Краткое описание

Технология относится к области использования возобновляющихся источников энергии, а именно ветровой энергии, и преобразования её преимущественно в электрическую. Результатом решения изобретательской задачи является создание технологии «Ветроэнергетическая парусная установка», позволяющей эффективно использовать большую площадь ветрового потока с высоким КПД и обеспечивать устойчивое функционирование при ветрах малой скорости, порывистых и шквальных ветрах.

Возможности технологии

Результатом решения изобретательской задачи является создание технологии «Ветроэнергетическая парусная установка», позволяющей эффективно использовать большую площадь ветрового потока с высоким КПД и обеспечивать устойчивое функционирование при ветрах малой скорости, порывистых и шквальных ветрах.

Техническое решение, являющееся основой технологии «Ветроэнергетическая парусная установка» позволяет создавать мобильные и стационарные энергетические установки, в том числе и для размещения на морских судах.

Так называемые «Парусные ВЭУ» представленные в настоящее время на рынке, не являются парусными в классическом понимании. Данные установки являются лопастными, у которых лопасти выполнены из парусного материала и не являются конструкционными аналогами предлагаемой технологии «Ветроэнергетическая парусная установка».

Известно, что КПД паруса (корабельного) превосходит КПД всех других видов двигателей (двс, дизель, паровой). Лопастные ВЭУ основную часть ветра пропускают между лопастями, а небольшая доля ветра имеет одномоментное сталкивание с лопастью. При такой схеме, серьёзного отъёма энергии у ветра произвести невозможно.

«Ветроэнергетическая парусная установка» принимает всю площадь ветрового потока без потерь, парус под давлением ветра движется и отнимает у ветра большую часть энергии, с аэродинамической точки зрения профиль не переходит линию ветра.

Контрольным показателем эффективности работы ветроэнергетической парусной установки является скорость выходящего воздушного потока. Скорость входящего воздушного потока 10 м/сек, скорость выходящего воздушного потока 2-3 м/сек. Отсюда КПД (КИЭВ) коэффициент использования энергии ветра не менее 80 %, что превосходит показатель КИЭВ лопастных ВЭУ более чем на 300%.

Таким образом, технология «Ветроэнергетическая парусная установка»:

• Позволяет эффективно использовать энергию ветра с высоким КПД за счет использования большой площади ветрового потока;
• За счет сравнительно медленного движения парусных элементов (по сравнению с ветротурбинами), безопасна для человека и животных, не создает шумовых инфразвуков и радиопомех;
• Работает в приземных воздушных потоках. Турбулентность приземного воздушного потока мало влияет на эффективность работы;
• В отличие от лопастных ВЭУ, предлагаемая «Ветроэнергетическая парусная установка» легко оборудуется концентратором ветровых потоков, который из ветра в 5 м/сек делает ветер 15 м/сек.

Цель технологии «Ветроэнергетическая парусная установка» заключается:

1.    В максимальном использовании мощности ветрового потока, то есть входит в установку ветер 10 м/сек, а после отбора энергии выходит ветер 2-3 м/сек. КПД (КИЭВ) 80% и более.

2.    В компактности, безопасности, и в упрощении монтажа и обслуживания.

3.    В снижении шума, отсутствии вредных инфразвуков, безопасности для птиц и человека.

4.    В снижении стоимости вырабатываемой электроэнергии в пять и более раз при честной конкуренции (без льгот) с ГЭС и тепловыми Электростанциями.

5.    В исключении необходимости в сверхвысоких технологиях уровня самолётостроения, как это имеет место при создании лопастных ВЭУ.

6.    В доступности Парусной ВЭУ для широкого потребления.

7.    В наземном базировании установок, что также влияет на удобство обслуживания и в итоге на цену киловатта.

ВЭУ природный концентратор

Принцип работы

Четырёхугольный парус (как на парусном корабле) под давлением ветра движется по направляющим и энергию движения через трансмиссию передаёт на электрогенератор. Парус идёт по прямой линии десять и более метров, в зависимости от размера Парусной ВЭУ. Парус доходит до края, складывается и идёт в сложенном состоянии в обратном направлении по верхней узкой части между контурами на исходную позицию. В это время раскрывается другой парус и также проходит рабочий путь. Цикл повторяется бесконечно. Паруса между собой равноудалены. Парусов как минимум три (можно ставить больше), поэтому ветровой поток используется без перерыва.

Опытный образец ветроэнергетической парусной установки

Конструкция

Ветроэнергетическая парусная установка для промышленного производства электроэнергии, состоит из рамы-опоры, на противоположных сторонах которой установлены по меньшей мере две одинаковые бесконечно замкнутые жёсткие направляющие, снабжённые тремя каретками на каждой направляющей, образующие внешний контур, и две одинаковые бесконечно замкнутые жёсткие направляющие, расположенные также на противоположных сторонах, снабжённые тремя каретками на каждой направляющей, образующие внутренний контур и, по меньшей мере, три паруса прямоугольной или трапециевидной формы, закреплённые с помощью рей одной стороной к кареткам внешнего контура на расстоянии равноудалённом друг от друга, и с помощью рей другой стороной - к кареткам на направляющих внутреннего контура.

Мобильная установка выполнена разборной. Сначала собирается каркас из легких дюралевых трубок. На каждой стороне каркаса с внутренней стороны навешивается по шесть (оптимально) шкивов. На шкивы одеваются замкнутые ремни. Это внешний контур. Внутри внешнего контура также к каркасу крепится внутренний контур. Он состоит из двух бесконечно замкнутых жёстких направляющих. Внутренний контур по горизонтали и по вертикали меньше внешнего контура. Далее ставятся три или более четырёхугольных паруса с реями. Паруса одной реей крепятся к гибким передачам внешнего контура, а другой реей к кареткам внутреннего контура. Реи парусов внешнего контура равноудалены.

Ветер двигает парус. Парус тянет за собой посредством рей гибкие передачи внешнего контура (цепь или канат или ремень) и шкивы. Шкивы передают вращение через мультипликатор на стандартный генератор электроэнергии. ВЭУ крепится к земле анкерами.

Открытый рабочий парус, пройдя рабочий путь, складывается и идёт обратно через узкий нерабочий путь. Рабочим, то есть открытым становится следующий парус. Как минимум, один парус всегда является раскрытым и ведущим, а два (или более) других являются закрытыми и ведомыми. Цикл повторяется бесконечно.

Применимость технологии

Применение простой и надежной аэромеханической схемы и использование серийной, сертифицированной электрической машины общего назначения (мотор-редуктора) позволяет вывести на рынок конкурентоспособную ветроэнергетическую установку.

На основании Федерального закона от «08» августа 2001 года N 128-ФЗ "О лицензировании отдельных видов деятельности": деятельность по эксплуатации электрических сетей, которая осуществляется для обеспечения собственных нужд юридического лица или индивидуального предпринимателя не подлежит лицензированию.

Применение в качестве генератора штатного двигателя в составе конструкции ветроэнергетической парусной установки позволяет производить установку генерирующих мощностей без согласования с энергонадзором, потому что нет оснований и необходимости получать дополнительные разрешения на право включить в сеть сертифицированный асинхронный электродвигатель.

«Ветроэнергетическая парусная установка» позволяет генерировать электроэнергию переменного тока (трёхфазную, 380 V), и подавать в сеть абонента до установленной штатной измерительной аппаратуры. При этом, имея однофазный абонентский ввод, потребитель может по своему усмотрению использовать и трехфазный вывод с ветроэнергетической парусной установки и обеспечивать при слабом ветре потребителей электроэнергии с помощью добора недостающих процентов мощности из стандартной сети.

Варианты ветроэнергетической парусной установки

Мобильная разборная ветроэнергетическая парусная установка

Вес 20 килограмм. Мощность 1 киловатт при ветре 12 м/сек. Размер паруса 1,5 кв./м. Длина установки (рабочий ход паруса) 2 метра.

Ветроэнергетическая парусная установкамощностью восемь киловатт, для коттеджа

1. Габариты ВЭУ: 3 метра в высоту, 4 метра в ширину, рабочий ход паруса 5 метров (в длину).

2. Размер паруса: 4 метра в ширину и 2 метра в высоту (Площадь каждого паруса равна 8 кв. метров).

3. ВЭУ содержит четыре (оптимально) паруса.

4. ВЭУ установлена на вершине холма или на крыше гаража. От крыши до земли склон выполнен пологим и обтекаемым. Ветер концентрируется и поступает в Парусную ВЭУ в два раза более мощный, чем вокруг.

5. Для заявленной мощности ВЭУ восемь киловатт, достаточно скорости ветра 12м/сек. Благодаря искусственному концентратору ветрового потока даже при маленьком ветре на равнине, в Парусную ВЭУ будет поступать ветер необходимой силы.

6. От шкивов или кареток энергия вращения идёт сначала на маховик, затем через мультипликатор на электрогенератор. Благодаря наземному расположению ВЭУ можно устанавливать хороший тяжёлый маховик. На лопастные ВЭУ маховики ставить нельзя. Чем выше лопастная ВЭУ, тем значительней всё минимизировано по весу и размеру.

7.  Необходим двойной запас мощности электрогенераторов, так-как при очень сильном ветре (на равнине 8-10м/сек, а сконцентрированный 15-17 м/сек), Парусная ВЭУ не отключается как лопастная, а просто даёт в два-три раза больше электроэнергии, до 15-и киловатт.

Очень важные функции выполняет кожух:

a. Кожух не позволяет ветру расходиться в стороны. ВЭУ вырабатывает больше энергии.

b. Кожух служит флюгерным элементом и устанавливает ВЭУ в нужном положении. Человек освобождается от контроля за ВЭУ. (В случае частой смены направления ветра, Парусная ВЭУ устанавливается на самоориентирующуюся платформу).

3. Кожух выполняет функцию рамы-опоры. Это упрощает конструкцию.
4. Кожух выполняет функцию гильзы, парус функцию поршня, а ветер функцию пара. Система аналогична большому паровому двигателю.

Парусная ВетроЭлектроСтанция (ВЭС) мощностью пять мегаватт

1. Габариты ВЭС пятьсот тридцать (530) метров в длину и десять метров в высоту.

2.    Парусная ВетроЭлектроСтанция мощностью 5 мегаватт, состоит из тридцати четырёх (34) Парусных ВЭУ по сто пятьдесят (150) киловатт каждая, выстроенных в одну линию, в притирку (как гаражи). Работают ВЭУ независимо друг от друга, и дают электроэнергию в общую сеть.

3.    Размер паруса: пятнадцать метров в ширину и десять метров в высоту (Площадь каждого паруса равна 150 кв. метров). (На яхтах паруса по площади встречаются больше).

4.    Каждая ВЭУ содержит пять парусов.

5.    Рабочий ход паруса 20-25 метров.

6.    Вся линия парусных ВЭУ установлена на вершине холма или возвышенности и ветер, концентрируясь, образует в три раза более мощный ветропоток, чем на высоте 40 метров, который получает лопастная ВЭУ.

7.    Для заявленной мощности ВЭС в 5 мегаватт, достаточно скорости ветра 12м/сек. Благодаря природному концентратору ветрового потока даже при маленьком ветре на равнине, в Парусные ВЭУ будет поступать ветер необходимой силы.

8.    От кареток и рей энергия движения идёт сначала на маховик, затем через мультипликатор на электрогенератор. Благодаря наземному расположению ВЭУ можно устанавливать хороший тяжёлый маховик. На лопастные ВЭУ маховики не ставят. На высоте создавать дополнительную вибрацию недопустимо.

9.     Необходим двойной запас мощности электрогенераторов, так-как при очень сильном ветре (на равнине 8-10 м/сек, а сконцентрированный 15-17 м/сек), Парусные ВЭУ не отключаются как лопастные, а просто дают в два-три раза больше электроэнергии, до 15-и мегаватт.

Морское судно, оснащенное ветроэнергетической парусной установкой

На водном транспортном средстве, крутящий момент с парусной ВЭУ передаётся с помощью трансмиссии, прямо на гребной винт, если судно небольших размеров. Если длина морского судна больше 10 метров, то крутящий момент сначала идёт на электрогенератор, затем электроэнергия по тоководам идёт к двигателю, снова преобразуется в механическую энергию и передаётся движителям. При изменении направления ветра или курса корабля, парусная ВЭУ на самоориентирующейся платформе поворачивается парусом поперёк ветра, что позволит кораблю идти против ветра с той же скоростью, что и по ветру.

Основные качества инновации

1. Яхта с Парусной ВЭУ идёт строго против ветра.

2.Самоориентируемая Парусная установка, яхтой управляет один оператор.

3. Отсутствие крена парусного судна.

4. КПД парусного ветродвигателя 80 %.

5. Скорость яхты неизменная в любом направлении.

6. Работает Парусная ВЭУ при скорости ветра до 20 метров в секунду, благодаря движущимся парусам. Движущиеся паруса при сильных порывах ветра увеличивая-уменьшая скорость, создают амортизацию давления на парусную ткань, чего не имеют паруса яхты с жестким креплением.

7. Электроэнергия от ветроэнергетической парусной установкивсегда в избытке и идёт на питание электротехники и зарядку аккумуляторов.

8. Цена производимого киловатт-часа будет значительно дешевле, чем у лопастных ВЭУ.

9. Парусный ветродвигатель не создаёт вибраций и механически безопасен для человека и птиц.

Патентная защита

Технология «Ветроэнергетическая парусная установка» защищена патентом на изобретение РФ №2346182, дата закрепления приоритета «05» марта 2007 г. по заявке на получение патента № 2007108125. Международная патентная защита по заявке РСТ (WO/2008/108684) от «15» февраля 2008 года.