Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике.

СВЕС, представляет собой комплекс из однотипных ветродвигателей различного вида преобразования и использования энергии ветра, объединённых в одну общую систему жёстким каркасом в виде стены, состоящей из горизонтальных и вертикальных несущих элементов конструкции и разделяющейся по средине на правое и левое крыло центральной опорой, в виде круглой колонны с круговыми выступами , при многоярусной конструкции, для движения по этим выступам внутренних опорных катков несущей конструкции, либо размещения там упорного подшипника. Вертикальные несущие элементы, правого и левого крыла несущей конструкции, опираются наружными катками на опорные кольца, поддерживаемые наружными опорами, располагающимися по кругу на равном расстоянии от центральной опоры. Опираясь на наружные и внутренние катки, вся несущая конструкция СВЭС может поворачиваться, относительно центральной опоры на 360 градусов и позволяет разворачивать плоскость СВ€С перпендикулярно фронтальной стороной к направлению ветра при благоприятной скорости ветра, либо разворачивать её торцевой

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) стороной параллельно направлению движения ветра при штормовой скорости ветра, для снижения опасности повреждения станции.

Также корректировать направление и силу воздушного потока позволяет система пластин решётки жалюзи, расположенных с обеих сторон ветродвигателей. В случае необходимости ремонта, обслуживания или неблагоприятных погодных условий - эти решётки могут полностью закрывать рабочее пространство ветродвигателей от воздействия солнца, ветра, дождя, снега или града, препятствуя их повреждению или обледенению, а так же, создавая комфортные условия для работы обслуживающего персонала.

Наиболее приоритетным, для выработки электроэнергии, является применение известных тихоходных многолопастных ветрогенераторов, конструкция которых позволяет вырабатывать электроэнергию без потерь полезной мощности в редукторах, повышающих обороты генератора. Для этого, на концах лопастей ветроротора, по кругу располагаются неодимовые магниты (либо электромагниты с внешним подмагничиванием). А на кольце статора располагаются, на равном расстоянии друг от друга, индукционные катушки с минимальным зазором между кольцом статора и магнитами ротора. При этом, диаметр ветроротора обеспечивает достаточную угловую скорость для генерации электроэнергии даже при слабых ветрах.

Размещение большого числа ветродвигателей компактно на одной станции, значительно упрощает к ним доступ для осмотра, ремонта и обслуживания.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к ветроэнергетическим станциям повышенной мощности и устойчивости к разрушающим скоростям ветра для преобразования кинетической энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию, при минимальном использовании территории земельного участка , занимаемой при строительстве и эксплуатации станции, что достигается при размещении ветрогенераторов различных типов на жёсткой несущей конструкции в виде стены на пути ветра, но, при этом, обеспечивающей хорошую проникаемость воздушных масс без потери скорости ветра и эффекта подпирания воздушного потока.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Все известные модели ветродвигателей, ветротурбин с горизонтальными и вертикальными осями вращения маломощны в сравнении с ТЭС и АЭС, но дороги в строительстве, обслуживании и имеют малый срок службы. Попытки увеличения мощности путём простого увеличения размеров, достигли разумных и безопасных пределов высоты и диаметра сметаемой площади. Но, при этом, увеличивается опасный уровень вредного воздействия инфразвуковых частот создаваемого шума и необходимость ограничений по присутствию людей и животных на значительно большей площади охранной территории.

Различия в направлениях и скоростях ветра на разных высотах - так же отрицательно сказываются на производительности и устойчивости сверхвысоких ветряков.

Транспортировка и монтаж крупногабаритных неразборных элементов ветряков - так же является сложной технической задачей, потому как не везде дороги обладают нужной пропускной способностью, а монтаж крупных элементов возможен только при полном безветрии в зонах повышенной ветренной активности.

При пожаре на большой высоте, в ветреную погоду невозможно использовать наземную и воздушную противопожарную технику, а воду, при отрицательных температурах, сложно поддерживать в жидком состоянии в системах пожаротушения в неотапливаемых помещениях.

Простое увеличение парка маломощных ветряков, также приводит к значительному удорожанию произведённой энергии в

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) связи с увеличением общей стоимости оборудования, затрат на обслуживание и ремонты, ограничения в использовании значительных площадей территории земельных участков, ввиду вредного воздействия инфразвука на человека и животных.

Наиболее близким к предлагаемому проекту, является разработка Норвежской компании Greentech, которая представила плавающую группу ветряных турбин высотой 324 м. Утверждается, что эта инновация будет способна обеспечить энергией до 80000 домохозяйств.

Система была разработана норвежской компанией Wind Catching Systems (WCS) , которая заявляет, что их новая ветряная турбина может генерировать в пять раз больше энергии, чем крупнейшие автономные ветряные турбины в мире.

Она представляет собой большой металлический каркас в виде стены (фиг.9), на котором крепятся небольшие турбины (более 100 шт.)

При этом, предполагается, что одна такая система будет иметь в 2-2,5 раза большую активную площадь лопастей, чем самая большая в Мире ветряная турбина Vestas V236 мощностью 15 МВт.

При этом прочность и устойчивость конструкции штормовым ветрам ни чем не подкреплена. Доступность персонала к ремонту и обслуживанию ветротурбин связана с большими неудобствами и риском. Доставка запасных частей и материалов на высоту без вспомогательной высотной техники в ветреную погоду невозможна.

Никакой защиты при ураганных ветрах и обледенении не предусмотрено.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Все эти и многие другие недостатки, на решение которых направлено заявляемое изобретение по созданию ветроэнергетической станции, повышенной прочности и безопасности в работе, способной сохранять работоспособность при любых условиях погоды, быть ремонтнопригодной со свободным доступом ко всем компонентам в любое время и при любых погодных условиях, а по мощности превосходить все известные аналоги за счет возможности использовать значительно превосходящую активную площадь лопастей ветрогенераторов с безредукторной конструкцией генерации электроэнергии, компактно вмонтированных в одну установку, при минимальном использовании площади земельных участков.

При этом, все компоненты СВЭС имеют стандартные размеры и не требуют специальных транспортных средств для доставки их к месту установки.

Для производства электроэнергии на СВЭС, целесообразно использование горизонтального безредукторного ветрогенератора подобного Windtronics (фиг.8), в котором на концах лопастей закреплены сильные неодимовые постоянные магниты, а по ободу смонтированы статорные катушки. При таком решении ротор одновременно является и генератором прямого привода для ветряка. При диаметре ротора 1,8 метра, заявленная годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии. Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 м/сек., а уровень шумов - не более 35 дБ. При использовании на СВЭС, диаметр и мощность ветроколеса могут быть значительно увеличены, благодаря жесткой и прочной конструкции несущих элементов и наличия защитной решетки жалюзи, позволяющей регулировать направление и силу ветра.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Характерной особенностью настоящего избретения является обеспечение ветростанции, в которой в значительной мере преодолены недостатки в существующих ветростанциях и ветродвигателях, упомянутых выше.

Другой особенностью настоящего изобретения обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что ее конструкция позволяет улавливать максимально возможное количество энергии ветра на единицу площади ряда ветряков.

Другой особенностью настоящего изобретения обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что возможность регулировки проникаемости ветром стены из ряда ветряков, позволяет эксплуатировать ее как при самих малых скоростях ветра, так и при ураганных и штормовых скоростях ветра.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что она может работать при любом направлении ветра и при любом направлении вращения ветродвигателей, изменяя свое положение в пространстве всего на 90° относительно центральной опоры в плоскости горизонта, когда её опорные кольца могут быть представлены в виде, двух противоположно расположенных,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) относительно центральной опоры, сегментов с угловой величиной в 90° (фиг.7).

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что запуск в экплуатацию станции может осуществляться по мере готовности монтажа отдельных ветродвигателей.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что при производстве электроэнергии, зазор между катушками статора и магнитами ротора может регулироваться в автоматическом режиме, что позволит регулировать нагрузку и снижать момент страгивания ротора при низкой скорости ветра.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что для строительства СВЭС различной мощности достаточно изменять размеры конструктивных элементов путём простого масштабирования или изменения количества используемых ветродвигателей.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что монтаж, ремонт и обслуживание ветростанции может осуществляться собственными подъемными механизмами в любое время и при

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) любих погодных условиях, закрывая рабочее пространство в месте проведения работ, решётками жалюзи.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что она обеспечивает быстрый, легкий и безопасный доступ ко всем узлам, механизмам и компонентам конструкции благодаря возможности установки грузовых лифтов и размещения технологических проходов и помещений, для хранения запасных частей, смазочных, расходных материалов , инструментов и приспособлений, внутри горизонтальных несущих конструктивных элементов.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что ее работа может осуществляться автоматическим модулем программируемого контролера, используя информацию о направлении и силе ветра, влажности и температуре воздуха от датчиков, расположенных вокруг станции на расстоянии, достаточным для своевременной подготовке станции к изменяющимся условиям погоды.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что она , находясь вся в подвешенном состоянии, занимает минимум земельной площади , не создавая препятствий для использования земель сельскохозяйственного назначения, выпаса скота, прокладки дорог, жилых и хозяйственных построек.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что благодаря использованию тихоходных ветродвигателей, низкому уровню шума и вибрации, может использоваться на крышах жилых и производственных зданий.

Другой особенностью настоящего изобретения является обеспечение ветростанции, отличающейся тем, что может использоваться на плавучих платформах и на переоборудованью судах торгового флота, выведенных из эксплуатации.

В соответствии с особенностями, перечисленными выше, настоящее изобретение в широком смысле обеспечивает СВЭС, включающую в себя центральную опору и несколько наружных опор, расположенных радиально по кругу от центральной опоры и имеющими выступы, для размещения на них опорного кольца, либо нескольких опорных колец на равном расстоянии друг над другом, при многоярусной конструкции СВЭС.

Центральная опора так же имеет выступы для движения по ним внутренних катков или размещения на них упорных подшипников, для обеспечения возможности разворота СВЭС при изменении направления ветра .

Жесткая несущая конструкция СВЭС состоит из вертикального кожуха центральной опоры, вертикальных боковых несущих элементов и горизонтальных несущих элементов ромбообразного сечения, разделяющими СВЭС на ярусы и служащими для направления и уплотнения воздушного потока в рабочей зоне ветродвигателей.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Направление и сила воздушного потока может регулироваться или полностью перекрываться при: ремонте, обслуживании ветродвигателей или при ураганной силе ветра, решеткой состоящей из пластин жалюзи с обоих сторон ветродвигателей

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

Технический результат в использовании ветроэнергетической станции заключается в захвате максимально возможной площади движущихся масс воздуха одной установкой, при минимальном использовании площади землельного участка и минимальном влиянии на окружающюю среду и экологию, высокая прочность установки, надежность и низкий уровень шума при работе, простота в монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте без привлечения высотной спец. техники и специалистов. Независимость каждого отдельного элемента ветроэнергетической станции, позволяет вести монтаж и ввод в эксплуатацию по мере готовности и наращивания числа новых элементов, всвязи с ростом потребности дополнительной мощности. Каждый отдельный элемент ветроэнергетической станции может быть, в случае необходимости ремонта или обслуживания, изолирован от воздействия явлений внешней среды - ветра, Солнца, атмосферных осадков. Скорость ветра может быть ограничена, в случае превышения допустимых значений. В случае генерирования электроэнергии, возможность безредукторной генерации, значительно упрощает и удешевляет получение экологически чистой энергии.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Сущность изобретения ветроэнергетической станции поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем болем не ограничивают весь объём притязаний данного технического решения, а являются только иллюстрирующими материалами частного случая исполнения:

На фиг.1 - вид спереди.

На фиг.2 - вид сбоку.

На фиг.З - вид сверху.

На фиг.4 - разрез А-А.

На фиг.5 - разрез Б-Б.

На фиг.6 - разрез В-В.

На фиг.7 - вид сверху при сокращённом варианте опорных колец.

На фиг.8 - ветрогенератор Windtronics

На фиг.9 - ветростанция Wind Catching Systems (WCS)

На фиг.10 - СВЭС - вид на местности.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Где на фигурах: . Наружная опора. . Опорное кольцо. . Горизонтальный несущий элемент. . Ветродвигатель. . Пластина жалюзи. . Центральная опора. . Кольцевой выступ центральной опоры.. Кожух центральной опоры. . Внутренние катки. 0. Наружные катки. 1. Вертикальный несущий элемент. 2. Колпак центральной опоры. 3. Подъёмный механизм. 4. Технологический проход. 5. Датчик параметров ветра.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Работает СВЭС следующим образом:

Ветродвигатели 4 размещаются рядами, на равном расстоянии один от другого, в один или несколько ярусов, в жёстком каркасе, состоящем из горизонтальных 3 и вертикальных 11 несущих элементов. Жёсткий каркас СВЭС опирается внутренними катками 9 на кольцевой выступ 7 центральной опоры 6 , а внешними катками 10 опирается на опорные кольца 2, которые удерживаются на наружных опорах 1, с возможностью вращения СВЭС в горизонтальной плоскости, относительно центральной опоры 6, для ориентации электромеханическим приводом, фронтальной плоскостью ветростанции, либо перпендикулярно направлению движения ветра, для максимально эффективного использования энергии ветра, либо для поворота ветростанции торцевой стороной, для максимального снижения парусности при аварийно опасной скорости ветра. При этом, информация о силе и направлении ветра, температуре и влажности воздуха, поступает от датчиков параметров ветра 15, расположенных как на самой станции, так и вокруг СВЭС на расстоянии, достаточном, для того, что бы в автоматическом или ручном режиме подготовить станцию к изменяющимся условиям состояния погоды.

Ветер, направляется в рабочую зону ветродвигателей 4, решётками жалюзи 5 и горизонтальными несущими элементами 3, имеющими ромбообразное сечение, благодаря чему, воздушный поток уплотняется и ускоряется в рабочей зоне ветродвигателей 4 и после столкновения с лопастями ветродвигателей, отдав кинетическую энергию ветра, устремляется в расширяющуюся зону с пониженным давлением за ветродвигателями. При этом

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) происходит преобразование кинетической энергии ветра во вращательное движение ветродвигателя.

Для преобразования вращательного движения ветродвигателей в электрическую энергию целесообразно применение тихоходных, бесшумных турбин безредукторной генерации с размещением сильных неодимовых постоянных магнитов на концах лопастей ветроротора и индукционных катушек статора, с возможностью регулировки воздушного зазора между ротором и статором, что позволяет обеспечить момент страгивания ветротурбины при скорости ветра 0,2 м/с, а при скорости 0,8 м/с турбины начинают вырабатывать ток.

При этом, для генерирования электроэнергии ветротурбина может вращаться в любую сторону и, поэтому для работы СВЭС достаточно иметь возможность поворота в горизонтальной плоскости на 90° относительно центральной опоры (фиг. 7) при сокращённом варианте опорных колец.

Так же, для регулирования силы и направления воздушного потока предназначены решётки из пластин жалюзи 5, расположенные с обеих сторон от ветродвигателей 4. Так же, решётки жалюзи 5, позволяют полностью закрыть рабочее пространство в зоне работ по ремонту и обслуживанию ветродвигателей 4, от прямого воздействия ветра и атмосферных осадков во время проведения работ.

Для облегчения ремонтных работ, каждый ярус на каждом крыле СВЭС, оборудован подъёмными механизмами 13, а центральная опора и боковые опоры - оборудуются грузопассажирскими лифтами и аварийными лестницами.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Центральная опора 6 закрыта от воздействия атмосферных осадков, кожухом 8 с колпаком 12 и служит вертикальным несущим элементом СВЭС, соединяя на себе горизонтальные элементы 3 правого и левого крыла СВЭС.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)