Глава двадцатаяКВАНТОВЫЕ ВЕТРОЭНЕРГОСТАНЦИИ

20.1. Существующие варианты ветростанций

Современные ветроэнергетические установки, преобразующие энергию движения воздуха в электрическую или механическую энергию, как правило, не производят непосредственно тепловую энергию. Эта задача впервые была решена новыми роторно-квантовыми ветростанциями, созданными в 1995 году. Практика показала, что такая ветроэнергетическая установка по своей эффективности значительно выше, чем обычные ветростанции, производящие электрическую энергию, которую затем можно преобразовать в тепловую. Хотя специалисты считали, что ветроэнергетические станции (ВЭС) достигли границы своей экономичности, но новые установки и двойные технологии нарушили это положение [252]. На фоне вредного влияния выхлопных газов тепловых и электрических станций роторно-квантовые ветростанции (КВЭС) открывают хорошие перспективы в очищении воздушного бассейна для многих регионов. Там, где продолжительность зимы достигает 6 месяцев и более, целесообразно использовать КВЭС. Схематично создание КВЭС подразделяется на пять этапов. На первом этапе необходимо провести изучение места расположения КВЭС и произвести замеры скорости ветра. На втором выбрать оптимальные габаритные размеры КВЭС. Затем провести технические и экологические расчеты. На четвертом этапе необходимо получить все согласования и разрешения от местных или республиканских властей. И наконец, произвести монтаж и принятие в эксплуатацию КВЭС. Эти известные этапы создания ветровых установок позволяют при сооружении КВЭС и солнечных станций действовать более пунктуально [257].
КВЭС может быть использована для производства и аккумулирования тепловой и электрической энергии промышленного и бытового назначения, а также для привода насосных и компрессорных станций, циркуляционных пил и пилорам, мельниц, маслобоен и других энергетических объектов с использованием экологически чистой ветровой энергии [252].
Обычный ветровой двигатель парусного действия с вертикальным валом, работающий в блоке с электрическим генератором, не отличается высоким КПД (30%). Он содержит полуцилиндрические лопасти, связанные с вертикальным валом верхними и нижними горизонтальными траверсами, между которыми расположены вертикальные стойки, снабженные регулировочным грузом с фиксатором и направляющей рейкой, при этом груз установлен с возможностью перемещения по рейке (Патент России № 2006669).
Известна также ветроэнергетическая установка, наиболее близкая предлагаемой по целевому назначению и совокупности существенных признаков, которая содержит ветродвигатель, кинематически связанный с насосом, имеющим всасывающий и напорный патрубки, электрический генератор со своим гидроприводом, тепловой аккумулятор, теплообменник, циркуляционный насос и связующие магистрали (А. с. №969954).
К недостаткам известных ветроэнергетических объектов относится высокая степень их зависимости от силового напора при движении лопастей встречно ветру и низкое соотношение производимой энергии к пассивной массе установки, что обусловлено громоздкостью и сложностью ветродвигателя в одном случае и неэффективностью преобразования энергии ветродвигателя в другом.
Задача, которую необходимо было решить, - это снижение противодействующего вращению ветродвигателя силового напора при движении лопастей встречно ветру и повышение возможностей преобразования энергии ветродвигателя в тепловую энергию.
Эта задача решается за счет того, что в отличие от известной ветроэнергетической установки, состоящей из ветродвигателя, кинематически связанного с насосом, имеющим напорный и всасывающий патрубки, электрического генератора с гидроприводом, нагревателя, теплового аккумулятора, циркуляционного насоса и связующей гидромагистрали, в предлагаемой ветроэнергетической установке ветродвигатель исполнен в форме пары лопастей, образующих в плане 5-образную конфигурацию с центром зеркальной симметрии по оси вращения, на которой лопасти жестко закреплены. На их выпуклой поверхности сформирована ветрогасящая структура, а на удаленных от оси трубах находятся инерционные грузы. Установка вращает насос, который подает жидкость в теплогенератор (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Роторно-квантовая ветроэнергетическая реактивная инерционная установка мощностью до 10 кВт.

Теплогенератор "ЮСМАР" включен в гидравлически замкнутый контур из связанных гидромагистралью насоса, его напорного патрубка, теплогенератора гидропривода электрического генератора, теплового аккумулятора и входного патрубка насоса. Ветрогасящая структура представляет собой ячеистое покрытие из упругого материала, локально неподвижное относительно поверхности лопасти, с этой поверхностью образовано бинарное соединение, аналогичное по форме ячейкам на мяче для игры в гольф. Ось вращения ветродвигателя и инерционные грузы на лопастях экранированы закрылками и предкрылками, улучшающими вращение лопастей.
Технический результат, достигнутый данным изобретением, заключается в снижении влияния противодействующего вращению лопастей встречного ветра и повышении тепло- и электрической мощности установки при ее компактной, прочной и несложной в обслуживании конструкции.
Это обеспечено выпукло-вогнутой формой лопасти с ветрогасящей структурой по выпуклой поверхности, аналогичной структуре мяча для игры в гольф. Экранирование от встречного ветра инерционных грузов и оси вращения ветродвигателя, а также установка теплогенератора "ЮСМАР" в замкнутую гидроэнергетическую цепь (контур) эффективно преобразовывают вращение ветродвигателя в тепловую и электрическую энергию (Nomec Pert. Golf. Olimpia. Praha, 1988).
При этом под теплогенератором "ЮСМАР" (Неаt generator YUSMAR) понимается агрегат, основанный на скоростном прогоне жидкости в вихревой трубе и последующем резком торможении ее, что приводит к повышению температуры жидкости. Под ветрогасящей структурой имеется в виду ячеистое покрытие, как механически закрепленное на выпуклой поверхности лопасти, так и образованное гофрированием или нанесением в виде гофр и ячеек слоя из материала, обладающего пластичными свойствами.
Схема поясняется рисунками, где изображены:
- на рис.20.2 - ветроэнергетическая установка (общий вид сбоку),
- на рис. 20.3 - поперечное сечение пары лопастей, укрепленных на оси вращения;
- на рис. 20.4 - схема энергетических связей.