Многоцелевая энергетическая система (мэс)

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Многоцелевая энергетическая система использования энергии ветра содержит ветроуловитель, представляющий собой стационарное устройство, выполненное с возможностью захвата воздушных масс в горизонтальной проекции на 360°, устройство преобразования энергии ветра, включающее турбину с рабочими лопатками аэродинамического профиля и электрогенератор, энергетическая система выполнена с возможностью передачи энергии в дополнительные блоки: блок управления и распределения электроэнергии, водяной теплообменник. Изобретение направлено на максимальное использование энергии ветрового потока. 6 ил., 1 табл.

 

Многоцелевая автоматизированная энергетическая система использования энергии ветра состоит из нескольких блоков: ветроуловитель; устройство преобразования энергии ветра - состоящее из турбины с рабочими лопатками аэродинамического профиля и электрогенератора; возможна установка дополнительных блоков для передачи энергии: блок управления и распределения электроэнергии, водяной теплообменник.

Основной функцией МЭС, является выработка электроэнергии из альтернативных источников - порыв ветра.

Принцип работы МЭС заключается в перехвате воздушных масс со всех сторон, и сосредоточение ветряной энергии в одной точке с ускорением потока воздуха посредством турбины и электрогенератора (ускорение происходит за счет сужения пропускного канала; ускорение происходит по теореме Вентури), остаточная энергия идет на повышение эффективности других систем, в которые может интегрироваться МЭС. Схема построения системы многократно увеличивает скорость ветрового потока в рабочей области системы, а также позволяет циклично использовать энергию потока ветра, расчет показателей приведен в Таблице 1.

Многоцелевая энергетическая система Фиг. 1 - автоматизированный комплекс, состоящий из основных блоков: ветроуловитель; устройство преобразования энергии ветра - состоящее из турбины и электрогенератора; устройство для передачи энергии в дополнительные блоки и интегрирования МЭС в другие системы.

Ветроуловитель Фиг. 2 - это стационарное устройство, способное захватывать воздушные массы в горизонтальной проекции на 360°. Преимущество ветроуловителя МЭС в том, что не нужно поворачивать агрегат при изменении направления воздушного потока, а также в возможности захватывать сторонние воздушные потоки, идущие одновременно с основным.

Основными элементами устройства преобразования энергии ветра являются турбина и электрогенератор устройство, преобразующее неэлектрические виды энергии (механическая), в электрическую энергию. Вначале идет преобразование кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию ротора, приводящую в движение вал турбины. Вал турбины соединен с валом электрогенератора. Механическая энергия далее преобразуется электрогенератором в электрическую. Устройство преобразования энергии ветра изображено на Фиг. 3 - представляет собой устройство преобразования энергии ветра в механическую энергию за счет рабочих лопаток, установленных в роторе. Ротор - подвижная часть лопаточной машины.

Высокая частота вращения турбины препятствует образованию низкочастотных инфразвуковых колебаний воздуха, таким образом, в системе снижен уровень шума. На Фиг. 4 изображена турбина устройства преобразования энергии ветра - лопаточная машина, в которой происходит преобразование кинетической энергии и/или внутренней энергии рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу на валу. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закрепленные по окружности ротора, и приводит их в движение. (Техническая энциклопедия. М.: Государственное словарно-энциклопедическое издательство "Советская энциклопедия", 1934. - Т. 24). Ротор турбины пропускает через себя поток воздуха, выходящий из статора, и преобразовывает энергию воздуха в энергию вращения турбины. Ротор турбины - вращающаяся часть турбины, состоящая из дисков, лопаток и вала. Служит для преобразования кинетической и потенциальной энергии газового потока в механическую работу на валу турбины. Лопатки изменяют направление и скорость газового потока, создавая усилие в окружном направлении. Диск удерживает лопатки и передает от них это усилие валу.

Лопатки, как правило, закрепляются на диске с помощью замковых соединений.

Лопатка устройства преобразования энергии ветра схематично представлена на Фиг. 5. Высота лопатки выбирается из минимально возможной высоты, для обеспечения приемлемого втулочного диаметра, а также для уменьшения потребной подъемной силы на лопатках для получения требуемого момента на валу колеса. Малая высота лопатки позволяет, пренебречь изменением параметров потока по радиусу и выполнить лопатку без закрутки. Ширина лопатки влияет на количество лопаток и выбирается по типу конструкции.

Профиль лопатки обладает оптимальными аэродинамическими свойствами, его геометрические параметры приемлемыми для реализации устройства изменения угла установки лопатки, в частности максимальная толщина профиля при заданной ширине лопатки позволяет устанавливать лопатку на ось необходимого диаметра.

Угол установки лопатки Фиг. 6 обеспечивает требуемые условия обтекания профиля лопатки и требуемую подъемную силу Fp. Из-за вращения ротора турбины (вектор u), угол набегающего потока (вектор с) определяется по результирующей скорости (вектор υ) от ветра и скорости вращения колеса.

Расчет подъемной силы выполняется по формуле

Су - коэффициент подъемной силы;

υ - скорость набегающего потока;

S - площадь лопатки;

Расчет позволяет вычислить мощность на валу турбины, которую он будет развивать, имея одну лопатку. Мощность обеспечивается скоростью вращения и силой Fп которая является проекцией подъемной силы профиля лопатки на ось, направленную в сторону вращения колеса, и обеспечивает крутящий момент.

Количество лопаток рассчитывается исходя из мощности, обеспечиваемой одной лопаткой и возможной мощности электрогенератора при данной скорости ветра с учетом коэффициента использования энергии ветра.

Расход остаточной энергии в дополнительные блоки и обеспечивает максимальное использование энергии ветрового потока. Большая часть энергии ветрового потока направляется на выработку электроэнергии, а оставшаяся часть на увеличения эффективности другой системы, где есть возможность использования воздушных масс для частичного компенсирования нагрузок основных комплектующих. При интеграции в системы вентиляции, остаточная кинетическая энергия ветрового потока на выходе из МЭС направляется в вентиляционную шахту для уменьшения расхода электроэнергии вентиляционных агрегатов. МЭС может использоваться для рекуперации тепла в здании через интеграцию в механическую вентиляцию.

При интеграции в насосные системы перекачки воды (автономные опреснители воды) механическая энергия с вала турбины предается на вал насосных агрегатов, что минимизирует затраты на энергопотребление (здесь система интеграции не имеет функции использования остаточной энергии ветра, а главная ее функция заключается в передачи механической энергии напрямую через вал турбины на вал насосных агрегатов, без необходимости промежуточного преобразования механической энергии в электрическую).

МЭС проектируются для присоединения к линии электропередачи энергосистемы (распределительные сети или сети с низшим классом напряжения). Для исключения перепадов напряжения применимы синхронные генераторы снижение напряжения и подключение к генераторам батарей-конденсаторов.

Отличительной чертой является минимальные ограничения на установку такой системы в жилых зонах и в зонах миграции птиц. Проект предназначен для реализации на крышах индивидуальных жилых домов, промышленных объектах, высотных зданий. Размеры МЭС могут быть спроектированы с учетом конструктивных особенностей любых зданий и сооружений.

Электроэнергия, полученная с помощью МЭС, идет на любые нужды предприятия или дома, избыточную электроэнергию (до 15 кВт) можно продавать на коммерческой основе.

Проектный срок службы: неподвижные компоненты МЭС спроектированы исходя из минимального срока службы 50 лет; динамические компоненты - 30 лет.

Многоцелевая энергетическая система использования энергии ветра, содержащая: ветроуловитель, представляющий собой стационарное устройство, выполненное с возможностью захвата воздушных масс в горизонтальной проекции на 360°, устройство преобразования энергии ветра, включающее турбину с рабочими лопатками аэродинамического профиля и электрогенератор, при этом энергетическая система выполнена с возможностью передачи энергии в дополнительные блоки: блок управления и распределения электроэнергии, водяной теплообменник.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ветрогенератору. Ветрогенератор (1), включающий установленное с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси вращения ветряное колесо (4) с одной или несколькими лопастями или направляющими ветер поверхностями для преобразования энергии потока ветра в энергию вращения, а также по меньшей мере один генератор (5), подключенный к втулке или валу ветряного колеса или к выходному валу присоединенного к ним передаточного механизма для преобразования энергии вращения в электрическую энергию, причем центр тяжести ветряного колеса (4) вместе с втулкой и валом ротора может двигаться поступательно в направлении параллельно к оси вращения ветряного колеса (4).

Изобретение относится к ветроэнергетике. Локомотивный ветрогенератор содержит магнитоэлектрический генератор со статором и ротором, при этом ротор, выполненный в виде постоянных магнитов, закреплен на крылья ветроколеса, а статор выполнен в виде катушек с проводом, закрепленных на диске, два соединенных корпуса, причем только верхняя грань каждого корпуса выполнена с уклоном, каждый корпус разделен перегородками на три секции, в каждой секции установлены крылья ветроколеса с ротором с возможностью вращения вокруг продольной оси с размещенным на ней неподвижно диском статора, жестко закрепленной в секции, каждая поверхность секции снабжена ребрами жесткости, причем каждый корпус и крылья ветроколеса выполнены из пластика, а ветрогенератор жестко закреплен на крыше локомотива.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветротурбина, установленная на главном горизонтальном валу, содержит аэродинамические крылья, закрепленные на штангах, и механизм изменения углов атаки α крыльев.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Бортовой ветрогенератор, характеризующийся тем, что закреплен внутри корпуса, содержит ветроколесо, ротор и статор, выполненный из шихтованного магнитопровода с обмотками, закрепленные в герметичном кожухе, на торцевой части корпуса установлена заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока, с возможностью перевода ее в открытое и закрытое положение с помощью системы приводных механизмов, соединенной с вышеупомянутой заслонкой с помощью вала привода, а на осевом вале генератора, в передней его части, закреплены упорный пассивный подвес на постоянных магнитах и опорный пассивный подвес на постоянных магнитах, причем на задней части вышеупомянутого вала также закреплены опорный пассивный подвес на постоянных магнитах и упорный пассивный подвес на постоянных магнитах.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов содержит электростанцию, подключенную к приводу воздушного компрессора с системой жидкостного охлаждения, выход компрессора подключен к пневмоаккумуляторам.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветрогенераторная установка состоит из вертикально расположенного трубчатого воздухозаборника с горизонтально ориентированным входным каналом, изогнутого в нижней части и соединенного с выпускной трубой, оснащенной на части ее длины сужением, в котором размещен турбогенератор.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу получения электроэнергии с помощью ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка, содержащая элементы, направляющие воздушные потоки на лопатки установки, генератор.
Изобретение относится к электростанциям. Способ получения электрической энергии от наземной электростанции на естественной тяге заключается в том, что наземную электростанцию располагают в сквозном канале, соединенном с привязным летательным аппаратом, в котором используют подъемную силу пара.
Изобретение относится к электростанциям. Электростанция с постоянной тягой от паронагревателя содержит помещение, сквозной канал, турбину, электрогенератор, паронагреватель с электронагревателями и терморегуляторами.

Изобретение относится к системе генерирования электрической энергии для летательного аппарата. Система (20) содержит обтекатель (21), содержащий по меньшей мере одну турбину (22), размещенную в передней части (21a) обтекателя (21), и генератор (23) электрической энергии, соединенный с упомянутой турбиной.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Многоцелевая энергетическая система использования энергии ветра содержит ветроуловитель, представляющий собой стационарное устройство, выполненное с возможностью захвата воздушных масс в горизонтальной проекции на 360°, устройство преобразования энергии ветра, включающее турбину с рабочими лопатками аэродинамического профиля и электрогенератор, энергетическая система выполнена с возможностью передачи энергии в дополнительные блоки: блок управления и распределения электроэнергии, водяной теплообменник. Изобретение направлено на максимальное использование энергии ветрового потока. 6 ил., 1 табл.

Наверх