Вітрогідрогеліоелектричний генератор

1. Вітрогідрогеліоелектричний генератор, який використовує енергію Сонця та вітру, представляє собою два водоймища, розташовані на різних висотах, над поверхнями яких знаходяться прямі перетворювачі сонячної енергії в електричну, та між якими (водоймищами) діє гідравлічна турбіна для вироблення електричної енергії, який відрізняється тим, що для підйому води з нижнього до 3 шими електростанціями, а виробленої цією ГАЕС електроенергії набагато менше нею спожитої. Так діюча з 1972 року Київська ГАЕС на заповнення верхнього водоймища середньо річно споживає 290 млн. кВт.г, а виробляє до 200 млн. кВт.г, тобто більше 30 % електричної енергії втрачається. Найбільш близьким прототипом до запропонованого технічного рішення є генератор тепла, який являє собою джерело тепла у вигляді "сонячного ставка", тобто водоймища, наповненого концентрованим розчином солі; теплообмінник, вміщений у "сонячний ставок" та з'єднаний за допомогою енергопроводів з користувачем, який відрізняється тим, що у "сонячному ставку" додатково розташований перетворювач енергії вітру у тепло, який з'єднаний енергопроводом з вітродвигуном. Перетворювач енергії вітру у тепло являє собою гідравлічне гальмо, яке з'єднане механічною передачею з вітродвигуном (див. Бандура В.М., Ткач М.Р. Генератор тепла. Патент №22851 А, виданий 05.05.98. Заявка №93006665 від 28.09.93.). Порівняно з попередніми технічними рішеннями це технічне рішення конструктивно простіше і дозволяє одночасно накопичувати (акумулювати) як сонячну енергію, так і енергію вітру, використовуючи його пориви. Таким чином сонячна енергія та енергія вітру у формі тепла іде на поповнення внутрішньої енергії "сонячного ставка". Але подальше перетворення накопиченої генератором тепла внутрішньої енергії в електричну відомими способами (наприклад, за допомогою циклу Ренкіна, за яким діють теплові електростанції, чи явища Зеєбека) буде малоефективним з низьким значенням коефіцієнта корисної дії, тому що генератор виробляє низько потенціальне тепло (за температури, що не перевищує 100 °C). Задачею запропонованого нами технічного рішення є більш ефективне використання сонячної енергії та енергії вітру для генерування електричної енергії, порівняно з прототипом, з більшим коефіцієнтом корисної дії. Під поняттям коефіцієнт корисної дії маємо відношення виробленої вітрогідрогеліоелектричним генератором електричної енергії до спожитої ним сумарної енергії потоку вітру і сонячного випромінювання. Суть корисної моделі полягає у тому, що порівняно з прототипом виключається проміжне перетворення (у формі тепла) сонячної енергії та енергії вітру у малоефективну внутрішню енергію, а передбачається безпосередня передача енергії вітру (у формі роботи) насосу, з'єднаному з вітродвигуном, яка витрачається на підйом води з нижнього до верхнього водоймища з метою подальшого перетворення, відомими ефективними методами, акумульованої потенціальної енергії води верхнього водоймища в електричну. На відміну від існуючих ВЕУ, вітродвигун, з'єднаний з насосом для підйому води, здатний сприймати енергію поривів вітру, що підвищує ефективність перетворення енергії вітру в механічну роботу насосу. Вказана здатність зумовлена тим, що робота, яку виконує вітродвигун, пропорційна кубу швидкості вітру і за таким же законом діє у воді насос, який по суті є оберненим до вітродвигуна апаратом, бо вітродвигун (прямий апарат) перет 66818 4 ворює енергію вітрового потоку у роботу обертання валу, а насос, з'єднаний з вітродвигуном, навпаки - роботу валу перетворює у енергію потоку води. Різниця полягає лише в густинах середовищ, в яких діють обидва апарати. Також передбачаються розташовані над поверхнями обох водоймищ прямі перетворювачі сонячної енергії в електричну. Вміщений в нижнє водоймище насос, як обернений апарат до вітродвигуна, та з'єднаний з вітродвигуном, здатним споживати енергію вітру у всьому спектрі його швидкостей, і призначений для підйому води з нижнього до верхнього водоймища з метою акумулювання потенціальної енергії піднятої води, а також розміщені над поверхнями обох водоймищ прямі перетворювачі сонячної енергії в електричну є новими ознаками, тому що у публікаціях нам не зустрічались. Ці нові ознаки знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з очікуваним технічним результатом, а саме, з підвищенням коефіцієнта корисної дії перетворення енергії Сонця і вітру у електричну енергію. На кресленні представлена схема вітрогідрогеліоелектричного генератора. З нижнього водоймища 1, над частиною поверхні якого знаходиться прямий перетворювач сонячної енергії в електричну 3, насосом 5, з'єднаним механічною передачею 13 з вітродвигуном 4, піднімається вода через нагнітальний водовід 6 та надходить до верхнього водоймища 2, над частиною поверхні якого знаходиться прямий перетворювач сонячної енергії в електричну 3. З цього водоймища 2 через водовід 7 вода стікає донизу і потрапляє у гідротурбіну 8, в якій енергія потоку води перетворюється в роботу обертання електрогенератора 9, з'єднаного з гідротурбіною 8 механічною передачею 14. Відпрацьована в гідротурбіні 8 вода через водовід 15 надходить до нижнього водоймища 1. Електричний струм, вироблений електрогенератором 9 та прямими перетворювачами сонячної енергії в електричну 3, через електропроводи 11 надходить до регулюючого пристрою 10, який забезпечує стабільність необхідної електричної потужності вітрогідрогеліоелектричного генератора за умов одночасної чи окремої дії електрогенератора та прямих перетворювачів сонячної енергії в електричну. Після пристрою 10 електричний струм електропроводом 12 надходить до споживача чи в загальну мережу. За необхідності гідротурбіна 8, з'єднана механічною передачею 14 з електрогенератором 9, який повинен діяти як електрична машина, може працювати в оберненому режимі, тобто виконувати функцію насосу для підйому води з нижнього водоймища 1 до верхнього водоймища 2 через водоводи 15 та 7. На Україні є реальна можливість створення запропонованих вітрогідрогеліоелектричних генераторів, використовуючи верхні та нижні водоймища існуючих ГАЕС (Київської, Ташлицької та Дністровської), та значний потенціал і досвід Дніпропетровського "Південмашу" в розробці та будівництві потужних вітродвигунів. Нарощування кількості таких генераторів дозволить відмовитись від споживання електричної енергії, виробленої традиційними електростанціями (атомними чи зви 5 чайними тепловими), для заповнення верхніх водоймищ вітчизняних ГАЕС, а в перспективі і від будівництва нових блоків АЕС. Особливо привабливим є створення запропонованих генераторів в Чорнобильській зоні, яка ще Комп’ютерна верстка І. Скворцова 66818 6 довгі роки буде територією відчуження. Створення в ній верхніх та нижніх водоймищ суттєво зменшить ерозію ґрунтів, яка є причиною розповсюдження радіонуклідів. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601