Высотная ветроэнергетическая установка

Полезная модель относится к малой и средней ветроэнергетике и предназначена для преобразования энергии ветра на большой высоте (более 20 м над поверхностью Земли) в электрическую энергию. В высотной ветроэнергетической установке, содержащей аэростат, заполненный газом легче воздуха, внутри полости которого размещено ветроколесо, соединенное через мультипликатор с генератором, систему силовых кабелей, креплений, наземную платформу, содержащую лебедку с приводом, инвертор и накопитель энергии, аэростат выполнен в форме тора, снабжен каркасом, соединенным стержнями с каркасом хвостовика, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда, заполненного газом легче воздуха, внутри канала образованного аэростатом установлено ветроколесо, мультипликатор и генератор, помещенные в корпус, причем генератор расположен ниже оси симметрии аэростата. Соединительные стержни могут быть выполнены полыми. Каркас аэростата, хвостовика и соединительные стержни выполнены из алюминия. Мультипликатор изготовлен из высокопрочной пластмассы. В качестве преобразователя энергии используют высокочастотный генератор. Технический результат: снижение габаритов при сохранении той же мощности и обеспечение возможности простой ориентации установки по ветру. 1 н.п.ф., 3 ил.

Полезная модель относится к малой и средней ветроэнергетике и предназначена для преобразования энергии ветра на большой высоте (более 20 м над поверхностью Земли) в электрическую энергию.

Известна высотная ветроэнергетическая установка (Патент США 4084102, МПК F03D 11/00, опубликован 11.04.1979), содержащая ветроколеса с вертикальной осью вращения, гибкий вал, наземную установку с электрогенератором, аэростат. Турбины с вертикальной осью вращения, расположенные вдоль гибкого вала, поднимаются над поверхностью Земли при помощи аэростата. Вращающий момент от турбин передается по гибкому валу в наземную установку с электрогенератором.

Недостатками указанной высотной ветроэнергетической установки являются сложность конструкции, отсутствие возможности регулирования вырабатываемой мощности, большие и неэффективные габариты аэростата. А так же невозможность поднимать установку выше 20-30 метров из-за ограничения размеров гибкого вала.

Известна высотная ветроэнергетическая установка (Патент Российской Федерации 2464447, МПК F03D 11/00, опубликован 20.10.2012 г.) содержит парус, силовые канаты, соединенные с парусом, аэростат и барабаны, каждый из которых соединен со своей электрической машиной. Аэростат соединен с парусом и с силовым канатом, соединенным с вновь введенным дополнительным канатом, расположенным на первом барабане. Аэростат также соединен и с другим силовым канатом, соединенным с парусом, причем на втором барабане расположен силовой канат, соединенный с парусом. Барабаны могут быть размещены на поворотной платформе.

Недостатками указанной высотной ветроэнергетической установки являются сложность исполнения и управления, малый коэффициент использования энергии ветра, неэффективное использование аэростата.

Известна воздушная ветроэлектрическая станция (Патент США 4 166596, МПК F03D 11/00, опубликован 4.09.1979), принятая за прототип, содержащая аэростат, заполненный газом легче воздуха, ветроколесо, генератор, систему силовых кабелей, тросов, шкивов и блоков, наземную платформу. Аэростат выполнен в виде полого, сигарообразного тела, внутри полости которого размещено ветроколесо. Ветроколесо соединено через мультипликатор с преобразователем энергии (генератором). Электроэнергия, вырабатываемая в преобразователе, передается с помощью силовых кабелей на наземную платформу. Управление осуществляется с наземной платформы при помощи системы тросов, шкивов и блоков.

Недостатками указанной воздушной ветроэлектрической станции являются большие габариты и сложность ориентации по ветру.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в снижении габаритов при сохранении той же мощности и обеспечении возможности простой ориентации установки по ветру.

Технический результат заключается в том, что в высотной ветроэнергетической установке, содержащей аэростат, заполненный газом легче воздуха, внутри полости которого размещено ветроколесо, соединенное через мультипликатор с генератором, систему силовых кабелей, креплений, наземную платформу, содержащую лебедку с приводом, инвертор и накопитель энергии, аэростат выполнен в форме тора, снабжен каркасом, соединенным стержнями с каркасом хвостовика, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда, заполненного газом легче воздуха, внутри канала образованного аэростатом установлено ветроколесо, мультипликатор и генератор, помещенные в корпус, причем генератор расположен ниже оси симметрии аэростата. Соединительные стержни могут быть выполнены полыми. Каркас аэростата, хвостовика и соединительные стержни выполнены из алюминия. Мультипликатор изготовлен из высокопрочной пластмассы. В качестве преобразователя энергии используют высокочастотный генератор.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами приведенными на фиг. 1-3:

на фиг. 1 изображена высотная ветроэнергетическая установка,

на фиг. 2 изображен аэростат с хвостовиком,

на фиг. 3 изображен каркас аэростата соединенный стержнями с каркасом хвостовика.

Высотная ветроэнергетическая установка содержит аэростат 1, заполненный газом 3 легче воздуха (например, водородом или гелием). Аэростат 1 выполнен в форме тора, состоит из каркаса 2, обтянутого газонепроницаемой оболочкой. К каркасу 2 аэростата 1 жестко прикреплен хвостовик 4 с помощью соединительных стержней 6. Хвостовик 4 заполнен газом 3 легче воздуха, выполнен в форме параллелепипеда, состоит из каркаса 5 обтянутого газонепроницаемой оболочкой. Каркас 2 аэростата, каркас 5 хвостовика и соединительные стержни 6 выполнены из алюминия для снижения массы установки. Так же соединительные стержни 6 могут быть выполнены полыми, для повышения прочности при одновременном снижении массы установки. Внутри канала образованного аэростатом 1 установлено ветроколесо 7. Аэростат 1 является аэродинамическим концентратором, обеспечивает повышение коэффициента использования энергии ветра, за счет сужения аэродинамического канала. Ветроколесо 7 соединено через мультипликатор 8, выполненный для снижения веса установки из высокопрочной пластмассы, с преобразователем энергии, в качестве которого, для снижения веса установки, используется высокочастотный генератор 9. Мультипликатор 8 и высокочастотный генератор 9 помещены в корпус 10, предохраняющий их от повреждений, прикрепленный к каркасу 2 аэростата 1. Высокочастотный генератор 9 расположен в корпусе 10 ниже оси симметрии аэростата 1. Аэростат 1 соединен с наземной платформой 11 через подвижное крепление 12, соединенное с каркасом 2. Высокочастотный генератор 9 силовым кабелем 13 соединен с инвертором 14, который в свою очередь имеет подключение к накопителю энергии 15 и потребителю 16. На наземной платформе 11 установлена лебедка 17 соединенная с приводом 18. При помощи лебедки 17 регулируют длину силового кабеля 13, и, следовательно, высоту поднятия аэростата.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Аэростат 1 поднимают на заданную высоту, в зону с высокой скоростью ветрового потока. При помощи хвостовика 4, установка ориентируется по ветру так, чтобы ветроколесо 7 было перпендикулярно ветровому потоку. Ветроколесо 7, взаимодействуя с ветровым потоком, преобразует кинетическую энергию движения ветра в механическую энергию вращения, которая через мультипликатор 8 передается к высокочастотному генератору 9. Высокочастотный генератор 9, заключенный вместе мультипликатором 8 в корпус 10 установлен ниже оси симметрии аэростата 1 для того, чтобы компенсировать вращательный момент со стороны ветрового потока, оказываемого на оболочку аэростата 1. Из высокочастотного генератора 9 преобразованная энергия по силовому кабелю 13, поступает на инвертор 14, а далее потребителю 16, излишки энергии аккумулируются в накопителе 15.

1. Высотная ветроэнергетическая установка, содержащая аэростат, заполненный газом легче воздуха, внутри полости которого размещено ветроколесо, соединенное через мультипликатор с преобразователем энергии, систему силовых кабелей, креплений, наземную платформу, содержащую лебедку с приводом, инвертор и накопитель энергии, отличающаяся тем, что аэростат выполнен в форме тора, снабжен каркасом, соединенным стержнями с каркасом хвостовика, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда, заполненного газом легче воздуха, внутри канала образованного аэростатом установлено ветроколесо, мультипликатор и генератор, помещенные в корпус, причем генератор расположен ниже оси симметрии аэростата.

2. Высотная ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что соединительные стержни выполнены полыми.

3. Высотная ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что каркас аэростата, хвостовика и соединительные стержни выполнены из алюминия.

4. Высотная ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что мультипликатор изготовлен из высокопрочной пластмассы.

5. Высотная ветроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве преобразователя энергии используют высокочастотный генератор.