Вітроенергетична установка

Вітроенергетична установка, яка містить вітродвигун та електрогенератор, кінематично з'єднані між собою, яка відрізняється тим, що в Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використаний в системах мало коштовного постачання електричної енергії в загальну електричну мережу в умовах нестабільної швидкості та напрямку вітру Відома вітроенергетична установка [1], яка містить вітроенергетичний агрегат, пристрій для передачі отриманої потужності споживачам та додатковий пристрій зжимання газу з метою подальшого його використання в умовах слабкого вітру Основний недолік такої установки є велика складність пристрою і зв'язана з нею висока коштовність добування електроенергії Відома вітроенергетична установка [2], яка містить вітродвигун та електрогенератор кінематично з'єднані між собою Основний недолік такої вітроенергетичної установки є велика складність механічного обладнання та пов'язана з цим низька технічна надійність і, як наслідок, висока коштовність виготовлення та практичного використання В основу винаходу покладена задача спрощення обладнання вітроенергетичної установки та підвищення її коефіцієнта корисної дм в умовах слабкого вітру Покладена задача удосконалити винахід вирішується тим, що вітроенергетична установка містить вітродвигун та електрогенератор кінематично з'єднані між собою згідно з винаходом в неї введена вентиляційна труба, яка поступово звужується всередині якої розташовані декілька вітродвигунів з поступово зменшуємими розмірами вентиляторів, які кінематично з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ електрогенераторами, електричні виходи яких підклю неї введена вентиляційна труба, яка поступово звужується і в середині якої розташовані декілька вітродвигунів з поступово зменшуваними розмірами вентиляторів, які кінематично з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ електрогенераторами, електричні виходи яких підключені до пристрою управління, перший вихід якого підключений до кінематичного пристрою, який кінематично з'єднаний з приводом повороту вентиляційної труби в горизонтальній площині, другий вихід пристрою управління підключений до електричної мережі чені до пристрою управління, перший вихід якого підключений до кінематичного пристрою, який кінематично з'єднаний з приводом повороту вентиляційної труби в горизонтальній площині, другий вихід пристрою управління підключений до електричної мережі На фіг 1 зображена загальна структурна схема вітроенергетичної установки, на фіг 2 приведені графічні залежності енергії Рпр вітру від довжини L, відношення • W = —- вхідного RH та вихідного RB RB радіусів вентиляційної труби, яка поступово звужується, та від швидкості V H вітру на вході труби, на фіг 3 приведені графічні залежності довжини L вентиляційної труби від швидкості V H вітру на вході, величини вхідного радіусу R H ВІД коефіцієнта W зменшення радіусу вентиляційної труби та від значення Р п р заданої енергії вітру в трубі Як показано на фіг 1 вітроенергетична установка містить вентиляційну трубу 1, яка поступово звужується з довжиною L та ВІДПОВІДНИМИ радіусами отвору на вході RH та на виході RB труби, в середині якої розташовані перший 2, другий З та третій 4 вітродвигуни, які ВІДПОВІДНО кінематично з'єднані з першим 5, другим 6 та третім 7 електрогенераторами, електричні виходи яких ВІДПОВІДНО з'єднані з першим , другим та третім входами пристрою 9 управління, перший вихід якого підключений до електричного входу кінематичного пристрою 8, механічний вихід якого ВІДПОВІДНО з'єднаний з приводом 10 повороту вентиляційної труби в горизонтальній площині в напрямок найбільш потужного вітру, другий вихід (О ю 59964 пристрою управління 9 підключений до загальної електричної мережі 11 Вітроенергетична установка ВІДПОВІДНО винаходу працює таким чином швидкість VH вітру на вході вентиляційної труби 1 ВІДПОВІДНО закону Бернулі збільшується до швидкості V B на її виході пропорційно коефіцієнту W звужуємості труби ви (3) [AB = TI-R^B Якщо підставити значення Ан і А в , із формули (3) в формулу (2) та ввести коефіцієнт \f\/ = —*L RB • відношення радіусів RH на вході труби 1 та RB на и виході і отримані результати із формули (2) підставити в формулу (1), то можна отримати розрахункову формулу залежності P(W) потужності вітру в середині труби 1 від коефіцієнта W, який характеризує ступінь звужуємості труби значаємого як відношення W = — - радіусів вхідноRB го RH та вихідного RB отворів вентиляційної труби 1,в якій послідовно розташовані вентилятори першого 2, другого 3 та третього 4 вітродвигунів,розміри вентиляторів зменшується пропорційно зменшуємому радіусу вентиляційної труби, яка поступово звужується Перший 2, другий 3 та третій 4 вітродвигуни кінематично з'єднані з першим 5, другим 6 та третім 7 електричними генераторами, електричні виходи яких ВІДПОВІДНО підключені до першого , другого та третього входів пристрою управління 9, який по максимальному значенню відбираємої з електрогенераторів 5, 6, 7 електричної потужності відомим способом визначає напрямок вітру з найбільшою швидкістю та за допомогою кінематичного пристрою 8 та механічного приводу 10 повертає в горизонтальній площині вентиляційну трубу 1 в потрібному напрямку на зустріч вітру з найбільш високою швидкістю Пристрій управління 9 відомими способами змінює частоту та величину напруги відбираємої з електричних генераторів 5, 6, 7 електричної енергії та узгоджує отриману частоту і напругу з частотою та напругою електричної мережі 1 1 , в яку підключається отримана електрична енергія 'с ' Р . р н 2 .VH • W4 2 Введемо значення середньої вітру в середині труби 1 P(W) = V 3 ^ Vcp швидкості (5) С Р 2-W Введемо також поняття середнього часу t c p проходження вітру через вентиляційну трубу 1 Величину t c p можна визначити за формулою L t 2-L-W Vc •ер v ' 1) • V H Середню енергію Р п р вітру в середині вентиляційної труби 1 можна визначити за формулою СР P n p = P ( W ) tbP (7) Величина P n p (W) визначає енергію вітру за обмежений часовий інтервал t c p який в свою чергу являється змінною величиною і залежить від параметрів вентиляційної труби 1 та швидкості вітру Якщо підставити результати формул (6) і (7) у формулу (4) то можна отримати кінцеву розрахункову формулу (1) де с - коефіцієнт, визначаємий числом Рейнольдса (3), А в - поперечна площина на виході труби 1, Р - густина повітря, V B - швидкість вітру на звуженому виході труби 1, яка визначається за формулою VB = — • V H в Ав ^ (4) 3 З врахуванням коефіцієнта W та відношення (3) середню швидкість V c p вітру можна визначити за формулою Відомо (3) що потужність Р вітру, який проходить через вентиляційну трубу 1, яка поступово звужується визначається за формулою P = ^ - A B - V B л (8) Формула (8) виражає залежність енергії P n p (W) вітру в середині вентиляційної труби 1 від швидкості V H вітру на вході та від габаритних параметрів вентиляційної труби R H , W і L На фігурі 2 приведені графіки які отримані ВІДПОВІДНО формулі (8) при значеннях параметрів RH, L, р , С т а V H приведених таблиці 1 (2) де Ан, Ав та V H - ВІДПОВІДНО поперечна пло щина на вході та на виході труби 1 та швидкість вітру на її вході Площини труби 1 на вході Ан та на виході А в , можна визначити за формулами Таблиця 1 Рпр P(W) Позначення графіків С RH L Р 100 0 5м Зм 1 2кг/м" 0 05м/сек 3 0 05м/сек 0 05м/сек 0 05м/сек VH P1(W) 100 0 7м Зм 1 2кг/м P2(W) P3(W) 100 100 0 5м 0 5м Зм 1м 1 2кг/м" 1 2кг/м' Аналіз приведених графіків (фіг 2), побудованих по даним із таблиці 1 показує що середня енергія вітру в середині вентиляційної труби 1 збіль шується при збільшенні радіусу R H отвору на вході та довжини L вентиляційної труби 1 та суттєво залежить від швидкості вітру на и вході 6 59964 Із формули (8) неважко визначити взаємозв'язок між довжиною L та коефіцієнтом звужуємості W і радіусом RH ВХІДНОГО отвору вентиляційної труби 1 при заданому значенні енергії Рпр вітру в и середині Це можна визначити за формулою L(W), =P, пр W +1 7i-C-p-R2H-V2H-W5 (9) На фігурі 3 приведені графіки залежності довжини L вентиляційної труби 1 від швидкості вітру VH на її вході параметрів RH І W та заданого значення Рпр енергії вітру які приведені в таблиці 2 Таблиця 2 L(W) Графічні позначення С р 100 L1(W) 100 1 2кг/м L2(W) L3(W) 100 100 1 2кг/м" 1 2кг/м' L(W) Рпр RH VH 1 2кг/м" 500Вт 0 5м 0 05м/сек 3 500Вт 0 7м 0 05м/сек 500Вт 1000Вт 0 5м 0 5м 0 1 м/сек 0 05м/сек Аналіз графіків (фіг 3) показує що довжина L вентиляційної труби знаходиться у зворотнопропорційній залежності від її ширини визначаємої радіусом RH на вході та коефіцієнта W звужуємості Довжину L вентиляційної труби 1 потрібно збільшувати якщо необхідно отримати більше енергії Рпр при низькій швидкості VH вітру на вході вентиляційної труби 1 Таким чином результати приведених досліджень показують, що пропонуєма ВІДПОВІДНО винаходу вітроенергетична установка має відносно невеликі габарити і може бути встанов лена на телевізійних вежах, на дахах висотних будинків та підключена до загальної електричної мережі, віддаючи до неї велику КІЛЬКІСТЬ дешевої електроенергії, а це в масштабі всієї України може забезпечити досить вагомий економічний ефект при збереженні високих екологічних норм Джерела інформації 1 Патент України 5404, F03 D9/02 2 Патент Роси 2133873, 6 F03 D9/02 3 Кухлінг X Справочникпо физике, М "Мир", 1982, 520с 59964 L Перший генератор Другий генератор Третій генератор Привід 10 Кінематичний пристрій Пристрій управління Елекірична Мережа 11 ФІГ.1 31 -0 з -ю 25-10 2-Ю PW 15 10 1 -10' 5000 фіг. 2 59964 10 .8 149. О 058,, и Ьіг З Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна