UA151767U - Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію - Google Patents

Abstract

Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію складається з передачі обертового моменту від вітрового колеса вітряка через редуктор до насоса, із якого стиснене робоче середовище по трубам передають до електрогенератора. Як робоче середовище використовують рідину і додатково здійснюють передачу обертового моменту від лопатей вітрового колеса до мультиплікатора, де підсилений обертовий момент через тяговий елемент передають на гідронасос, від якого через рукава низького і високого тиску здійснюють накачку рідини до першого з двох гідроакумуляторів. Потім рідину із першого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії. При цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом через рукава низького і високого тиску подають рідину під високим тиском до другого з двох гідроакумуляторів. Потім рідину із другого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії. При цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом подають рідину під високим тиском знову до першого гідроакумулятора і процес повторюють, забезпечуючи безперервність процесу виробництва електроенергії.

Description

Корисна модель належить до галузі вітроенергетики і призначена для одержання електроенергії з енергії горизонтального переміщення повітряних мас відносно земної поверхні, тобто вітру.

Вітроустановки по орієнтації осі обертання вітрової турбіни відносно до напрямку вітру бувають з горизонтальною віссю обертання і вертикальною. Найчастіше (близько 95 965) вітроустановок, підключених до мереж енергосистем, складають вітроустановки з горизонтальною віссю обертання. Вітротурбіни, також, принципово відрізняються по тому, яку силу вони використовують для перетворення в механічну силу - силу тиску вітру або підйомну силу. Як правило, вітроустановки з вертикальною віссю обертання використовують силу тиску вітру, а з горизонтальною віссю обертання - підйомну силу. В кожному окремому випадку враховують переваги та недоліки конструкцій та усталені метеорологічні умови експлуатації установок.

Вітроенергетика належить до відновлюваних джерел енергії, є екологічно чистою та базується на використанні енергії вітру шляхом перетворення кінетичної енергії рухомих повітряних мас в електричну енергію. Використання вітроенергетики сприяє збереженню навколишнього середовища. (11)

Існують різні способи одержання електричної енергії з енергії вітру. Так, наприклад, відомий спосіб перетворення енергії вітру в енергію стисненого повітря, що включає операції прискорення потоку вітру шляхом втягування вказаного потоку у напрямку його руху з одночасним стисненням потоку вітру і акумулювання енергії стисненого повітря для прямого перетворення в електричну енергію. В відомому способі для збільшення коефіцієнта перетворення енергії вітру в енергію стисненого повітря підсилюють швидкість потоку вітру шляхом пропущення цього потоку крізь конусоподібний кожух, у якому площа перерізу потоку вітру зменшується у міру його руху до виходу кожуха, що має площу перерізу значно нижче, ніж на його вході, та втягують прискорений потік за допомогою багатоступінчатого турбокомпресора, де потік прискореного вітру віддає свою кінетичну енергію турбокомпресора (див., наприклад, патент України на корисну модель Мо 65954, МПК (2011.01) РОЗО 1/04 (2006.01), РОЗО 9/00 від 26.12.2011 р.) - (21.

Однак даний спосіб є порівняно недостатньо ефективним. Після багатоступінчатого

Зо стискання потоку повітря в турбокомпресорі його акумулюють, або використовують для прямого перетворення в електричну енергію двигуном, що встановлений на виході турбокомпресора.

Тобто, в процесі перетворення енергії вітру в енергію стисненого повітря і в кінцевому рахунку в електричну енергію виконавчому механізму складно регулювати рівномірну подачу електроенергії споживачу. Тому цей спосіб має порівняно недостатню надійність в роботі.

Відомий також спосіб перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад повітря) в механічну або електричну енергію за тимчасової відсутності вітру з використанням вихрового пристрою, при якому вітровий потік розділяють на два потоки і один з них направляють до турбіни (вітроколеса), за якою утворюють вихрову зону, також подаючи до цієї зони другий вітровий потік через завихрювані. Вітровий потік (потік газоподібного середовища) після виходу з вихрової камери додатково прискорюють, випускаючи його через регульований вихлопний пристрій, таким чином забезпечуючи безперервність його руху і процесу перетворення його енергії (див., наприклад, патент України на винахід Мо 87869, МПК (2006.01) РОЗО 1/04, (2006.01) РОЗО 3/04 від 10.10.2008 р.) - |ЗІ|.

Однак даний спосіб порівняно недостатньо ефективний. Відповідно до відомого способу, вихрову зону у вихровій камері створюють таким чином, що приосьова зона вихру утворюється саме на виході із турбіни, механічно з'єднаної зі споживачем, вихід проточної частини якої сполучений з вихровою камерою, перед якою установлені завихрювачі. Потоки газоподібного середовища до входу до проточної частини турбіни та до вихрової камери подають через концентричні кільцеві канали, а потік газоподібного середовища після виходу з вихрової камери додатково прискорюють, випускаючи його через регульований вихлопний пристрій, яким складно регулювати рівномірну подачу електроенергії споживачу. Тому цей спосіб має порівняно недостатню надійність в роботі.

Відомий спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію, в якому система, яка здатна приймати, зберігати і перетворювати енергію вітру, з'єднана, щонайменше, з одним вітродвигуном або вітровою турбіною для збору вітру і, щонайменше, з однією решіткою для приймання енергії, причому вітрова турбіна з'єднана з засобом для перетворення енергії вітру в гідравлічне текуче середовище, при цьому система містить вузол стиснення, який приймає енергію вітру і перетворює її в гідравлічне текуче середовище під тиском для використання його для стиснення і зберігання газу, при цьому також система утворює першу гідравлічну систему з бо замкнутим контуром, другу замкнуту систему з контуром циркуляції газу і третю гідравлічну систему з замкнутим контуром, причому кожна система з замкнутим контуром має сторону високого і сторону низького тиску (див., наприклад, міжнародну заявку з номером публікації

СА2768939, МПК РОЗО 9/17, РОЗО 9/28 від 18.05.2013) - |4І.

Однак даний спосіб порівняно недостатньо ефективний. Відповідно до відомого способу, система одержання електроенергії з енергії вітру має три системи з замкнутими гідравлічними контурами високого і низького тиску, в першому з яких вузол стискання призначений для прийому робочої рідини під тиском і перетворення тиску рідини в тиск газу і пристрій для зберігання енергії стисненого газу. Друга замкнута система має контур, призначений для циркуляції газу, і третя гідравлічна система має також замкнутий контур для використання робочої рідини, одержаної з декомпресійних засобів перетворення енергії стисненого газу в енергію рідини для вироблення електроенергії. Дана технологічна схема є досить складна. Вона перенасичена багатьма додатковими механізмами, як гідравлічними циліндрами, газовими циліндрами, компенсаторними трансформаторами для перетворення енергії гідравлічного середовища в енергію стисненого газу. Тому цей спосіб має порівняно недостатню надійність в роботі і є порівняно трудомістким.

Відомий спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію, що включає операції прийому гідравлічної енергії від вітрової турбіни, перетворення гідравлічної енергії в енергію стисненого повітря, зберігання енергії стисненого повітря всередині акумулятора, що має, щонайменше, один резервуар для зберігання, звільнення енергії стисненого повітря для приведення в дію гідравлічної сили і створення гідравлічної енергії, перетворення гідравлічної енергії в електричну енергію і енергію стисненого повітря (див., наприклад, міжнародну заявку з номером публікації О520190376490, МПК гО309/17, Е158 1/02, Е158 1/027 від 12.12.2019) - БІ.

Однак даний спосіб порівняно недостатньо ефективний. Для здійснення відомого способу гідравлічну енергію приймають від вітрової турбіни і потім перетворюють в енергію стисненого повітря двома варіантами. Відповідно до першого варіанта, перетворення гідравлічної енергії в енергію стисненого повітря включає в себе пропускання гідравлічної енергії низького тиску в гідравлічний перетворювач стисненого повітря для створення стисненого повітря високого тиску. Відповідно до другого варіанта, гідравлічну енергію спочатку перетворюють в електричну енергію перед перетворенням гідравлічної енергії в енергію стисненого повітря. Тобто, в двох

Зо варіантах виконання способу зберігання накопиченої енергії здійснюють в резервуарах стисненого повітря, а електроенергію одержують з гідравлічної енергії, отриманої з накопиченої енергії стисненого повітря після гідравлічного перетворювача енергії стисненого повітря в гідравлічну енергію.

Тому цей спосіб є порівняно трудомістким і має порівняно недостатню надійність в роботі, бо потребує велику кількість перетворювачів для одержання електроенергії.

Найбільш близьким до заявленої корисної моделі по технічній суті та отримуваному результату є відомий спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію шляхом використання енергії вітру для одержання електроенергії стабільної напруги і частоти струму, в якому при вітрі вітрове колесо вітряка передає своє обертання (обертовий момент) на вхідний вал редуктора (мультиплікатора), а вихідний вал цього редуктора з'єднаний з валом компресора (насосу), із якого стиснене середовище (повітря) надходить в збірник стисненого середовища (повітря), а потім по повітропровідним трубам надходить в пневмотурбіну, з'єднану з електрогенератором для вироблення електроенергії, причому як ємність для накопичення і зберігання стисненого повітря використовують всю довжину повітропровідних труб від вітрокомпресорної установки до пневматичної електростанції, при цьому діаметр і довжина цих труб може бути вибрана залежно від виробничої необхідності, а також і кількість вітрокомпресорних установок (див., наприклад, міжнародну заявку з номером публікації 8И94030820, МПК РОЗО 9/02, від 10.07.1996) - І6| - найближчий аналог.

Однак даний спосіб порівняно недостатньо ефективний. Для здійснення відомого способу використовують як ємність для накопичення і зберігання стисненого робочого середовища (повітря) всю довжину повітропровідних труб від вітрокомпресорної установки до пневматичної електростанції, які можуть бути укладені в котловані "змійкою", доступ до яких в разі необхідності обмежений. Обмеженим і нерегульованим є також об'єм накопиченого в трубах стисненого повітря. Тому цей спосіб має порівняно недостатню надійність в роботі.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення порівняно більш ефективного способу перетворення енергії вітру в електричну енергію шляхом створення безперервного процесу накопичення енергії для передачі її споживачу.

Поставлена задача вирішується у способі одержання електроенергії з енергії вітру шляхом передачі обертового моменту від вітрового колеса вітряка через редуктор до насоса, із якого 60 стиснене робоче середовище по трубам передають до електрогенератора, згідно з корисною моделлю, як робоче середовище використовують рідину і додатково здійснюють передачу обертового моменту від лопатей вітрового колеса до мультиплікатора, де підсилений обертовий момент через тяговий елемент передають на гідронасос, від якого через рукава низького і високого тиску здійснюють накачку рідини до першого з двох гідроакумуляторів потім рідину із першого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії, при цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом через рукава низького і високого тиску подають рідину під високим тиском до другого з двох гідроакумуляторів, потім рідину із другого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії, при цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом подають рідину під високим тиском знову до першого гідроакумулятора і процес повторюють, забезпечуючи безперервність процесу виробництва електроенергії.

Крім цього як робоче середовище рідини використовують воду і/або масло.

Також, поставлену у заявленій корисній моделі технічну задачу вирішують тим, що для акумуляції енергії рідини під високим заданим тиском використовують щонайменше два гідроакумулятори, причому їх об'єм і кількість підбирають таким чином, щоб процес відбувався безперервно. Крім цього, при повному заповненні гідроакумуляторів і відсутності відбору електроенергії гідронасос відключають і припиняють накопичення енергії стиснутої рідини в гідроакумуляторах.

Також поставлену у заявленій корисній моделі технічну задачу вирішують тим, що для одержання, акумуляції і вироблення електроенергії додатково використовують пневмонасоси (компресори), пневмоакумулятори і пневмогенератори.

Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію пояснюється схемою пристрою для перетворення енергії вітру в електричну енергію, представленою на фіг. 1, де: 1 - гідронасос, 2 - гідроакумулятори, З - клапани, 4 - гідрогенератор, 5 - зливний бак, 6 - рукава низького тиску, 7 - рукава високого тиску, 8 - лопаті вітряка, 9 - рама, 10 - підшипники, 11- мультиплікатор, 12 - платформа.

Зо Заявлений спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію здійснюють наступним чином.

Під впливом вітру лопаті вітряка 8 передають обертовий момент на мультиплікатор 11, який через тяговий елемент (ремінь) (на фіг. не показано) передає обертовий момент на гідронасос 1. Гідронасос 1 (при будь-якій силі вітру) подає рідину (воду або масло) в один з гідроакумуляторів 2 (ємність високого тиску якого - до 360 бар.). При відкритті клапана 3, рідину (воду або масло) під високим тиском направляють на гідрогенератор 4. Гідронасосом 1, із зливного бака 5 через рукава низького тиску 6 і рукава високого тиску 7 здійснюють накачку рідини спочатку до першого з двох гідроакумуляторів 2 до повного його заповнення і досягнення заданого максимального тиску, а потім до другого гідроакумулятора 2, при цьому одночасно з накачкою рідини до другого гідроакумулятора рідину під високим тиском з першого гідроакумулятора направляють на гідрогенератор 4 для вироблення електроенергії, а рідину після гідрогенератора 4 направляють в зливний бак 5, а потім знову - в гідронасосі, причому після падіння тиску рідини в першому гідроакумуляторі 2 до припустимого мінімального значення із зливного бака 5 через рукава низького тиску б і рукава високого тиску 7 гідронасосом 1 здійснюють до нього накачку рідини, накопичуючи в першому гідроакумуляторі 2 енергію стиснутої рідини, і одночасно рідину під високим заданим тиском з другого гідроакумулятора 2 направляють на гідрогенератор 4 для вироблення електроенергії, а рідину після гідрогенератора 4 направляють в зливний бак 5, потім повторюють почергову накачку рідини до другого гідроакумулятора 2, забезпечуючи безперервність процесу виробництва електроенергії.

На Фіг. 2 показана схема роботи пристрою для перетворення енергії вітру в електричну енергію з двома гідроакумуляторами, де: 1 - гідронасос, 2 - гідроакумулятори, З - клапани, 4 - гідрогенератор, 5 - зливний бак, 6 - рукава низького тиску, 7 - рукава високого тиску.

Рідину із зливного бака 5 подають в лівий гідроакумулятор 2, а рідину під високим тиском із правого гідроакумулятора 2 подають на гідрогенератор 4, а потім - в зливний бак 5. Таким чином, в лівому гідроакумуляторі йде накопичення енергії в вигляді стислої рідини, а правий гідроакумулятор працює на генерацію енергії. Після спустошення правого гідроакумулятора, він включається через клапани З на накопичення енергії, а лівий гідроакумулятор працює на бо генерацію енергії.

Якщо немає потреби в електроенергії, то два верхніх клапани на схемі і один нижній клапан перекривають і йде накопичення енергії в один з гідроакумуляторів. Якщо всі гідроакумулятори заповнені, то систему відключають.

Зазвичай, в багатьох системах по перетворенню енергії вітру в електричну енергію мультиплікатор з'єднують з генератором, що виробляє струм, який накопичують в акумуляторі (типу автомобільного), а від живлення акумулятором працюють всі побутові електроприлади. В звичайній схемі виробляється змінний струм, який переводять в постійний для накопичення в акумуляторі, а при споживанні електроенергії постійний струм потрібно перевести в змінний струм. Крім цього, параметри (сила струму, напруга і частота) потребують постійної стабілізації тому, що при різній силі вітру параметри - плаваючі.

В заявленому способі перетворення енергії вітру в електричну енергію система накопичення енергії і система генерації електроенергії не зв'язані між собою напряму. Всю енергію спочатку накопичують в вигляді стисненої рідини на як завгодно довгий термін, а потім виконують генерацію енергії. Система працює практично при будь-якому вітрі. Вона може працювати відокремлено або віддавати електроенергію в загальну електромережу. Генератор системи може миттєво включатись в роботу шляхом відкриття клапана і відключатись закриттям клапана.

В години "пік' пристрій може віддавати додатково накопичену енергію за умови встановлення додаткових генераторів і додаткових накопичувачів енергії.

Крім цього, пристрій, в який втілений заявлений спосіб, має незначну ціну експлуатації, довговічну роботу завдяки застосуванню в ньому гідравлічної схеми, має високу ремонтопридатність, може бути встановленим поблизу життєдіяльності людини.

Якщо з декількох пристроїв створити одну станцію з одним трансформатором і єдиною системою управління всіма вітроустановками (і з замкнутою енергетичною системою), то така станція буде працювати як кластерна установка: при підключенні нових приборів до мережі споживачами (і тому при падінні напруги) є можливість включати нові генератори, при підвищенні ж напруги в мережі генератори можна відключати по одному і продовжувати накопичення енергії в накопичувачах (гідроакумуляторах).

Крім цього, використання заявленого способу усуває необхідність частої (раз в 3-4 роки)

Зо заміни акумуляторів, бо гідроакумулятори працюють десятиріччями.

Також, застосування заявленого способу дає можливість одночасного накопичувати енергію і виробляти електроенергію, бо для цього передбачені щонайменше два гідроакумулятори.

Також використання заявленого способу дає можливість не застосовувати дорогі стабілізатори напруги тому, що параметри (сила струму, напруга і частота) - постійні.

Крім цього, використання більш технологічних операцій в заявленому способі призводить до покращення умов праці людини та до покращення екології оточуючого середовища.

Таким чином, заявлений спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію забезпечує необхідну ефективність, чим вирішує поставлену перед ним задачу.

Джерела інформації: 1. пбрзі //Кпеї.сот.ца/ик Типи вітрових електростанцій (ВЕС) та їх різниця, 2021р. 2. Жуков А.П. "Спосіб перетворення енергії вітру в енергію стисненого повітря", патент

України на корисну модель Мо 65954, МПК (2011.01) РОЗО 11/04 (2006.01), РОЗО 9/00 від 26.12.2011 р. 3. Григоренко М.Є. "Спосіб та пристій для перетворення енергії газоподібного середовища (наприклад, повітря) в механічну або електричну "Газотурбокомпресорний двигун Віктора

Григоренка (ГТКД-ВГ)", патент України на корисну модель Мое87869, МПК (2006.01) РОЗО 1/04, (2006.01) РОЗО 3/04 від 10.10.2008 р. 4. АМСАБТЕВ УМЛІМО ЗУЗТЕМ5 ІМО. "Спосіб перетворення енергії вітру в електроенергію з гідроакумулюванням", міжнародна заявка з номером публікації СА2768939, МПК РОЗО 9/17,

ЕОЗО 9/28 від 18.05.2013. 5. Зоїаг Міпа Епегуду Тоуег Іпс, "Спосіб і апарати для одержання, перетворення і зберігання енергії стисненого повітря", 0О520190376490, МПК РОЗО 9/17, Е158 1/02, Е158 1/027, від

Claims (5)

12.12.2019. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію, що включає передачу обертового моменту від вітрового колеса вітряка через редуктор до насоса, із якого стиснене робоче середовище по трубах передають до електрогенератора, який відрізняється тим, що як робоче бо середовище використовують рідину і додатково здійснюють передачу обертового моменту від лопатей вітрового колеса до мультиплікатора, де підсилений обертовий момент через тяговий елемент передають на гідронасос, від якого через рукава низького і високого тиску здійснюють накачку рідини до першого з двох гідроакумуляторів потім рідину із першого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії, при цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом через рукави низького і високого тиску подають рідину під високим тиском до другого з двох гідроакумуляторів, потім рідину із другого гідроакумулятора при досягненні певної величини значення тиску в ньому направляють до гідрогенератора для вироблення електроенергії, при цьому відпрацьовану рідину з гідрогенератора через рукав низького тиску направляють в зливний бак і одночасно із зливного бака гідронасосом подають рідину під високим тиском знову до першого гідроакумулятора і процес повторюють, забезпечуючи безперервність процесу виробництва електроенергії.

2. Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію за п. 1, який відрізняється тим, що як робоче середовище рідини використовують воду і/або масло.

3. Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію за п. 1, який відрізняється тим, що для акумуляції енергії рідини під високим заданим тиском використовують щонайменше два гідроакумулятори, причому їх об'єм і кількість підбирають таким чином, щоб процес відбувався безперервно.

4. Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію за п. 1, який відрізняється тим, що при повному заповненні гідроакумуляторів і відсутності відбору електроенергії гідронасос відключають і припиняють накопичення енергії стиснутої рідини в гідроакумуляторах.

5. Спосіб перетворення енергії вітру в електричну енергію за п. 1, який відрізняється тим, що для одержання, акумуляції і вироблення електроенергії додатково використовують пневмонасоси (компресори), пневмоакумулятори і пневмогенератори.