СТРОИТЕЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2022 года по МПК E04H1/00 F03D9/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано возведения зданий и сооружений, в том числе в местах с неразвитой инфраструктурой энергообеспечения, и использующих для функционирования экологически чистую энергию от ветроэнергетических установок (далее ВЭУ).

Известно, что ВЭУ, расположенная на крыше здания повышенной этажности, резко увеличивает свою мощность, вследствие повышенной скорости ветра на высоте [1]. В этом случае здание и ВЭУ образуют строительно-экологический комплекс (далее СЭК), в котором ВЭУ дает зданию экологически-чистую энергию, а здание обеспечивает для ВЭУ более благоприятные условия работы.

Упомянутое решение, в отличие от строительного экологического комплекса использующего солнечную энергию [2] имеет существенный недостаток: ВЭУ, установленная на крыше здания, является источником шума передаваемого, как по воздуху, так и через материал здания [3]. Источником шума на ВЭУ является механическая передача от ветроколеса к генератору, в основном шум редуктора (механический шум) и шум при работе ветроколеса (аэродинамический шум) [4].

Для снижения аэродинамического и механического шума может быть использована гирляндная ВЭУ [5, 6] включающая:

- гирлянду или трос с размещенными на нем многочисленными лопастями;

- постановочный аэростат (далее ПА) для подъема гирлянды, с прикрепленным к нему через вертлюг концом троса;

- наземный генератор, преобразующий вращение троса в электрическую энергию.

При этом участок троса с лопастями может быть поднят над землей на значительную высоту (снижение аэродинамического шума), а отсутствие редуктора сведет к минимуму механический шум. Расположение генератора на крыше здания повышенной этажности, убережет трос гирляндной ВЭУ от пересечения с окружающими зелеными насаждениями, строениями и воздушными коммуникациями.

Поскольку на 200 метровой высоте повторяемость ветра достигает своего максимума и составляет 80-98%, то обеспечение здания электроэнергией может стать практически непрерывным [1]. Однако, ПА гирляндной ВЭУ нуждается в несущем газе. Самый безопасный несущий газ - гелий, не является возобновляемым ресурсом. Метан требует наличия инфраструктуры газоснабжения, что резко снижает автономность здания. Остается водород, но он взрывоопасен и сверхтекуч.

Первое обстоятельство требует, чтобы все емкости и аппараты, работающие с водородом размещались на крыше здания. Тогда при любой утечке водород не будет накапливаться в закрытых помещениях, а будет устремляться вверх. Например, для выработки водорода можно использовать размещаемую на крыше здания установку электролиза воды (далее УЭВ), питающуюся энергией от гирляндной ВЭУ.

Второе обстоятельство приводит к тому, что при долговременном пребывании ПА гирляндной ВЭУ, наполненного водородом, на высоте, молекулы водорода диффундируют сквозь оболочку ПА и замещаются молекулами воздуха, которые проникают через ту же оболочку благодаря ветровому давлению [6]. То есть, время от времени ПА нужно спускать вниз на крышу здания для стравливания негодной смеси и заправки чистым несущим газом. При этом он перестает вырабатывать электрическую энергию.

Налицо противоречие: для электроснабжения здания энергия должна поступать непрерывно, а использование в качестве несущего газа водорода требует перерывов в работе гирляндной ВЭУ.

Данное противоречие решается с помощью приема «дублирование». А именно: УЭВ снабжается буферной емкостью, где будет накапливаться водород до момента заправки ПА. В качестве буферной емкости можно будет использовать мягкий газгольдер, то есть второй аэростат, аэростат-газгольдер (далее АГ) размещенный непосредственно над УЭВ. АГ и будет выполнять функцию аккумулятора энергии. При отключении гирляндной ВЭУ в режиме подполнения ПА гирляндной ВЭУ или вследствие полного штиля, водород накопленный в АГ может служить источником энергии для СЭК. Например, он может использоваться в качестве топлива для газового электрогенератора (далее ГЭГ). То есть на крыше здания необходимо будет разместить еще и ГЭГ.

Цель изобретения: обеспечение бесперебойной выработки электроэнергии для СЭК, включающего здание повышенной этажности и гирляндную ВЭУ с ПА.

Поставленная цель достигается тем, что в состав СЭК дополнительно включают:

- расположенную на крыше здания УЭВ, вырабатывающую водород с использованием не потребленного зданием излишка электроэнергии;

- расположенный там же ГЭГ, использующий в качестве топлива для выработки электроэнергии в период бездействия ВЭУ, водород от УЭВ и газовоздушную смесь из ПА;

- расположенный над зданием привязной АГ, для накопления водорода, вырабатываемого УЭВ.

Включение в состав СЭК УЭВ, ГЭГ и привязного АГ позволяет:

- запасать избыточно вырабатываемую электроэнергию в в виде запаса топливного водорода;

- бесперебойно снабжать комплекс электроэнергией получаемой из двух взаимозаменяемых источников (гирляндная ВЭУ, ГЭГ);

- утилизировать газовоздушную смесь из ПА гирляндной ВЭУ.

Заявляемый комплекс с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах, с использованием различных устройств и материалов, успешно реализован на практике с получением указанного выше результата.

Пример. Устройство СЭК поясняется чертежом на Фиг. 1. Тороидальный ПА (1) поднимает пластиковый трос (2) гирляндной ВЭУ на большую высоту. Тороидальная форма в ветровом потоке (3) даст ему дополнительную подъемную силу (эффект воздушного змея). Жестко прикрепленные на тросе пластиковые лопасти (4) придадут тросу вращение, которое он передаст на вал генератора постоянного тока (5) установленного на поворотной платформе (6), передвигающейся по круговому рельсовому пути (7) на краю крыши здания повышенной этажности (8). При этом лопасти (4) устанавливаются на высоте, минимизирующей акустическое воздействие на здание. В центра кругового рельсового пути, устанавливаются УЭВ (9), вырабатывающая водород и ГЭГ (10), вырабатывающий электроэнергию в момент простоя гирляндной ВЭУ. Над ними располагается АГ (11), к которому от УЭВ (9) подходит магистраль подачи водорода (12). От АГ к ГЭГ подходит магистраль стравливания водорода (13).

При стравливании и подполнении Фиг. 2, тороидального ПА трос (2) гирляндной ВЭУ наматывается на барабан силовой лебедки (14), установленной на поворотной платформе (6) и ПА (1) подтягивается к крыше здания повышенной этажности (8). Барабан лебедки (14), на который наматывается трос делается повышенного диаметра, с тем, чтобы на его поверхности мог не только наматываться трос, но и могли размещаться, не деформируясь, прикрепленные к тросу лопасти.

К «приземленному» тороидальному ПА присоединяется магистраль стравливания (15), по которой газовоздушная смесь подается в ГЭГ и магистраль подполнения (16), по которой из АГ (11) подается водород.

Источники информации:

[1] Электронный ресурс: http://vetrogenerator.com.ua/komplekt/mast/179-zavisimost-skorosti-vetra-ot-vysoty-machty.html

[2] Патент РФ 2109116 С1 МПК Е04Н1/00 Строительно-экологический комплекс и здание комплекса. Клепач Геннадий Алексеевич, Селиванов Вадим Николаевич. Опубликовано: 20.04. 1998 Бюл. №2.

[3] Электронный ресурс: https://gp-russia.livejournal.com/1518967.html Электронный ресурс: https://studwood.ru/11763 87/ekologiya/akusticheskiy

[4] Патент РФ N 2638237 С1 МПК F03D3/00 F03D7/00 F03D9/25 F03D9/30 F03D80/00. Наземно-генераторный ветродвигатель. Губанов Александр Владимирович. Опубликовано: 12.12.2017 Бюл. №35

[5] Патент РФ 2231680 C1 МПК F03D 3/00 Ветряная гирляндно-горизонтальная электростанция с универсальными турбинами. Гинкулов Георгий Владимирович. Опубликовано: 27.06.2004 Бюл. №18

[6] Электронный pecypc: https://maxpark.com/community/6586/content/2865874

Изобретение относится к строительству и быть использовано для возведения зданий и сооружений, в том числе в местах с неразвитой инфраструктурой энергообеспечения, и использующих для функционирования экологически чистую энергию от ветроэнергетических установок. Технический результат заключается в обеспечении бесперебойной выработки электроэнергии для строительного экологического комплекса, включающего здание повышенной этажности и гирляндную ветроэнергетическую установку с постановочным аэростатом. В состав строительно-энергетического комплекса дополнительно включают расположенную на крыше здания установку электролиза воды, вырабатывающую водород из не потребленного зданием излишка электроэнергии, расположенный на крыше здания газовый электрогенератор, использующий в качестве топлива для выработки электроэнергии в период бездействия гирляндной ветроэнергетической установки, водород от установки электролиза воды и газовоздушную смесь из постановочного аэростата. Также включает расположенный над зданием привязной аэростат газгольдер, для накопления водорода, вырабатываемого установкой электролиза воды. 2 ил.

Строительно-экологический комплекс, состоящий из здания повышенной этажности и гирляндной ветроэнергетической установки с постановочным аэростатом, отличающийся тем, что с целью обеспечения бесперебойной выработки электроэнергии для здания повышенной этажности, комплекс оборудуется:

- расположенной на крыше здания установкой электролиза воды, вырабатывающей водород из не потребленного зданием излишка электроэнергии;

- расположенным там же газовым электрогенератором, использующим в качестве топлива для выработки электроэнергии в период бездействия гирляндной ветроэнергетической установки водород от установки электролиза воды и газовоздушную смесь из постановочного аэростата;

- расположенным над зданием привязным аэростатом газгольдером для накопления водорода, вырабатываемого установкой электролиза воды.