close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9610

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 03G 6/00
F 24J 2/42
СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ
(21) Номер заявки: a 20020744
(22) 2002.09.12
(43) 2004.03.30
(71) Заявитель: Научно-производственное частное унитарное предприятие
"Мателот" (BY)
(72) Авторы: Чабанов Алим Иванович
(UA); Соболев Валериан Маркович
(RU); Чабанов Владислав Алимович
(RU); Королев Владислав Михайлович (RU); Головченко Александр Иванович (RU); Филипенко Евгений Семенович (UA); Смарж Иван Ильич (UA);
Баженов Андрей Николаевич (UA);
BY 9610 C1 2007.08.30
BY (11) 9610
(13) C1
(19)
Андрианов Иван Тимофеевич (UA);
Мартынов Владимир Георгиевич (UA);
Ерохов Николай Михайлович (BY);
Сидоренко Юрий Петрович (BY); Сычев Михаил Парфенович (BY); Щукин
Георгий Лукич (BY); Бакаев Фарид
Анварович (UA); Матасов Рев Александрович (UA)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное частное унитарное предприятие
"Мателот" (BY)
(56) SU 1625999 A1, 1991.
RU 2013655 C1, 1994.
SU 1513342 A1, 1989.
(57)
1. Способ преобразования солнечной энергии в электрическую, включающий поглощение солнечных лучей в гелиоустановке гелиопоглощающими поверхностями, теплоизолированными от окружающей среды светопроницаемым покрытием, с аккумулированием тепловой энергии, нагрев контактирующего с гелиопоглощающей поверхностью
воздушного потока, характеризующийся инерционностью процесса во времени, и направление воздушного потока в воздухоотводящую трубу к соединенной с электрогенератором
ветротурбине, отличающийся тем, что производят дополнительный нагрев воздушного
потока путем его взаимодействия с поверхностью водоема, а также с размещенными вблизи воздухоотводящей трубы возделываемыми грунтовыми поверхностями, и/или поверхностями экзотермического промышленного и теплоаккумулирующего оборудования,
Фиг. 1
BY 9610 C1 2007.08.30
поверх которых установлены указанные гелиопоглощающие поверхности, выполненные в
виде размещенных на опорах, закрепленных на поверхности воды или подводном основании и прибрежной фундаментной базе, платформ, содержащих каркас с ячейками, заполненными воздухопроницаемым гелиопоглощающим или, частично, лучеотражающим
материалом, который, в свою очередь, накрыт сверху светопроницаемым и/или частично
лучеотражающим теплоизолирующим материалом, закрепленным в ячейках другого гибкого каркаса, образующего над первым полностью или частично замкнутую полость, сообщающуюся с ветротурбиной и воздухоотводящей трубой, аккумулирование тепловой
энергии, а также увеличение влажности воздушного потока осуществляют путем его
взаимодействия с поверхностью солнечного пруда, накрытого сверху светопроницаемым
и теплоизолирующим покрытием и теплоизолированного от остальной части водоема, на
поверхности которого, в частности, под указанными платформами, размещают объекты
агропромышленного комплекса.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что солнечный пруд дополнительно заполняют
теплой водой с поверхности остальной части водоема за пределами светопроницаемого и
теплоизолирующего покрытия, для чего под поверхностью солнечного пруда образуют
переливные водозаборы, а в нижней придонной его части - систему сливов.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поток обдувающего гелиоустановку
естественного ветра дополнительно концентрируют, направляя его вертикально вверх
вдоль оси воздухоотводящей трубы через дополнительно образованный ветрозаборный
канал вокруг верхней ее части путем взаимодействия ветра с по меньшей мере двумя вертикально расположенными стенками, расходящихся под углом друг к другу от воздухоотводящей трубы к периферии, и с накрывающим пространство между указанными
стенками потолком.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что стенки и потолок выполняют в виде светопроницаемого и/или частично лучеотражающего материала, закрепленного, например, на
гибких канатных конструкциях.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что поток нагретого воздуха,
выходящего из верхнего проема воздухоотводящей тяговой трубы, сконцентрированный
поток естественного ветра, а также сконцентрированный воздушный поток, вызванный
перепадом температуры и давления в атмосфере вдоль воздухоотводящей трубы, преобразуют в общий динамический вертикальный вращающийся поток воздуха путем продолжения внутренней полости воздухоотводящей трубы с помощью управляемой надстройки,
выполненной в виде или расширяющегося кверху усеченного полого конуса из гибкого
гофрированного в горизонтальных сечениях воздухонепроницаемого материала, или в
форме цилиндра либо призмы, взаимодействующую с ветром боковую поверхность которой регулируют в зависимости от скорости ветра, причем нижнее основание указанной
надстройки прикрепляют к несущим конструкциям верхней части корпуса воздухоотводящей тяговой трубы и/или связанных с ней конструктивных элементов, а верхнее ее основание - к несущим канатным стропам, в частности, автоматически управляемых
подъемных устройств, выполненных, например, в виде подъемных резервуаров с легким
газом, высоту подъема которых регулируют автоматическими натяжными устройствами
при помощи канатных растяжек.
Настоящее предполагаемое изобретение относится к области создания энергоустановок
на основе использования солнечной энергии и положительно решает задачу отыскания
реальных путей для строительства мощных и высокоэффективных гелиоэлектростанций, в
первую очередь на водоемах, причем вначале на внутренних, в определенной степени локализованных по глубине и волнению водной поверхности, а потом и на морях, океанах.
Этот же способ применим и на суше, в различных регионах по географической долготе и
2
BY 9610 C1 2007.08.30
широте. Известно, что возможность решения этой задачи в ближайшем будущем пока еще
остается не очевидной и даже весьма сомнительной в аспекте сложившегося понимания
проблемы. Многочисленные фирмы ведущих стран мира, серийно выпускающие и разрабатывающие ветроэлектроагрегаты, напряженно работают над проблемой снижения удельной капиталоемкости их продукции, повышая единичную мощность ветроэлектрических
агрегатов до 5 тыс. квт. и выше, совершенствуя технологические и конструкторские аспекты производственного снижения себестоимости, вкладывая в это направление энергетики весьма значительные капиталы при государственной поддержке и даже пренебрегая
некоторыми экологическими аспектами в угоду снижения себестоимости агрегатов. Тем
не менее, самые современные технологии и производства пока достигают снижения
удельной капиталоемкости сооружаемых ветроэлекгроагрегатов до 800 долларов на 1 квт
установленной мощности, что значительно превышает удельные капиталовложения в
строительство ТЭЦ на газовом энергетическом сырье. Но еще более важным сдерживающим фактором для крупномасштабного внедрения ветроэлекгроагрегатов в большую
энергетику является одновременно с последним низкий коэффициент среднегодового использования их установленной мощности. Он составляет величину всего лишь около 2040 % из-за низкого значения осредненного по году ветропотенциала, тогда как на современных ТЭЦ этот показатель превышает 90 %. Именно поэтому частный капитал не идет
самостоятельно значительным потоком в это направление энергетики и работает только
лишь в совокупности с государственными дотациями, которые ограничены.
Известно также комбинированное направление развития солнечной энергетики путем
совмещенного использования энергии солнечных лучей и энергии естественного ветра с
применением в качестве основного рабочего тела в энергопреобразовании воздуха окружающей среды, а также использования при этом аккумуляторов тепловой энергии. Это
направление в солнечной энергетике является наиболее близким к предложенному авторами способу, и потому для выбора в качестве прототипа настоящего изобретения используется известная авторам официальная информация по данному разделу солнечной
энергетики.
Известен способ преобразования энергии солнечных лучей и естественного ветра, как
одного из конкретных проявлений солнечной энергии в окружающей среде, в электрическую энергию, основанный на использовании принципа поглощения солнечных лучей
темной поверхностью, нагрева контактирующего с темной пластиной воздуха и направления его в воздухоотводящую трубу и далее в ветротурбину, сочлененную с электрогенератором (см. А.с. СССР 1416745 "Энергетическая установка" Р 03Д 9/00, опубликованное
15.08.88 г., а также заявку ФРГ 3312977 "Солнечная ветроустановка" Р 03Д 9/00, 1984).
Недостатком данного способа является локализация его на использовании ограниченного числа компонент солнечной энергии окружающего пространства и малая экономическая эффективность конструктивной реализации, использования принципов, вследствие
чего имеет место высокая стоимость единицы производимой энергии.
Известен способ производства электроэнергии, основанный на преобразовании температуры нагретой водной поверхности в нагрев жидкости как рабочего тела, с низкой температурой кипения и испарения, подаче паров рабочего тела в турбогенератор, с
косвенным участием воздуха как рабочего тела в процессе энергопреобразования (см. А.с.
СССР 1495492 "Океаническая энергетическая установка" F 03G 7/04; F 01K 25/00, опубликованное 23.07.89 г.). Данный способ имеет аналогичные недостатки приведенному
выше, которые выражены еще больше.
Известен способ использования солнечной энергии, изложенный во французской заявке "Коллектор солнечной энергии повышенной эффективности" (см. № 2698682 F 24J
2/16, 2/20, 2/48, опубликованную 03.06.94 г.), использующий поглощение солнечных лучей темной поверхностью, нагрев воздуха, контактирующего с темной поверхностью воздухопроницаемым гелиопоглощающим материалом и его дальнейшее технологическое
3
BY 9610 C1 2007.08.30
применение. Данное техническое решение в своем конструктивном исполнении более эффективно в связи с важным применением воздухопроницаемого материала в качестве
темной поверхности, однако явная локализация числа компонент солнечной энергии в
энергетическом преобразовании, даже отсутствие в нем ветровой компоненты, ограничивают возможности его использования сферой лишь маломощных потребителей.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому авторами способу по совокупности признаков и потенциально возможным техническим результатам является
способ производства электроэнергии, заложенный в устройстве (см. А.с. СССР 1625999
F 24j 2/42 "Солнечный двигатель", опубликовано 07.02.91), включающий поглощение солнечных лучей в гелиоустановке гелиопоглощающими поверхностями, теплоизолированными
от окружающей среды светопроницаемым покрытием, с аккумулированием тепловой энергии, нагрев контактирующего с гелиопогащающей поверхностью воздушного потока в
воздухоотводящую трубу к соединенной с электрогенератором ветротурбине.
Это техническое решение позволяет сглаживать перепады мощности производимой
электроэнергии, но также не обеспечивает необходимого уровня экономической эффективности для строительства на его основе мощных гелиоэнергетических станций из-за ограниченности и несбалансированности между собой используемых в нем компонент
солнечной энергии.
Все другие технические решения, известные авторам по изученным патентным материалам и опубликованной научно-технической информации, не достигают потенциальных
технико-экономических результатов, связанных с возможным использованием указанного
выше устройства "Солнечный двигатель", из-за некомплексного и несбалансированного
применения наиболее доступных к использованию в большой энергетике компонент солнечной энергии в окружающей среде, и потому на их основе невозможно создать конкурентноспособную теплоэлектростанцию.
Задачей настоящего технического решения является создание способа производства
электроэнергии от экологически чистых возобновляемых источников природной среды и
создание на этой основе мощных гелиотеплоэлектростанций, в первую очередь, на водоемах, обеспечивающее значительное повышение мощности этих станций до значений,
сравнимых с мощностями теплоэлектростанций, работающих на углеводородном энергетическом сырье, при максимальной экономии вкладываемых средств путем комплексного
использования, организации и концентрации потоков энергии от таких низкопотенциальных природных источников, как прямая солнечная радиация, энергия отраженных солнечных лучей, энергия нагретой водной поверхности, естественного ветра, в т.ч. прибрежного, потенциальная энергия, запасенная в перепаде температуры и барического давления
между поверхностью земли и более высокими слоями атмосферы, энергия фазовых переходов воды в процессах испарения, конденсации и замерзания, а также вовлечения неиспользуемых в настоящее время водных пространств и неугодий в хозяйственную деятельность человека
Техническим результатом настоящего концептуального решения является повышение
эффективности и достижение значительных мощностей гелиоветроустановок, повышение
стабильности вырабатываемой мощности во времена, а также создание условий для организации эффективного растениеводства на водных пространствах, животноводства в прибрежной зоне и т.д.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем,
что в известном способе преобразования солнечной энергии в электрическую, включающем
поглощение солнечных лучей гелиопоглощающими поверхностями, теплоизолированными от окружающей среды светопроницаемым покрытием, с аккумулированием тепловой
энергии гелиопоглощающей поверхностью воздушного потока, характеризующийся инерционностью процесса во времени и направлением воздушного потока в воздухоотводящую трубу к соединенной с электрогенератором ветротурбине, имеются отличия в том,
4
BY 9610 C1 2007.08.30
что производят дополнительный нагрев воздушного потока путем взаимодействия с поверхностью водоема, а также с размещенными вблизи воздухоотводящей трубы и возделываемыми грунтовыми поверхностями, и/или поверхностями экзотермического
промышленного и теплоаккумулирующего оборудования, поверх которых установлены
указанные гелиопоглощающие поверхности, выполненные в виде размещенных на опорах,
закрепленных на поверхности воды или подводном основании и прибрежной фундаментной базе, платформ, содержащих каркас с ячейками, заполненными воздухонепроницаемым
гелиопоглощающим или, частично, лучеотражающим теплоизолирующим материалом,
закрепленным в ячейке другого гибкого каркаса, образующего над первым полностью или
частично замкнутую полость, сообщающуюся с ветротурбиной и воздухоотводящей трубой, аккумулирование тепловой энергии, а также увеличение влажности воздушного потока осуществляют путем его взаимодействия с поверхностью солнечного пруда,
накрытого сверху светопроницаемым и теплоизолирующим покрытием и теплоизолированного от остальной части водоема, на поверхности которого в частности под указанными платформами, размещают объекты агропромышленного комплекса.
Кроме того, особенность в том, что солнечный пруд дополнительно заполняют теплой
водой с поверхности остальной части водоема за пределами светопроницаемого и теплоизолирующего покрытия, для чего под поверхностью солнечного пруда образуют переливные водозаборы, а в нижней придонной части - систему сливов.
Кроме того, особенность в том, что поток обдувающего гелеустановку естественного
ветра дополнительно концентрируют, направляя его вертикально вверх вдоль оси воздухоотводящей трубы через дополнительно образованный ветрозаборный канал вокруг
верхней ее части путем взаимодействия ветра с по меньшей мере двумя вертикально расположенными стенками, расходящимися под углом друг к другу от трубы к периферии и
накрывающим пространство между указанными стенками потолком.
Кроме того, особенность в том, что стенки и потолок выполняют в виде светопроницаемого и/или лучеотражающего материала, закрепленного, например, на гибких канатных конструкциях.
Кроме того, особенность в том, что поток нагретого воздуха, выходящего из верхнего
проема воздухоотводящей тяговой трубы, а также сконцентрированный поток естественного ветра, а также сконцентрированный воздушный поток, вызванный перепадом температуры и давления в атмосфере вдоль воздухоотводящей тяговой трубы, преобразуют в
общий динамический вертикальный вращающийся поток воздуха путем продолжения
внутренней полости воздухоотводящей трубы с помощью управляемой надстройки, выполненной в виде расширяющегося кверху усеченного полого конуса из гибкого гофрированного в горизонтальных сечениях воздухопроницаемого материала, или в форме
цилиндра либо призмы, взаимодействующую с ветром боковую поверхность, которой регулируют в зависимости от скорости ветра, причем нижнее основание указанной надстройки прикрепляют к несущим конструкциям верхней части корпуса воздухоотводящей
тяговой трубы и/или связанных с ней конструктивных элементов, а верхнее основание - к
несущим канатным стропам, в частности, автоматически управляемых подъемных устройств, выполненных, например, в виде подъемных резервуаров с легким газом, высоту
подъема которых регулируют автоматическими натяжными устройствами при помощи
канатных растяжек.
Указанный технический результат обусловлен комплексным использованием таких
природных факторов как энергетический градиент перепада давления и температуры в
атмосфере вдоль вертикали от земной поверхности вверх, проявление которого возрастает
с увеличением высоты управляемой надстройки, естественный ветер, имеющий повышенный потенциал вблизи побережья водоемов, прямые и отраженные солнечные лучи, теплопередача от водной поверхности в ночное время, сглаживающая колебания мощности,
вырабатываемой в отсутствие солнечных лучей, различные виды фазовых переходов воды
путем указанной новой организации получения и концентрации энергетических потоков.
5
BY 9610 C1 2007.08.30
Наилучший технический результат достигается при использовании всех пунктов формулы изобретения.
При достижении технического результата в предлагаемом техническом решении используются признаки, отнесенные к отличительным, которые известны из уровня техники,
например, "нагрев воздуха, контактирующего с темной поверхностью воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала" (см. заявку Франции "Коллектор солнечной энергии
повышенной эффективности" № 2698682 F 24j 2/16, 2/20, 2/48 опубл. 3.06.1994). Но в
предлагаемом решении технический результат достигается особой формой расположения
и взаимодействия в пространстве элементов, осуществляющих указанный выше нагрев, а
именно "нагрев... производят водными, фунтовыми, растительными и технологическими
поверхностями в энергетическом взаимодействии с закрепленными над поверхностью воды...". Кроме этого, энергетическое насыщение различных элементов гелиопреобразующего материала выполняется особенно, с применением комплекса компонент солнечной
энергии. Такие признаки, как "гибкий каркас", "гибкое закрепление на воде" позволяют
достичь указанного результата, т.к. при их отсутствии не было бы возможным достижение
значительной мощности получаемой электроэнергии, которая достигается при значительных площадях, занимаемых гелиоплатформами и светопроницаемыми и теплоизолирующими покрытиями на воде и на суше при наличии значительных колебаний атмосферных
условий.
Такой признак, как "использование теплоизолированного солнечного пруда для нагрева рабочего тела" также известен из уровня техники (см. А.с. СССР "Океаническая энергетическая установка" F 03Q 7/04, F 01K 25/00, опубл. 23.07.99), но в предлагаемом
техническом решении этот признак используется как фактор, снижающий затраты на производство электроэнергии, как дешевый концентратор энергии в весьма крупных водоемах - теплоаккумулятор и источник водяных паров, стабилизирующий выработку
электроэнергии, т.е. цели его применения значительно шире.
Предварительный подогрев и повышение влажности воздуха, поступающего в гелиопреобразующие воздухопроницаемые платформы над поверхностью теплоизолированного
солнечного пруда, увеличивает эффективность способа, позволяет создавать более мощные
воздушные потоки, взаимодействующие с естественным ветром, ветронаправляющими и,
в частности, лучеотражающими поверхностями, стенками и потолками, пониженными
давлением и температурой над трубой, и воздействующие на ветротурбину.
Такой признак, как "заполнение солнечного пруда с поверхности водоема за пределами солнечного пруда", описан в том же источнике, см. выше, но с другой целью - для простого восполнения уровня воды в пруде, расходуемой для опреснения. В предлагаемом же
техническом решении перелив осуществляют с целью аккумуляции тепла, что также увеличивает эффективность способа.
Дополнительная концентрация потока естественного ветра, и так имеющего повышенный потенциал вблизи побережья, и направление его вертикально вверх вдоль оси
воздухоотводящей тяговой трубы через дополнительно образованный ветрозаборный канал в общем воздухоотводящем канале возможна благодаря образованию, по крайней мере,
двух вертикально расположенных стенок, расходящихся между собой от воздухоотводящей тяговой трубы к периферии, и потолка, накрывающего воздушное пространство между вертикальными стенками. Выполнение этого потолка и стенок светопроницаемыми
или, частично, лучеотражающими и гелиопоглощающими позволяет более эффективно
использовать солнечную энергию, а выполнение их на гибких, динамичных конструкциях,
в частности на канатных сетках, делает реализацию способа значительно более надежной,
а ее себестоимость - значительно более низкой.
Участок ветропотолка и часть гелиопреобразующей воздухопроницаемой платформы,
расположенные в прибрежной зоне над грунтовой поверхностью, могут выполняться посредством более жестких и высокопрочных несущих конструкций, поскольку в этой зоне
6
BY 9610 C1 2007.08.30
скорости ветропотоков в воздухонаправляющих каналах могут быть резко увеличены и
кроме того, это облегчает и повышает эффективность завихрения воздухопотока, придания ему в процессе подъема вверх высокоскоростного вращательного движения.
Увеличение высоты, или в общем случае технологической эффективности, воздухоотводящей тяговой трубы за счет применения гибко управляемой надстройки, внутренняя
полость которой является продолжением воздухоотводящей тяговой трубы и которая воспринимает такие динамические энергопотоки, как поток нагретого воздуха, выходящего
из верхнего проема воздухоотводящей трубы, сконцентрированный приземный поток естественного ветра и сконцентрированный приземный воздушный поток, вызванный тягой
в воздухоотводящем канале, порожденной перепадом температуры и давления на входе и
выходе воздухоотводящего канала, а также действием атмосферного ветра в верхней его
части, преобразованные в общий динамический вертикальный вращающийся ветропоток с
помощью аэродинамических конструктивных элементов, сопряженных с поверхностью
воздухоотводящей тяговой трубы и расположенных дополнительно вдоль управляемой
надстройки, позволяет, в свою очередь, обеспечить особенно крупное наращивание эффективности способа. Для этого указанную надстройку выполняют охватывающей пространство над воздухоотводящей трубой и частью аэродинамических конструктивных
элементов, преобразовывающих движение ветропотоков, в одних конструктивных вариантах - в форме расширяющегося кверху усеченного конуса из гибкого гофрированного
материала, а в других - в форме цилиндров или многогранных призм, которые выполняются сборными из составных элементов и с регулируемой их ветронагруженной боковой
поверхностью, что позволяет увеличивать выработку электроэнергии при подъеме управляемой надстройки или при увеличении влияния атмосферного ветра на величину тяги в
ней, за счет усиления взаимодействия комплекса энергетических компонент окружающей
среды. Возможный подъем этой управляемой надстройки на достаточно большие высоты,
при ее низкой себестоимости из-за указанной гибкости, может обеспечить и весьма большое увеличение выработки электроэнергии. Если же атмосферный ветер угрожающе нарастает по своей скорости и давлению, то управляемая гибкая надстройка либо опускается
вниз частично или полностью, либо ее ветронагруженная боковая поверхность уменьшается другими средствами управления, при этом такое увеличение скорости ветра обеспечивает и возможность, в то же время, поддерживать выработку электроэнергии на
необходимом уровне. Высокодинамичное вращательно-поступательное движение воздушного потока вверх вдоль воздухоотводящего канала, который "ввинчивается" с высокой
скоростью во внешнюю атмосферу через верхний проем этого канала, имеет общее направление вращения как на выходе ветротурбины, так и во всех термо-аэродинамических
средствах и сооружениях, расположенных в воздухоподводящем и воздухоотводящем
трактах, а именно по направлению вращения часовой стрелки относительно поверхности
земли, за счет чего создается в воздухопотоке и близлежащей окружающей среде особо
мощный тяговый торсионный процесс, весьма повышающий КПД энергопреобразования.
Тщательное изучение и учет рельефа местности и розы ветров позволяют наиболее
эффективно использовать данный способ.
На фиг. 1 изображена в вертикальной проекции схематическая компоновка - элементов, предусматривающая один из возможных вариантов реализации способа.
На фиг. 2 в плане дается уточнение расположения элементов возможной реализации
способа.
На фиг. 3 схематично показано закрепление управляемой, в данном случае самоподнимающейся, надстройки.
Способ в данном варианте осуществляют следующим образом.
Над поверхностью водоема 1 (фиг. 1) на вертикальных опорах 2 помещают по крайней
мере одну гелиопоглощающую платформу 3. Платформа 3 заполнена воздухопроницаемым гелиопоглощающим материалом 4, накрыта светопроницаемым и теплоизолирую7
BY 9610 C1 2007.08.30
щим материалом 5 так, что над гелиопоглощающим материалом 4 образована замкнутая
полость 6, сообщающаяся с воздухоотводящей тяговой трубой 7, расположенной и закрепленной на несущей конструктивной базе, преимущественно, на побережье 8. Ветротурбина 9 сочленена с электрогенератором 10 (см. фиг. 2) и расположена в нижней части
воздухоотводящей трубы 7.
Солнечные лучи, падающие сверху, попадают через светопроницаемый теплоизолирующий материал 5 на гелиопоглощающий материал 4, нагревают его. Солнечные лучи,
отраженные от поверхности воды, в том числе, на значительные расстояния от платформы
3, также нагревают гелиопоглощающий материал снизу. Для увеличения мощности энергопреобразования на значительных расстояниях от платформы 3 могут располагаться
также и специально созданные лучеотражающие поверхности, которые переориентируют
падающие там прямые солнечные лучи на платформу 3 и расположенные рядом с ней лучепоглощающие или другие лучеотражающие поверхности. Воздух проходит снизу через
гелиопоглощающий воздухопроницаемый материал и дополнительно нагревается. Для
создания определенных режимов нагрева и движения воздуха в замкнутой полости 6 гелиопреобразующая воздухопроницаемая платформа 3 может быть выполнена в форме
плоского кольца, охватывающего воздухоотводящий канал, в форме нескольких плоских
концентрических колец, расположенных на различных уровнях по высоте, содержать различные элементы форм, соответствующие определенным технологическим задачам. В отсутствие солнечных лучей, над поверхностью воды также происходит процесс предварительного нагрева путем теплопередачи от воды к воздуху. Для ускорения этого процесса
воздух может продуваться через тонкий слой нагретой воды или нагреваться с помощью
образования в воздухопотоке падающих струй и капель воды и т.д. Нагретый воздух из
полости 6 над гелиопоглощающим материалом отводится через ветротурбину 9 в воздухоотводящую тяговую трубу 7, смешивается над трубой посредством вращательновихревого процесса, усиленного аэродинамическими устройствами в воздухоотводящем
канале (на иллюстрациях они не показаны), с более холодной средой, имеющей также и
пониженное давление, и обеспечивает повышение тяги в трубе 7 и скорости воздухопотока, воздействующего на ветротурбину 9. Этот процесс усиливается потоком естественного
ветра над трубой 7 или рядом с ней, который посредством аэродинамических поверхностей, например конических и винтовых, преобразуется в вертикальный вихревой воздухопоток над верхним проемом воздухоотводящего канала, конструктивная реализация чего
на представленных фигурах также не иллюстрируются. Дополнительным источником повышения температуры и влажности воздуха, увеличивающим мощность его воздействия
на ветротурбину 9, являются установленные на водной и фунтовой поверхности под гелиопоглощающей воздухопроницаемой платформой объекты агропромышленного комплекса,
например плантации водных растений и культивируемой на плаву грунтовой растительности,
а в пространстве, прилегающем к воздухоотводящей трубе, на берегу, с применением подобных теплоизолирующих, светопроницаемых, лучеотражающих и гелиопоглощающих
поверхностей, в том числе указанных воздухопроницаемых платформ и сооружений, вентиляционных каналов и специальных воздухонаправляющих устройств с дополнительным
энергонасыщением - промышленное экзотермическое оборудование, например производство изделий из стекла, а также и агропромышленное производство на прибрежной территории (на фиг. 1, 2, 3 не показано).
В связи с созданием в водоеме термоизолированного пространства солнечного пруда 11,
ограниченного в объеме воды вертикальными и горизонтальной теплоизолирующими
стенками 12 и накрытого со стороны воздуха светопроницаемым и теплоизолирующим
покрытием 13 (на фиг. 1 отмечено вертикальными штрихами), создается воздушный канал 14,
сообщающийся с надплатформенным воздушным пространством - замкнутой полостью 6
через воздухопроницаемый гелиопоглощающий материал 4, образующий также подплатформенное энергетическое пространство, куда параллельно может подводиться и допол8
BY 9610 C1 2007.08.30
нительный воздухопоток через специально образованные воздухонаправляющие каналы,
соединяющие подплатформенное пространство с отдельно расположенными экзотермическими производствами и технологиями, энергонасыщающими устройствами. Такие воздухопотоки могут подводиться и в надплатформенное пространство или непосредственно в
области воздухопотока, максимально приближенные к ветротурбине 9. Воздух в подплатформенном пространстве от поверхности воды предварительно обогащается посредством
различных технологий водными парами и нагревается, что позволяет создать более мощные воздушные потоки, воздействующие на ветротурбину. Кроме того, чтобы создать запасы тепла на периоды несолнечной погоды и даже на зиму в воде, как в легко доступном
теплоаккумулирующем материале, теплая вода с обширной поверхности водоема направляется в солнечный пруд в теплое время года через переливные водозаборы 15, а холодная
удаляется через сливы 16, чем аккумулируется солнечная энергия с больших водных пространств. Устройства для фильтрации воды, поступающей в солнечный пруд, на фигурах
не показаны. Теплоаккумулирующие сооружения, в большинстве своем менее мощные,
создаются и на прибрежных площадях, которые, как и солнечный пруд (но будучи весьма
недорогими), энергонасыщаются прямыми и отраженными солнечными лучами - посредством отдельно размещенных зеркальных поверхностей.
В случае образования по крайней мере двух вертикально расположенных ветронаправляющих стенок 17 (на фиг. 1 отмечено горизонтальными штрихами), расходящихся
между собой от воздухоотводящей тяговой трубы 7 к периферии (см. фиг. 2), и ветрового
потолка, закрепленного, в частности, на гибких канатных сетках (не показано), накрывающего частично или полностью воздушное пространство между вертикальными стенками, поток естественного ветра концентрируется и направляется вертикально вверх, в
данном конкретном варианте, вдоль оси воздухоотводящей трубы в дополнительный ветрозаборный канал 18, расположенный вокруг воздухоотводящей трубы в ее верхней части
и выполненный в виде полого конического колпака 19, поверхностям которого приданы
завихряющие аэродинамические формы, чем усиливается выработка электроэнергии. Выполнение указанных потолка и стенок светопроницаемыми дополнительно позволяет подогревать, ускорять и завихрять воздух, направляемый на ветротурбину 9, и тем самым
повысить эффективность способа. Над коническим колпаком 19 и его ветрозаборным
каналом 18 может быть установлена вторая ветротурбина, что более эффективно для
местностей с повышенным значением осредненного ветра. Выполнение указанных ветростенок и ветропотолка, в другом варианте реализации, может быть осуществлено за счет
применения наряду со светопроницаемым теплоизолирующим материалом также и теплоизолирующего лучеотражающего материала, переориентирующего солнечные лучи на наиболее эффективный нагрев воздухопотока, движущегося к центру энергопреобразования.
В случае снабжения воздухоотводящей трубы управляемой самоподнимающейся надстройкой 20 (фиг. 3), она своей гофрированной поверхностью 21 присоединяется к корпусу воздухоотводящей тяговой трубы 7 посредством полого конического колпака 19 (с
аэродинамическими поверхностями) по внешней окружности его нижнего основания, в
узлах крепления 22, между которыми по высоте конического колпака 19 выполнены проемы для прохода ветропотока к последнему (на фиг. 3 не показано). Наружная поверхность конического колпака 19 содержит аэродинамические завихрители ветропотока (на
фиг. 3 также не показаны).
Для обеспечения самоподъема управляемой надстройки, в данном варианте реализации
способа, верхнее основание конической гофрированной поверхности 21 присоединено по
окружности к замкнутому подъемному резервуару 23 (проекция которой представлена
точкой 24), заполненному легкой газовой средой и посредством канатов 25 соединенному
с натяжными устройствами 26, закрепленными относительно опорных несущих конструкций и связанными по каналам управления 27 с устройствами управления 28, которые по
другим каналам управления 29 связаны с компьютерным центром 30 энергоустановки.
9
BY 9610 C1 2007.08.30
Такая схема подъема управляемой самоподнимающейся надстройки лишь иллюстрирует
способ, возможны другие варианты схем для подъема управляемой надстройки относительно тяговой трубы, в частности, и отдельными ее участками. Возможен также вариант
реализации управляемой надстройки, при котором ее высота сохраняется неизменной. В
таком случае регулируется тем или иным способом площадь ветронагруженной боковой
поверхности управляемой надстройки - в зависимости от скорости ветра, что позволяет
при проектно определенной (критической) скорости ветра сделать управляемую надстройку ветропроницаемой насквозь, и таким образом будет резко снижена ее себестоимость (ибо при скорости ветра около 20 м/с ветровая нагрузка с управляемой надстройки
значительно снижается, т.е. когда усилие ветра только лишь становится существенным
для несущих конструкций).
При необходимости увеличения выработки электроэнергий компьютерный центр 30
гелиоэнергоустановки по управляющим каналам 29 через устройства управления 28 выдает команды на подъем управляемой самоподнимающейся надстройки, тем самым верхнее
основание надстройки поднимается на требуемую высоту, или процесс управления мощностью дополнительной тяги за счет управляемой надстройки осуществляется по другой
технологии, в частности изложенной только что выше.
В результате этого верхняя часть управляемой надстройки действует в слоях атмосферы,
которые характеризуются существенным снижением температуры и барического давления
относительно нижнего основания воздухоотводящего канала. Тем самым энергопотоки в
виде потока теплого, насыщенного парами, микрочастицами воды, воздуха, концентрированного приземного естественного ветра, концентрированного дополнительно созданного
приземного воздухопотока, атмосферного ветра над воздухоотводящей тяговой трубой, то
есть рядом и над управляемой надстройкой, преобразованные в общий динамический вертикальный вращающийся поток, взаимодействуют с энергосредой над верхним основанием надстройки и вызывают вторичный эффект усиления тяги в воздухоотводящей тяговой
трубе, дополнительно увеличенный за счет управляемой надстройки.
Пример реализации способа.
Для осуществления способа над поверхностью водоема 1 и прилегающей береговой
территорией 8 на стальных тросах, или гибких металлических полосах, закрепленных с
предварительным напряжением между несущим каркасом воздухоотводящей тяговой трубы 7 и относительно легкими вертикальными опорами 2 из бетонозаменяющего материала, установленными на плавающих коробах 2, закрепленных якорным способом, если
глубина большая, и на прибрежной фундаментной базе помещают гелиопреобразующую
воздухопроницаемую платформу 3. Платформа 3 имеет канатный проволочный каркас
или каркас из гибких стальных полос с ячейками (14, 4, фиг. 2), заполненными воздухопроницаемым гелиопоглощающим или частично - лучеотражающим материалом (4) металлическими плитками 4 с отверстиями (14), и накрыта полимерной пленкой 5, закрепленной также в ячейках на подобном каркасе, образующим полость 6, сообщающуюся с
воздухоотводящей трубой 7, расположенной на побережье 8. Корпус воздухоотводящей
тяговой трубы 7 и ее опорная часть выполнены из бетонозаменяющих конструкций, в частности - композитных дерево-металлических профилей. Светопроницаемая теплоизолирующая пленка 5 составляет лишь часть покрытия платформы 3, как это обычно имеет
место, а другая часть представляет собой несущие конструкции и более прочный теплоизолирующий материал, преимущественно несветопроницаемый. В зависимости от конкретных вариантов, несветопроницаемый теплоизолирующий материал может быть
покрыт, с внутренней стороны полости 6, лучеотражающим слоем.
Солнечные лучи, падающие сверху, попадают через полимерную пленку 5 на металлические плитки 4 с отверстиями 14 и нагревают их. Отраженные от поверхности воды,
как и от других лучеотражающих поверхностей водной и прибрежной зон, солнечные лучи
дополнительно нагревают металлические плитки 4. Воздух проходит через отверстия 14 в
10
BY 9610 C1 2007.08.30
металлических плитках, нагревается и поступает в воздухоотводящую тяговую трубу 7,
смешивается над верхним проемом воздухоотводящего канала с более холодной средой,
имеющей пониженные относительно поверхности земли температуру и так называемое
барическое давление, благодаря чему (при помощи термо-аэродинамических устройств и
сооружений) обеспечивается повышение тяги в трубе 7 и скорости воздушного потока,
воздействующего на ветротурбину 9.
В отсутствие солнечных лучей над поверхностью воды продолжает происходить процесс теплопередачи от воды к воздуху. Воздух из окружающей среды в подплатформенное пространство может поступать как через внутреннюю полость пустотелых опор 2, так
и по всему периметру; посредством проемов по периметру сюда будет поступать также
естественный ветер.
Для создания в водоеме теплоизолированного пространства солнечного пруда 11, выполняют горизонтальную и вертикальные стенки 12 из полимерных пленок, закрепленных
в ячейках на проволочном каркасе в объеме водоема, в том числе и за пределами горизонтальной проекции гелиопоглощающей платформы, а также из полимерных пленок 13 - над
воздушной поверхностью пруда. Потолок и стенки из пленок 13 над солнечным прудом
выполняются наклонными: от небольшой высоты на периферии до стыковки его с гелиопреобразующей платформой 3, которая располагается на значительной высоте над поверхностью водоема, чтобы максимально воспринимать отраженные лучи.
В случае выполнения в верхней подповерхностной части солнечного пруда переливных водозаборов 15, а в нижней придонной части пруда сливов 16, происходит дополнительное аккумулирование тепловой энергии.
Для дополнительной концентрации естественного ветра выполняют ветронаправляющие стенки и потолок 17. Они закреплены на несущем канатном каркасе аналогично
светопроницаемым покрытиям 5 и 13. Продольные несущие канаты светопроницаемого
ветронаправляющего потолка закреплены относительно конического полого колпака 19,
что представлено на фиг. 3 точкой 22. Естественный ветропоток вдоль ветронаправляющих стенок и потолка 17 концентрируется и через внутреннюю полость 18 с аэродинамической поверхностью полого конического колпака 19 поднимается вверх над выходом
воздухоотводящей трубы 7 в направлении пресечения с ее осью на некотором расстоянии
от торца, приобретая вращательное движение, что усиливает всасывание нагретого воздуха
из полости 6. Этим развивается вторичный эффект усиления тяги в трубе за счет взаимодействия увеличенного потока нагретого воздуха из полости 6 в атмосферу над воздухоотводящей трубой 7, которая характеризуется пониженными температурой и барическим
давлением относительно поверхности водоема 1. Ветронаправляющие стенки и потолок с
их внутренней стороны также могут выполняться с покрытием лучеотражающим материалом так, чтобы отражаемые солнечные лучи поступали на гелиопоглощающие поверхности в полости 6.
Горизонтальный поток естественного ветра над воздухоотводящей трубой 7 посредством наружной аэродинамической поверхности конического полого колпака 19 трансформируется в вертикальный вращающийся ветропоток, вызывая процессы по аналогии с
предыдущим.
Для стабилизации выработки электроэнергии создается над воздухоотводящей трубой 7
управляемая, в данном примере - самоподнимающаяся надстройка 20 (см. фиг. 3). В исходном положении она находится в сжатом виде, благодаря гофрированной конической
поверхности 21, и расположена непосредственно на несущем каркасе ветронаправляющего
потолка 17, охватывая конический полый колпак 19 (на фиг. 3 это положение управляемой
самоподнимающейся надстройки 20 не показано). Ее закрепление к несущему каркасу
осуществлено посредством канатов в точках 22, при этом образованы проемы к коническому колпаку 19 горизонтального ветропотолка.
11
BY 9610 C1 2007.08.30
Подъем управляемой самоподнимающейся надстройки в вертикальное положение
производится замкнутым подъемным резервуаром 23, который для этого заполняется газовой средой, причем последняя легче воздуха в диапазоне рабочих температур движущегося нагретого воздухопотока и окружающей среды. На фиг. 3 устройства для заполнения
замкнутого подъемного резервуара 23 газовой средой с целью его подъема не показаны.
Высота подъема замкнутого подъемного резервуара 23 и вместе с ним верхнего основания
управляемой (вспомогательной) воздухоотводящей трубы 20 определяется положением
канатов 25 посредством натяжных устройств 26, которые, при подъеме управляемой самоподнимающейся надстройки 20, разматывают канаты 25 на величину, заданную через
устройства управления 28 компьютерным центром 30 по каналам управления 27 и 29. В
тех случаях, когда выработка электроэнергии энергоустановкой начинает снижаться в силу
погодных условий, ночных и сезонных периодов, компьютерный центр энергокомплекса
выдает управляющие команды для подъема управляемой вспомогательной воздухоотводящей трубы (надстройки) на ту высоту, которая обеспечит стабилизацию выработки
электроэнергии на проектном уровне энергоустановки, благодаря увеличению взаимодействия указанных выше энергетических факторов на усиление тяги воздушного потока через
ветротурбину 9. Как указывалось выше, надстройка над тяговой трубой может подниматься или регулироваться различными техническими вариантами. Главное состоит в том,
что когда естественный ветер имеет невысокую скорость, а солнечная радиация недостаточно интенсивна или отсутствует, то управляемая надстройка с наибольшей высотой
максимально взаимодействует с окружающей средой, а когда скорость ветра увеличивается, и конструкция воздухоотводящего канала начинает воспринимать существенные ветровые нагрузки, ветронагруженная боковая поверхность управляемой надстройки, так или
иначе, быстро и весьма значительно уменьшается.
В случае, если водоем характеризуется периодическим значительным волнением водной поверхности, по внешнему периметру солнечного пруда выполняется плавающий
волноотражающий короб, который будет одним из самых дорогих конструктивных элементов энергоустановки, но все же будет представлять собой значительно более дешевое
сооружение, чем газопровод и связанная с подачей газа в котлы инфраструктура ТЭЦ аналогичной мощности. Стоимость самого сжигаемого энергоносителя и экологический
ущерб от его сжигания при этом даже не учитываются - ясно, что они над всем.
В настоящее время поверхность земли, занятая водоемами, в том числе многочисленными искусственными, используется недостаточно интенсивно, как в плане ведения хозяйственной деятельности для производства продуктов питания, так и в плане извлечения
энергетических ресурсов, потенциально связанных с этими водоемами. Например, каскад
гидроэлектростанций, построенных на Волге, привел к созданию огромных водохранилищ, извлечение электрической энергии посредством которых через гидроэлектростанции
составляет ничтожную долю относительно потенциальных возможностей, а отлов рыбы в
этих искусственных морях малопродуктивен. Между тем только поверхность водохранилища, образованного, в частности, Волгоградской ГЭС, воспринимает в осредненном по
году значении не менее 300 млн. квт мощности солнечной энергии, а в летние погожие
дни - воспринимаемая мощность составляет около 2 000 млн. кВт, которую можно использовать с КПД значительно большим, чем у паровоза. Эта громадная энергия до сих
пор не утилизировалась в связи с отсутствием известных эффективных способов утилизации такой низкопотенциальной энергии. Настоящее предлагаемое изобретение позволяет
создание такого гелиоэнергетического комплекса, при котором удельные капитальные затраты на производство 1 квт. мощности из энергетического низкопотенциального ресурса
водохранилища были бы низкими, более того - значительно более низкими, чем это имеет
место при строительстве ТЭЦ на газовом энергетическом сырье. Уникальная эффективность данного способа может преобразовать не только экономику республик бывшего
СССР с интенсивным освоением северных регионов и южных пустынь, но и освободить
12
BY 9610 C1 2007.08.30
такие островные государства, как Япония, от дорогостоящего завоза энергетических ресурсов. Например, если в Японии создать такое водохранилище из морской воды площадью 50 × 50 км2, то на его поверхность в среднем за год будет поступать не менее 750 млн.
квт солнечной энергии. При условии высокоэффективного использования этой энергии,
потребности Японии в электро- и теплоэнергии таким способом могут быть полностью
удовлетворены. Но такие водохранилища можно создавать и в прибрежных зонах океана,
например на южном шельфе Красного моря, в Египте, даже непосредственно в самом
океане, море.
Предложенный способ открывает практические возможности и для управления климатом планеты. Строительство таких гелиопреобразующих комплексов в северных регионах, хотя и менее эффективное, чем на юге, по удельным капиталовложениям все же не
поигрывает газовым ТЭЦ, но создает потенциал повышения температуры климата всего
региона из-за увеличения объемов поглощения солнечной энергии в этих зонах. Напротив,
если в зоне пустынь создать поверхности, отражающие солнечные лучи с общей, технологически распределенной по ним площади лишь в размере 100×100 км2, то от поверхности
земли может отражаться мощность солнечных лучей почти в 10 000 млн. квт, что превышает мощность всего энергопроизводства на планете, которое и создало причины опасного повышения температуры в целом на планете. При предложенном способе получения
энергии не происходит выделения углекислого газа, который за счет создания "парникового эффекта" вносит свою составляющую долю в опасное повышение температуры планеты.
Способ применим и на суше, для чего могут использоваться искусственно создаваемые водоемы.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
13
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
209 Кб
Теги
by9610, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа