Башенная электростанция “Торнадо”

Номер инновационного патента: 27341

Опубликовано: 16.09.2013

Автор: Низовкин Валентин Михайлович

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области бестопливных электростанций промышленной мощности на основе совместного использования ветровой и солнечной энергий и теплоаккумуляторов по принципу образования атмосферных вихрей типа «торнадо».
Задача изобретения - создание устройства, преобразующего солнечную и ветровую энергии в электрическую.
Технический результат изобретения - повышение КПД, EROEI и упрощение конструкции.
В башенной электростанции «Торнадо», состоящей из конфузорной башни, установленной на крыше здания с ветроколесом и генератором, согласно изобретению, конфузорная башня состоит из центральной опоры с периферийными тросами с дистанционными поясами и радиальными растяжками, по всей рабочей поверхности башни до крыши здания на периферийных тросах шарнирно односторонне установлены впускные клапаны из светопрозрачного теплоизолирующего материала, например, сотового поликарбоната (полигаля) с внутренним светопоглощающим слоем (селективная черная краска), причем крыша здания выполнена в виде конического бака-теплоаккумулятора, а в качестве ветроколеса и генератора используют турбогенератор с редуктором и направляющим аппаратом, при этом периферийные тросы сверху закреплены на корпусе турбогенератора, снизу на фундаментных якорях.
Турбогенератор состоит из осевой турбины со встроенным редуктором и снабжен входным направляющим аппаратом с сервоприводом, управляемым системой автоматического регулирования угла атаки по напряжению и частоте генератора.
Центральная опора конфузорной башни в верхней части имеет корзину для крепления турбогенератора, состоящую из диагональных расчалок обтекаемого профиля, жестко соединенных с кольцом направляющего аппарата турбины и креплениями периферийных тросов. Конический бак-теплоаккумулятор, выполнен с верхним селективным светопоглощающим покрытием и имеет тепловую емкость не менее зимнего энергопотребления.

Текст

Смотреть все

(51) 03 1/00 (2006.01) 24 2/42 (2006.01) 22 1/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ светопрозрачного теплоизолирующего материала,например, сотового поликарбоната (полигаля) с внутренним светопоглощающим слоем (селективная черная краска), причем крыша здания выполнена в виде конического бака-теплоаккумулятора, а в качестве ветроколеса и генератора используют турбогенератор с редуктором и направляющим аппаратом, при этом периферийные тросы сверху закреплены на корпусе турбогенератора, снизу на фундаментных якорях. Турбогенератор состоит из осевой турбины со встроенным редуктором и снабжен входным направляющим аппаратом с сервоприводом,управляемым системой автоматического регулирования угла атаки по напряжению и частоте генератора. Центральная опора конфузорной башни в верхней части имеет корзину для крепления турбогенератора, состоящую из диагональных расчалок обтекаемого профиля,жестко соединенных с кольцом направляющего аппарата турбины и креплениями периферийных тросов. Конический бактеплоаккумулятор, выполнен с верхним селективным светопоглощающим покрытием и имеет тепловую емкость не менее зимнего энергопотребления.(57) Изобретение относится к области бестопливных электростанций промышленной мощности на основе совместного использования ветровой и солнечной энергий и теплоаккумуляторов по принципу образования атмосферных вихрей типа торнадо. Задача изобретения - создание устройства,преобразующего солнечную и ветровую энергии в электрическую. Технический результат изобретения - повышение КПД,и упрощение конструкции. В башенной электростанции Торнадо,состоящей из конфузорной башни, установленной на крыше здания с ветроколесом и генератором,согласно изобретению, конфузорная башня состоит из центральной опоры с периферийными тросами с дистанционными поясами и радиальными растяжками, по всей рабочей поверхности башни до крыши здания на периферийных тросах шарнирно односторонне установлены впускные клапаны из Изобретение относится к области бестопливных электростанций промышленной мощности на основе совместного использования ветровой и солнечной энергий и теплоаккумуляторов по принципу образования атмосферных вихрей типа торнадо. В природе известен процесс преобразования тепловой и ветровой энергий в аэродинамическую путем образования и движения атмосферных вихреобразований (смерчей, торнадо, циклонов),когда при взаимодействии двух слоев воздуха,сильно различающихся по температуре, плотности и влагосодержанию, холодный наружный поток воздуха, поступающий внутрь торнадо интенсивно вытесняет более теплый воздух, находящийся внутри торнадо, который вынуждено движется по оси торнадо вверх по винтовой траектории,вследствие чего создается вихрь, имеющий мощность равную суммарной мощности тепловой и ветровой энергии. Длительное поддержание торнадо(до нескольких часов) обеспечивается стабильным поступлением тепловой и ветровой энергии по всей его наружной поверхности, что обеспечиваем огромные мощности. Так, например, торнадо диаметром до 500 м при максимальной скорости ветра 100 м/с имеет мощность до 500 000 МВт при аэродинамическом КПД близком к 1 , но полезно использовать ее практически невозможно из-за неуправляемого движения торнадо по поверхности суши или воды и изменения параметров атмосферы(Вайсберг Дж. Погода на Земле. М. Метеорология. Гидрометиздат. 1980 г. Кушин В.В. Смерчи. М. Энергоатомиздат . 1993 г.) Известно устройство Солнечный двигатель,преобразующее солнечную и ветровую энергию атмосферы в электроэнергию,включающее гелиопреобразующую поверхность внутри светопроницаемого теплоизолирующего покрытия,пространство между которыми сообщается через воздухоотводящую трубу с ветротурбиной,соединенной с электрогенерирующим устройством и снабжено теплоаккумулятором (А.с. СССР 1625999, кл. 03 6/00, 24 2/42, опубл. 07.02.1991 г). Существенными недостатками этого изобретения является сложность конструкции, низкие КПД и показатель .- универсальный показатель эффективности метода получения энергии. Когдаисточника равен или ниже единицы, источник энергии считается аккумулирующим, и не может использоваться как первичный источник энергии (//.). Ближайшим техническим решением является Башенный ветродвигатель,состоящий из вытяжной трубы, размещенной коаксиально внутри конфузорной башни с дефлектором, имеющим окна и флюгер, ветродвигатель, установленный на крыше жилого здания, нижний конец вытяжной трубы сообщен с чердачным помещением здания, где также установлен электрогенератор с длинным вертикальным валом (Патент РФ 2038511, кл. 03 3/04, опубл. 27. 06. 1995 г). Недостатками этого изобретения являются сложность конструкции, т. к. она выполнена жесткой, малый КПД и низкий показатель . Задача изобретения - создание устройства,преобразующего солнечную и ветровую энергии в электрическую. Технический результат изобретения - повышение КПД,и упрощение конструкции Задача и технический результат изобретения достигаются тем, что в башенной электростанции Торнадо, состоящей из конфузорной башни,установленной на крыше здания с ветроколесом и генератором, согласно изобретению, конфузорная башня состоит из центральной опоры с периферийными тросами с дистанционными поясами и радиальными растяжками, по всей рабочей поверхности башни до крыши здания на периферийных тросах шарнирно односторонне установлены впускные клапаны из светопрозрачного теплоизолирующего материала,например, сотового поликарбоната (полигаля) с внутренним светопоглощающим слоем (селективная черная краска), причем крыша здания выполнена в виде конического бака-теплоаккумулятора, а в качестве ветроколеса и генератора используют турбогенератор с редуктором и направляющим аппаратом, при этом периферийные тросы сверху закреплены на корпусе турбогенератора, снизу на фундаментных якорях. Турбогенератор состоит из осевой турбины со встроенным редуктором и снабжен входным направляющим аппаратом с сервоприводом,управляемым системой автоматического регулирования угла атаки по напряжению и частоте генератора. Центральная опора конфузорной башни в верхней части имеет корзину для крепления турбогенератора, состоящую из диагональных расчалок обтекаемого профиля,жестко соединенных с кольцом направляющего аппарата турбины и креплениями периферийных тросов. Конический бак-теплоаккумулятор, выполнен с верхним селективным светопоглощающим покрытием и имеет тепловую емкость не менее зимнего энергопотребления. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид башенной электростанции, на фиг.2 показан ее горизонтальный разрез, на фиг.3 узел турбогенератора, на фиг.4 - электрическая блок-схема башенной электростанции. Башенная электростанция (фиг.1,2) представляет собой конфузорную башню, установленную на крыше здания 11, состоящую из центральной трубчатой опоры 1, с периферийными тросами 3 с дистанционными поясами 8, соединенными между собой радиальными растяжками 2, при этом тросы 3 сверху закреплены на корпусе турбогенератора 5,состоящего из осевой турбины со встроенным редуктором 21, с направляющие аппаратом 4 и электрогенератором 6. На тросах 3 по высоте башни шарнирно односторонне установлены продольные впускные клапаны 9,выполненные из светопрозрачных теплоизолирующих листов с внутренним светопоглощающим слоем, например,из двухслойного прозрачного сотового поликарбоната с внутренним покрытием слоем селективной краски. Крыша здания 11 выполнена в виде конического бака-теплоаккумулятора 12 с верхним селективным светопоглощающим покрытием и имеющего тепловую емкость не менее зимнего энергопотребеления. Часть здания 11 от крыши 12, находится под покрытием из герметично закрепленных на тросах 3 прозрачных листов 10 поликарбоната и имеет входной тамбур 15. На территории внутри покрытия произведены посадки круглогодичной полезной растительности 13. Периферийные тросы 3 на почве крепятся на фундаментных якорях 7. Сверху башни установлены грозоотводы 14. Для выдачи электроэнергии в ЛЭП 16 служат кабель 17 и трансформатор 18. Вантовая система башни электростанции (фиг.3) состоит из центральной трубчатой опоры 1 с верхними диагональными расчалками 19 обтекаемого профиля, связанными кольцом 20,образующие корзину для крепления электрогенератора 6, в центре которого установлен редуктор 21 с диском 22 турбогенератора 5, его креплением 23 и конфузором 24 турбогенератора 5. Направляющий аппарат 4 имеет электросервоприводы 25, а расчалки 19 - узлы крепления 26 электрогенератора 6. Кабель 27 электрогенератора 6 пропущен через центральную опору 1, к которой в узлах 28 прикреплены радиальные растяжки 2. Электросистема башни(фиг.4) имеет программный щит 29 управления, электрически соединенный кабелем 30 с электросервоприводом 25 направляющего аппарата 4, кабелем 31 со щитом 32 электрогенератора 6, кабелем 33 с кабелем 27 и шинами 34 с трансформатором 18. Работа электростанции осуществляется следующим образом. При поступлении ветра со скоростьюклапаны 9 с наветренной стороны башни под действием ветра открываются, закручивая поток внутри башни,который по спирали движется вверх ускоряясь, так как скорость ветра возрастает с высотой, при уменьшении диаметра конфузорной башни. Направление вращения потока с учетом кориолисовой силы в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном - против часовой. Вращающийся поток с энергией, поступающей со всей рабочей площади башни через направляющий аппарат 4 поступает на лопатки турбогенератора 5, приводя ее и электрогенератор 6 во вращение с выработкой электроэнергии с высоким КПД 0,8 - 0,9. При поступлении солнечного излучения интенсивностьювнутренний светопоглощающий слой клапанов 9 переизлучает его в тепловую энергию, поступающую в спиральный поток воздуха, ускоряя его дополнительно и повышая мощность турбогенератора 5 и электрогенератора 6. Таким образом, мощность электростанции днем значительно больше ночной мощности, что соответствует общим условиям электропотребления. Поддержание напряжения и частоты тока электростанции обеспечивает автоматически регулируемый направляющий аппарат 4 турбогенератора 5, а в ЛЭП - автотрансформатор 18. Здание 11 служит не только для размещения систем управления, но и для проживания обслуживающего персонала, а крыша здания в виде конусного бака-теплоаккумулятора 12 с гелионагревом воды служит для нагрева потока воздуха ночью. Нагрев бака-теплоаккумулятора 12 до температуры кипения воды осуществляется днем за счет поглощения селективным покрытием бака 12 прямого гелиоизлучения. Байтовая конструкция башни позволяет не только использовать высокоскоростной высотный ветер, но и обеспечивает ее устойчивость при ураганах (до 100 м/с) при минимальных затратах на строительство, так как основные нагрузки приходятся на тросе-/ 3 и центральную опору 1 устойчивость которой определяется минимальными(2,5 - 3 м) интервалами между дополнительно закручивающими поток растяжками 2. Направляющий аппарат 4 турбогенератора 5 изменяет угол установки своих лопаток при помощи электросервоприводов 25. управляемого программным щитом 29 по номинальному напряжению и частоте электрогенератора 6,обеспечивая оптимальную мощность при переменной скорости закрученного в башне потока. При расчетах было принято средняя инсоляция 0,6 кВт/м 2, число часов солнечного сияния в год 2500, среднегодовая скорость ветра - 5 м/с, цена реализации 1 кВт-ч электроэнергии - 0, 15 долл. США. Расчетами установлено, что эффективность башенных электростанций резко возрастает с высотой, так как стоимость 1 кВт-ч с увеличением высоты башни с 10 м до 100 м снижается в 8,5 раз,рентабельность увеличивается в 2,5 раза,возрастает в 22 раза. Поэтому строить ветросолнечные электростанции высотой менее 30 м малорентабельно. В здании 11 башенной электростанции с высотой башни, например, 100 м, может комфортно проживать до 60 чел. Таким образом,упрощение конструкции заявляемого изобретения по сравнению с прототипом достигается за счет замены жесткой конструкции башни на более легкую вантовую, где основная нагрузка приходится на тросы, при этомс 3 - 9 увеличивается до 45 кВт-ч/ долл. США, рост КПД электростанции возрастает с 0,2 до 0,6 - 0,7 за счет замены ветроколеса на турбогенератор с регулирующим направляющим аппаратом и большей интенсивности закручивания потока. Кроме того, башенные электростанции большой высоты наиболее эффективны для сетевого и автономного электроснабжения в большинстве регионов Земли, так как помимо максимальной 3 экономической эффективности они не занимают больших площадей, не создают экологических проблем, обеспечивают жителей здания теплом,растительными продуктами питания и позволяют значительно сократить сеть линий электропередач. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Башенная электростанция Торнадо,состоящая из конфузорной башни, установленной на крыше здания с ветроколесом и генератором отличающаяся тем, что конфузорная башня состоит из центральной опоры с периферийными тросами с дистанционными поясами и радиальными растяжками, по всей рабочей поверхности башни до крыши здания на периферийных тросах шарнирно односторонне установлены впускные клапаны из светопрозрачного теплоизолирующего материала,например, сотового поликарбоната (полигаля) с внутренним светопоглощающим слоем (селективная черная краска), причем крыша здания выполнена в виде конического бака-теплоаккумулятора, а в качестве ветроколеса и генератора используют турбогенератор с редуктором и направляющим аппаратом, при этом периферийные тросы сверху закреплены на корпусе турбогенератора, а снизу - на фундаментных якорях. 2. Башенная электростанция Торнадо по п.1,отличающаяся тем, что турбогенератор состоит из осевой турбины со встроенным редуктором и снабжен входным направляющим аппаратом с сервоприводом,управляемым системой автоматического регулирования угла атаки по напряжению и частоте генератора. 3. Башенная электростанщия Торнадо по п.1 отличающаяся тем, что центральная опора конфузорной башни в верхней части имеет корзину для крепления турбогенератора, состоящую из диагональных расчалок обтекаемого профиля,жестко соединенных с кольцом направляющего аппарата турбины и креплениями периферийных тросов. 4. Башенная электростанция Торнадо по п.1 отличающаяся тем, что конический бактеплоаккумулятор выполнен с верхним селективным светопоглощающим покрытием и имеет тепловую емкость не менее зимнего энергопотребления.

МПК / Метки

МПК: F03D 1/00, F22B 1/28, F24J 2/42

Метки: электростанция», торнадо, башенная

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/6-ip27341-bashennaya-elektrostanciya-tornado.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Башенная электростанция &#8220;Торнадо&#8221;</a>

Похожие патенты