуаром, наполненным легким газом, фиксирующим при подъеме вверх управляемую вспомогательную воздухоотводящую трубу в вертикальном растянутом положении, причем корпус по окружности верхнего основания указанного конического колпака, формирующей свободный проем для прохода воздуха, соединен с материалом поверхности управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы и с верхними концами внутренних стабилизирующих канатов, проходящих во внутренней полости последней и закрепленных нижними своими концами через авторегулируемые натяжные устройства относительно корпуса наружного ветрозаборного кольца, а внешняя часть корпуса колпака по окружности нижнего основания его конической формы, охватывающей подъемный замкнутый резервуар с легким газом, закреплена четырьмя внешними стабилизирующими канатами через авторегулируемые натяжные устройства, например, с опорами - трубами, несущими наружные опорные канаты по периферии светопроницаемого покрытия.

Внутренний воздухопоток трубы-интегратора дополнительно воспринимает воздействие скорости горизонтального ветропотока, обтекающего аэродинамическую поверхность конического колпака, закрепленного у поверхности верхнего торца воздухоотводящей трубы, что усиливает тягу в трубе, во взаимодействии с таким фактором, как перепад температуры и барического давления, и вносит дополнительный вклад в увеличение мощности производимой энергии.

Вспомогательная гофрированная воздухоотводящая труба как специальная управляемая надстройка к тяговой воздухоотводящей трубе выполнена, например, в виде расширяющегося кверху усеченного конуса с гофрированной поверхностью из стеклянной пленки или материала на специальной резиновой основе, материала, армированного различными сетками, и тому подобное. В удачных для электростанции погодных условиях эта надстройка к тяговой трубе - гофрированный конус располагается в сложенном состоянии, благодаря горизонтальным гофрам на конической поверхности надстройки, охватывая снаружи названное наружное ветрозаборное кольцо и воздухоотводящую трубу. Этот гофрированный конус прикрепляется к ветрозаборному кольцу своим нижним основанием с внешней стороны. На верхнем его основании закреплена тороидальная с конической замкнутой поверхностью полость - подъемный резервуар, увеличивающаяся в объеме за счет увеличения давления в ней легкого газа при необходимости подъема указанной гофрированной воздухоотводящей надстройки. Эта замкнутая тороидально-коническая полость обеспечивает необходимое подъемное усилие F. Для защиты от случайных повреждений она накрывается сверху, как колпаком, защитной аэродинамической конической поверхностью из материала повышенной прочности со свободным проемом в плоскости его меньшего, верхнего основания. К торцу поверхности по диаметру этого меньшего основания, к которой пристыкован верхний торец вспомогательной тяговой гофрированной трубы, закреплены верхние концы внутренних стабилизирующих ее поверхность канатов, которые проходят вниз вдоль ее внутренней конической гофрированной поверхности и закрепляются внизу относительно наружного ветрозаборного кольца через авторегулируемые натяжные устройства. Наружный диаметр защитной конической поверхности - аэродинамического колпака, накрывающей и защищающей от случайных повреждений подъемный конический тороид (особого исполнения "дирижабль"), соединен, например, четырьмя наружными стабилизирующими канатами через авторегулируемые натяжные устройства с опорами - башнями, к которым закреплены наружные опорные канаты светопроницаемого покрытия.

Таким образом, подъемный тороид - так называемый "дирижабль", приводя путем всплытия в рабочее натянутое состояние вспомогательную управляемую гофрированную надстройку, обеспечивает максимальное расчетное предварительное натяжение внутренних стабилизирующих канатов, которые образуют таким путем вполне жесткую противостоящую ветру конструкцию. Поверхность вспомогательной управляемой надстройки, материал которой, сохраняя в рабочем своем положении слегка выделяющиеся гофры, прижимается ветром к внутренним стабилизирующим канатам снаружи, в результате чего за счет предварительного натяжения наружных стабилизирующих канатов, хорошо фиксирующих "дирижабль" наверху в заданном горизонтальном положении, конструкция управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы будет устойчивой и работоспособной до предельных ветровых скоростей в 25-30 м/сек. Устойчивость управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы усиливается также проходящим внутри нее потоком теплого воздуха.

Когда скорость ветра, однако, достигает 15-20 метров в секунду, необходимость в такой надстройке по показателям мощности электростанции отпадает, и она автоматически убирается, плавно и быстро опускаясь в свое исходное положение, и накрывается верхним аэродинамическим колпаком - конусом, продолжающим исполнять свои аэродинамические функции и в этом, крайнем нижнем положении.

Кроме того, отличие состоит в том, что замкнутый подъемный резервуар управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы выполнен из автономных секций, по меньшей мере одна из которых содержит во внутренней среде легкого газа в качестве дополнительного регулятора подъемной силы испарительную жидкость, с которой энергетическим каналом связаны электронагреватели, подключенные через устройство управления и электрические соединения к системе электроснабжения энергетического комплекса.

Это позволяет через управление парообразованием испарительной жидкости дополнительно регулировать величину подъемной силы F "дирижабля", увеличивая устойчивость конструкции. Энергетический канал, посредством которого осуществляется нагрев испарительной жидкости в замкнутом подъемном резервуаре, может быть выполнен посредством индукционной или термоконтактной передачи.

Управляемая вспомогательная воздухоотводящая труба и накрывающий ее сверху защитный аэродинамический колпак "дирижабля" покрываются темным и светлым цветами красок, согласно известным правилам оснащаются сигнальным освещением, а, кроме того, дополнительно в солнечную погоду воспринимают полезную энергию солнечных лучей, способствующую увеличению тяги в трубе.

Указанная конструкция воэдухоотводящей надстройки может быть спроектирована и реализована для конкретных случаев настолько надежно и дешево с применением очень легких, прочных и доступных материалов, с использованием в особых окружающих условиях автоматических аварийных парашютов, что может изготавливаться для подъема даже на высоту в несколько сотен метров, создавая высокий и стабильный потенциал тяги и мощности электростанции путем обеспечения аэродинамического взаимодействия всех компонент проявления солнечной энергии. Надо отметить по сути настоящего изобретения, что человечество до сих пор не придавало должного внимания трубе как к возможному важнейшему элементу - аэродинамическому интегратору многих процессов в сфере производства энергии, ограничиваясь в основном ее санитарным и транспортным назначением. В изложенной интерпретации труба напоминает по своей значимости историческую роль колеса для человечества; и сейчас открывается эпоха упорной борьбы научной и инженерной мысли за максимальную высоту и аэродинамические качества прочной, относительно жесткой и дешевой трубы, измеряемой, возможно, тысячами метров. На этой высоте только перепад температуры относительно поверхности земли составляет 30-40^o, а это - огромная потенциальная энергия; соответствующий этой высоте также и перепад давления воздуха (так называемый барический перепад) заключает в себе не меньшую потенциальную энергию.

Конструкция гибкой управляемой надстройки к воздухоотводящей трубе в ГАБ ТЭС может выполняться также в виде раздвижного тубуса, а также с чередованием колец из тонкого металла и эластичного складывающегося материала, с фланцевым закреплением соседних элементов из любого материала в выстраивающейся конической трубе, с использованием различных видов стабилизирующих канатов, с дублированием "дирижаблей" и т.п. Управляемая вспомогательная воздухоотводящая труба может снизу закрепляться и непосредственно к корпусу воздухоотводящей трубы.

Кроме того, отличие состоит в том, что во внутренней полости управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы, у верхнего торца воздухоотводящей трубы, установлено устройство инжекции свободных электронов, через которое проходит движущийся вертикальный поток нагретого воздуха, и оно соединено с заземляющим контуром энергетического комплекса через устройство управления, подключенное к компьютерному центру последнего.

В этом случае возникает возможность подачи в дождеобразующие слои атмосферы ионизированных катализаторов дождеообразования, что создает условия для ускоренной коагуляции паров и микрочастиц воды в атмосфере, содействуя образованию дождевых облаков, и это позволяет в определенной мере управлять погодой в целях более эффективного агропроизводства в районах, прилегающих к энергетическому комплексу.

Если, например, над вспомогательным ветроколесом, во внутренней полости воздухоотводящей трубы, могут быть установлены легкие диски, на которых образованы остроконечные штыри, покрытые материалом с малой работой выхода электронов, то теплый воздух с частицами примесей в нем, создавая трение об эти штыри, будет наполняться свободными, истекающими из штырей электронами. Примеси, компоненты воздуха будут ионизироваться или наэлектризовываться свободными электронами и высоко в атмосфере, за пределами управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы, будут происходить необходимые для возникновения дождя процессы коагуляции паров и мельчайших частиц воды. Если же на вращающемся вспомогательном ветроколесе будут закреплены кисти с волосками, соответствующим образом покрытые специальными материалами на тонком слое поверхности, то трение этих кистей об упомянутые диски с инжектирующими электроны штырями может интенсифицировать истечение электронов в скоростной поток воздуха, а также позволит, кроме того, получать высокие напряжения для электронного управления некоторыми процессами в трубе, в частности, используя энергию выходящего из трубы нагретого воздухопотока. Например, с целью усиления тяги может быть организовано высоковольтное сопровождение по высоте воздухоотводящей трубы мелкодисперсных порций жидкости или пород, периодически впрыскиваемых в движущийся поток воздуха, что может позволить образование управляемых процессов вынужденного резонанса в поднимающемся вверх ветропотоке и вихревых процессов в нем наиболее экономичными средствами. Можно утверждать в соответствии с излагаемой концепцией, что конструкции воздухоотводящих труб в ГАБ ТЭС будут развиваться как автоматизированные многомерные интеграторы энергетических компонент, а также как генераторы управляемых высокоэффективных аэродинамических процессов.

На фиг.1 показан энергетический комплекс в схематическом разрезе, проходящем через воздухоотводящую трубу в центре и вспомогательные опоры на периферии.

На фиг. 2 дано схематическое представление энергетического комплекса в плане со схемой расположения канатов несущего каркаса и светопроницаемого материала, образующих светопроницаемое теплоизолирующее покрытие.

На фиг. 3 показана схема закрепления каркаса ветронаправляющих стенок, размещения несущих канатов и воздухонепроницаемого материала в них.

На фиг.4 показана схема присоединения управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы со вспомогательным оборудованием.

Энергетический комплекс (см. фиг.1, 2) включает в себя гелиопоглощающую поверхность 1 в виде слоя почвы, грунта или специальных покрытий в качестве темных полов, теплоизолированное пространство 2, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие 3, воздухоотводящую трубу 4, ветротурбину 5, с которой сочленен электрогенератор 6. Циркулирующий в пространстве воздух и ветропотоки указаны цифрой 7. Пространство 2 сообщается с воздухоотводящей трубой 4 через внутреннюю воздухозаборную полость 8 ветротурбины 5. Несущий каркас светопроницаемого теплоизолирующего покрытия выполнен посредством продольных канатов-стяжек 9 (см. фиг.2), которые в центральной части закреплены относительно несущей конструкции воздухоотводящей трубы 4. Периферийная часть несущего каркаса выполнена, по крайней мере, из четырех вспомогательных опор 10, между которыми закреплены через натяжные устройства 11 наиболее мощные наружные опорные канаты 12, к которым закрепляются продольные канаты-стяжки 9. Поперек последних расположены и закреплены относительно них поперечные канаты 13. Пересечением канатов образованы проемы, внутри которых закрепляются формы 14, выполненные, например, из тонкого металла, с расположенными на их гранях захватами для высокопроизводительного закрепления к канатам, а между гранями этих форм закреплен светопроницаемый теплоизолирующий материал 15, например, из стеклянной пленки толщиной до 50 микрон. Опоры 10, к которым закреплены наружные опорные канаты 12, выполнены в виде полых цилиндров из легких бетонозаменяющих материалов путем состыковки и предварительного напряжения, в составе всей конструкции опоры и фундамента, цилиндрических втулок (на фиг.1 не показаны). На этих опорах 10 установлены вспомогательные ветротурбины 16, к которым присоединены электрогенераторы 17. Во внутренней полости опор 10 размещается теплоаккумулирующий материал 18, например, в виде кирпичной воздухопроницаемой кладки, и в этой же полости с определенным шагом по высоте опоры 10 установлены электронагреватели 19, подключенные к электрогенераторам через полупроводниковые устройства 20, управляемые от компьютерного центра энергетического комплекса (на фигурах не показан). В зависимости от применяемого вида теплоаккумулирующего материала цилиндрические втулки, составляющие опору 10, могут содержать между собой специальный уплотнительный материал. Организация воздухопотока внутри опоры 10 и схема подачи нагретого воздуха в пространство 2 конструктивно не раскрыты.

Несущий каркас и формы 14 светопроницаемого теплоизолирующето покрытия 3 выполнены в два слоя, между которыми образована внутренняя полость 21, связанная с воздухозаборной полостью 8 ветротурбины 5.

В верхнем слое светопроницаемого покрытия выполнены проемы 22 для подачи воздуха 7 в полость 21.

Оба слоя несущей канатной сетки закреплены между собой с помощью прочных перемычек 23. Для удержания светопроницаемой кровли изнутри использованы удерживающие канаты 24, которые вверху закреплены в узлах канатной сетки, где установлены перемычки 23, а внизу - к фундаментным основаниям 25, выполненным в грунте, в проемах гелиопоглощающей поверхности 1. На удерживающие канаты 24 одеты цилиндрические втулки 26, выполненные из бетоно- и металлозаменяющих материалов, которые зафиксированы друг относительно друга по торцам, за счет чего образованы промежуточные опоры 27 в виде колонн, предварительно напрягаемых удерживающими канатами 24 для придания им требуемой жесткости. Для снижения износа несущей канатной сетки при воздействии сильных порывов ветра или импульсов барического давления внутри пространства 2 в местах закрепления промежуточной опоры 27 размещены конструктивные элементы 28, верхний из которых обеспечивает эффект проскальзывания, а нижний - эффект эластичного напряжения, например, посредством тарельчатой пружины, благодаря которой промежуточная опора "дышит" при импульсных переменных нагрузках.

В прилегающей к воздухоотводящей трубе зоне размещены дополнительные гелиопоглощающие поверхности - гелиопотолки 29, выполненные в части своей поверхности из воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала. На фиг.1 воздухопроницаемые гелиопоглощающие поверхности гелиопотолков показаны прерывистыми линиями и схематически изображено движение нагреваемого воздуха 7 через них в воздухозаборную полость 8 ветротурбипы 5. Гелиопотолки 29 размещены друг над другом, но верхний гелиопоглощающий потолок сдвинут в горизонтальной плоскости относительно нижнего в сторону к воэдухоотводящей трубе в соответствии с продвижением предварительно нагретого воздухопотока из пространства 2 и далее последовательно подогреваемого в воздухозаборную полость 8 ветротурбины 5.

Под гелиопотолками в зонах, куда не проникают солнечные лучи, размещено энергоемкое и экзотермическое оборудование, которое на фиг.1 не показано.

Для концентрации приземного ветропотока энергетический комплекс дополнительно снабжен четырьмя вертикальными ветронаправляющими стенками 30, выполненными на несущих канатных каркасах 31 (см. фиг.3), в которых закреплены формы 14 со светопроницаемым материалом 15, например, из стеклянной пленки. Последняя отмечена как элемент стенки 30 вертикальной штриховкой в одном из участков каркаса 31. Несущие каркасы ветронаправляющих стенок закреплены одной стороной к несущей конструктивной базе воздухоотводящей трубы 4, другой - к опоре 10, а снизу - к канатной сетке светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 3. Для приема концентрированного ветропотока на несущей конструктивной базе воздухоотводящей трубы 4 закреплено ветрозаборное наружное кольцо 32 (см. фиг.4), опирающееся па закрепленный относительно воздухоотводящей трубы диск 33 с отверстиями в нем для прохождения ветропотока 7, к которому присоединены ветронаправляющие стенки (30). Во внутренней полости наружного ветрозаборного кольца 32 размещено наружное ветроколесо 34, лопасти 35 которого с минимальным зазором примыкают к внутренней поверхности кольца 32, а подшипник закреплен относительно несущей конструктивной базы воздухоотводящей трубы. На фиг.3 не показаны конструкции, создающие аэродинамические условия для продвижения ветропотока вверх вдоль корпуса трубы, в ветрозаборное наружное кольцо 32.

Наружное ветроколесо 34 связано с внутренним ветроколесом 36, расположенным в периферийной части внутренней полости воздухоотводящей трубы 4, посредством механической связи 37 (показано пунктиром).

Для эффективного использования перепада давления и температуры в атмосфере над воздухоотводящей трубой 4 относительно поверхности земли размещена коническая гофрированная поверхность управляемой дополнительной воздухоотводящей надстройки (трубы) 38 (см. фиг.4), закрепленная по окружности нижнего основания к наружному ветрозаборному кольцу 32. В исходном положении управляемая вспомогательная воздухоотводящая труба 38 расположена в самоскладывающемся положении на вспомогательной площадке 39, которая показана пунктиром. Проекция линии закрепления нижнего основания показана точкой 40. Верхнее основание гофрированной поверхности управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы связано с замкнутой подъемной полостью-резервуаром 41, наполненной легким газом, через защитный аэродинамический колпак 42, выполненный в форме усеченного конуса. Последний закреплен по окружности меньшего верхнего основания с горловиной гофрированной поверхности управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы 38 и с верхними концами внутренних стабилизирующих канатов 43, которые на фиг.4 показаны пунктиром. Они закреплены через авторегулируемые натяжные устройства 44 к корпусу наружного ветрозаборного кольца 32.

Положение в пространстве, главным образом в горизонтальной плоскости, замкнутой подъемной полости 41 так называемого "дирижабля" совместно с аэродинамическим защитным колпаком 42 определяется внешними стабилизирующими канатами 45, закрепленными на опорах 10 посредством четырех натяжных устройств 46, автоматически регулируемых в зависимости от силы ветра.

Для создания благоприятных условий к дождеобразованию над внутренним вспомогательным ветроколесом установлено устройство инжекции 47 свободных электронов, которое закреплено относительно каркаса наружного ветрозаборного кольца 32 механическим соединением 48, которое на фиг.4 показано пунктиром. Устройство инжекции 47 соединено через устройство управления 49 с заземлением.

Замкнутая подъемная полость-резервуар 41 разделена на группу секций, что на фиг.4 не показано. Полость 50 внутри замкнутого подъемного резервуара 41 - "дирижабля" заполнена в определенной части его объема испарительной жидкостью, например спиртом, в которой в данном конкретном случае расположены электронагревательные элементы 51, связанные через устройство управления 52 с сетью электрического снабжения энергетического комплекса.

Работает энергокомплекс следующим образом. Солнечные лучи, попадая на гелиопоглощающие поверхности 1 и 29 технологического замкнутого пространства 2, вызывают их нагрев и конвективный нагрев воздуха 7 в пространстве 2. Воздух 7 извне в замкнутое пространство 2 поступает через полые цилиндрические опоры 10, как показано на фиг.1, а также через дополнительные регулируемые воздухозаборные жалюзи на периферии комплекса (на приведенных фигурах они не указаны). Нагреваемый воздух 7 поднимается вверх в замкнутом пространстве и конвективным образом проходит через нижний воздухопроницаемый гелиопоглощающий потолок 29, где нагревается дополнительно. Последовательно воздух 7 конвективно проходит и через верхний гелиопотолок 29 и поступает в воздухозаборную полость 8 ветротурбины 5 и далее через ее полость и воздухоотводящую трубу 4 выходит за пределы последней, рождая тягу во взаимодействии с более прохладной атмосферой и более низким барическим давлением в окружающей среде. Эти факторы во взаимодействии побуждают процесс нарастания тяги до установившегося значения, определяемого разностью температур на входе в ветротурбину и в атмосфере над трубой и разностью барического давления у поверхности земли и в атмосферной среде над трубой. Кроме того, вращение внутреннего тягового аэродинамического ветроколеса 36 в верхней части трубы 4 создает дополнительную тягу в трубе 4. Это дополнительное вытягивание нагретого воздуха со входа ветротурбины 5 за верхний торец воздухоотводящей трубы 4 рождает вторичный эффект усиления тяги за счет попадания и расширения увеличенных масс нагретого воздуха в атмосферу над трубой.

Горизонтальный поток естественного ветра, проходя над аэродинамическим колпаком 42, направляется вверх, создает дополнительную силу высасывания нагретого воздуха через ветротурбину 5 за пределы трубы 4, наращивая мощность вторичных эффектов тяги. Эти эффекты усиливаются при придании через аэродинамический колпак 42, наружное вспомогательное кольцо 32 и вспомогательные ветроколеса 34 и 36 вращательно-вихревого вертикального движения ветрового потока, преобразованного из ламинарного горизонтального потока.

Управляемая вспомогательная воздухоотводящая труба 38 поднимается вверх благодаря наполнению замкнутого подъемного резервуара 41 легким газом и включению электронагревателей 51, находящихся внутри него, разогреву находящегося там газа (воздуха), а также парообразованию от находящейся там испарительной жидкости в полости 50. При этом подаются соответствующие сигналы на разматывание внутренних и внешних стабилизирующих канатов 43 и 45, создавая возможность подъема управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы 38 на высоту, необходимую для выработки энергетическим комплексом заданной мощности.

Работа вспомогательных ветротурбин 16, установленных на наружных вспомогательных опорах, и нагрев теплоаккумулирующего материала 18 в них не нуждаются в дополнительном описании. Кроме того, при наступлении засушливого периода в районе расположения энергетического комплекса посредством устройства управления 49 включается устройство 47, инжектирующее свободные электроны в движущийся поток нагретого воздуха, и в нем происходит ионизация или наэлектризовывание примесей. Для эффективной работы этого процесса управляемая вспомогательная воздухоотводящая труба 38 должна быть поднята на максимально возможную высоту, не менее 500 метров. В таком случае указанные примеси, попадая в верхние слои атмосферы, способствуют коагуляции паров и мельчайших частичек влаги, находящихся там, чем создаются предпосылки для выпадания атмосферных осадков.

Чтобы строить высокоэкономичные энергетические комплексы согласно настоящему изобретению, необходимо использовать эффект масштабности. Это означает, что для того, чтобы строить базовую часть воздухоотводящей трубы на высоту 100-150 метров, а это технологически необходимо, технологическое пространство должно накрывать территории на поверхности земли размером 600 х 600 м² (36 га) и более. Это будет соответствовать примерно среднегодовой мощности на широте Киева - Иркутске 20 тыс. кВт отдаваемой электрической энергии с весьма крупным запасом. Такие территории, покрытые светопроницаемым теплоизолирующим материалом, позволяют создать хорошо организованный агропромышленный комплекс под одной кровлей, объединяющей его с технологическим процессом основного энергетического производства.

В этом комплексе может быть размещен пруд площадью до 10 гектаров для организации круглогодичного высокопроизводительного выращивания и отлова рыбы и переработки рыбопродукции под этой кровлей. Вместе с тем такой пруд технологически целесообразен в пространстве энергокомплекса как генератор круглогодичного испарения и как мощный теплоаккумулятор на весь зимний период. Повышенная влажность в замкнутом пространстве энергокомплекса полезна тем, что воздух повышенной влажности легче сухого воздуха, и это способствует усилению тяги, а также облегчает процессы стимулирования при необходимости атмосферных осадков через ионизацию паров воды (и других примесей).

Агропромышленный комплекс на указанной территории может содержать переработку отходов птицеферм и свиноферм, которая является экзотермическим процессом и дает исключительно высокий экономический эффект согласно созданной технологии с окупаемостью капитальных затрат за 6-7 месяцев, а также и крупный экологический эффект. Кроме того, в данном агропромышленном комплексе могут быть размещены удовлетворительных масштабов теплица овощей и теплица-сад, утиная ферма и еще ряд производств, а также ряд экзотермических производств, например, для производства элементов самого энергокомплекса, в т.ч. пленки и канатов из стекла, изделий из алюминия и пластмасс.

Вместе с тем указанный эффект масштабности создает в таком случае существенный температурный разбаланс на данном участке поверхности земли, когда над замкнутым пространством комплекса образуется значительное снижение конвективной передачи тепла в атмосферу, и это рождает разбалансы, способствующие усилению тяги в трубе, в том числе через возникающие по этой причине наружные ветропотоки даже в идеально тихую погоду.

Если площадь воздухопроницаемой части обоих гелиопотолков будет составлять два гектара (из 36 га, накрытых светопроницаемым покрытием), то в летний ясный день температура воздуха на входе в ветротурбину будет достигать 80^oС и выше и вместе с повышенной влажностью при высоте трубы 120 метров и ее внутреннем диаметре 30 метров будет вырабатываться электрическая мощность 20 тыс. кВт с учетом также ветровых компонент солнечной энергии.

Ветропоток в 2-4 м/с, который будет возникать вследствие указанного эффекта масштабности, будет этим дополнительным фактором усиления тяги, ибо, концентрируясь посредством ветронаправляющих стенок, он в наружном ветрозаборном колесе будет достигать скорости более 10 м/с, вращая вспомогательное наружное и внутренние ветроколеса, а устремляясь вверх, будет совершать вращательное движение вокруг оси воздухоотводящей трубы.

Поток естественного ветра, если он составляет 4-5 м/с в осредненном за год значении, складываясь с воздуховетропотоком, вызванным эффектом масштабности, создает уже ту достаточную силу при прохождении ветропотока через ветрозаборное кольцо 32, которая высасывает из замкнутого пространства подогретый воздух и рождает уже такой мощный вторичный эффект усиления тяги в трубе, который обеспечивает выработку электроэнергии мощностью 20 тыс. кВт без подъема вверх управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы.

В тихие безветренные периоды зимней ночи, когда температура воды в крытом пруде составляет 10-20^oС, запасенной энергии в замкнутом технологическом пространстве достаточно для стабильной выработки электроэнергии мощностью 20 тыс. кВт при подъеме вверх управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы на высоту 200-300 метров. При более высоком подъеме последней отдаваемая электрическая мощность энергокомплекса будет возрастать.

Следует при этом дополнительно учитывать, что потенциальный энергетический запас в указанном технологическом пространстве значительно превышает требования к нему из условий выработки стабильно в течение года 20 тыс. кВт. Так, на площади в 36 гектар при осредненной за год солнечной радиации на широте Киева - Иркутска в 0,2 кВт/м² поступающая в замкнутое пространство осредненная по году мощность составляет 72 тыс. кВт, причем в данном случае не учитываются упомянутые выше другие компоненты солнечной энергии, которые содействуют преобразованию этой энергии в электрическую. Однако этот запас является естественным, самопроизвольным, ибо рождается территорией со светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, занятой производством продуктов питания и экономически высокоэффективной промышленной продукции, обеспечивающих даже самостоятельно самоокупаемость всей накрытой территории светопроницаемым покрытием. В такой интерпретации замкнутого пространства срок окупаемости всего энергетического комплекса не превысит 12-18 месяцев, если цена отпускаемой электроэнергии будет составлять 0,02 доллара за киловатт-час.

Данная конструкция энергетического комплекса позволяет изготавливать последние на потоке, и их удельная капиталоемкость вместе с объектами АПК в их технологическом пространстве будет приблизительно в 3 раза ниже, чем современных ТЭЦ на газовом топливе аналогичной мощности. Но для эксплуатации энергетических комплексов согласно настоящему изобретению энергетического сырья для сжигания не требуется.

Изобретение относится к энергетике, в частности гелиоветроэнергетике. Энергетический комплекс содержит гелиопоглощающие поверхности, выполненные в трех последовательных энергетических уровнях, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие на гибком каркасе, приспособленные к изготовлению высокопроизводительным промышленным способом, воздухоотводящую трубу, на которой смонтирована ветротурбина с сочлененным с ней электрогенератором, и мощный теплоаккумулятор, построенный по трехуровневой схеме посредством полых цилиндрических опор, заполненных теплоаккумулирующим материалом, экзотермического оборудования и пруда, расположенных под светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, при этом в энергетическом пространстве комплекса преобразуются и взаимодействуют в единой многомерной системе все наиболее доступные компоненты солнечной энергии в окружающей среде, причем в замкнутом светопроницаемом пространстве комплекса размещено многоотраслевое агропромышленное производство и компактное экзотермическое оборудование. Комплекс дополнительно содержит четыре ветронаправляющие стенки, ориентирующие поток приземного ветра вертикально вверх, вдоль оси воздухоотводящей трубы через вспомогательное аэродинамическое ветроколесо, расположенное в верхней наружной части воздухоотводящей трубы, причем последняя связана с управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубой из воздухоотводящего гофрированного в горизонтальных сечениях материала, которая поднимается в вертикальное положение над базовой воздухоотводящей трубой посредством управляемого подъемного резервуара, заполненного легким газом, с дополнительным воздействием на величину его подъемной силы через управляемый процесс парообразования испарительной жидкости с помощью электронагревателей, встроенных в замкнутый подъемный резервуар. В энергокомплексе используется также устройство для инжектирования свободных электронов в поток теплого воздуха, проходящего через управляемую воздухоотводящую надстройку, если она поднимается до высоты, достаточной для существенного воздействия на процесс облакообразования с целью стимулирования атмосферных осадков. Новая концепция создания комплекса позволяет значительно снизить удельные капиталовложения в его строительство относительно величины удельных капиталовложений в современных ТЭЦ на газовом энергетическом сырье аналогичной мощности и сократить сроки капиталовложений. Энергетический комплекс позволяет создать новую систему экологически чистой энергетики государственного значения с возможностью привлечения для этого крупных свободных капиталов благодаря его весьма быстрой самоокупаемости. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Энергетический комплекс, содержащий гелиопоглощающую поверхность, светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, пространство между гелиопоглощающей поверхностью и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, сообщающееся с воздухоотводящей трубой через внутреннюю полость ветротурбины, сочлененной с электрогенератором, и теплоаккумулятор, отличающийся тем, что пространство между гелиопоглощающей поверхностью и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием организовано так, что несущие конструкции корпуса воздухоотводящей трубы являются центром закрепления несущих каркасов светопроницаемого теплоизолирующего покрытия, а периферийное закрепление несущих каркасов выполнено посредством вспомогательных опор, установленных по периметру комплекса, при этом несущий каркас светопроницаемого теплоизолирующего покрытия выполнен путем размещения канатов, расходящихся между собой под углом в виде продольных стяжек от центра к периметру, где они закреплены другими своими концами к наружным опорным канатам, которые закреплены к вспомогательным опорам через натяжные устройства, а параллельно наружным опорным канатам размещены зафиксированные относительно продольных стяжек-канатов поперечные канаты, причем в образованных пересечением продольных и поперечных канатов проемах закреплены в виде окон формы, содержащие светопроницаемый теплоизолирующий материал, при этом опоры, несущие наружные опорные канаты, выполнены в виде полых цилиндров, на которых снаружи установлены вспомогательные ветротурбины с электрогенераторами, а их внутренняя полость заполнена теплоаккумулирующим материалом и внутри нее расположены электронагреватели, подключенные через устройства управления к названным электрогенераторам, причем устройство управления связано с компьютерным центром энергокомплекса, при этом несущий каркас светопроницаемого покрытия выполнен в два слоя, внутренняя полость между которыми по периметру соединена через проемы с окружающей воздушной средой, а в центральной части в области закрепления несущего каркаса светопроницаемого теплоизолирующего покрытия к несущим конструкциям воздухоотводящей трубы, - с полостью нагретого воздуха, поступающего на вход ветротурбины, причем внутренний и внешний несущие канатные каркасы закреплены посредством перемычек между собой и удерживающих канатов относительно фундаментных оснований, выполненных в проемах гелиопреобразующей поверхности, а по всей длине каждого из удерживающих канатов закреплены цилиндрические втулки, состыкованные таким образом, что они образуют жесткие промежуточные опоры относительно малого диаметра, внутри которых вертикально расположены названные удерживающие канаты, и эти промежуточные опоры представляют собой предварительно напряженные посредством удерживающих канатов конструкции, закрепленные через переходные конструктивные элементы между узлами канатной сетки наверху и фундаментными основаниями удерживающих канатов внизу, при этом гелиопоглощающая поверхность выполнена в трех уровнях, первый из которых является грунтом и/или полом, а второй и третий выполнены из воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала в виде двух гелиопотолков, прилегающих к воздухоотводящей трубе и расположенных один выше другого, причем верхний из них смещен относительно нижнего в сторону воздухоотводящей трубы, при этом на свободных гелиопоглощающих поверхностях размещены технологически совместимые с энергетическим производством агропромышленные объекты и экзотермическое промышленное оборудование, размещенное под гелиопотолками, в качестве вспомогательных теплоаккумуляторов и испарителей влаги как энергоносителей. 2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что над поверхностью светопроницаемого теплоизолирующего покрытия установлены в вертикальных плоскостях четыре ветронаправляющие стенки, выполненные по конструкции аналогично светопроницаемому покрытию на основе несущих канатных сеток и закрепленные относительно воздухоотводящей трубы так, что их плоскости пересекаются по вертикальной оси воздухоотводящей трубы под конструктивно заданными пространственными углами, а в области верхнего торца воздухоотводящей трубы закреплено ветрозаборное наружное цилиндрическое кольцо, внутри которого расположено вспомогательное аэродинамическое ветроколесо с подшипником, закрепленным снаружи относительно несущих конструкций корпуса воздухоотводящей трубы, и лопастями, вращающимися при движении ветрового потока во внутренней полости наружного ветрозаборного кольца, причем названные ветронаправляющие стенки в своей верхней части закреплены относительно диска, соединенного с несущей конструкцией корпуса воздухоотводящей трубы с отверстиями, которые образуют проемы для прохождения ветрового потока во внутреннюю полость наружного ветрозаборного кольца, а последнее установлено нижним основанием на этот диск. 3. Энергетический комплекс по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вращающаяся часть вспомогательного аэродинамического ветроколеса, расположенного в наружном ветрозаборном кольце, механически соединена через верхний торец воздухоотводящей трубы с вращающейся частью подшипника тягового аэродинамического ветроколеса, закрепленного во внутренней полости воздухоотводящей трубы, причем направление вращения последнего соответствует направлению вращательного движения нагретого воздуха, выходящего из воздухоотводящей трубы. 4. Энергетический комплекс по пп.1-3, отличающийся тем, что к корпусу наружного ветрозаборного кольца закреплено нижнее основание управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы, выполненной из легкого гофрированного в горизонтальных сечениях воздухонепроницаемого материала, а верхнее ее основание связано посредством аэродинамического колпака в форме усеченного конуса, выполненного из дополнительно упрочненного легкого материала, с замкнутым подъемным резервуаром, наполненным легким газом, фиксирующим при подъеме вверх управляемую вспомогательную воздухоотводящую трубу в вертикальном растянутом положении, причем корпус по окружности верхнего основания указанного конического колпака, формирующей свободный проем для прохода воздуха, соединен с материалом поверхности управляемой воздухоотводящей трубы и с верхними концами внутренних стабилизирующих канатов, проходящих во внутренней полости последней и закрепленных нижними своими концами через авторегулируемые натяжные устройства относительно корпуса наружного ветрозаборного кольца, а внешняя часть корпуса колпака по окружности нижнего основания его конической формы, охватывающей подъемный замкнутый резервуар с легким газом, закреплена четырьмя внешними стабилизирующими канатами через авторегулируемые натяжные устройства, например, с опорами-трубами, несущими наружные опорные канаты по периферии светопроницаемого покрытия. 5. Энергетический комплекс по п.4, отличающийся тем, что замкнутый подъемный резервуар управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы выполнен из автономных секций, по меньшей мере одна из которых содержит во внутренней среде легкого газа в качестве дополнительного регулятора подъемной силы испарительную жидкость, с которой энергетически связаны электронагреватели, подключенные через устройство управления и электрические соединения к системе электроснабжения энергетического комплекса. 6. Энергетический комплекс по пп.1-5, отличающийся тем, что во внутренней полости управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы, у верхнего торца воздухоотводящей трубы, установлено устройство инжекции свободных электронов, через которое проходит движущийся вертикальный поток нагретого воздуха, и оно соединено с заземляющим контуром энергетического комплекса через устройство управления, подключенное к компьютерному центру последнего.