SK8092Y1 - Polyfunkčná veterná elektráreň - Google Patents

Abstract

Polyfunkčná veterná elektráreň pozostáva z veternej turbíny s horizontálnou alebo vertikálnou osou otáčania. Turbína má dýzy, ktoré sú umiestnené na listoch rotora. Privádzané médium k dýzam so správnym nasmerovaním dýz umožní využívať väčšie rozpätie sily vetra a okrem výroby elektrickej energie plniť aj ďalšie funkcie, slúžiť na zavlažovanie, výrobu umelého snehu, ako bariéra proti šíreniu ohňa, protihluková bariéra a iné funkcie.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka zdokonalenia doteraz používanej klasickej veternej elektrárne, hlavne jej veternej turbíny, či už s horizontálnou, alebo vertikálnou osou otáčania tak, aby mohla využívať väčšie rozpätie sily vetra a pritom okrem výroby elektrickej energie plnila pomocou dýz umiestnených na veternej elektrárni, hlavne na listoch rotora veternej turbíny, aj ďalšie funkcie ovplyvňujúce okolité prostredie, najmä zavlažovanie, výrobu umelého snehu, vytváranie protihlukovej bariéry, vytvorenie bariéry proti šíreniu ohňa, znižovanie sily vetra a ovplyvnenie mikroklímy a ďalšie funkcie, a pri masívnom použití priamo aj spomaliť topenie ľadovcov ovplyvnené globálnym oteplením a tým spomaliť vznik extrémnych výkyvov v počasí.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti sa veterné elektrárne využívajú ako monofunkčné len na výrobu elektrickej energie. Veterné turbíny v súčasnosti majú limitované rozpätie sily vetra, to znamená nepracujú, pokiaľ sila vetra nedosiahne určitú hladinu a vypínajú sa pri veľkej sile vetra prevyšujúcu jej prevádzkové parametre.

Ďalej napríklad v poľnohospodárskej krajine predstavujú čiastočnú bariéru pri obhospodarovaní pôdy, ako aj jej čiastočný záber bez pozitívneho vplyvu na poľnohospodársku výrobu. Navyše, otáčanie listov turbíny v krajine spôsobuje rušivý hluk.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje polyfunkčná veterná elektráreň či už s turbínou horizontálnou, alebo vertikálnou osou otáčania. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že na doteraz používanom type veterných elektrární sú na stožiaroch, ale hlavne na listoch rotora veternej turbíny, umiestnené dýzy s prívodom jedného alebo viacerých médií, ako je voda, para a ďalšie tekuté a plynné látky, prípadne v kombinácii s jemnou frakciou pevných látok v závislosti od požadovanej navýšenej funkcie veternej turbíny, alebo s prihliadnutím na najúčinnejšie zvýšenie efektívnosti využitia vetra pri výrobe elektrickej energie turbínou. Dýzy môžu byť upevnené fixne na veternej elektrárni na jej stožiari, ale hlavne na listoch rotora veternej turbíny so samostatnými prívodmi médií. Na liste rotora sú upravené tak, aby sa otvorením prívodu dali dýzy spustiť do prevádzky, ktorých smerovanie zrýchľuje otáčanie turbíny, to jest smerovanie dýz proti smeru otáčania rotora turbíny, alebo otvorením prívodu do dýz, ktoré sú smerované na spomaľovanie otáčania turb íny, to jest smerovanie dýz v smere otáčania rotora turbíny. Proces činnosti dýz môže byť zabezpečený aj dýzami s otáčavým smerovaním regulovaným podľa potreby.

Na prevádzkovaných súčasných veterných elektrárňach sa môžu dodatočne nainštalovať na plnenie ďalších pridružených funkcií len dýzy na stožiare. Umiestnenie dýz na rotore veternej turbíny si vyžaduje riešenie už pri výrobe častí rotora.

Polyfunkčná veterná elektráreň môže byť využívaná ako súčasné turbíny v prípade, že sa neuvedú do funkcie dýzy, to znamená, neotvorí sa prívod médií k dýzam umiestnených na listoch otáčania turbíny. K spusteniu dýz smerovaných na podporu otáčania rotora sa pristúpi v prípade slabej sily vetra alebo v prípade potreby využitia veternej turbíny na ďalšiu možnú pridruženú funkciu aj s podielom veternej turbíny.

K spusteniu dýz smerovaných v smere otáčania rotora turbíny, ktoré brzdí otáčanie rotora, sa pristúpi, keď sila vetra sa priblíži k hornej hranici prevádzky veternej turbíny. Tieto dýzy môžu byť umiestnené na vonkajšej strane listov rotora veternej turbíny alebo na vnútornej strane listov rotora turbíny, keď ich smerovaním proti smeru pôsobenia vetra na list turbíny bude dynamické namáhanie listu turbíny vetrom zmenšované, čím sa prevádzkou dýzy zníži riziko deformácie alebo poškodenia listu turbíny pôsobením sily vetra.

Z ďalších funkcií, ktoré môže plniť polyfunkčná veterná elektráreň, je priame pozitívne ovplyvnenie poľnohospodárskej výroby alebo krajinného prostredia. Dýzami môže prúdiť voda na zavlažovanie priľahlej poľnohospodárskej pôdy alebo priľahlej krajiny, alebo v prípade hroziacich mrazov môže rozprašovaná voda alebo vodná para zabezpečiť ochranu rastlín pred zamrznutím

V prípade mrazov môže veterná elektráreň vyrábať umelý sneh ako ochranu vegetácie pred holomrazmi alebo vytvárať umelý sneh pre športové aktivity, alebo vytvárať umelý sneh, pri ktorom skupenské teplo prispeje k vytváraniu mikroklímy - znižovaním extrémnych mrazov a pri topení umelého snehu zníženie extrémnych vysokých teplôt mikroklímy.

Vytvorením umelého snehu možno aj zadržať vlahu v prírodnom prostredí až dovtedy, keď sa prejavuje deficit vlahy.

Sústavou veterných elektrární a rozstrekom potrebných médií sa môže vytvoriť aj protipožiarna clona v území, ktoré je potrebné chrániť pred nebezpečím plošných požiarov.

Vytvorením kvapalnej clony samôže aj chrániť niektoré územie v prípade vzniku nadmerného hluku.

S K 8092 Yl

Kombináciou, ako aj ďalším využitím súbežne s výrobou elektrickej energie sa môžu napĺňať aj ďalšie pozitívne funkcie v krajine.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Už postavená klasická veterná elektráreň bude dodatočne vybavená dýzami na jej stožiari s príslušným prívodom média, v danom príklade vody, aby mohla veterná elektráreň okrem výroby elektrickej energie plniť funkciu zavlažovania okolitej poľnohospodárskej pôdy, prípadne ochranu pred mrazmi. Dýzy môžu byť prispôsobené aj na výrobu umelého snehu alebo na plnenie ďalších pridružených funkcií. Obdobne budú dýzy umiestnené len na stožiaroch nových veterných elektrární až dovtedy, kým sa nezačnú vyrábať rotory veterných turbín s umiestnením dýz priamo na listoch rotora.

Príklad 2

Polyfunkčná veterná elektráreň vytvorená z klasickej veternej turbíny s horizontálnou osou otáčania je navyše na listoch turbíny vybavená pevne smerujúcimi dýzami nasmerovanými proti smeru otáčania turbíny so samostatným prívodom vody. Prívod tlakovej vody ktýmto dýzamje otvorený v prípade, že sila vetra ešte samostatne nedosahuje potrebnú úroveň, ale pomocou prevádzky dýz je možné výrobu elektrickej energie sprevádzkovať. Súbežne s tým je zabezpečené zavlažovanie priľahlej poľnohospodárskej pôdy vodou striekajúcou z dýz. V prípade potreby umelého zavlažovania je možné tieto dýzy sprevádzkovať aj v čase, keď sila vetra už zodpovedá prevádzkovým parametrom veternej turbíny, pričom prevádzka dýz okrem zavlažovania zvyšuje výkon výroby elektrickej energie veternej turbíny, čím sa znižujú náklady na výrobu tlakovej vody na zavlažovanie. Na listoch turbíny sú umiestnené aj dýzy, ktoré sú nasmerované v smere otáčania veternej turbíny, ktorým sa otvorí prívod tlakovej vody v čase, keď sila vetra sa blíži k hornej hranici prevádzky klasickej veternej turbíny a umožňuje výrobu elektrickej energie aj vo zvýšenom rozpätí sily vetra oproti klasickej veternej turbíne. Účinnosť dýz je možné ovplyvniť aj zmenou tlaku médií v danom príklade vody a to priamoúmerne.

V prípade, že dýzy budú umiestnené na zadných stranách listoch rotora, budú napomáhať aj statike týchto listov, pretože bude ich pôsobenie proti sile vetra.

Najväčšia účinnosť umiestnenia dýz na spomalenie alebo zrýchlenie otáčok veternej turbíny je v prípade dosiahnutia najväčšieho krútiaceho momentu, to jest umiestnených na konci listoch veternej turbíny s horizontálnou osou otáčania.

Príklad 3

Sústava polyfunkčných veterných elektrární umiestnených v krajine s intenzívnou poľnohospodárskou výrobou umožňuje veľmi pozitívne spolupôsobiť. Okrem umelej závlahy, ako bolo uvedené v príklade č. 2, môžu tieto veterné turbíny predchádzať holomrazom tak, že pri zníženej teplote pod bod mrazu sprevádzkovaním dýz bude rozstrekovaná voda dýzami vytvárať umelý sneh. Umelý sneh môže v tejto poľnohospodárskej krajine byť využitý aj na športové účely, nakoľko prirodzeného snehu v okolí môže byť menej alebo sa udrží kratší čas. Obdobne pri hroziacich mrazoch alebo nízkych teplotách v čase kvitnutia ovocných stromov, kríkov alebo hrozna môžu polyfunkčné veterné turbíny vytváraním vodnej clony zabrániť zmrznutiu kvetov. Pre ešte účinnejšie pôsobenie týchto turbín je možné ako médium použiť vodnú paru, na výrobu ktorej môže slúžiť aj elektrická energia vyrábaná veternou turbínou.

Príklad 4

Polyfunkčné veterné elektrárne umiestnené v horskom prostredí môžu nahradiť doteraz používané snežné delá. Výroba umelého snehu v súčasnosti predstavuje najväčšie náklady vysokohorských lyžiarskych zariadení. Pri investícii do polyfunkčných veterných turbín by tieto mohli umelý sneh vytvárať, pričom stožiare niektorých z nich by mohli byť využité aj ako stĺpy lyžiarskych vlekov. Navyše by celoročne vyrábali elektrickú energiu aj pre potreby rekreačných zariadení bez potreby budovania obyčajne dlhých elektrických prípojok.

Príklad 5

Polyfunkčné veterné elektrárne by mohli vytvoriť aj bariéru ohrozenia niektorého územia hrozbou požiaru alebo vytvorením bariér z týchto veterných elektrární rozčleniť potenciálne územia hrozby plošných požiarov na menšie plochy, čím by sazmenšila hrozba veľkoplošných požiarov.

Pri potenciálnej hrozbe vzniku požiarov v dôsledku veľkého sucha by sa pristúpilo k zavlažovaniu takto vytvorených koridorov. V prípade už vypuknutého požiaru by sa mohla rozstrekovať už voda s prímesou ďalších proti horľavých látok. Počas prevádzky veterných elektrární v čase prebytku elektrickej energie by sa

S K 8092 Yl pristúpilo k prečerpávaniu vody a jej akumulácie najmä v priestoroch nedostupných a ťažko dostupných. Táto voda by slúžila hasičom priamo na hasenie požiarov alebo preventívne na zavlažovanie územia s ťažkou dostupnosťou.

V priestoroch s veľkým nebezpečím ohňa, ako sú ropné vrty, rafinérie a ďalšie, by polyfimkčné veterné elektrárne mohli byť vybavené aj účinnejšími médiami proti ohňu, ako je voda.

Príklad 6

Použitie polyfimkčnej veternej elektrárne možno využiť pri získavaní soli z morskej vody. Viacnásobným rozstrekovaním morskej vody určenej na získanie soli sa zvýši odparovanie tejto vody a urýchli sa proces výroby soli. Vhodnou prémiou je aj samotná elektrická energia, ktorá znamená ekologické prečerpávanie pri zachovaní kvality výrobku.

Príklad 7

Použitie polyfimkčných veterných elektrární na väčších plochách a územiach by mohlo napomôcť k zmene mikroklímy týchto plôch. Pomocou energie z týchto veterných turbín by mohla byť premiestňovaná voda na veľké vzdialenosti až do vnútrozemia trpiaceho suchom V krajnom prípade by mohla byť prepravovaná aj morská voda, ktorá by sa pomocou energie veterných elektrárni už na trase postupne zbavovala soli tak, aby sadala používať na zavlažovanie.

Púštne a polopúštne vnútrozemské územia sa vyznačujú nedostatkom vody a často veľkým rozdielom dennej a nočnej teploty. Polyfimkčné veterné elektrárne by vedeli zmierňovať tieto kritické extrémy, v noci vyrábať umelý sneh, čím by sa zmenšili mrazy, cez deň by topiaci sa umelý sneh znížil horúčavy. Tak by prispeli k vytváraniu vhodnejšej mikroklímy pre rozmanitejšiu flóru a faunu.

Príklad 8

Globálne oteplenie spôsobuje týchlejšie topenie ľadovcov a spôsobuje aj vznikväčších výkyvov v počasí, vysoké teploty a suchá, ale aj veľké dažde a záplavy. Polyfimkčné veterné elektrárne môžu prispieť kmalému zmierneniu týchto dôsledkov v lokalitách, kde sa dajú umiestniť aj priamo v našich zemepisných šírkach, ale môžu nájsť svoje uplatnenie aj v extrémnejších podmienkach, napríklad polárnych oblastiach. K malému zmierneniu extrémnych zmien pri veľkoplošnom použití týchto elektrárni by nastalo napríklad využitím skupenského tepla vody. Zmenou vody na sneh by sa zmiernili mrazy a následne pri oteplení by sa ochladzovaním ovzdušia v dôsledku topenia tohto umelého snehu zmiernilo topenie ľadovcov, čo by v konečnom dôsledku znamenalo, aj keď veľmi malé, ale predsa aj zmiernenie výkyvov klímy. Je jasné, že koncepcia znižovania klimatických zmien aj pomocou polyfimkčných veterných elektrární sa z dnešného pohľadu javí ako neskutočná.

Priemyselná využiteľnosť

Polyfunkčná veterná elektráreň sa dá využívať ako sólové zariadenie najmä na výrobu elektrickej energie. Jej hlavné využitie je ale určené pre systémové zoskupenie viacerých veterných elektrární tak, aby sa dali popri výrobe elektrickej energie cieľavedome využiť niektoré z ďalších možných uplatnení. Tým sa môže stať, že systémové zoskupenie veterných elektrární bude v území plniť ako hlavnú funkciu napríklad výrobu umelého snehu alebo protipožiarnu ochranu a výroba elektrickej energie bude ako podružná funkcia zabezpečujúca najmä návratnosť vloženej investície.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Polyfunkčná veterná elektráreň s turbínou či už s horizontálnou, alebo vertikálnou osou otáčania, vyznačujúca sa tým, že má minimálne jednu dýzu a minimálne jednu rúrku prívodu média

   5 rozstrekovaného dýzou, pričom dýza na listoch rotora je smerovaná proti smeru otáčania rotora turbíny alebo je dýza smerovaná na listoch rotora v smere otáčania rotora.
2. 2. Veterná elektráreň podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že na prívod média rozstrekujúceho dýzou je použitá rúrka umiestnená v oske otáčania rotora turbíny a následne pokračuje cez list turbíny až k dýze.

   10
3. 3. Veterná elektráreň podľa nárokov la 2, vyznačujúca sa tým, že dýza je umiestnená pevne na svojom mieste alebo je otočná pre zmenu smerovania prúdiaceho média z dýzy, pričom aj otvor dýzy je konštantný alebo flexibilný.
4. 4. Veterná elektráreň podľa nárokov 1, 2a 3, vyznačujúca sa tým, žemá čerpadlo a/alebo kompresor na zvýšenie tlaku média a/alebo ohrev, a/alebo ohrev na predchádzanie alebo odstránenie

   15 námrazy na zariadení veternej turbíny.
5. 5. Veterná elektráreň podľa nárokov 1, 2, 3a 4, vyznačujúca sa tým, že dýzy sú umiestnené na listoch rotora veternej turbíny v miestach s najväčším krútiacim momentom