Транспортно-енергетична мережа

Винахід має відношення до мереж електротранспорту, а також до використання альтернативних відновлюваних джерел енергії. Відомо багато мереж електротранспорту і систем їх живлення. Всі відомі види електротранспорту тролейбуси, трамваї, електропоїзди живляться від загальної електромережі через відповідні перетворювачі електроенергії, яка виробляється електростанціями. В той же час більшість джерел альтернативної енергетики з причини їх низької концентрації можуть збирати концентровано незначну кількість енергії і вирішувати лише локальні задачі. Існують системи взаємодії вітроагрегатів через реверсивні лічильники з загальною електромережею. В цьому випадку в разі недостатнього виробництва електроенергії, частина її забирається з мережі, а в разі надлишку її, частина електроенергії через відповідні перетворювачі, скидається в загальну мережу. Але мова тут іде про локальні, незначної міцності перетворювачі. Найближчим прототипом нашої пропозиції можна вважати міжміську тролейбусну лінію яка включає в себе дорогу, вздовж якої з двох сторін розташовані стовпи які підтримують лінію електропередач струму, що живить тролейбуси, електропідстанції які зв’язують цю лінію з загальною електромережею. (відомості про такі лінії див. “Малая советская энциклопедия», т.9, стр.519, статья «Троллейбус») Ми пропонуємо створити мережу вироблення електроенергії, яка б включала в себе значні частки простору, тобто виробляла значну кількість електроенергії і в той же час щоб вона не була занадто дорогою і базувалась на вже існуючій транспортній мережі, розпреділеній на значну площу і протяжність. Суть пропозиції полягає в тому, що, наприклад, міжміська тролейбусна лінія, яка включає в себе дороги, стовпи розташовані вздовж неї, лінії електроживлення, електропідстанції, тощо, доповнюється вітроелектрогенераторами, розташованими на кожному або деяких стовпах, а також, наприклад, плівковими фотоелектроперетворювачами протягнутими між стовпами вздовж дороги. Крім того, транспортно-енергетична мережа (далі ТЕМ), має систему перетворення енергії, яку виробляють вітроенергогенератори і фотоперетворювачі, в форму придатну для живлення тролейбусів, а в разі надлишку її, в форму, придатну для скидання її в загальну мережу. В разі ж відсутності вітрової і сонячної енергії ТЕМ живиться звичайним способом з загальної мережі. На наш погляд пропонована ТЕМ дасть можливість вперше зв'язати альтернативні відновлювані джерела енергії вітер і сонце з загальною державною електромережею. Пропонована транспортно-енергетична мережа показана на фіг.1, 2 і 3. На фіг.1 показано загальний вигляд ТЕМ з тролейбусною лінією, вітроелектрогенераторами на стовпах і з плівковими фотоелектроперетворювачами розташованими на кабель-тросах, протягнутих вздовж тролейбусної лінії. Тут: 1 - вітроелектрогенератори; 2 - плівкові фотоперетворювачі, навішані на кабель-тросах як прапорці для зменшення опору вітру. На фіг.2 показано ТЕМ, яка має крім вітроелектрогенераторів розташованих на стовпах, більш міцні вітряки на високій арці, наприклад, такій, які підтримують електромережу на електрифікованих залізницях, або окремих вежах. Тут: 3 - арка або вежа; На фіг.3 показано умовно карту-схему умовного району України з середніми кліматичними даними. ТЕМ зображена на фіг.3 має 11 тролейбусних маршрутів, по два вагони на кожному з них. Тут: 4 - високовольтна лінія державної електромережі; 5 - підстанції, які живлять тролейбусні лінії в разі повної відсутності вітру і сонця, і скидають зайву енергію в державну мережу, коли працює ТЕМ. Взаємодія між елементами ТЕМ може відбуватись за різними схемами, яки описані в відповідній літературі , див. , наприклад, книгу "Возобновляемые источники энергии", Дж. Твайделл, А.Уэйр, Москва, энергоатомиздат, 1990г. стор.230-237. ТЕМ складається із загальновідомих елементів і на наш погляд не потребує спеціальних пояснень і очевидна з рисунків. Один з таких варіантів наступний. Фотоелектроперетворювачі 2 при потраплянні на них сонячного світла або розсіяного денного виробляють постійний струм, який безпосередньо через діодні розподілювачі передається в тролейбусну лінію. Електроенергія, яка виробляється вітроелектрогенераторами 1, також через випрямлювачі передається в лінію живлення тролейбусів. В разі надлишку цієї енергії , частина її. в вигляді постійного струму, передається в підстанції 5, де перетворюється в змінний струм потрібної частоти і напруги для живлення високовольтної мережі 4. Відповідні діодні розподілювачі в разі відсутності, або недостатнього вироблення електроенергії від вітроелектрогенераторів 1 і фотоелектроперетворювачів 2, подають ії в тролейбусну мережу через підстанції 5 традиційним шляхом. Єдина різниця між звичайною тролейбусною лінією і ТЕМ є в тому, що на підстанціях 5, крім стандартних трансформаторів та випрямлювачів, які живлять тролейбусну лінію, є пристрої, які перетворюють постійний струм від фотоелектроперетворювачів 2 і вітроелектрогенераторів 1 в змінний струм промислової частоти і потрібної для місцевої мережі напруги для живлення загальної мережі. Вздовж одного кілометра тролейбусної лінії з обох її боків розташовано 80-100 стовпів. Якщо на кожному з них буде розташовано невеликий вітродвигун, наприклад, вертикального типу, який захоплює 40-45м2 простору, то при вітрі в 5-6м/сек і ККД перетворення в 15% він вироблятиме 0,5-0,6кВт електроенергії. В цьому випадку кожен кілометр тролейбусної лінії даватиме 50-60кВт, а 3-4 кілометри зможуть живити один вагон тролейбуса. При швидкості вітру в 10 м/сек, лінія в один кілометр вироблятиме 300-400 кВт і цю енергію, перетворивши, можна буде передавати в загальну мережу. Відомі плівкові фотоелектроперетворювачі з аморфного кремнію перетворюють пряме сонячне і розсіяне денне світло в електроенергію з ККД в 6%. Якщо вздовж лінії тролейбусу на тих самих стовпах будуть протягнуті кабель-троси, на яких з обох сторін лінії будуть закріплені полоси фотоперетворювачів, наприклад, в 2 метри завширшки, це становитиме 4000м2 на один кілометр ТЕМ. Орієнтовний розрахунок показує, що така лінія при прямому сонячному світлі вироблятиме біля 50Вт електроенергії на 1м2 , а при розсіяному світлі 10-15Вт. Це дає при сонячному світлі додатково 200кВт на 1км лінії і, відповідно, при розсіяному світлі 40-50кВт. При повній відсутності вітру і сонця тільки від розсіяного даного світла 3-4 кілометри такої лінії зможуть живити один вагон тролейбуса, і тільки в безвітряну ніч, коли не буде ні сонця, ні розсіяного світла, тролейбуси треба буде живити від загальної електромережі. В залежності від рельєфу, вітропотенціалу місцевості, місцевих умов, періодично вздовж лінії тролейбусу, або поблизу можна розташовувати додаткові більш міцні вітроелектростанції, як це показано на рис. 2, або іншого типу на окремих вежах, наприклад, гірляндні вітроелектростанції по патенту України №53451А тощо. Це дозволить, крім поліпшення транспортного зв'язку, з заміною міжміських автобусів на тролейбуси, перетворити ці райони в енергогенеруючі, значно зменшивши екологічний тиск на оточуюче середовище і економлячи багато коштів, які ідуть на енергетику та транспорт. Орієнтовний розрахунок показує, що ТЕМ умовно показана на фіг.3 зможе живити всі 22 вагони в безвітрену і безсонячну погоду, як тільки розсвіте. А при вітрі в 15 метрів і сонячну погоду цей район вироблятиме енергію третини Чорнобильського блоку, забезпечуючи 250 тисяч людей електроенергією, враховуючи опалення будівель. Показники ТЕМ ще зростатимуть по мірі підвищення ККД вітродвигунів і фотоперетворювачів, що неодмінно має відбутися при масовому виробництві і удосконаленні їх конструкції. Якщо з тих 500Вт, які є в середньому в одному квадратному метрі простору оточуючого нас середовища, навчитись виробляти 100-200Вт, можна говорити взагалі про альтернативну енергетику без спалювання нафти, газу та вирубання лісів.