ПАРУСНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК F03D5/04 

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности, к ветроэнергетическим установкам.

Ветроэнергетика является одной из самых быстро развивающихся отраслей возобновляемой энергетики. Ветроэнергетические установки большой мощности, из-за низкой плотности воздуха, имеют большие размеры, что приводит к необходимости сооружать большие конструкции и располагать их в районах, где грунт может выдерживать такие конструкции, что сужает область использования ветроэнергетических установок.

Предложены варианты парусных ветроэнергетических установок, в которых проблема больших размеров снимается. Известен вариант парусной ветроэнергетической установки, содержащей платформы, соединенные в замкнутый состав, который движется по радиальному рельсовому пути (патент РФ 2125182 Ветроэнергетическая установка). На платформах установлена система парусов, которые меняют угловое положение в зависимости от направления ветра и направления движения платформы. Платформы движутся за счет действия сил ветрового потока на установленные на платформах паруса. С помощью системы управления угловое положение парусов задается таким образом, чтобы величина сил была максимальной, или создавало наименьшее сопротивление при неблагоприятном направлении движения платформ по отношению к направлению ветра. Электроэнергия вырабатывается с помощью электрогенераторов, соединенных с колесами платформ. Недостатком предлагаемой конструкции установки является низкая эффективность преобразования энергии ветрового потока, поскольку на половине пути платформы перемещаются под острым углом к направлению ветра.

Известен вариант парусной ветроэнергетической установки аналогичного типа, в которой делается попытка усовершенствовать установку, описанную выше (патент РФ 2343309 Ветроэлектростанция). Усовершенствование осуществляется за счет введения в состав установки двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающих выработку электроэнергии при слабом ветре и при разгоне платформ. В установку вводится также балласт, с помощью которого можно накопить кинетическую энергию при наличии ветра, и затем преобразовать ее в электроэнергию при уменьшении скорости ветрового потока.

Недостатком этого варианта ветроэнергетической установки, как и предыдущего, является низкая эффективность преобразования энергии ветрового потока.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования энергии ветрового потока путем организации соответствующего этой задаче движения платформ.

Технический результат достигается тем, что в парусной ветроэнергетической установке, содержащей состав платформ, на которых установлена система управляемых парусов, который перемещается по радиальному рельсовому пути с токосъемником и движется циклически в заданном интервале перемещений, который задается двумя ограничительными тележками таким образом, чтобы в середине интервала перемещений платформы двигались перпендикулярно направлению ветра, при этом на ограничительных тележках устанавливается пружинное устройство изменения скорости платформ, а положение ограничительных тележек определяется регулирующей системой, включающей датчик направления ветра и систему GPS.

Конструкция парусной ветроэнергетической установки и ее работа поясняется схемами, представленными на Фиг. 1-3. На Фиг. 1 приведена схема расположения состава платформ 1 и ограничительных тележек 2 на радиальном рельсовом пути 3. На платформах установлена система управляемых жестких парусов, которые являются более эффективными по сравнению с традиционными парусами (Wingsail-Wikipedia). Управление угловым положением платформ осуществляется компьютерной системой управления положением парусов в зависимости от направления ветра и направления движения платформ. На Фиг. 2 приведена схема ограничительной тележки 2, выполненной в виде тележки на колесах с электромотором, которая может крепиться к рельсам с помощью механических или магнитных фиксаторов 4, расположенных по бокам тележки 2. Положение тележек 2 на радиальном рельсовом пути 3 определяется с помощью регулирующей компьютерной системы, включающей датчик направления ветра 5 и систему GPS. Положение ограничительных тележек задается таким образом, чтобы на середине интервала перемещений платформы двигались перпендикулярно направлению ветра. На ограничительных тележках 2 установлено пружинное устройство изменения скорости платформ 6, схема которого приведена на Фиг. 3. Устройство содержит пружину 7, на одном из концов которой закреплен фланец 8, расположенный на круглом стержне 9, который проходит через втулку 10, установленную в месте крепления другого конца пружины. Пружина 7 устройства изменения скорости платформ 6 крепится на ограничительных тележках к полосе, установленной на кронштейнах на нужной высоте. На крайних платформах в месте ее контакта с пружиной имеется квадратная вертикальная пластина.

Парусная ветроэнергетическая установка работает следующим образом. С помощью датчика направления ветра 5 система, регулирующая положение ограничительных тележек 2, передает сигналы на электромоторы тележек и они с помощью системы GPS выставляются на радиальном рельсовом пути 3 таким образом, чтобы платформы проходили середину интервала перемещений под прямым углом к направлению ветра. Находящийся на рельсовом пути 3 состав платформ 1 под действием аэродинамических сил воздушного потока будет двигаться к одной из ограничительных тележек 2. Движение платформ по выделенному таким образом интервалу перемещений будет осуществляться наиболее выгодным курсом по отношению к направлению ветра, что обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии ветрового потока. При движении платформ установленные на них электрогенераторы будут вырабатывать электроэнергию, которая через токосъемник будет передаваться внешнему потребителю. При приближении платформ к ограничительной тележке, на заданном расстоянии от нее, по сигналу системы управления паруса приводятся в положение, необходимое для движения в противоположную сторону. После этого передняя платформа приходит в контакт с пружиной 7 устройства изменения скорости платформ 6. Пружина, закрепленная на ограничительной тележке, начинает сжиматься, скорость платформ уменьшается, при этом кинетическая энергия платформ переходит в энергию сжатой пружины. После того, как платформы остановятся, они начинают двигаться в обратном направлении под действием силы сжатой пружины, при этом паруса уже находятся в нужном для этого направления положении. Временной интервал изменения скорости платформ определяется массой платформ и коэффициентом упругости пружины. Подбором оптимальных величин этих параметров можно уменьшить потери мощности установки при изменении направления движения платформ. После изменения направления движения платформы будут двигаться к другой ограничительной тележке, где после контакта платформ с пружинным устройством изменения скорости платформ описанный выше процесс повторится.

Было проведено исследование предложенной конструкции парусной ветроэнергетической установки в лабораторных условиях на макетах платформ с системой жестких парусов. Результаты исследования показали возможность реализации данного варианта парусной ветроэнергетической установки.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности к ветроэнергетическим установкам. Платформы в парусной ветроэнергетической установке движутся циклически в заданном интервале перемещений, который задается двумя ограничительными тележками таким образом, чтобы в середине интервала перемещений платформы двигались перпендикулярно направлению ветра. На ограничительных тележках устанавливается пружинное устройство изменения скорости платформ. Положение ограничительных тележек регулируется системой, включающей датчик направления скорости и систему GPS. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования энергии ветрового потока за счет повышения скорости движения платформ и уменьшения времени изменения скорости платформ при изменении направления движения платформ. 3 ил.

Парусная энергетическая установка наземного базирования, содержащая состав платформ, на которых установлена система управляемых парусов, который перемещается по радиальному рельсовому пути с токоприемником, отличающаяся тем, что состав платформ движется циклически в заданном интервале перемещений, который задается двумя ограничительными тележками так, чтобы в середине интервала перемещений платформы двигались перпендикулярно направлению ветра, при этом на тележках устанавливается пружинное устройство изменения скорости платформ, а положение ограничительных тележек определяется регулирующей системой, включающей датчик направления ветра и систему GPS.