ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК F03D5/00 B64B1/50 B63J3/00 F03B13/00 F03D9/32 B63B35/32 

Изобретение относится к области использования возобновляемой энергии ветра. Известна «Парусная ветроэнергетическая установка преобразующая энергию потоков двух сред" (патент РФ 2722760) включающая» [1]:

- парусное судно (далее ПС) с одной или несколькими мачтами;

- гидрогенератор, выполненный в виде винта и обеспечивающий преобразование поступательное движение судна во вращательное движение винта, движимого набегающим потоком воды, а вращательное движение винта в электроэнергию.

Изобретение позволяет резко уменьшить размеры преобразователя кинетической энергии движения среды в электрическую (компактная гидротурбина вместо большого ветрового колеса), но при этом мощность ветроэнергетической установки (далее ВЭУ) ограничена высотой мачт ПС (скорость ветра увеличивается с увеличением высоты, а мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра). Этот недостаток преодолевается заменой парусов на воздушный змей или змейковый аэростат (далее ЗА) который может быть поднят на большую высоту. Известно «Судно, содержащее свободно летящий типа воздушного змея, атакуемый ветром элемент в качестве приводного блока» (патент РФ 2369521), отличающееся тем, что содержит генератор для получения энергии, который приводится в действие потоком воды снаружи судна, в частности, через гребной винт или турбину судна [2]. Помимо «свободно летящего элемента» данное устройство включает управляющий трос (линь) и управляющую лебедку (совместный приводной рабочий элемент). Примем это решение в качестве прототипа, поскольку в описании использован термин «подобный воздушному змею элемент», то есть решение распространяется и на змейковый аэростат, используемый вместо змея. В «Способе производства электрической энергии при помощи ветряной системы» приведен (патент РФ 2436992) пример такого использования [3]. При таком решении рабочая площадь (размеры) ЗА и, следовательно, мощность ВЭУ, ограничена необходимостью сохранения возможности быстрой уборки ЗА. Если на пути ПС встретится берег или сплошные льды, а ветер, даже с увеличением высоты полета ЗА, не переменит свое направление, ЗА придется убрать. Придется его экстренно убирать и при приближающемся урагане. Для этого нужно будет:

- подтянуть аэростат к поверхности судна;

- стравить несущий газ (потери);

- разложить оболочку на свободной палубе (а первая может быть непомерно велика для второй);

- компактно свернуть (чтобы освободить палубу).

При появлении ветра нужного направления или окончании урагана придется повторить все в обратном порядке. При этом главным ограничителем будет выступать размер палубы, поскольку при его увеличении увеличиваются и размеры ПС, а, следовательно, его масса и гидродинамическое сопротивление, что приведет к потерям вырабатываемой энергии при движении. Налицо противоречие:

- для увеличения мощности ВЭУ ЗА должен быть максимально большим;

- для быстрой уборки ЗА должен быть компактным.

Противоречие решается с помощью методов инновационного консалтинга «перевод в другое измерение» и «использование элементов окружающей среды», а именно: при необходимости (остановка, приближение урагана) ЗА опускается для уборки не на палубу ПС, а под водную поверхность. Это снимает ограничения, накладываемые размером палубы ПС на размер ЗА и экономит время уборки (постановки) ЗА за счет исключения операций стравливания (наполнения) и упаковки (распаковки). А чтобы ЗА быстро погрузился на необходимую глубину, его нужно снабдить на момент погружения мобильным пригрузом переменной плавучести (далее ППП). На момент постановки ЗА он освобождается от ППП и занимает надводное положение.

Техническим результатом изобретения является обеспечение быстрого подъема в надводное положение и спуска в подводное положение змейкового аэростата. При этом подводное положение аэростата дает возможность для инспекции герметичности ЗА, поскольку место повреждения поверхности ЗА определяется по наличию пузырьков несущего газа в месте повреждения, а также возможность использования ЗА в виде плавучего якоря. Принципиальная возможность последнего может быть проиллюстрирована решением «Плавучий якорь» (патент СССР 1643314) [4].

Цель изобретения: увеличение рабочей площади ЗА, без увеличения размера палубы ПС и времени постановки и уборки ЗА.

Поставленная цель достигается тем, что на палубе ПС размещаются мобильные ППП, выполненные с возможностью быстро переводить ЗА из надводного в подводное положение, а управляющие тросы используются как направляющие, по которым мобильные ППП перемещаются с палубы ПС на воду передавая свой вес на ЗА. Это позволяет быстро перемещать ЗА из надводного в подводное положение и наоборот.

Предлагаемое устройство ВЭУ обеспечивает:

- снятие ограничений на размер ЗА со стороны размера палубы ПС;

- быстрый подъем и уборку ЗА;

- использования ЗА в подводном положении как плавучего якоря;

- возможность инспекции герметичности ЗА в подводном положении (место повреждения поверхности ЗА определяется по наличию пузырьков водорода в месте повреждения).

Заявляемое устройство с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах успешно реализовано на практике с получением указанного выше результата.

Пример. На Фиг. 1 предлагаемая ВЭУ показана в рабочем положении при виде сверху. Установка движется благодаря многосекционному ЗА (1), расположенному на высоте с достаточной силой ветра. ЗА связан с ПС(2) управляющими тросами (3), длина которых регулируется управляющей лебедкой (4). ПС тянет за собой трал (5) для уборки плавающего мусора определенного размера с водной поверхности [5]. Трал спускается и поднимается на палубу по кормовому слипу (6), при помощи траловой лебедки (7), и управляющих тросов (8). Собранный тралом пластик может утилизироваться на установке выработки несущего газа для ЗА (водород сверхтекуч и потери его велики, кроме того при экстренном погружении ЗА под воду часть водорода придется стравить).

При переработке собранного мусора (Фиг. 2) трал убирается и вместо него по кормовому слипу (6) спускается буксируемый [6] по тросу (9) гидрогенератор (10), использующий энергию потока набегающей воды для выработки электроэнергии. Вырабатываемая во время движения ПС электроэнергия идет на переработку собранного плавучего мусора в водород и топливо.

На Фиг. 3 предлагаемая ВЭУ представлена в нерабочем положении, когда ЗА убран под воду, с помощью ППП (11). В качестве таковых использованы подводные лодки (в пилотируемом или беспилотном варианте), работающие синхронно с ПС (2). Они, используя управляющие тросы (3) как направляющие, перемещаются с палубы ПС на воду, а затем, используя переменную плавучесть, и в подводное положение, передавая свой вес на ЗА. (Для управления плавучестью на подводных лодках имеются балластные и вспомогательные цистерны, которые могут быть поочередно заполнены водой или воздухом. Кроме того, у подводных лодках есть подвижные наборы коротких «крыльев», называемых гидропланами, которые помогают контролировать угол погружения и использовать силовые установки лодок и сопротивление воды для более быстрого погружения). ЗА при этом погрузится на такую глубину, где ему не будут страшны ни ураган, ни океанские волны. При этом ЗА (1), соединенный с ПС управляющими тросами (3), в таком положении будет играть роль плавучего якоря, фиксирующего судно в определенной точке морской поверхности.

Перед переводом ЗА из подводного в надводное положение, (Фиг. 4) он может подполняться водородом, для чего концы ЗА (1) лебедкой (4) подтягиваются к носу ПС (2), где располагается заправочное устройство. Сам ЗА при этом практически сворачивается в кольцо. ППП (11) обеспечивают при этом подъем концов этого кольца на поверхность моря для удобства заправки. ППП в автономном плавании могут использоваться д я подводной инспекции целостности поверхности ЗА и замены отдельных его секций для последующего ремонта на ПС.

Источники информации:

[1] Патент РФ 2722760 С1 МПК В63В 35/44. Парусная энергетическая установка, преобразующая энергию потоков двух сред. Соловьев Александр Алексеевич, Чекарев Константин Владимирович, Соловьев Дмитрий Александрович. Опубликовано: 03.06.2020 Бюл. №16

[2] Патент РФ 2369521 С2 МПК В63Н 9/06, В64С 31/06 Судно, содержащее свободно летящий типа воздушного змея, атакуемый ветром элемент в качестве приводного блока. Враге Штефан. Мюллер Штефан. Опубликовано: 10.10.2009 Бюл. №28

[3] Патент РФ 2436992 С2 МПК F03D 5/00, F03D 11/04. Способ производства электрической энергии при помощи ветряной системы. Ипполито Массимо, Таддей Франко. Опубликовано: 20.12.2011 Бюл. №35

[4] Патент СССР 1643314 А1 МПК В36В 21/48. Плавучий якорь. Еремин Юрий Викторович, Савинков Александр Юрьевич. Опубликовано: 23.04.1991 Бюл.№16

[5] Электронный ресурс: Сайт «Экосфера». Проект «The Ocean Cleanup)) спасет Тихий океан от мусора. Опубликовано 14.10.21

https://ecosphere.press/2021/10/14/proekt-the-ocean-cleanup-spaset-tihij-okean-ot-musora/

Изобретение относится к возобновляемой энергетики и может быть использовано при создании мобильных ветроэнергетических установок. Парусное судно использует в качестве паруса змейковый аэростат, содержит гидрогенератор, управляющие тросы и лебедку, регулирующую длину управляющих тросов. На палубе парусного судна размещаются мобильные пригрузы переменной плавучести, выполненные с возможностью быстро переводить змейковый аэростат из надводного в подводное положение. Управляющие тросы используются как направляющие, по которым мобильные пригрузы перемещаются с палубы парусного судна на воду, передавая свой вес на змейковый аэростат. Это позволяет быстро перемещать змейковый аэростат из надводного в подводное положение и наоборот. Техническим результатом является обеспечение возможности быстрого подъема и уборки змейкового аэростата, увеличения рабочей площади змейкового аэростата без увеличения размера палубы, использования змейкового аэростата в подводном положении как плавучего якоря и проверки его герметичности. 4 ил.

Ветроэнергетическая установка, включающая парусное судно, используемый в качестве паруса змейковый аэростат, гидрогенератор, управляющие тросы и лебедку, регулирующую длину управляющих тросов, отличающаяся тем, что на палубе парусного судна размещаются мобильные пригрузы переменной плавучести, выполненные с возможностью быстро переводить змейковый аэростат из надводного в подводное положение, а управляющие тросы используются как направляющие, по которым мобильные пригрузы перемещаются с палубы парусного судна на воду, передавая свой вес на змейковый аэростат.