RU2804744C1 - Wind power unit - Google Patents

Abstract

FIELD: renewable energy.

SUBSTANCE: invention can be used to create mobile wind turbines. The sailing ship uses a kite balloon as a sail, comprises a hydro generator, control cables and a winch that regulates the length of the control cables. On the deck of a sailing vessel, mobile weights of variable buoyancy are placed, configured to quickly transfer a kite from a surface to a submerged position. Control cables are used as guides along which mobile weights move from the deck of a sailing ship to the water, transferring their weight to the kite. This allows quickly moving the kite from the surface to the underwater position and vice versa.

EFFECT: providing the ability to quickly lift and retract the kite, increase the working area of the kite without increasing the deck size, use the kite in a submerged position as a floating anchor and check its tightness.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области использования возобновляемой энергии ветра. Известна «Парусная ветроэнергетическая установка преобразующая энергию потоков двух сред" (патент РФ 2722760) включающая» [1]:The invention relates to the field of using renewable wind energy. The well-known “Sailing wind power plant that converts the energy of two media flows” (RF patent 2722760) includes” [1]:

- парусное судно (далее ПС) с одной или несколькими мачтами;- a sailing vessel (hereinafter referred to as the PS) with one or more masts;

- гидрогенератор, выполненный в виде винта и обеспечивающий преобразование поступательное движение судна во вращательное движение винта, движимого набегающим потоком воды, а вращательное движение винта в электроэнергию.- a hydraulic generator, made in the form of a screw and ensuring the conversion of the forward motion of the vessel into the rotational motion of the screw, driven by the incoming flow of water, and the rotational motion of the screw into electricity.

Изобретение позволяет резко уменьшить размеры преобразователя кинетической энергии движения среды в электрическую (компактная гидротурбина вместо большого ветрового колеса), но при этом мощность ветроэнергетической установки (далее ВЭУ) ограничена высотой мачт ПС (скорость ветра увеличивается с увеличением высоты, а мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра). Этот недостаток преодолевается заменой парусов на воздушный змей или змейковый аэростат (далее ЗА) который может быть поднят на большую высоту. Известно «Судно, содержащее свободно летящий типа воздушного змея, атакуемый ветром элемент в качестве приводного блока» (патент РФ 2369521), отличающееся тем, что содержит генератор для получения энергии, который приводится в действие потоком воды снаружи судна, в частности, через гребной винт или турбину судна [2]. Помимо «свободно летящего элемента» данное устройство включает управляющий трос (линь) и управляющую лебедку (совместный приводной рабочий элемент). Примем это решение в качестве прототипа, поскольку в описании использован термин «подобный воздушному змею элемент», то есть решение распространяется и на змейковый аэростат, используемый вместо змея. В «Способе производства электрической энергии при помощи ветряной системы» приведен (патент РФ 2436992) пример такого использования [3]. При таком решении рабочая площадь (размеры) ЗА и, следовательно, мощность ВЭУ, ограничена необходимостью сохранения возможности быстрой уборки ЗА. Если на пути ПС встретится берег или сплошные льды, а ветер, даже с увеличением высоты полета ЗА, не переменит свое направление, ЗА придется убрать. Придется его экстренно убирать и при приближающемся урагане. Для этого нужно будет:The invention makes it possible to sharply reduce the size of the converter of the kinetic energy of the movement of the medium into electrical energy (a compact hydraulic turbine instead of a large wind wheel), but at the same time the power of the wind power plant (hereinafter referred to as the wind turbine) is limited by the height of the PS masts (wind speed increases with increasing height, and the power of the wind flow is proportional to the cube of the speed wind). This disadvantage is overcome by replacing the sails with a kite or a kite balloon (hereinafter referred to as ZA), which can be raised to a greater height. It is known “A vessel containing a free-flying kite-type element attacked by the wind as a drive unit” (RF patent 2369521), characterized in that it contains a generator for generating energy, which is driven by the flow of water outside the vessel, in particular, through a propeller or a ship's turbine [2]. In addition to the “free-flying element,” this device includes a control cable (line) and a control winch (joint drive operating element). Let us take this solution as a prototype, since the description uses the term “kite-like element”, that is, the solution also applies to a kite balloon used instead of a kite. An example of such use is given in the “Method for producing electrical energy using a wind system” (RF patent 2436992) [3]. With this solution, the working area (dimensions) of the wind turbine and, consequently, the power of the wind turbine is limited by the need to maintain the ability to quickly clean the wind turbine. If the PS encounters a shore or solid ice on its way, and the wind, even with an increase in ZA’s flight altitude, does not change its direction, the ZA will have to be removed. We will have to remove it urgently even with an approaching hurricane. To do this you will need:

- подтянуть аэростат к поверхности судна;- pull the balloon to the surface of the vessel;

- стравить несущий газ (потери);- bleed off the carrier gas (losses);

- разложить оболочку на свободной палубе (а первая может быть непомерно велика для второй);- lay out the shell on a free deck (and the first one may be prohibitively large for the second);

- компактно свернуть (чтобы освободить палубу).- roll up compactly (to free up the deck).

При появлении ветра нужного направления или окончании урагана придется повторить все в обратном порядке. При этом главным ограничителем будет выступать размер палубы, поскольку при его увеличении увеличиваются и размеры ПС, а, следовательно, его масса и гидродинамическое сопротивление, что приведет к потерям вырабатываемой энергии при движении. Налицо противоречие:When wind appears in the desired direction or the hurricane ends, you will have to repeat everything in the reverse order. In this case, the main limiter will be the size of the deck, since as it increases, the dimensions of the substation also increase, and, consequently, its mass and hydrodynamic resistance, which will lead to losses of generated energy during movement. There is a contradiction:

- для увеличения мощности ВЭУ ЗА должен быть максимально большим;- to increase the power of the wind turbine, the ZA must be as large as possible;

- для быстрой уборки ЗА должен быть компактным.- for quick cleaning, the ZA must be compact.

Противоречие решается с помощью методов инновационного консалтинга «перевод в другое измерение» и «использование элементов окружающей среды», а именно: при необходимости (остановка, приближение урагана) ЗА опускается для уборки не на палубу ПС, а под водную поверхность. Это снимает ограничения, накладываемые размером палубы ПС на размер ЗА и экономит время уборки (постановки) ЗА за счет исключения операций стравливания (наполнения) и упаковки (распаковки). А чтобы ЗА быстро погрузился на необходимую глубину, его нужно снабдить на момент погружения мобильным пригрузом переменной плавучести (далее ППП). На момент постановки ЗА он освобождается от ППП и занимает надводное положение.The contradiction is resolved using the methods of innovative consulting “transfer to another dimension” and “use of environmental elements”, namely: if necessary (stop, approaching hurricane), the ZA is lowered for cleaning not on the deck of the substation, but under the water surface. This removes the restrictions imposed by the size of the PS deck on the size of the AF and saves the time of cleaning (setting) the AF by eliminating the operations of bleeding (filling) and packing (unpacking). And in order for the ZA to quickly dive to the required depth, it must be equipped at the time of diving with a mobile weight of variable buoyancy (hereinafter referred to as VPP). At the time of setting up the ZA, it is freed from the IFR and occupies a surface position.

Техническим результатом изобретения является обеспечение быстрого подъема в надводное положение и спуска в подводное положение змейкового аэростата. При этом подводное положение аэростата дает возможность для инспекции герметичности ЗА, поскольку место повреждения поверхности ЗА определяется по наличию пузырьков несущего газа в месте повреждения, а также возможность использования ЗА в виде плавучего якоря. Принципиальная возможность последнего может быть проиллюстрирована решением «Плавучий якорь» (патент СССР 1643314) [4].The technical result of the invention is to ensure rapid ascent to the surface position and descent to the submerged position of the kite balloon. In this case, the underwater position of the balloon makes it possible to inspect the airtightness of the aircraft, since the location of damage to the surface of the aircraft is determined by the presence of carrier gas bubbles at the site of damage, as well as the possibility of using the aircraft in the form of a sea anchor. The fundamental possibility of the latter can be illustrated by the “Floating anchor” solution (USSR patent 1643314) [4].

Цель изобретения: увеличение рабочей площади ЗА, без увеличения размера палубы ПС и времени постановки и уборки ЗА.The purpose of the invention: to increase the working area of the AF, without increasing the size of the SS deck and the time for setting up and cleaning the AF.

Поставленная цель достигается тем, что на палубе ПС размещаются мобильные ППП, выполненные с возможностью быстро переводить ЗА из надводного в подводное положение, а управляющие тросы используются как направляющие, по которым мобильные ППП перемещаются с палубы ПС на воду передавая свой вес на ЗА. Это позволяет быстро перемещать ЗА из надводного в подводное положение и наоборот.This goal is achieved by the fact that mobile PPPs are placed on the deck of the substation, made with the ability to quickly transfer the RV from the surface to the submerged position, and the control cables are used as guides along which the mobile PPPs move from the deck of the substation to the water, transferring their weight to the RV. This allows you to quickly move the AAV from the surface to the submerged position and vice versa.

Предлагаемое устройство ВЭУ обеспечивает:The proposed wind turbine device provides:

- снятие ограничений на размер ЗА со стороны размера палубы ПС;- removal of restrictions on the size of the AF from the size of the SS deck;

- быстрый подъем и уборку ЗА;- quick rise and cleaning;

- использования ЗА в подводном положении как плавучего якоря;- use of the submarine in a submerged position as a floating anchor;

- возможность инспекции герметичности ЗА в подводном положении (место повреждения поверхности ЗА определяется по наличию пузырьков водорода в месте повреждения).- the possibility of inspecting the tightness of the protective equipment in an underwater position (the location of damage to the surface of the protective valve is determined by the presence of hydrogen bubbles at the damage site).

Заявляемое устройство с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах успешно реализовано на практике с получением указанного выше результата.The inventive device with its inherent essential features can be successfully implemented in practice repeatedly and in various variants to obtain the above result.

Пример. На Фиг. 1 предлагаемая ВЭУ показана в рабочем положении при виде сверху. Установка движется благодаря многосекционному ЗА (1), расположенному на высоте с достаточной силой ветра. ЗА связан с ПС(2) управляющими тросами (3), длина которых регулируется управляющей лебедкой (4). ПС тянет за собой трал (5) для уборки плавающего мусора определенного размера с водной поверхности [5]. Трал спускается и поднимается на палубу по кормовому слипу (6), при помощи траловой лебедки (7), и управляющих тросов (8). Собранный тралом пластик может утилизироваться на установке выработки несущего газа для ЗА (водород сверхтекуч и потери его велики, кроме того при экстренном погружении ЗА под воду часть водорода придется стравить).Example. In FIG. 1 the proposed wind turbine is shown in its operating position in a top view. The installation moves thanks to a multi-section ZA (1), located at a height with sufficient wind force. The ZA is connected to the PS (2) by control cables (3), the length of which is regulated by the control winch (4). The PS pulls a trawl (5) to remove floating debris of a certain size from the water surface [5]. The trawl is lowered and raised to the deck along the stern slip (6), using a trawl winch (7) and control cables (8). The plastic collected by the trawl can be disposed of at a carrier gas production facility for the submarine (hydrogen is superfluid and its losses are large, in addition, in the event of an emergency immersion of the submarine under water, some of the hydrogen will have to be released).

При переработке собранного мусора (Фиг. 2) трал убирается и вместо него по кормовому слипу (6) спускается буксируемый [6] по тросу (9) гидрогенератор (10), использующий энергию потока набегающей воды для выработки электроэнергии. Вырабатываемая во время движения ПС электроэнергия идет на переработку собранного плавучего мусора в водород и топливо.When processing the collected garbage (Fig. 2), the trawl is removed and instead, a hydraulic generator (10) towed [6] along a cable (9) is lowered along the stern slip (6), using the energy of the flow of incoming water to generate electricity. The electricity generated during the movement of the substation is used to process the collected floating debris into hydrogen and fuel.

На Фиг. 3 предлагаемая ВЭУ представлена в нерабочем положении, когда ЗА убран под воду, с помощью ППП (11). В качестве таковых использованы подводные лодки (в пилотируемом или беспилотном варианте), работающие синхронно с ПС (2). Они, используя управляющие тросы (3) как направляющие, перемещаются с палубы ПС на воду, а затем, используя переменную плавучесть, и в подводное положение, передавая свой вес на ЗА. (Для управления плавучестью на подводных лодках имеются балластные и вспомогательные цистерны, которые могут быть поочередно заполнены водой или воздухом. Кроме того, у подводных лодках есть подвижные наборы коротких «крыльев», называемых гидропланами, которые помогают контролировать угол погружения и использовать силовые установки лодок и сопротивление воды для более быстрого погружения). ЗА при этом погрузится на такую глубину, где ему не будут страшны ни ураган, ни океанские волны. При этом ЗА (1), соединенный с ПС управляющими тросами (3), в таком положении будет играть роль плавучего якоря, фиксирующего судно в определенной точке морской поверхности.In FIG. In Fig. 3, the proposed wind turbine is shown in a non-working position, when the AC is removed under water, using the PPP (11). Submarines (in manned or unmanned versions) operating synchronously with the substation (2) were used as such. They, using control cables (3) as guides, move from the deck of the substation to the water, and then, using variable buoyancy, to the underwater position, transferring their weight to the rear. (To control buoyancy, submarines have ballast and auxiliary tanks that can be alternately filled with water or air. In addition, submarines have movable sets of short "wings" called floatplanes, which help control the angle of dive and use the boat's propulsion systems and water resistance for faster immersion). At the same time, it will plunge to such a depth where it will not be afraid of either a hurricane or ocean waves. In this case, the ZA (1), connected to the PS by control cables (3), in this position will play the role of a floating anchor, fixing the vessel at a certain point on the sea surface.

Перед переводом ЗА из подводного в надводное положение, (Фиг. 4) он может подполняться водородом, для чего концы ЗА (1) лебедкой (4) подтягиваются к носу ПС (2), где располагается заправочное устройство. Сам ЗА при этом практически сворачивается в кольцо. ППП (11) обеспечивают при этом подъем концов этого кольца на поверхность моря для удобства заправки. ППП в автономном плавании могут использоваться д я подводной инспекции целостности поверхности ЗА и замены отдельных его секций для последующего ремонта на ПС.Before transferring the RV from the underwater to the surface position (Fig. 4), it can be filled with hydrogen, for which the ends of the RV (1) are pulled by a winch (4) to the bow of the PS (2), where the filling device is located. In this case, the ZA itself practically curls up into a ring. The PPP (11) ensures that the ends of this ring are raised to the sea surface for ease of refueling. PPP in autonomous navigation can be used for underwater inspection of the surface integrity of the aircraft and the replacement of its individual sections for subsequent repairs at the substation.

Источники информации:Information sources:

[1] Патент РФ 2722760 С1 МПК В63В 35/44. Парусная энергетическая установка, преобразующая энергию потоков двух сред. Соловьев Александр Алексеевич, Чекарев Константин Владимирович, Соловьев Дмитрий Александрович. Опубликовано: 03.06.2020 Бюл. №16[1] RF patent 2722760 C1 MPK V63V 35/44. A sailing power plant that converts the energy of two media flows. Solovyov Alexander Alekseevich, Chekarev Konstantin Vladimirovich, Solovyov Dmitry Alexandrovich. Published: 06/03/2020 Bulletin. No. 16

[2] Патент РФ 2369521 С2 МПК В63Н 9/06, В64С 31/06 Судно, содержащее свободно летящий типа воздушного змея, атакуемый ветром элемент в качестве приводного блока. Враге Штефан. Мюллер Штефан. Опубликовано: 10.10.2009 Бюл. №28[2] RF Patent 2369521 C2 MPK V63N 9/06, V64S 31/06 A vessel containing a free-flying kite-type element attacked by the wind as a drive unit. Enemy Stefan. Muller Stefan. Published: 10.10.2009 Bulletin. No. 28

[3] Патент РФ 2436992 С2 МПК F03D 5/00, F03D 11/04. Способ производства электрической энергии при помощи ветряной системы. Ипполито Массимо, Таддей Франко. Опубликовано: 20.12.2011 Бюл. №35[3] RF Patent 2436992 C2 IPC F03D 5/00, F03D 11/04. A method of producing electrical energy using a wind system. Ippolito Massimo, Thaddeus Franco. Published: December 20, 2011 Bulletin. No. 35

[4] Патент СССР 1643314 А1 МПК В36В 21/48. Плавучий якорь. Еремин Юрий Викторович, Савинков Александр Юрьевич. Опубликовано: 23.04.1991 Бюл.№16[4] USSR patent 1643314 A1 MPK V36V 21/48. Drogue. Eremin Yuri Viktorovich, Savinkov Alexander Yurievich. Published: 04/23/1991 Bulletin No. 16

[5] Электронный ресурс: Сайт «Экосфера». Проект «The Ocean Cleanup)) спасет Тихий океан от мусора. Опубликовано 14.10.21[5] Electronic resource: “Ecosphere” website. The Ocean Cleanup project will save the Pacific Ocean from garbage. Published 10/14/21

https://ecosphere.press/2021/10/14/proekt-the-ocean-cleanup-spaset-tihij-okean-ot-musora/https://ecosphere.press/2021/10/14/proekt-the-ocean-cleanup-spaset-tihij-okean-ot-musora/

Claims (1)

Ветроэнергетическая установка, включающая парусное судно, используемый в качестве паруса змейковый аэростат, гидрогенератор, управляющие тросы и лебедку, регулирующую длину управляющих тросов, отличающаяся тем, что на палубе парусного судна размещаются мобильные пригрузы переменной плавучести, выполненные с возможностью быстро переводить змейковый аэростат из надводного в подводное положение, а управляющие тросы используются как направляющие, по которым мобильные пригрузы перемещаются с палубы парусного судна на воду, передавая свой вес на змейковый аэростат.A wind power plant comprising a sailing vessel, a kite balloon used as a sail, a hydraulic generator, control cables and a winch that regulates the length of the control cables, characterized in that mobile weights of variable buoyancy are placed on the deck of the sailing vessel, designed to quickly transfer the kite balloon from surface to underwater position, and control cables are used as guides along which mobile weights move from the deck of a sailing ship to the water, transferring their weight to the kite balloon.