Вітроенергетична установка

Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до вітроенергетичних установок. Відомі вітроенергетичні установки, які змонтовані і працюють на щоглах з вітротурбінами, наприклад, установка "USW 56 - 100" США (Див.: Принципиапьная схема ВЭС на базе ветротурбины модели "USW 56 - 100. Техническая характеристика). Також відомий вітродвигун (Авт. св. СССР №1809158, кл. F03D1/04, 1993), складений із корпусу з вхідним конфузором, горловиною і вихідним дифузором. У корпусі, розміщено вал і закріплені на ньому у зоні горловини турбіна з електрогенератором і направляючий апарат, вмонтований перед турбіною. Вітродвигун обладнано поворотною опорою, конфузор встановлено на ній, а направляючий апарат розміщено у горловині. Направляючий апарат може бути виконаний регулюючим. Винахід також захищено патентом України №13984, F03D1/04, 1997 (прототип). Пропонується вітроенергетична установка, котра як і прототип, має корпус з вхідною частиною, шарнірне прикріплений до нерухомої опори, складений із дифузору, горловини та розташованої у ньому вітротурбіни з генератором, закріпленим у горловині. Конструкція вітродвигуна (прототипу) не знайшла застосування і не може бути впроваджена зза недоліків, які не дозволяють отримати вказаний нижче технічний результат: одноопорне кріплення не забезпечує стійку роботу усієї конструкції; дуже складне у виконанні регулювання напрямного апарату; не вирішено питання передачі енергії споживачу; вітродвигун розраховано на визначену швидкість вітру, яка буває у короткочасні терміни (див. фіг.2); енергія вітру, яка більша ніж розрахункова, не використовується; коефіцієнт використання енергії вітру низький, а доповнення такої конструкції регулюючим апаратом для використання енергії вітру у широкому діапазоні швидкостей перекреслює суть прототипу. У теперішній час широко використовуються вітродвигуни, які установлені на щоглах, що дозволяють більш повне використання енергії вітру. Наприклад, вітроагрегат "USW 56 - 100" працює у діапазоні 6 - 22м/с (див. фіг.1). Недоліком таких конструкцій є невикористання малих швидкостей вітру і видача малих потужностей при його середніх швидкостях, внаслідок цього графік видачі електроенергії нестабільний (див. фіг.3). Графік укладено з вітрографу прибережних зон України на протязі 15 діб теплої пори року (див. фіг.2), та графіку потужності "USW 56 - 100" (див. фіг.1). Технічний результат винаходу: стабілізація графіка видачі та підвищення вироблення електроенергії. В основу винаходу поставлена задача удосконалення вітроенергетичної установки за рахунок максимального використання енергії вітру та за рахунок збільшення його малих і середніх швидкостей на підході до лопатей вітротурбіни на агрегатах, що мають регулюючий пристрій для роботи у широкому діапазоні швидкостей. Поставлена задача рішається тим, що вітроенергетична установка що містить корпус з вхідною частиною, шарнірно прикріплений до нерухомої опори, горловину, вихідний дифузор та розташовані у корпусі вітротурбіну з генератором, закріпленими у горловині, згідно винаходу, вхідна частина корпуса обладнана периферійними та внутрішніми стулками для регулювання площі перетину вхідної частини (здатними збільшувати швидкість підходу повітряного потоку до вітротурбіни), установка має кільцевий монорельс, на який за допомогою катків опертий корпус, а нерухома опора має канал для контрольно - силових кабелів, обладнаних ковзаючими струмознімачами. Згідно винаходу у середині корпуса розташовані гідроциліндри з гідронасосами для відкриття та закриття стулок. Між сукупністю суттєвих ознак і досягнутим технічним результатом існує такий причиннонаслідковий зв'язок: вхідна частина корпусу обладнана стулками, що дозволяють збільшувати малі і середні швидкості вітру на підході до вітротурбіни, збільшуючи потужність генератора і, відповідно, вироблення електроенергії, та стабілізувати графік її видачі. На фіг.1 зображено графік потужності "USW 56 - 100"; на фіг.2 - вітрограф прибережних зон України на протязі 15 діб теплої пори року; на фіг.3 - графік видачі електроенергії "USW 56 - 100" згідно з вітрографом; на фіг.4 - вітроенергетична установка в плані; на фіг.5 - розріз I - I на фіг.4; на фіг.6 - вузол A на фіг.5; на фіг.7 - графік видачі електроенергії згідно вітрографу пропонуємою вітроенергетичною установкою з параметрами генератора і вітротурбіни, рівними "USW 56 - 100". Вітроенергетична установка містить корпус, складений із вхідної частини 1, яка являє собою усічену піраміду, що переходить у конфузор 2, горловини 3, дифузора 4. У горловині 3 закріплені за допомогою пілонів 5 вітротурбіна 6 з генератором 7. Корпус закріплено циліндричним шарніром до нерухомої опори 8 і оперто катками 9 на кільцевий монорельс 10, який змонтований на опорах 11. Вхідна частина корпусу 1 обладнана периферійними 12 та внутрішніми 13 стулками. Позиціями 14 показано положення стулок "відкрито". Стулки змінюють положення "відкрито" на "закрито за допомогою гідроциліндрів 15 та гідронасосів 18. Нерухома опора 8 має канал 17 силових та контрольно-управлінських кабелів 18, обладнаних ковзаючими струмознімачами. Вітроенергетична установка працює таким чином. При швидкості вітру, яка забезпечує роботу вітротурбіни 6 та генератора 7 у номінальному режимі, периферійні 12 та внутрішні 13 стулки закриті. У такому положенні швидкість повітряного потоку на підході до вітротурбіни 6 дорівнює природній швидкості вітру. При зниженні швидкості вітру нижче номінального режиму, відкриваються внутрішні стулки 13 за допомогою гідроциліндрів 15 та гідронасосів 16 за командою з пульту управління (на фіг. не показано). У такому положенні площа вхідної частини 1 забезпечує збільшення швидкості повітряного потоку перед вітротурбіною 6 у 2 рази. При подальшому понижені швидкості вітру відкриваються периферійні стулки 12, які збільшують швидкість повітряного потоку перед вітротурбіною 6 у 3 рази в порівнянні з природним вітром. Таке регулювання дозволяє збільшити виробіток електроенергії вітроустановками в умовах України у 5 - 8 разів. Орієнтація установки у напрямку вітру здійснюється флюгерністю самої конструкції. Ефект проаналізовано на прикладі розміщення вітроагрегату "USW 56 - 100" на вітроустановці, яка пропонується. По кривій потужності цієї установки (фіг.1) та вітрографу прибережних зон України (фіг.2), з урахуванням збільшення малих швидкостей вітру (2 - 6м/сек) у 3 рази та середніх (7 - 11м/сек) у 2 рази, побудовано графік виробітку електроенергії (фіг.7). Графік ілюструє значну стабілізацію видачі електроенергії замовнику і збільшення виробітку. Конструкція дуже проста у виконанні та управлінні. Порівняльний розрахунок, виконаний для вітротурбіни потужністю 107кВт, визначає економічність однієї кіловатгодини у 2,5 - 4 рази у порівнянні з вітротурбіною відкритого типу.