Download to read offline
More Related Content
29993ip
- 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ(13) A4 (11) 29993 (51) F03D 1/00 (2006.01) F03D 3/04 (2006.01) F03D 9/00 (2006.01) F03D 9/02 (2006.01) F03D 11/02 (2006.01) F24J 2/42 (2006.01) F24J 2/48 (2006.01) F03G 6/00 (2006.01) F03G 7/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2014/0390.1 (22) 28.03.2014 (45) 15.06.2015, бюл. №6 (72) Надиров Надир Каримович; Низовкин Валентин Михайлович (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-Инженерный Центр "Нефть" Национальной Инженерной Академии Республики Казахстан" (56) Инновационный патент РК №27341, 2013 (54) ВЕТРОСОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ "ТОРНАДО" (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 - обеспечение постоянной выработки электроэнергии не зависимо от погодных условий и времени суток. В ветросолнечной электростанции «Торнадо», включающей конфузорную башню с впускными клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего материала с внутренним светопоглощающим слоем, сверху которой установлен турбогенератор, а снизу - теплоаккумулятор, согласно изобретению, конфузорная башня выполнена с конусностью не более 15-20° с шарнирными клапанами зачерненными изнутри, установлена вертикально на стойках и соединена с ними направляющими тангенционально установленными зачерненными пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни расположен кольцевой гелиоколлектор с вихреобразующим аппаратом, под которым установлен теплоаккумулятор, выполненный грунтовым с черным покрытием и снабжен трубопроводом подачи воды. Вихреобразующий аппарат гелиоколлектора выполнен лопаточным с углами наклона лопаток 30-45° и установлен в нижнем сечении конфузорной башни. Кольцевой гелиоколлектор выполнен из светопрозрачного материала, и расположен над грунтовым теплоаккумулятором с переменным зазором. Грунтовый теплоаккумулятор выполнен коническим, емкостью не менее суточного энергопотребления, из теплопроводящего грунта и снабжен внутренними теплоэлектрическими нагревателями (ТЭНы), питаемыми, избыточной электроэнергией турбогенератора. Дефлектор выполнен с углом наклона не более 30°. Лопатки турбины турбогенератора выполнены с шагом не менее высоты турбины и углами наклона, уменьшающимися по радиусу. Шарнирные клапаны конфузорной башни выполнены по всему периметру открывающимися внутрь башни и установлены на стержнях при помощи не менее 3 шарниров.
- 2. 29993 2 Изобретение относится кобласти бестопливных электростанций промышленной мощности на основе совместного использования ветровой и солнечной энергий и теплоаккумуляторов по принципу образования атмосферных вихрей типа «торнадо». 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. F03G 6/00, F24J 2/42, опубл. 07.02.1991 г). Существенным недостатком этого изобретения является не обеспечение постоянства вырабатываемой электроэнергии. Известен «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. F03D 3/04, опубл. 27.06.1995 г). Недостатками этого изобретения являются не обеспечение постоянства вырабатываемой электроэнергии. Наиболее близким техническим решением является «Башенная электростанция «Торнадо», включающая конфузорную башню с впускными клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего материала с внутренним светопоглощающим слоем, сверху которой установлен турбогенератор, а снизу - теплоаккумулятор (Инновационный патент РК №27341, кл. F03D 1/00, опубл. 16.09.2013г.). Недостатками этого изобретения также является не обеспечение постоянства вырабатываемой электроэнергии. Задача изобретения - создание устройства, преобразующего солнечную и ветровую энергии в электрическую. Технический результат изобретения - обеспечение постоянной выработки электроэнергии не зависимо от погодных условий и времени суток. Задача и технический результат достигаются тем, что в ветросолнечной электростанции «Торнадо», включающей конфузорную башню с впускными клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего материала с внутренним светопоглощающим слоем, сверху которой установлен турбогенератор, а снизу - теплоаккумулятор, согласно изобретению, конфузорная башня выполнена с конусностью не более 15-20° с шарнирными клапанами зачерненными изнутри, установлена вертикально на стойках и соединена с ними направляющими тангенциально установленными зачерненными пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни расположен кольцевой гелиоколлектор с вихреобразующим аппаратом, под которым установлен теплоаккумулятор, выполненный грунтовым с черным покрытием и снабжен трубопроводом подачи воды. Кроме того, в ветросолнечной электростанции «Торнадо» вихреобразующий аппарат гелиоколлектора выполнен лопаточным с углами наклона лопаток 30-45° и установлен в нижнем сечении конфузорной башни. Кольцевой гелиоколлектор выполнен из светопрозрачного материала, и расположен над грунтовым теплоаккумулятором с переменным зазором. Грунтовый теплоаккумулятор выполнен коническим, емкостью не менее суточного энергопотребления, из теплопроводящего грунта и снабжен внутренними теплоэлектрическими нагревателями (ТЭНы), питаемыми избыточной электроэнергией турбогенератора. Дефлектор выполнен с углом не более 30°. Лопатки турбины турбогенератора выполнены с шагом не менее высоты турбины и углами наклона, уменьшающимися по радиусу. Шарнирные клапаны конфузорной башни выполнены по всему периметру открывающимися внутрь башни и установлены на стержнях при помощи не менее 3 шарниров. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид электростанции при эксплуатации, на фиг.2 показан ее общий вид без направляющих ветер пластин, на фиг.3 - узел теплоаккумулятора, на фиг.4 - общий вид турбины, на фиг.5 - общий вид и разрез дефлектора. Ветросолнечная электростанция «Торнадо» состоит из конфузорной башни 1 с конусностью не более 15-20° (по результатам испытаний модели) с шарнирными клапанами 2, зачерненными изнутри, установленной вертикально на стойках 3 с фундаментными фланцами 4 и расчалках 5. Шарнирные клапаны 2 выполнены открывающимися внутрь конфузорной башни 1 по всему ее периметру, установлены на стержнях башни при помощи не менее 3 шарниров. Сверху конфузорной башни 1 установлен турбогенератор, содержащий осевую турбину 6 с стандартным электрогенератором и направляющим аппаратом (на чертеже не показаны), снаружи турбогенератора, на башне 1 установлен дефлектор 7, выполненный с углом наклона не более 30° (по результатам испытаний модели). Лопатки 14 со специальным профилем 16 турбины 6 выполнены с шагом не менее высоты турбины и углами наклона, уменьшающимися по радиусу к направляющему кольцу 17 с ребрами жесткости 18. В нижнем сечении конфузорной башни 1 расположен кольцевой гелиоколлектор 11 с вихреобразующим аппаратом 8, под которым установлен грунтовый теплоаккумулятор 13, выполненный коническим с черным покрытием, тепловой емкостью не менее суточного энергопотребления и имеет внутренние теплоэлектрические нагреватели 19, питаемые избыточной энергией турбогенератора, который
- 3. 29993 3 снабжен трубопроводом 20подачи воды в ночное и облачное время суток. Для накапливания электроэнергии и выдачи ее потребителю служат стандартные электроаккумуляторы и инверторы (на чертеже не показаны). Вихреобразующий аппарат 8 гелиоколлектора 11 выполнен лопаточным с углами наклона лопаток 15 30-45° (по результатам испытаний модели установки). Конфузорная башня 1 через пояса 8 расчалками 5, тангенциальными направляющие ветер пластинами 9 и светопоглощающими диффузором 10 связана со стойками 3. Диффузор 10 из светопрозрачного материала 11 соединен со штырями 12 и размещен на грунтовым теплоаккумулятором 13 с переменным по площади зазором. Для обслуживания электростанции «Торнадо» служит лестница 21. Работа ветросолнечной электростанции «Торнадо» осуществляется следующим образом. При ветре со скоростью 3-25 м/с его потоки со стороны поступления ускоряются на 20-30% при движении между суживающими тангенциальными каналами направляющих ветер пластин 9 и через открывшиеся шарнирные клапаны 2 входят внутрь конфузорной башни 1, создавая вихревой поток, который под оптимальными углами поступает в направляющий аппарат и далее на лопатки турбины 6, которая преобразует его энергию, передаваемую через редуктор электрогенератору и далее потребителю. Общий КПД при этом может достигать 0,65, при максимальной мощности. Избыток электроэнергии в таком случае автоматически поступает в ТЭНы 19, которые дополнительно нагревают грунт теплоаккумулятора 13, а основная энергия накапливается в электроаккумуляторе и через инвертор подается потребителю. При солнечном излучении интенсивностью 0,25-1,0 кВт/м2 все внутренние зачерненные поверхности (шарнирные клапаны 2, направляющие ветер пластины 9, диффузор 10, теплоаккумулятор 13), нагреваясь, переизлучают энергию в виде тепла завихренным потокам воздуха, что приводит к концентрации энергии внутри конфузорной башни 1 с повышением окружных скоростей потоков до 2-3 раз и повышению мощности электростанции до суммарной ветровой и солнечной с учетом общего КПД процессов 0,5-0,6. В ночное или облачное время теплоаккумулятор 13 излучает запасенную днем энергию внутрь конфузорной башни 1, что повышает мощность турбины на 30-40%, а при подаче воды по трубопроводу 20 до 40-60%, так как ее испарение при температуре теплоаккумулятора 13 80-100°С приводит к испарению воды, а пар, поступающий внутрь башни 1 конденсируясь также повышает мощность процесса вихреобразования. Эти процессы обеспечивают постоянную суточную выработку электроэнергии со средней мощностью равной около половины максимальной. Автоматическая работа клапанов 2, подача воды и большой запас энергии теплоаккумулятора 13 обеспечивают постоянную выработку электроэнергии. При среднегодовой суммарной длительности поступления ветровой и солнечной энергий около 6000 часов и емкости грунтового теплоаккумулятора на 2750 часов его работы электростанция «Торнадо» может обеспечить постоянное бесперебойное энергоснабжение на большинстве территории РК. Расчетами установлено, что такие электростанции при постоянном, круглосуточном электроснабжении и себестоимости не выше существующих позволят использовать такие электростанции даже при отсутствии общих сетей электроснабжения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветросолнечная электростанция, включающая конфузорную башню с впускными клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего материала с внутренним светопоглощающим слоем, сверху которой установлен турбогенератор, а снизу теплоаккумулятор, отличающаяся тем, что конфузорная башня выполнена с конусностью не более 15-20° с шарнирными клапанами зачерненными изнутри, установлена вертикально на стойках и соединена с ними направляющими тангенциально установленными зачерненными пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни расположен кольцевой гелиоколлектор с вихреобразующим аппаратом, под которым установлен теплоаккумулятор, выполненный грунтовым с черным покрытием и снабжен трубопроводом подачи воды. 2. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что вихреобразующий аппарат гелиоколлектора выполнен лопаточным с углами наклона лопаток 30 - 45° и установлен в нижнем сечении конфузорной башни. 3. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой гелиоколлектор выполнен из светопрозрачного материала, и расположен над грунтовым теплоаккумулятором с переменным зазором. 4. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что грунтовый теплоаккумулятор выполнен коническим, емкостью не менее суточного энергопотребления, из теплопроводящего грунта и снабжен внутренними теплоэлектрическими нагревателями, питаемыми избыточной электроэнергией турбогенератора. 5. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что дефлектор выполнен с углом не более 30°. 6. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопатки турбины турбогенератора выполнены с шагом не менее высоты турбины и углами наклона, уменьшающимися по радиусу. 7. Ветросолнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что шарнирные клапаны конфузорной башни выполнены по всему периметру
- 4. 29993 4 открывающимися внутрь башнии установлены на стержнях при помощи не менее 3 шарниров.
- 5.
- 6.