Ветроэнергетическая установка

Полезная модель относится к области малой энергетики и может быть использована для создания ветроэнергетических станций. Ветроэнергетическая установка, содержащая лопасти, установленные на кольцевом понтоне, выполненном с возможностью вращения относительно вертикальной оси, преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения, размещенный на платформе, охваченной кольцевым понтоном, кинематический механизм, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона на приемный узел преобразователя энергии, отличается тем, что платформа выполнена плавучей и снабжена средствами позиционирования, включающими как минимум шесть якорей, размещенных на дне, преимущественно попарно, связанных с платформой гибкими элементами так, что проекция на горизонтальную плоскость одного гибкого элемента ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, а проекция второго гибкого элемента ориентирована касательно, причем скрепленный с ним якорь смещен в сторону, противоположную направлению вращения кольцевого понтона относительно точки закрепления гибкого элемента на платформе. При этом якоря расположены вне пределов проекции платформы на дно. Кроме того, платформа содержит плавучее основание и снабженную преобразователем энергии надводную часть, связанную с плавучим основанием, полностью погруженным в воду, герметичными колоннами, длина которых больше суммы надводной высоты платформы и глубины зоны действия ветровых волн, при этом длина их поперечного сечения больше ширины, причем длинная ось их сечения ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, кроме того, расстояние от оси вращения кольцевого понтона, до наиболее удаленного участка герметичной колонны меньше внутреннего радиуса кольцевого понтона. Кроме того плавучему основанию платформы придана форма правильного многоугольника, при этом гибкие элементы прикреплены к плавучему основанию платформы в точках максимально удаленных от оси вращения кольцевого понтона, предпочтительно размещенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Кроме того, горизонтальные размеры плавучего основания платформы превышают соответствующие размеры ее надводной части. Технический результат выражается в расширении возможных мест размещения ветроэнергетических установок за счет свободной поверхности шельфа морей с глубинами свыше 50 метров в зоне наиболее сильных и стабильных ветров с малой турбулентностью, что также обеспечивает увеличение выработки электроэнергии. 3 ил.

Полезная модель относится к области малой энергетики и может быть использована для создания ветроэнергетических станций.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая ветровоспринимающие рабочие органы, установленные на кольцевом понтоне и преобразователь энергии, кинематически связанный с понтоном (см. а.с. СССР 1719713, МКИ⁵ F03D 3/06, 1992 г.).

Недостаток этого решения выражается в усложнении передачи механической энергии на электрогенераторы, особенно при увеличении размеров колеса, что вызвано наличием сил радиального смещения понтона при его вращении. Таким образом, понтон эффективно взаимодействует только с теми генераторами, в направлении которых действует названная сила. Кроме того, необходимость сооружения кольцевого канала (или, по крайней мере, монтирования нескольких опорных элементов (ограничителей) по внешнему периметру понтона) существенно усложняет и удорожает монтаж установки.

Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения, кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, поворотные лопасти, установленные на кольцевом понтоне, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей, гибкие тяги, связанные с кольцевым понтоном и со ступицей преобразователя энергии, установленной с возможностью вращения соосно с кольцевым понтоном, кинематический механизм, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона на приемный узел преобразователя энергии (патент РФ 2330989, МПК F03D 3/06, 2008 г.).

Недостаток этого решения выражается в больших гидродинамических потерях энергии и низкой производительности, поскольку плавучая платформа выполнена вращающейся.

Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая лопасти, установленные на кольцевом понтоне, выполненном с возможностью вращения относительно вертикальной оси, преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения, размещенный на платформе, охваченной кольцевым понтоном, кинематический механизм, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона на приемный узел преобразователя энергии (патент РФ 2118705, МКИ⁶ F03D 3/06, 1998 г.).

Недостаток прототипа заключается в невозможности размещения ветроэнергетической установки на глубоководном участке шельфа, так как платформа в известном решении выполнена стационарной.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, выражается в снятии ограничений по месту размещения ветроэнергетической установки на водной поверхности.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении возможных мест размещения ветроэнергетических установок за счет свободной поверхности шельфа морей с глубинами свыше 50 метров в зоне наиболее сильных и стабильных ветров с малой турбулентностью, что также обеспечивает увеличение выработки электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая лопасти, установленные на кольцевом понтоне, выполненном с возможностью вращения относительно вертикальной оси, преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения, размещенный на платформе, охваченной кольцевым понтоном, кинематический механизм, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона на приемный узел преобразователя энергии, отличается тем, что платформа выполнена плавучей и снабжена средствами позиционирования, включающими как минимум шесть якорей, размещенных на дне, преимущественно попарно, связанных с платформой гибкими элементами так, что проекция на горизонтальную плоскость одного гибкого элемента ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, а проекция второго гибкого элемента ориентирована касательно, причем скрепленный с ним якорь смещен в сторону, противоположную направлению вращения кольцевого понтона относительно точки закрепления гибкого элемента на платформе. При этом якоря расположены вне пределов проекции платформы на дно. Кроме того, платформа содержит плавучее основание и снабженную преобразователем энергии надводную часть, связанную с плавучим основанием, полностью погруженным в воду, герметичными колоннами, длина которых больше суммы надводной высоты платформы и глубины зоны действия ветровых волн, при этом длина их поперечного сечения больше ширины, причем длинная ось их сечения ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, кроме того, расстояние от оси вращения кольцевого понтона, до наиболее удаленного участка герметичной колонны меньше внутреннего радиуса кольцевого понтона. Кроме того, плавучему основанию платформы придана форма правильного многоугольника, при этом гибкие элементы прикреплены к плавучему основанию платформы в точках максимально удаленных от оси вращения кольцевого понтона, предпочтительно размещенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Кроме того, горизонтальные размеры плавучего основания платформы превышают соответствующие размеры ее надводной части.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения и существенных признаков аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».

При этом совокупность отличительных признаков формулы полезной модели позволяет расширить возможные места размещения ветроэнергетических установок за счет свободной поверхности шельфа морей с глубинами свыше 50 метров в зоне наиболее сильных и стабильных ветров с малой турбулентностью, что обеспечит увеличение выработки электроэнергии.

На фиг.1 изображена ветроэнергетическая установка в горизонтальном виде, на фиг.2 - вид сверху и на фиг.3-горизонтальный разрез по поверхности воды.

На чертежах показаны платформа 1, кольцевой понтон 2, кинематический механизм 3, приемный узел 4 преобразователя энергии, лопасть 5, вертикальная ось вращения 6 кольцевого понтона 2, якоря 7, дно водоема 8, гибкие элементы 9 и 10, точка 11 закрепления гибких элементов 9 и 10 к плавучему основанию 12 платформы 1, надводная часть 13 платформы 1, герметичная колонна 14, длинная ось 15 сечения герметичной колонны 14.

Ветроэнергетическая установка содержит платформу 1, охваченную кольцевым понтоном 2, кинематический механизм 3, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона 2 на приемный узел 4 преобразователя энергии (преобразователь энергии полностью на чертежах не показан).

На кольцевом понтоне 2 установлены лопасти 5 и выполнен он с возможностью вращения относительно вертикальной оси 6.

Платформа 1 выполнена плавучей и снабжена средствами позиционирования, включающими как минимум шесть якорей 7, размещенных на дне 8, преимущественно попарно, связанных с платформой 1 гибкими элементами (тросами или цепями) 9 и 10 так, что проекция на горизонтальную плоскость одного гибкого элемента 9 ориентирована радиально к оси вращения 6 кольцевого понтона 2, а проекция второго гибкого элемента 10 ориентирована касательно, причем скрепленный с ним якорь 7, смещен в сторону, противоположную направлению вращения кольцевого понтона 2 относительно точки 11 закрепления гибких элементов 9 и 10 на плавучем основании 12. При этом якоря 7 расположены вне пределов проекции платформы 1 на дно 8. Кроме того, платформа 1 содержит плавучее основание 12 и снабженную преобразователем энергии 4, надводную часть 13, связанную с плавучим основанием 12, полностью погруженным в воду, герметичными колоннами 14, длина которых больше суммы надводной высоты платформы 1 и глубины зоны действия ветровых волн, при этом длина их поперечного сечения больше ширины, причем длинная ось 15 их сечения ориентирована радиально к оси вращения 6 кольцевого понтона 2, которая совпадает с вертикальной осью платформы 1. Плавучему основанию 12 платформы 1 придана форма правильного многоугольника, при этом гибкие элементы 9 и 10 прикреплены к платформе 1 в точках 11 плавучего основания 12, максимально удаленных от оси вращения 6 кольцевого понтона 2, предпочтительно размещенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Кроме того, горизонтальные размеры плавучего основания 12 платформы 1 превышают соответствующие размеры ее надводной части и приближены к диаметру кольцевого понтона 2.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

Ветроэнергетическую установку транспортируют к месту размещения в сборе наплаву путем буксировки. В заданном месте шельфовой зоны на дно 8 устанавливают якоря 7 на существенном удалении за пределами проекции платформы 1 на дно 8. Прикрепляют якоря 7 гибкими элементами 9 и 10 к плавучему основанию 12 платформы 1 в точках 11. При этом гибкие элементы 9 через прикрепленные к ним якоря 7 обеспечивают стабильное положение платформы 1 в горизонтальной плоскости, а вытесняемый объем плавучего основания 12 и герметичных колонн 14 обеспечивает стабильность вертикального положения платформы 1.

Ветровой поток, воздействующий на лопасти 5, создает крутящий момент, который через кинематический механизм 3 передается на приемный узел 4 преобразователя энергии, а с преобразователя энергии - на платформу 1. Этот крутящий момент уравновешивается моментом, создаваемым горизонтальными составляющими растягивающих сил в гибких элементах 10. Наклон гибких элементов 9 и 10 из-за удаленности якорей 7 от проекции платформы 1 на дно 8 позволяет уменьшить силы и массу якорей 7. При этом динамическая составляющая крутящего момента, возникающая из-за порывов ветра, сглаживается инерционностью платформы 1 и больших присоединенных масс воды, чему способствует некруговая форма плавучего основания 12 и вытянутая в радиальном направлении форма герметичных колонн 14.

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая лопасти, установленные на кольцевом понтоне, выполненном с возможностью вращения относительно вертикальной оси, преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования энергии вращения, размещенный на платформе, охваченной кольцевым понтоном, кинематический механизм, выполненный с возможностью передачи энергии вращения кольцевого понтона на приемный узел преобразователя энергии, отличающаяся тем, что платформа выполнена плавучей и снабжена средствами позиционирования, включающими как минимум шесть якорей, размещенных на дне преимущественно попарно, связанных с платформой гибкими элементами так, что проекция на горизонтальную плоскость одного гибкого элемента ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, а проекция второго гибкого элемента ориентирована касательно, причем скрепленный с ним якорь смещен в сторону, противоположную направлению вращения кольцевого понтона относительно точки закрепления гибкого элемента на платформе.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что якоря расположены вне пределов проекции платформы на дно.

3. Ветроэнергетическая установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что платформа содержит плавучее основание и снабженную преобразователем энергии надводную часть, связанную с плавучим основанием, полностью погруженным в воду, герметичными колоннами, длина которых больше суммы надводной высоты платформы и глубины зоны действия ветровых волн, при этом длина их поперечного сечения больше ширины, причем длинная ось их сечения ориентирована радиально к оси вращения кольцевого понтона, кроме того, расстояние от оси вращения кольцевого понтона до наиболее удаленного участка герметичной колонны меньше внутреннего радиуса кольцевого понтона.

4. Ветроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что плавучему основанию платформы придана форма правильного многоугольника, при этом гибкие элементы прикреплены к плавучему основанию платформы в точках, максимально удаленных от оси вращения кольцевого понтона, предпочтительно размещенных на одинаковых расстояниях друг от друга.

5. Ветроэнергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что горизонтальные размеры плавучего основания платформы превышают соответствующие размеры ее надводной части.