ГЕЛИОАЭРОБАРИЧЕСКАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2009 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к области гелиоэнергетики, в которой применяются темные гелиопоглощающие и лучеотражающие зеркальные поверхности с целью использования тепловой энергии солнечных лучей для выработки товарной электрической и тепловой энергии, а кроме того, одновременно и для отражения солнечных лучей от приземных поверхностей в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, за счет чего часть тепловой энергии солнечных лучей передается в космическое пространство вместо нагрева приземных слоев окружающей среды. Благодаря такому отводу в космическое пространство части тепловой энергии из приземной окружающей среды может быть скомпенсирован избыток тепла, выделяемого в различных регионах планеты при сжигании ископаемых энергоносителей (газа, нефти, угля и других).

Известен гелиоэнергетический комплекс - гелиоаэробарических теплоэлектростанций (ГАБ ТЭС) [1], в которых используется прямая солнечная радиация, отраженные солнечные лучи, естественный ветер, концентрируемый высокими ветронаправляющими поверхностями, и другие компоненты - проявления солнечной энергии в окружающей среде.

Наиболее близким предлагаемому устройству является устройство, содержащее лучеотражающие поверхности, от которых отраженные солнечные лучи направлены на высокие, большие по площади, гелиопоглощающие поверхности, где они преобразуются в дополнительные потоки тепловой энергии [2].

Потоки тепловой энергии преобразуются в ГАБ ТЭС в энергию центрального воздухопотока, который проходит через завихряющие средства и вихревые камеры, приобретает смерчеобразный характер движения и приводит во вращение ветротурбогенератор. При этом лучеотражающие поверхности изготавливаются посредством применения вертикальных или горизонтальных конструкций с применением управляемых электроприводов для придания указанным панелям того углового положения, при котором интенсивность отраженных солнечных лучей приобретает максимальное значение (в зависимости от высоты положения солнечного диска над горизонтом). Кроме того, отраженные потоки солнечных лучей имеют место и в естественных условиях, в частности при наличии больших снежных поверхностей в соответствующие сезонные периоды, что также используется в ГАБ ТЭС для выработки энергии. В этом случае, при относительно низком положении солнечного диска над горизонтом, значительная часть отраженных солнечных лучей с весьма больших площадей попадает на гелиопоглощающие поверхности, выполненные в ГАБ ТЭС с применением теплопередающих текучих теплоносителей, например жидких, в том числе воды. Однако, отраженные солнечные лучи от более отдаленных снежных участков поднимаются выше гелиопоглощающих поверхностей и уходят в окружающую атмосферу, где их тепловая энергия, в основном, поглощается атмосферными газами, так как их угол наклона мал. В иных случаях значительное количество тепловой энергии отраженных солнечных лучей передается в космическое пространство последними или посредством вторичного инфракрасного излучения в высоких слоях атмосферы - при отражении солнечных лучей вверх под углами 60-90° относительно поверхности земли.

В ГАБ ТЭС, преимущественно, имеются развитые горизонтальные и вертикальные гелиопоглощающие поверхности, на которые поступает прямая солнечная радиация, преобразуемая в значительные тепловые потоки, которые уносятся теплоносителями в определенные технологические средства ГАБ ТЭС для наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока.

Однако, так как получение отраженных солнечных лучей требуемой мощности связано с необходимостью меньших экономических издержек, чем в случае применения лишь гелиопоглощающих поверхностей, то в ГАБ ТЭС широко применяется комбинированное использование прямых и отраженных солнечных лучей.

Удельные капитальные затраты на строительство ГАБ ТЭС будут тем ниже, чем большее количество отраженных солнечных лучей от управляемых поворотных панелей или естественных поверхностей будет поступать на гелиопоглощающие поверхности и преобразовываться в тепловую энергию. Поэтому электроприводы для поворота лучеотражающих панелей относительно угла падения солнечных лучей в ГАБ ТЭС применяются для того, чтобы возможно большее количество отраженных солнечных лучей направлялось и фактически поступало на гелиопоглощающие поверхности.

Однако в настоящий период задача эффективного использования ГАБ ТЭС существенно корректируется: кроме получения посредством ГАБ ТЭС товарной электрической и тепловой энергии, что исключает необходимость сжигания значительного количества ископаемых энергоносителей, от ГАБ ТЭС требуется осуществление в больших объемах отражения солнечных лучей ориентировочно вертикально вверх, чтобы скомпенсировать частично то количество тепловой энергии, которое выделяется, пока сжигаются ископаемые энергоносители. Потребуется несколько десятков лет, чтобы традиционную теплоэнергетику полностью заменить на гелиоэнергетику, но, кроме того, сжигание ископаемых энергоносителей производится не только в теплоагрегатах для получения электрической и тепловой энергии, а также в огромных масштабах в транспортных средствах. Для того чтобы заменить традиционное топливо для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания на возобновляемое горючее, также потребуются многие годы.

Сжигание ископаемых энергоносителей уже сейчас привело к нарушению теплового баланса планеты в целом и в ее отдельных регионах, географических зонах, однако темпы наращивания добычи и сжигания ископаемых энергоносителей продолжают оставаться весьма высокими. Продолжающееся непрерывно возрастающее нарушение природного теплового баланса планеты порождает природные катаклизмы и приближает тепловой порог этих нарушений, когда станут фактом трагические разрушения на планете, гибель целых континентов. Именно поэтому от ГАБ ТЭС требуются не только новые способы производства энергии для обеспечения жизни на земле, но и компенсация в течение десятков лет тех тепловыделений, которые порождаются сжиганием ископаемых энергоносителей - также и в той же мере для обеспечения жизни на Земле.

ГАБ ТЭС снабжены управляемыми средствами лучеотражения с целью повышения их технико-экономической эффективности, и потому пока только для ГАБ ТЭС осуществляется отработка технологии производства лучеотражающих панелей с целью последующей организации их массового промышленного выпуска. Именно поэтому предлагаемое изобретение рассматривается как особо важная модернизация ГАБ ТЭС, среди других объектов гелиоэнергетики.

Задачей предлагаемого изобретения является создание ГАБ ТЭС, в которых, наряду с высокой эффективностью производства электрической и тепловой энергии, использованы конструкции лучеотражающих устройств, в которых в самые жаркие периоды солнечных дней значительное количество солнечных лучей направляется в космос для снижения среднегодовой температуры окружающей среды. Создание управляющих вычислительных устройств, которые на основе климатических информационных данных обеспечивают на каждой из ГАБ ТЭС в различных регионах и географических зонах оптимальное управление углом поворота (относительно положения солнечного диска) значительного количества из имеющегося наличия лучеотражающих панелей. При таком использовании последних обеспечено высокоэффективное использование поверхности земли, в том числе пустынь, полупустынных регионов и морских акваторий, так как требуются весьма большие площади вертикального лучеотражения. Поэтому есть возможность установки крупных лучеотражающих панелей, вытянутых в длину на 10 и более метров при ширине их в 2-3 метра на опорах высотой 3-5 метров с лучепроницаемыми просветами между ними. Благодаря последнему, солнечные лучи и дневное освещение будут достигать земной поверхности, которая находится под панелями, и ее можно возделывать. В географических зонах южных пустынь, при покрытии их лучеотражающими панелями с просветами до 100% их ширины температура нагрева почвы резко снизится, и вместо пустынь могут быть получены зеленые, высокоурожайные оазисы. Таким образом, пустыни или еще более обширные полупустынные местности могут потерять свои прежние особенности генераторов перегрева окружающей среды и атмосферы планеты в целом, но станут энергопроизводящим и плодородным регионом, за счет чего затраты в мощные лучеотражения и ликвидацию пустынь быстро окупятся.

Кроме того, предусматривается создание при ГАБ ТЭС фабрик по производству экологически чистого чернозема, пастбищ, животноводческих ферм, птицеферм и перерабатывающих производств с плоскими кровлями их помещений - для размещения на них лучеотражающих панелей. На территориях с высокой солнечной радиацией выгодно организовывать производства по выпуску возобновляемого горючего.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание ГАБ ТЭС для производства электрической и тепловой энергии по технологии, исключающей сжигание ископаемых энергоносителей, а также применение посредством них технических средств теплокомпенсирующего излучения в космическое пространство для достижения возможности временного продолжения использования ископаемых энергоносителей в технологиях сжигания в течение значительного времени, достаточного для глобального преобразования технологии энергетики, в том числе освоение массового производства возобновляемого горючего для транспортных средств, при этом - без разбалансировки природных условий жизни на планете. Возможна ликвидация пустынь, наращивание производства продуктов питания и улучшение ноосферы планеты.

Для достижения технического результата предлагается гелиоаэробарическая теплоэлектростанция, содержащая гелиопоглощающие поверхности, которые создают управляемые воздуопотоки тепловой энергии вследствие поступления на них солнечных лучей, используемые в качестве технологического средства для выработки товарной электрической и тепловой энергии, и гелиоотражающие поверхности, размещенные в окружающей среде так, чтобы отраженные от них солнечные лучи поступали на гелиопоглощающие поверхности и придавали дополнительное приращение тепловой энергии, причем гелиоотражающие поверхности закреплены на жесткой опорной базе и соединены с помощью осей поворота с электроприводами, которые подключены к управляющим вычислительным устройствам посредством выходных каналов последних и полупроводниковых преобразователей. Гелиоотражающие поверхности выполнены в виде параллельных рядов лучеотражающих панелей, вытянутых в длину вдоль своих осей и размещенных горизонтально над поверхностью почвы с лучепроницаемыми просветами, так чтобы определенная часть солнечных лучей и рассеянного света в любой период каждого из световых дней проходила между панелями и достигала почвы. При этом гелиопоглощающие поверхности размещены вертикально посредством высоких плоских конструкций и вытянуты в длину по линии восток-запад с северной стороны вдоль рядов лучеотражающих панелей. Траектории отраженных солнечных лучей, до достижения солнечным диском заданной высоты над горизонтом, пересекают гелиопоглощающие поверхности, за счет чего на них выделяется дополнительная тепловая энергия. После превышения солнечным диском заданной высоты над горизонтом траектории отраженных солнечных лучей минуют гелиопоглощающие поверхности, проходя над ними в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, за счет чего часть их тепловой энергии уносится из данной окружающей среды и от поверхности почвы. При этом оси поворота лучеотражающих панелей расположены вдоль линии восток-запад, угловое положение которых устанавливается электроприводами, в том числе вертикально в процессе удаления с них атмосферных осадков и очистки их от загрязнения, а управляющие вычислительные устройства по входным каналам соединены со средствами информации о высоте солнечного диска над горизонтом, о наличии, интенсивности и видах атмосферных осадков и командоаппаратами, причем последние соединены, в свою очередь, с компьютерными средствами более высокого иерархического уровня, определяющими средневзвешенную текущую и статистическую температуру окружающей среды в целом по заданной географической зоне и задания по количеству и положению лучеотражающих панелей относительно направления падающих солнечных лучей в районе каждой ГАБ ТЭС или их автономной группы и установленными как аналитические и управляющие центры теплового баланса окружающей среды в рамках соответствующей географической зоны.

При этом часть лучеотражающих панелей установлена неподвижно непосредственно на поверхности земли и выполнена посредством перемещаемых конструкций, к которым закреплен лучеотражающий материал, в частности, зеркальная алюминиевая фольга с теплоизолирующей подложкой и светопроницаемым покрытием, и снабжена технологическими проходами и/или проездами.

Вместе с тем лучеотражающие панели установлены на вертикальных опорах высотой до пяти метров в полупустынном и/или пустынном районе, который характеризуется высоким потенциалом солнечного перегрева земной поверхности. Причем лучеотражающие панели расположены с просветами друг относительно друга величиной не более 100% от их ширины, за счет чего температурный потенциал поверхности земли и окружающей среды падает, при этом на поверхности земли, под полем лучеотражающих панелей, уложен слой искусственного, экологически чистого чернозема, с помощью которого возделана почва и культивируется растительность, в том числе для создания пастбищ, животноводческих ферм, птицеферм, технологических средств для переработки их продукции и отходов, размещения производственных помещений, в том числе фабрик по изготовлению искусственного чернозема и заводов по производству горючего для двигателей внутреннего сгорания, тепловые технологические отходы которых направлены на формирование центрального вихревого воздухопотока ГАБ ТЭС, причем здания и сооружения для них и для обслуживающего персонала выполнены с плоскими кровлями, где размещены лучеотражающие и/или гелиопоглощающие панели, причем в качестве теплоносителя и средства для периодического помыва лучеотражающих панелей, совмещенного с поливом культивируемой растительности, испоьзована водопроводная вода.

Кроме того, лучеотражающие панели выполнены в виде слабовогнутых парабалических зеркал с фокусными центрами, расположенными на отдаленном расстоянии от поверхности земли, преимущественно в области атмосферы, где концентрируются газы, создающие парниковый эффект.

Приведенные технические решения, согласно предлагаемому изобретению, направлены на создание таких ГАБ ТЭС, в которых заложен избыток мощностей лучеотражающих поверхностей. При этом в случае относительно низкого положения солнечного диска над горизонтом, когда мощность прямой солнечной радиации (поступающей на гелиопоглощающие поверхности ГАБ ТЭС) понижена и требуется дополнительная тепловая энергия солнечных лучей, чтобы не изымать ее из теплоаккумуляторов, лучеотражающие панели увеличивают мощность теплопреобразования лучей, а в случае высокого положения солнечного диска над горизонтом - лучеотражающие панели перестают давать добавку солнечной радиации на гелиопоглощающие панели и направляют ориентировочно вертикально наиболее мощные солнечные лучи в космическое пространство. С учетом этого надо учитывать, что каждая ГАБ ТЭС, согласно ее проектной мощности, имеет достаточное количество вертикальных и горизонтальных гелиопоглощающих поверхностей как для выработки необходимой мощности товарной энергии, так и для зарядки теплоаккумуляторов на длительный проектный строк. Лучеотражающие панели не менее половины мощности поступающей солнечной радиации отправляют в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, чем снижаются технико-экономические показатели ГАБ ТЭС как установки для производства товарной энергии, но при этом решают задачу создания такого теплового баланса в окружающей среде, при котором избыточные тепловыделения от сжигания ископаемых энергоносителей в других географических зонах планеты компенсируются южными лучеотражающими комплексами. Для создания последних требуются дополнительные финансовые затраты, но чтобы можно было продолжать пользоваться сжиганием энергоносителей, такие финансовые затраты сейчас становятся неизбежными. Однако, согласно приведенным техническим решениям, финансовые затраты на создание необходимых лучеотражающих поверхностей в южных и приэкваториальных географических зонах окупаются в полной мере за счет преобразования пустынь и полупустынных местностей в оазисы. Подведение к ним водопроводных магистралей, при изложенной постановке вопроса, приобретает технический и технологический смысл по аналогии создания газонефтепроводов для подведения сжигаемых энергоносителей в другие географические зоны. Таким образом, согласно предлагаемому изобретению, ГАБ ТЭС преобразуются в хозяйственно-экономические комплексы, принципиально отличающиеся от ТЭЦ, АЭС и ГЭС и определяют качественно новый подход к производству энергии не планете. За счет этого на планете возможно управлять климатом, смягчать повышенные уровни температуры в отдельных регионах, мягко корректируя климатические параметры в течение длительного периода - десятилетий, исключая возможные перерегулировки.

На чертеже показано устройство ГАБ ТЭС, где 1 - технологический центр, 2 - ветротурбогенератор; 3 - воздухоотводной канал; 4 - гелиопоглащающее средство; 5 - гелиопоглащающие поверзности; 6, 7 - циркуляционные трубопроводы; 8, 9 - лучеотражающие панели; 10, 11 - солнечные лучи; 12 - вертикальные опоры; 13 - оси лучеотражающих панелей; 14 - управляемые электроприводы; 15 - полупроводниковые преобразователи; 16 - хозяйственный экономический комплекс; 17 - управляющее вычислительное устройство; 18 - информационные центры; 19 - командоаппараты; 20 - компьютерные средства; 21, 22 - системы информационных средств.

Существо предлагаемой ГАБ ТЭС.

Принципиальная схема системы управления тепловым балансом окружающей среды на базе ГАБ ТЭС представлена следующими компонентами: технологический центр (1), внутри которого размещены машинный зал, ветровоздухозаборный завихрительный канал и разгонная шахта в составе одной или нескольких вихревых камер, в которой создается вращательно-поступательная траектория движения центрального энергетического потока, приводящего во вращение ветротурбогенератор (2); воздухоотводной канал (3), в которой воздушный поток активируется вращательным движением и инжектирующими потоками естественного ветра; гелиопоглощающие средства (4), образующие гелиопоглощающие поверхности (5) и содержащие внутренние каналы теплоносителя (например, воздуха, жидкости, воды), которые по циркуляционным трубопроводам (6, 7) подают теплоноситель в теплообменные средства технологического центра (1); лучеотражающие панели (8, 9), первый ряд (8) которых расположен горизонтально, а второй ряд (9) - наклонно таким образом, чтобы более низкие солнечные лучи (10) отражались на гелиопоглощающие поверхности (5), а более круто падающие солнечные лучи (11) отражались вверх, мимо гелиопоглощающих поверхностей (первые лучи 10 показаны пунктирными линиями, а вторые лучи 11 - сплошными линиями).

Лучеотражающие панели 8, 9 имеют длину от нескольких метров до десятков метров, а ширину до 3-х метров, и они закреплены на вертикальных опорах 12, а их ряды расположены вдоль гелиопоглощающих поверхностей параллельно между собой. Лучеотражающие панели могут поворачиваться вокруг своих осей 13, которые также установлены горизонтально и параллельно гелиопоглощающим поверхностям посредством вертикальных опор 12. Гелиопоглощающие поверхности 5 размещены вертикально с большой высотой относительно поверхности земли, ориентировочно высота их равна 10-15 метрам, так как в ГАБ ТЭС они совмещены с конструкциями высоких ветронаправляющих поверхностей, которые концентрируют естественный ветропоток от периферии ГАБ ТЭС к ее технологическому центру - на вход его ветровоздухозаборного канала (не показан). Минимальное количество ветронаправляющих поверхностей и вертикальных гелиопоглощающих поверхностей в каждой ГАБ ТЭС составляет 4 штуки, которые расположены крестообразно в направлении восток-запад и юг-север. В центре этой крестообразной конструкции расположен технологический центр 1.

Лучеотражающие панели 8, 9 и их оси 13 также размещены по направлению восток-запад, а количество их рядов может быть большим - исчисляться сотнями, в зависимости от площади и проектной мощности ГАБ ТЭС. Лучеотражающие панели поворачиваются вокруг своих осей 13 в пределах углов поворота до 90° (до вертикального положения) за счет управляемых электроприводов 14. Значительно удаленные от гелиопоглощающих поверхностей 5 восток-запад ряды лучеотражающих панелей 8, 9 при низком положении солнечного диска относительно горизонта должны получать за счет электроприводов 14 соответствующие наклоны, чтобы траектория отраженных солнечных лучей 10 пересекала гелиоотражающие поверхности. При этом отраженные солнечные лучи при относительно низком положении солнечного диска поступают и на гелиопоглощающие поверхности юг-север. Однако с подъемом солнечного диска отраженные солнечные лучи 11 поочередно перестают поступать на гелиопоглощающие поверхности (поступают прямые солнечные лучи, которые создают на них значительную температуру с выделением тепловой технологической энергии значительной мощности). При этом углы поворота лучеотражающих панелей устанавливаются поочередно по рядам в то угловое положение, при котором отраженные солнечные лучи приобретают ориентировочно вертикальное положение. Это необходимо для того, чтобы толщина атмосферной среды на пути отраженных солнечных лучей в космическое пространство была минимальной, и при этом чтобы искажение их траекторий воздушной средой, с примесями влаги и парниковых газов, также было минимальным. Снабжение лучеотражающих панелей опорами 12, осями 13, управляемыми электроприводами 14 и полупроводниковыми преобразователями 15 для них не должно приводить к повышению стоимости их каждого квадратного метра выше 500-750 российских рублей (20-30 долларов США). Так как расчеты показывают, что для компенсации избыточных теплогенераций на планете от сжигания энергоносителей за счет установки лучеотражающих панелей в пустынных южных географических зонах потребуется их суммарная площадь в количестве около 50 тыс.квадратных километров, или 50×10⁹ кв. м, это определяет необходимые затраты в несколько триллионов долларов. Это цена полной компенсации вредного теплового воздействия на климат планеты сжигания ископаемых энергоносителей ориентировочно в современных объемах. Это - много, но и не слишком высокая цена для мирового нефтегазового (и угольного) бизнеса планеты на период 10-15 лет. При этом под лучеотражающими панелями в жарких пустынях и полупустынных регионах обычно находится выжженная и часто песчаная почва, но благодаря их тени она может быть культивирована невысоким слоем искусственного чернозема, который в условиях периодического полива и достаточной тени будет самоуглубляться (особенно, если исключить обработку почвы посредством вспашки). Следовательно, установка лучеотражающих панелей в жарких географических зонах для балансировки климата планеты (посредством управления тепловым балансом окружающей среды) может привести к преобразованию пустынь в оазисы, с использованием их земной поверхности для создания пастбищ, плантаций культивируемых растений, животноводческих ферм, птицеферм, производственной инфраструктуры для переработки их продукции и отходов, выпуска искусственного чернозема и возобновляемого горючего для двигателей внутреннего сгорания, других важных видов производств и для проживания обслуживающего персонала.

Все сооружения хозяйственно-экономического комплекса (16), как условно показано на чертеже, могут иметь плоские кровли, снабженные сверху лучеотражающими панелями 8, или лучеотражающими поверхностями, и/или гелиопоглощающими поверхностями.

С целью удешевления ГАБ ТЭС с лучеотражающими панелями при относительно небольшой площади последних они могут размещаться непосредственно на поверхности земли, на теплоизолирующих подложках и со светопроницаемым покрытием сверху. При таком расположении лучеотражающих панелей почва культивироваться не может, а для обслуживания лучеотражающих поверхностей должны быть созданы проходы и локальные проезды. В ГАБ ТЭС наземные лучеотражающие панели могут применяться (без опор, осей, электроприводов) как переносные, посредством специальных конструкций, для размещения на внутренних дорогах, предназначенных специально для ремонтного транспорта, потребность в котором будет редка. Собственно лучеотражающий материал должен иметь высокое качество с целью минимизации рассеивания отражаемых лучей. Вариантом такого материала может быть полированная алюминиевая фольга. Однако может применяться и технология напыления алюминия, но качество напыления и полировки должно быть высокими.

Лучеотражающие панели 8, 9 могут выполняться и в виде слабовогнутых параболических зеркал, вытянутых в длину подобно панелям. В этом случае отраженные от них солнечные лучи могут проходить через слой газов, создающий известный парниковый эффект, узкими, вытянутыми в длину пучками. Благодаря этому потери энергии солнечных лучей от парникового эффекта будут ниже. При этом над обширными пустынными зонами, где отсутствуют промышленные предприятия, выбрасывающие в атмосферу парниковые газы, проявление парникового эффекта в большой степени ослаблено.

Лучеотражающие панели 8, 9 подвержены запылению и другим видам загрязнения, в результате чего требуется их периодическая помывка. Последняя осуществляется при их установке в вертикальное, или близкое к этому, положение. Стекающая при этом вода осуществляет полив расположенной под панелями возделываемой грунтовой поверхности и растительности.

Вода подается к каждой ГАБ ТЭС и к каждому комплексу лучеотражающих панелей с такой же необходимостью и бесперебойностью как подводятся нефть или газ к традиционным энергетическим объектам, в которых осуществляется сжигание ископаемых энергоносителей. В связи с этим, широко применяемыми теплоносителями (транспортировщиками тепловой энергии) в ГАБ ТЭС являются вода и/или воздух.

На северной половине ГАБ ТЭС лучеотражающие панели, преимущественно, не устанавливаются. Здесь размещаются теплоаккумуляторы, сверху над которыми монтируются плоские горизонтальные гелиотеплопреобразователи, содержащие гелиопоглощающие поверхности, от которых тепловая энергия уносится теплоносителем как в теплоаккумулятор, так и в технологический центр 1 ГАБ ТЭС.

Полупроводниковые преобразователи 15 запитывают управляемые электроприводы 14 одновременно в двух-трех рядах лучеотражающих панелей, что в целом удешевляет конструкцию, хотя такая запитка может осуществляться и автономно по каждому ряду, где устанавливается несколько или целая группа их.

Преобразователи 15 подключаются к выходам управляющих вычислительных устройств 17, которые являются принадлежностью каждой ГАБ ТЭС в виде автономных модулей или блоков, входящих в вычислительный центр ГАБ ТЭС.

Ко входным каналам управляющих вычислительных устройств 17 подключены информационные средства 18 и командоаппараты 19. Первые обеспечивают подачу информации об интенсивности солнечной радиации, а также о погодных параметрах - наличии атмосферных осадков, ветра и других. Вторые связывают устройства 17 как управляющие вычислительные устройства нижнего яруса с компьютерными средствами 20 верхнего уровня.

Компьютерные средства 20 представляют собой вычислительный центр определенной географической зоны, в которой размещено значительное количество ГАБ ТЭС с лучеотражающими панелями, которые совместно воздействуют на тепловой баланс окружающей среды в некотором регионе.

Устройства 21 и 22 представляют собой системы информационных средств, посредством которых вычислительный центр определяет воздействие данной географической зоны на тепловой баланс планеты в целом.

Работа устройства согласно предлагаемому изобретению состоит в следующем. Прямые солнечные лучи 10 поступают на длинные и высокие вертикальные поверхности 5, в которых они с помощью гелиопреобразующих средств 4 преобразуются в тепловую энергию, а она посредством каналов 6, 7 уносится текучим теплоносителем в технологический центр 1. В технологическом центре 1 тепловая энергия используется для нагрева и ускорения концентрируемого ветропотока и преобразуется в итоге в кинетическую энергию вращательно-поступательного движения центрального воздухопотока, вращающего ветротурбогенератор 2. Далее отработавший в ветротурбогенераторе центральный воздухопоток уходит в окружающую атмосферу через воздухоотводящий канал 3, в котором посредством устройств, которые на чертеже не показаны, вращение воздухопотока усиливается, и за счет этого наращивается вращательная компонента воздушной тяги в канале 3. В качестве теплоносителя в гелиотеплопреобразователе 4 и каналах 6, 7, преимущественно, используется воздух, но может также применяться и жидкость, в частности, вода. Горизонтальные гелиотеплопреобразователи 4, которые установлены на поверхности теплоаккумуляторов и которые на чертеже не показаны, расположены на территории северной половины ГАБ ТЭС. Высокие теплопоглощающие поверхности 5, включающие в себя гелиотеплопреобразующие средства - модули, имеющие определенное конструктивное подобие гелиоотражающим поверхностям (но без лучеотражающего материала и управляемых электроприводов), встроены в конструкции ветронаправляющих устройств (на чертеже не показаны), которые расходятся от технологического центра минимум в четырех направлениях (восток, запад, юг, север).

На гелиопоглощающие поверхности 5 поступают также отраженные от рядов лучеотражающих панелей 8, 9 потоки солнечных лучей 10 при относительно низком положении солнечного диска над горизонтом. За счет этого увеличивается выработка тепловой энергии, уносимой теплоносителем в технологический центр 1. Эта добавка технологической тепловой мощности в ГАБ ТЭС имеет важное значение именно в период более низкого положения солнечного диска, когда прямые солнечные лучи несут в себе меньшую мощность. Когда же солнечный диск выходит в высокое положение относительно горизонта, двигаясь к своему зениту, солнечные лучи 11 приобретают более крутой угол падения, и, отражаясь от лучеотражающих панелей, уходят мимо гелиопоглащающей поверхности 5 в верхние слои атмосферы и космическое пространство. Регулированием угла поворота лучеотражающих панелей 8, 9 за счет управляемых электроприводов 14 и полупроводниковых преобразователей 15 (по командам управляющего вычислительного устройства 17) создается такая ситуация, когда отраженные солнечные лучи поступают на гелиопоглощающие поверхности 5 ГАБ ТЭС с многочисленных параллельных рядов лучеотражающих панелей (на чертеже показаны лишь 2 ряда, а их на каждой ГАБ ТЭС значительно больше), причем диапазон времени попадания отраженных солнечных лучей на гелиопоглощающие поверхности определяется за счет установки различных углов положения в каждом из рядов лучеотражающих панелей 8, 9. Этим же устанавливается и количество рядов панелей, которые энергетически подпитывают гелиопоглащающие поверхности 5, а также определяются те из рядов лучеотражающих панелей, которые переводятся в режим лучеотражения помимо гелиопоглащающие поверхностей 5.

Поскольку перед лучеотражающими панелями не только определена задача энергетической подпитки конкретной ГАБ ТЭС, но и энергетической компенсации проявления тепловыделений в различных регионах и географических зонах планеты, выделяемых за счет сжигания ископаемых энергоносителей, то в рамках каждой отдельной ГАБ ТЭС (размещенной, преимущественного, в жарких пустынях) может устанавливаться избыточное количество лучеотражающих панелей. В географических зонах, удаленных от экватора, ГАБ ТЭС строятся, преимущественно, без избытка лучеотражающих панелей, преследующего компенсационные лучеотражения. В ГАБ ТЭС, ориентированных на северную географическую зону России, указанные задачи энергетической компенсации избыточных тепловыделений на планете решаются за счет применения специальных технологий изъятия низкопотенциальной тепловой энергии (4°С) из северных морей. При больших масштабах строительства таких северных ГАБ ТЭС может обеспечиваться существенное охлаждение ледового покрова на Севере, и все подобные процессы балансируются в масштабах планеты посредством глобальной системы управления тепловым балансом окружающей среды в различных географических зонах с участием компьютерных средств 20.

Управляемые электроприводы 14 используются также для установки лучеотражающих панелей в положение, удобное для их помыва или осыпания града, снега.

Важной особенностью ГАБ ТЭС является использование поверхности грунта под лучеотражающими панелями (или также под горизонтально расположенными гелиопоглощающими поверхностями 5, с применением панелей для их конструктивно-технологической реализации) для культивирования растительности и ведения хозяйственно-экономической деятельности. Рядом с лучеотражающими панелями, под ними или на северной части территории ГАБ ТЭС могут размещаться различные виды технологий и сооружений хозяйственно-экономический комплекс (16), кровли которых выполняются плоскими и покрываются лучеотражающими панелями 8 (как показано на чертеже) или гелиопоглощающими поверхностями (5).

Источники информации

1. Патент РФ №2199703. МПК F24J 2/42, опубл. 27.02.2003 г.

2. Патент РФ №2264080, МПК F24J 2/10, опубл. 20.11.2005 г.

Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция (ГАБ ТЭС) относится к области гелиоэнергетики, в которой применяются темные гелиопоглощающие и лучеотражающие зеркальные поверхности с целью использования тепловой энергии солнечных лучей для выработки товарной электрической и тепловой энергии, а кроме того, одновременно и для отражения солнечных лучей от приземных поверхностей в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, за счет чего часть тепловой энергии солнечных лучей передается в космическое пространство вместо нагрева приземных слоев окружающей среды. Благодаря такому отводу в космическое пространство части тепловой энергии из приземной окружающей среды может быть скомпенсирован избыток тепла, выделяемого в различных регионах планеты при сжигании ископаемых энергоносителей (газа, нефти, угля и других). Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция содержит гелиопоглощающие поверхности, которые создают управляемые воздухопотоки тепловой энергии вследствие поступления на них солнечных лучей, используемые в качестве технологического средства для выработки товарной электрической и тепловой энергии, и гелиоотражающие поверхности, размещенные в окружающей среде так, чтобы отраженные от них солнечные лучи поступали на гелиопоглощающие поверхности и придавали дополнительное приращение тепловой энергии, причем гелиоотражающие поверхности закреплены на жесткой опорной базе и соединены с помощью осей поворота с электроприводами, которые подключены к управляющим вычислительным устройствам посредством выходных каналов последних и полупроводниковых преобразователей. Гелиоотражающие поверхности выполнены в виде параллельных рядов лучеотражающих панелей, вытянутых в длину вдоль своих осей и размещенных горизонтально над поверхностью почвы с лучепроницаемыми просветами, так чтобы определенная часть солнечных лучей и рассеянного света в любой период каждого из световых дней проходила между панелями и достигала почвы. При этом гелиопоглощающие поверхности размещены вертикально посредством высоких плоских конструкций и вытянуты в длину по линии восток-запад с северной стороны вдоль рядов лучеотражающих панелей. Траектории отраженных солнечных лучей, до достижения солнечным диском заданной высоты над горизонтом, пересекают гелиопоглощающие поверхности, за счет чего на них выделяется дополнительная тепловая энергия. После превышения солнечным диском заданной высоты над горизонтом траектории отраженных солнечных лучей минуют гелиопоглощающие поверхности, проходят над ними в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, за счет чего часть их тепловой энергии уносится из данной окружающей среды и от поверхности почвы. При этом оси поворота лучеотражающих панелей расположены вдоль линии восток-запад, угловое положение которых устанавливается электроприводами, в том числе вертикально в процессе удаления с них атмосферных осадков и очистки их от загрязнения, а управляющие вычислительные устройства по входным каналам соединены со средствами информации о высоте солнечного диска над горизонтом, о наличии, интенсивности и видах атмосферных осадков и командоаппаратами, причем последние соединены, в свою очередь, с компьютерными средствами, определяющими средневзвешенную текущую и статистическую температуры окружающей среды в целом по заданной географической зоне и задания по количеству и положению лучеотражающих панелей относительно направления падающих солнечных лучей в районе каждой ГАБ ТЭС или их автономной группы и установленными как аналитические и управляющие центры теплового баланса окружающей среды в рамках соответствующей географической зоны. Техническим результатом изобретения является создание ГАБ ТЭС для производства электрической и тепловой энергии по технологии, исключающей сжигание ископаемых энергоносителей. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция, содержащая гелиопоглощающие поверхности, которые создают управляемые потоки тепловой энергии вследствие поступления на них солнечных лучей, используемые в качестве технологического средства для выработки товарной электрической и тепловой энергии, и гелиоотражающие поверхности, размещенные в окружающей среде для отражения от них солнечных лучей для поступления на гелиопоглощающие поверхности и для получения дополнительного приращения указанной тепловой энергии, причем гелиоотражающие поверхности закреплены на жесткой опорной базе и соединены с помощью осей поворота с электроприводами, подключенными к управляющим вычислительным устройствам посредством выходных каналов электоприводов и полупроводниковых преобразователей, отличающаяся тем, что гелиоотражающие поверхности выполнены в виде параллельных рядов лучеотражающих панелей, вытянутых в длину вдоль своих осей и размещенных горизонтально над поверхностью почвы с лучепроницаемыми просветами для прохождения определенной части солнечных лучей между панелями, достигая уровня почвы, а гелиопоглощающие поверхности размещены вертикально посредством высоких плоских конструкций и вытянуты в длину по линии восток-запад с северной стороны вдоль рядов лучеотражающих панелей, при этом траектории отраженных солнечных лучей, до достижения солнечным диском заданной высоты над горизонтом, пересекают гелипоглощающие поверхности, выделяющие дополнительную тепловую энергию, после превышения солнечным диском заданной высоты над горизонтом траектории отраженных солнечных лучей, минуя гелиопоглощающие поверхности и проходя над ними в верхние слои атмосферы и в космическое пространство, при этом часть их тепловой энергии уносится из данной окружающей среды и от поверхности земли, при этом оси поворота лучеотражающих панелей расположены вдоль линии восток-запад, угловое положение которых устанавливается указанными электроприводами, в том числе в вертикальное положение в процессе удаления атмосферных осадков и очистки их от загрязнения, управляющие вычислительные устройства по входным каналам соединены со средствами информации об интенсивности солнечной радиации, о ее наличии, интенсивности и видах атмосферных осадков и с командоаппаратами, соединенными с компьютерными средствами, определяющими с помощью своих информационных средств средневзвешенную температуру окружающей среды в целом по заданной географической зоне и выдающие задания, управляющие вычислительными устройствами нижнего уровня, вырабатывающие задания по количеству и положению лучеотражающих панелей относительно угла падения солнечных лучей в районе каждой ГАБ ТЭС и/или каждой их автономной группы, причем компьютерные средства установлены как аналитические и управляющие центры теплового баланса окружающей среды в рамках соответствующей географической зоны.

2. Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лучеотражающие панели выполнены посредством перемещаемых конструкций, к которым закреплен лучеотражающий материал, например зеркальная полированная алюминиевая фольга с теплоизолирующей подложкой и лучепроницаемым покрытием, и снабжены технологическими проходами или проездами.

3. Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что ее лучеотражающие панели установлены на вертикальных опорных стойках высотой до 5 м, с высоким потенциалом солнечного перегрева земной поверхности и мощным тепловым потоком в окружающую среду, при этом лучеотражающие панели вытянуты в длину вдоль своих осей и установлены с просветами, не превышающими 100% их ширины, для понижаения температуры солнечного нагрева земли и окружающей атмосферы, причем на земной поверхности расположен слой искусственного экологически чистого чернозема для возделывания почвы и культивирования растительности, в том числе для создания пастбищ, животноводческих ферм, птицеферм, технологических средств для переработки их продукции и отходов, размещения производственных помещений, в частности фабрик по изготовлению искусственного чернозема и заводов по производству возобновляемого горючего для двигателей внутреннего сгорания, а также для размещения и проживания обслуживающего персонала, причем кровли сооружений созданного в данной среде хозяйственно-экономического комплекса имеют плоскую, близкую к горизонтальной, поверхность и снабжены лучеотражающими панелями или гелиопоглощающими поверхностями, при этом в качестве теплоносителя и средства для периодического помыва лучеотражающих панелей использована водопроводная вода и для полива культивируемой растительности.

4. Гелиоаэробарическая теплоэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лучеотражающие панели выполнены в виде слабовогнутых параболических зеркал, ориентированных в зенит, с фокусными центрами, расположенными на отдаленном расстоянии от поверхности земли, в частности, в области атмосферы, насыщенной газами, создающими парниковый эффект.