Геліоаеробарична електростанція

1. Геліоаеробарична електростанція, яка містить прозоре покриття ділянки земної поверхні, C2 1 3 рого покриття - 240м, висота труби - 194м. ККД сонячної башти складає біля 1% при питомій потужності сонячного випромінювання 150Вт/м2. Основні недоліки башти: низький ККД перетворення сонячної енергії, великі розміри сонячної башти і відсутність комбінованого використання сонячної енергії і кінетичної енергії вітру, а також складність експлуатації гігантської споруди та великі капітальні витрати. Прототипом для пропонованого пристрою є пристрій для здійснення способу (Спосіб перетворення сонячної і вітрової енергій в електричну та пристрій для здійснення способу - геліоаеробарична електростанція "ГАБЕС-приручена гроза". Заявка на патент України 2004010155 від 09.01.2004, кл. F03Д 3/04 Костигін В.О., Столяренко Г.С., Мислюк Є.В.), який містить прозоре покриття ділянки земної поверхні, витяжну трубу з турбогенераторним вузлом, водяний резервуар, бокові повітрозабірні кишені, що встановлені за дотичною до зовнішнього краю кола прозорого покриття і мають механізм регулювання руху своїх зовнішніх кінців, розпилюючі форсунки, а лопаті турбіни турбогенераторного вузла мають електропровідний контакт, за допомогою якого на них подають електричний заряд. Недоліки пристрою: відсутність можливості регулювання співвідношенням об'ємів нагрітого повітря під прозорим покриттям і холодного повітря, який потрапляє з бокових кишень повітрозабірників, відсутність механізму видалення снігу та піску з вітрового потоку і тому зменшується надійність електростанції під час снігопадів або піщаної бурі. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити пристрій і підвищити його надійність шляхом введення конструкційних елементів - поворотних жалюзей, куполоподібного даху і витяжних каналів, форми їх виконання та зв'язків між ними, що у цілому забезпечує підвищення надійності роботи електростанції. Зазначена задача досягається тим, що геліоаеробарична електростанція, яка містить прозоре покриття ділянки земної поверхні, витяжну трубу з турбогенераторним вузлом, водяний резервуар, бокові повітрозабірні кишені, що установлені по дотичній до зовнішнього краю кола прозорого покриття і мають механізм регулювання руху своїх зовнішніх кінців, розпилюючі форсунки, а лопаті турбіни турбогенераторного вузла мають електропровідний контакт, додатково виконується прозоре покриття у вигляді куполоподібного даху, який має внутрішню півсферу та зовнішню півсферу, які утворюють між собою простір для руху вітру, зверху внутрішньої півсфери є витяжний вертикальний канал конусної форми, верхня частина зовнішньої півсфери з'єднана з витяжною трубою, яка має вигляд зрізаного конуса, а нижня частина зовнішньої півсфери з'єднана з поворотними жалюзями, а також куполоподібний дах виконаний у вигляді двох коаксіальних півсфер. Завдяки тому, що електростанція забезпечена поворотними жалюзями, стало можливо закрутити вхідний вітровий потік повітря в просторі між двійним куполоподібним дахом та створити вихровий потік в витяжній трубі у вигляді спіралі. Друге при 92129 4 значення поворотних жалюзей - це створення наскрізного руху повітря, для видалення механічних домішок (пісок, сніг) у міжкоаксіальному просторі. Виконання прозорого покриття у вигляді двійного куполоподібного даху, які утворюють між собою простір для руху вітру, дозволяє забезпечити акумуляцію сонячної енергії під внутрішнім куполоподібним дахом за принципом парника та здійснити організацію вхідного потоку повітря у вихровий рух, забезпечуючи вихровий рух вітру як всередині коаксіального простору, так і зверху куполоподібного даху - в усіченому конусі з витяжною трубою. Використання змонтованого зверху куполоподібного даху витяжного вертикального каналу конусної форми з регулюючим шибером дозволяє проводити розділення відносно холодного вітрового потоку від відносно теплого повітря, яке нагрівається всередині куполоподібного даху, з можливістю регулювання змішування повітряних потоків. Таким чином, запропоноване технічне рішення на відміну від прототипу дозволяє значно знизити висоту (до 13м) витяжної труби і експлуатувати геліоаеробаричну електростанцію в умовах хуртовини (арктичний варіант використання), або в умовах піщаної бурі (варіант використання у пустелі), що в цілому забезпечує підвищення надійності. Крім того, використання повітрянозабірних карманів, жалюзів та куполоподібного даху дозволяє з'єднати зовнішній вихр повітря з вихром, який створюється всередині коаксіального простору та суттєво збільшити ККД електростанції, так як загальновідомо, що тяга значно збільшується (на практиці в декілька разів), якщо її посилювати тим, або іншим способом, наприклад, подачею з низу додаткового потоку повітря. На фіг. 1 схематично наведена геліоаеробарична електростанція, вид збоку - розріз, загальний вигляд; на фіг.2 - електростанція, вид зверху, загальний вигляд; на фіг.3 - електростанція, вид зверху (варіант роботи взимку - арктичний варіант). Геліоаеробарична електростанція складається із зовнішнього куполоподібного даху 1 (зовнішньої півсфери), витяжної труби 2, обладнаної турбогенераторним вузлом 3, внутрішнього куполоподібного даху 4 (внутрішньої півсфери), яка утворює із зовнішнім куполоподібним дахом міжкоаксіальний простір для руху вітру, бокових повітрозабірників 5, водного резервуара 6, усіченого конуса 7 зверху зовнішньої куполоподібного даху, з'єднаного з витяжною трубою, витяжного вертикального каналу 8 конусної форми, регулюючого шиберу 9, поворотних жалюзі 10. Куполоподібний дах (півсфери 1 і 4) можуть бути виконані у вигляді двох коаксіальних півсфер. Поворотні жалюзі 10 призначені для закручування вхідного потоку вітру в просторі між двома півсферами 1 і 4 в вихровий потік у витяжній трубі 2 у вигляді спіралі. Прозорі покриття півсфер 1 та 4 за принципом парника акумулює сонячну енергію і нагріває повітря під внутрішньою півсферою 4 за допомогою прямого сонячного випромінювання. Витяжний вертикальний канал 8 має конусну форму і регулюючий шибер 9, який призначений для прискореного подавання теплого вологого повітря 5 від внутрішньої півсфери 4 у вихровий потік у витяжній трубі 2 і для регулювання співвідношення об'ємів нагрітого повітря під півсферою 4 і холодного вітру, яке потрапляє з міжкоаксіального простору від бокових повітрозабірників 5. При цьому міжкоаксіальний простір між двійними півсферами 1 і 4 розділяє відносно холодний потік від теплого потоку повітря, а регулюючий шибер 9 регулює змішування холодного і теплого потоків в певній пропорції для реалізації максимальної інтенсифікації фазових переходів (пара - конденсат) і пов'язаних з цими процесами електричними явищами, що відбуваються на лопатях турбогенераторного вузла 3. Геліоаеробарична електростанція працює наступним чином. Під дією енергії сонячного випромінювання, яке проходить крізь прозоре покриття двійних півсфер 1 та 4, нагрівається за принципом парника повітря і вода у водному резервуарі 6, нагріте повітря з парою води піднімається по витяжному вертикальному каналу 8 конусної форми за напрямком турбогенераторного вузла 3, при цьому величина потоку теплого повітря регулюється за допомогою регулюючого шибера 9. Вітер рухається від бокових повітрозабірників 5, проходячи крізь поворотні жалюзі 10, закручується у просторі між двома півсферами 1 та 4, потім змішується з нагрітим вологим повітрям і закручує турбіну турбогенераторного вузла 3, що виробляє електричний струм. Під час випадання осадів снігу взимку, для попередження забруднення цього простору можна відкривати поворотні жалюзі 10 з протилежної сторони станції, а вітровий потік, що надходить, буде відносить сніг, тобто видувать його із робочої зони (тобто друге призначення поворотних жалюзей-створення наскрізного руху повітря для видалення механічних домішок у вигляді снігу). Куполоподібна форма даху забезпечує самоочищення снігу з нього. Приклад конкретного виконання геліоаеробаричної електростанції потужністю 50кВт. Висота конструкції 13,3м, діаметр кола розміщення зовнішніх кінців бокових повітрозабірників 38,5м, діаметр зовнішньої півсфери 15м. Висота бокових повітрозабрників 3,6м. Можлива швидкість вітру 3-30м/с, середньодобова питома потужність сонячного випромінювання 150Вт/м2. Величина кінетичної енергії руху сухого повітря дорівнює: 92129 6 2 3 m V1 S V1 , 2 2 (1) де Eкін. - кінетична енергія руху повітря, Дж/с, або Вт; m - витрати повітря за масою, кг/с; V1 - лінійна швидкість руху повітря, м/с; - густина повітря, кг/м3; S - площа перетину повітряного потоку, м2. Для пропонуємих геометричних розмірів куполоподібних дахів і бокових повітрозабірників площа перетину вітрового потоку у відкритих жалюзях складе: S=3,6 3,14 15/4=42,39м2. При густині повітря =1,3кг/м3 зі швидкістю V1=15М/C отримаємо за формулою (1) кінетичну енергію ЕКІН.=1,3 42,39 153/2=93кВт. При швидкості V1=20М/C отримаємо EКІН=220КВТ. Сонячна складова за площиною (3,14 152/4)м2 буде дорівнювати 150 3,14 152/4=26,5кВт. Загальна сумарна потужність одночасного використання сонячної та вітрової енергій при швидкості руху повітря 15м/с складе 119кВт, а при швидкості 20м/с - величину 246кВт. При реалізації ККД, що дорівнює 20% перетворення сонячної енергії і кінетичної енергії вітру в електричну, теоретична електрична потужність турбогенераторного вузла буде складати відповідно 24кВт і 49,2кВт. Техніко-економічна ефективність пропонуємого пристрою характеризується підвищеними показниками надійності у порівнянні з прототипом. В період експлуатації геліоаеробаричної електростанції за прототипом під час снігопаду, або піщаної бурі може відбуватися накопичення механічних часток (сніг, пісок) під прозорим покриттям станції. У запропонованій конструкції електростанції цей недолік ліквідується шляхом використання поворотних жалюзей, двох куполоподібних дахів і забезпеченням конусної форми витяжного вертикального каналу з регулюючим шибером. При запропонованих розмірах електростанції та при мінімальній швидкості зовнішнього вітру 8м/с потужність електростанції складе 50кВт. Електростанція здатна працювати в умовах зими під час хуртовини та в районах пустелі під час піщаної бурі. Як варіант це технічне рішення запропоновано для використання його в умовах Антарктиди. Проведено випробовування діючого макету експериментальної моделі геліоаеробаричної електростанції. Отримано позитивні результати, які задовільно погоджуються з вищенаведеними технічними розрахунками. Eкін. 7 92129 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 92129 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601