قامت الشركة الأمريكية Solar Aero Research بإنشاء توربين بدون شفرات فولر. وفقا للشركة، فإن الاختراع مدمج ومنخفض التكلفة - 1/3 أرخص من توربينات الرياح الكلاسيكية بنفس القوة.
تعتمد توربينات الرياح على تعديل توربينات تسلا(توربينة تسلا) اخترعت عام 1913 لتوليد الطاقة من البخار أو الهواء المضغوط. توربينات تسلا- وهي عبارة عن العديد من الأقراص المعدنية الرقيقة التي تفصل بينها فجوات صغيرة. يأتي تدفق سائل العمل أو الغاز من الحافة الخارجية للأقراص ويمر عبر الفجوات إلى المركز، مما يؤدي إلى التواء واحتجاز الأقراص نفسها بسبب تأثير الطبقة الحدودية. في المركز يخرج التدفق من خلال ثقب محوري.
في توربينات الرياح أكمل (توربين تسلا) يتم فصل الأقراص بفواصل على شكل جناح - مما يؤدي إلى تحسين التدفق وإنشاء عزم دوران إضافي على العمود. يتم تثبيت التوربين نفسه في صندوق يلتقط الهواء لإجبار تدفقه على الأقراص الدوارة.
وبينما أصبح من الشائع رؤية الألواح الشمسية على أسطح المنازل، إلا أن توربينات الرياح السكنية لا تزال مشهدًا نادرًا إلى حد ما. إذا تمكنت شركة التكنولوجيا "أرخميدس" ومقرها روتردام من إثبات جدوى مشروعها...
وبينما أصبح من الشائع رؤية الألواح الشمسية على أسطح المنازل، إلا أن توربينات الرياح السكنية لا تزال مشهدًا نادرًا إلى حد ما. إذا تمكنت شركة التكنولوجيا أرخميدس، ومقرها روتردام، من إثبات جدوى تطويرها، فقد يكون المشهد الأسري على وشك التغيير قريبًا. في 27 مايو، كشفت الشركة رسميًا عن توربين الرياح الحضري Liam F1، والذي تدعي أن إنتاجه من الطاقة يصل إلى 80 بالمائة من الحد الأقصى النظري. يعد هذا بيانًا جريئًا للغاية، مع الأخذ في الاعتبار أن معظم توربينات الرياح التجارية يتم تصنيفها بنسبة 25 إلى 50 بالمائة من الحد الأقصى للتكنولوجيا.
تزن التوربينة 75 كيلوجرامًا (165 رطلاً)، ويبلغ قطرها 1.5 مترًا (5 أقدام)، وبالتأكيد لا تبدو مثل توربينات الرياح النموذجية. يشبه شكله نوتيلوس ومضخة لولبية، اخترعها عالم الرياضيات اليوناني القديم أرخميدس سيراكيوز.
ويقال إن عامل الشكل هذا يؤدي إلى الحد الأدنى من المقاومة الميكانيكية، مما يسمح للتوربين بالدوران بحرية وصمت - فالضوضاء الصادرة عن الشفرات هي العقبة الرئيسية أمام تركيب التوربينات على أسطح المنازل. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم التوربين ليكون دائمًا في اتجاه الريح لتحقيق أقصى قدر من النتائج.
إلى جانب وعدها بأن التوربين قادر على تحقيق 80 بالمائة من حد قانون بيتز، تدعي أرخميدس أن سيارة Liam F1 تولد ما متوسطه 1500 كيلووات/ساعة من الطاقة سنويًا، بسرعة رياح تبلغ 5 م/ث، وهو ما يمثل النصف الطاقة المطلوبة للأسرة المتوسطة. وغني عن القول أنه سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما سيقوله الاختبار المستقل حول هذا الأمر. وتقول الشركة إنها اختبرت محرك Liam F1 أكثر من 50 مرة للتأكد من فعاليته، وقد باعت بالفعل 7000 توربينًا في 14 دولة.
ستصبح توربينات الرياح، وفقًا للمبدعين، أكثر كفاءة بكثير من معظم توربينات الرياح الموجودة
ومع ذلك، فإن توربينات الرياح الحضرية Liam F1 لن تكون متاحة للبيع رسميًا إلا اعتبارًا من الأول من يوليو. ومع ذلك، فإن الأسعار معروفة بالفعل اليوم - حيث يوجد إعلان على الموقع الرسمي للشركة بأن تكلفتها ستكون 3999 يورو (حوالي 5450 دولارًا).
توربينات الرياح الحضرية Liam F1 أثناء العمل
يتعلق الاختراع بمجال الطاقة المتجددة ويمكن استخدامه لتحويل الطاقة الحركية لتدفق الهواء إلى طاقة ميكانيكية وكهربائية. تشتمل محطة طاقة الرياح ذات التدفق المستمر للهواء على مجموعة من وحدات طاقة الرياح التي تحتوي على عجلات رياح مع مولد كهربائي وعنصر تسخين ونفق رياح. توجد عجلات الرياح المزودة بمولد كهربائي في أنفاق تحت الأرض متصلة ببرج يحتوي على مواقد غازية تعمل على توليد تدفق هواء مستمر. البرج مصنوع من مواد بوليمرية، ومجهز بأضلاع مقوية على شكل أطواق ومعلقة على كابلات من البالون. يتم تركيب أسطوانة ذات شفرات على البرج عند مدخل نفق الرياح، مع إمكانية الدوران وخلق فراغ تحت تأثير تدفقات الهواء الأفقية. محطة طاقة الرياح مناسبة للتركيب في الأماكن التي يصعب الوصول إليها وتوفر إمكانية توليد الطاقة دون انقطاع، فضلا عن تقليل آثار الضوضاء والاهتزازات على البيئة. 2 مريض.
رسومات لبراءة الاختراع RF 2504685
يتعلق الاختراع بمجال الطاقة المتجددة ويمكن استخدامه لتحويل الطاقة الحركية لتدفق الهواء إلى طاقة ميكانيكية وكهربائية.
أهمية الاختراع.
إن مشكلة تزويد سكان الأرض بالطاقة أصبحت ملحة للغاية لدرجة أنها تجبر الدول القوية عسكريا على إعادة توزيع مصادر الطاقة غير المتجددة بالقوة لأغراضها الخاصة. الإنسانية الذكية تعوض النقصان في الموارد المعدنية من خلال البحث عن مصادر بديلة للطاقة.
من بين العديد من مصادر الطاقة المتجددة البديلة، تعتبر طاقة الرياح جذابة للغاية.
نتائج الأبحاث التي أجراها مهندسو الطاقة الأمريكيون مثيرة للإعجاب حسب البيانات التي تم الحصول عليها، حتى مع الأخذ في الاعتبار جميع الأخطاء والكفاءة المنخفضة (تحويل طاقة الرياح الحركية إلى طاقة ميكانيكية عند مستوى 39-42٪ وتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة) الطاقة الكهربائية عند مستوى 90-94٪)، يمكن لمحطات طاقة الرياح توفير الطاقة للكرة الأرضية بأكملها.
تتطور طاقة الرياح بوتيرة سريعة بشكل خاص تتراوح بين 25-30٪ سنويًا. بحلول عام 2012، ينبغي أن تصل القدرة المركبة لمحطات طاقة الرياح في العالم إلى 160 جيجاوات.
مزايا وعيوب طاقة الرياح.
المزايا: شكل صديق للبيئة من الطاقة. إنتاج الكهرباء باستخدام توربينات الرياح لا يصاحبه انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى. تشغل محطات طاقة الرياح مساحة صغيرة وتتلاءم بسهولة مع أي منظر طبيعي، كما أنها تندمج بشكل مثالي مع أنواع أخرى من الاستخدام الاقتصادي للمناطق.
طاقة الرياح، على عكس الوقود الأحفوري، لا تنضب. طاقة الرياح هي الحل الأمثل للأماكن التي يصعب الوصول إليها. السلبيات: عدم الاستقرار. ويكمن عدم الاستقرار في عدم القدرة على الحصول على الكمية المطلوبة من الكهرباء. تعمل طاحونة الهواء مثل المراكب الشراعية طالما أن هناك رياح. انتاج الطاقة منخفض نسبيا. مولدات الرياح أدنى بكثير في توليد الكهرباء من مولد الديزل، مما يؤدي إلى الحاجة إلى تركيب عدة توربينات في وقت واحد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن توربينات الرياح غير فعالة عند الأحمال القصوى. التكلفة العالية: تبلغ تكلفة محطة إنتاج 1 ميجاوات من الكهرباء مليون دولار.
التلوث الضوضائي، الضجيج الناتج عن توربينات الرياح، يمكن أن يسبب إزعاجًا لكل من الحيوانات البرية والأشخاص الذين يعيشون في مكان قريب.
تسبب طواحين الهواء اهتزازات منخفضة التردد تؤثر على صحة الإنسان.
العيب الرئيسي لتوربينات الرياح هذه هو التوقف عن العمل بسبب عدم وجود تدفق مستمر للرياح.
لا رياح - لا كهرباء. من فضلك أنفق ما تراكم لديك.
هناك العديد من توربينات الرياح ذات التصميمات المختلفة لعجلات الرياح وتوربينات الرياح.
نجح المصممون في القضاء على بعض عيوب توربينات الرياح. تعتمد توربينات الرياح فولر، وهي توربينات رياح خالية من الشفرات، على توربينات تسلا المعدلة قليلاً، والتي تم اختراعها في عام 1913.
توربين تسلا عبارة عن مجموعة من العديد من الأقراص المعدنية الرفيعة التي تفصل بينها فجوات صغيرة. يأتي تدفق سائل العمل أو الغاز من الحافة الخارجية للأقراص ويمر عبر الفجوات إلى المركز، مما يؤدي إلى التواء واحتجاز الأقراص نفسها بسبب تأثير الطبقة الحدودية. في المركز، يخرج التدفق من خلال الفتحة المحورية.
على ارتفاع، كما هو معروف، تهب الرياح أقوى مما كانت عليه على سطح الأرض. يقترح المهندسون المعماريون البريطانيون ديفيد أمولد وأليكسا راتزلاف إنشاء ناطحات سحاب خاصة، والغرض الرئيسي منها هو توليد طاقة الرياح - يجب تسريع تدفق الرياح على طول الأضلاع الحلزونية للمبنى وتغذيته إلى توربينات الرياح الموجودة على سطح ناطحة السحاب .
المشروع مثير للاهتمام، ولكن لم يتم إعادة إنشائه حتى على النماذج. عندما يتحرك تدفق الهواء، فإنه يصدر طنينًا، كما أن العديد من توربينات الرياح الموجودة على سطح ناطحة سحاب تولد أيضًا موجات تحت صوتية عندما تعمل شفراتها، مما يشكل خطورة على صحة الإنسان. كيف تعيش في مثل هذا المنزل؟
يمكن اعتبار هذا المشروع بمثابة الأساس الأيديولوجي لنموذجنا الأولي، كمحاولة لاستخدام تدفقات الهواء العاملة باستمرار على ارتفاعات أعلى، وبطبيعة الحال، فإن تركيب توربينات الرياح على أسطح المباني السكنية أمر غير مرغوب فيه إلى حد كبير.
ومن المعروف محطة توليد الطاقة الدوامية الحرارية، والتي تحتوي على أنبوب مزود بمولد دوامة، وعجلات هوائية مثبتة على عمود رأسي، ومولد كهربائي. تم تجهيز محطة الطاقة بمولد دوامي إضافي، ومنحرف، ونظام تسخين الهواء. يتم تثبيت عجلات الرياح في أنبوب، وتقع أجنحة عجلات الرياح في منطقة تدفق الهواء الدوامة. الميزة الكبرى لهذا الاختراع هي توليد تدفق هواء ثابت، مما يمنع توقف طاحونة الهواء عن العمل.
العيوب هي كما يلي.
مبدأ الموقد التقليدي الذي يتم فيه تركيب عجلة الرياح. الجديد هو أنه لزيادة الدفع، يتم ضبط تدفق الهواء الصاعد، الذي ينشأ بسبب اختلاف درجة الحرارة بين قاع الأنبوب وأعلىه، في حركة دوامية، والتي، وفقًا للمؤلفين، يجب أن تزيد بشكل كبير من القوة والسرعة من تدفق الهواء.
من المشكوك فيه أن الحركة الديناميكية الدوامة لتدفق الهواء سيكون لها تأثير مفيد على أجنحة عجلة الرياح أو على شفرات توربينات الرياح.
لا يمكنك الحصول على مزيد من الدفع على جزء قصير من الأنابيب بهذه الطريقة، ألن يتم استخدام كل الكهرباء الناتجة عن طاحونة الهواء لتسخين الهواء؟ والأهم من ذلك، إذا لم يكن هناك تدفئة، فلن يكون هناك جر، مما يعني أن طاحونة الهواء ستكون في وضع الخمول (إذا لم يتم تسليم الوقود أو القيام بأعمال الإصلاح على المدفأة). ويمكن استخدام الوقود بكفاءة أكبر في المولدات الكهربائية التقليدية.
لقد قبلنا هذا الاختراع كنموذج أولي.
الغرض من الاختراع المقترح هو زيادة كفاءة محطة طاقة الرياح مع تدفق هواء ثابت.
لإنشاء تدفق هواء مستمر في الأنبوب، يجب استيفاء شرطين:
وجود تدرج في درجة الحرارة أو الضغط الجوي أو كثافة الهواء في أطراف الأنبوب؛
وجود نفس التدرجات الهوائية داخل الأنبوب بالنسبة للبيئة.
ويمكن زيادة تدرج الضغط الجوي عند نهايات الأنبوب بزيادة طوله من عدة مئات من الأمتار إلى عدة كيلومترات، وصولا إلى الحد العلوي من طبقة التروبوسفير البالغ 10-18 كيلومترا.
لزيادة تدرج الضغط داخل الأنبوب، يُقترح تركيب أسطوانة رياح ذات شفرات عند فوهة الأنبوب، والتي، عندما تدور تحت تأثير تدفقات الهواء الأفقية، وفقًا لقانون برنولي، يحدث خلخلة الهواء، والتي يخلق قوة دفع إضافية.
لتسخين الهواء داخل الأنبوب، يُقترح استخدام مواقد الغاز المثبتة على برج عند مدخل نفق الرياح.
وللحد من الضوضاء والاهتزازات يقترح وضع عجلات هوائية مع مولدات كهربائية في الأنفاق تحت الأرض.
وينبغي لهذه المقترحات تحسين كفاءة مزرعة الرياح.
تشتمل محطة توليد طاقة الرياح ذات التدفق المستمر للهواء المقترحة على مجموعة من محطات طاقة الرياح التي تحتوي على عجلات رياح مع مولد كهربائي وعنصر تسخين ونفق رياح،
وتتميز بأن عجلات الرياح مع مولد كهربائي تقع في أنفاق تحت الأرض متصلة ببرج توجد فيه مواقد الغاز. على البرج الموجود عند مدخل نفق الرياح، المصنوع من مواد بوليمرية مع تقوية على شكل أطواق ومعلقة بكابلات إلى البالون، يتم تركيب أسطوانة ذات شفرات مثبتة مع إمكانية الدوران وإحداث فراغ تحتها تأثير تدفقات الهواء الأفقية.
إذا نجح تصميم الأسطوانة وكانت هناك رياح، فإن الدفع الذي يحدثه في نفق الرياح سيكون كافياً لتشغيل محطة توليد الكهرباء ولن تحتاج إلى تشغيل الشعلات، كما أن تشغيلها المشترك سيزيد من كفاءة توربينات الرياح.
قد تكون توربينات الرياح ذات عجلات الرياح أو التوربينات التي تتوافق مع الحسابات الفنية والاقتصادية والبيئة البيئية مقبولة كمحطات طاقة الرياح. يتم تعليق نفق رياح مزود بمقويات على شكل أطواق بوليمر على كابلات إلى بالون، والذي يتم منعه من الحركة بواسطة نفس الكابلات باستخدام أجهزة شد أوتوماتيكية أرضية.
تحت تأثير الأحمال الجانبية للرياح، يمكن أن ينحني غلاف البوليمر، مما لن يؤثر على أداء طاحونة الهواء. يجب أن يبلغ طول نفق الرياح عدة مئات من الأمتار أو عدة كيلومترات، حسب الإمكانيات الفنية.
يحدث تدفق هواء قوي داخل نفق الرياح بسبب تسخين الهواء بواسطة محارق الغاز وانخفاض الضغط عند أطرافه وتسارع التدفق عند دوران الأسطوانة. ومن المتوقع حدوث أحمال كبيرة على جدران نفق الرياح.
من بين مجموعة متنوعة من البوليمرات، يعتبر البلاستيك المقوى بألياف الكربون هو الأكثر ملاءمة في ظل الظروف القاسية. الحشو في مركبات البوليمر هذه هو ألياف الكربون، والتي يتم الحصول عليها من الألياف الاصطناعية والطبيعية القائمة على السليلوز، وبوليمرات الأكريلونيتريل المشتركة من ملاعب قطران النفط والفحم، وما إلى ذلك.
استنادًا إلى ألياف الكربون ومصفوفة الكربون، يتم إنشاء مواد مركبة من الجرافيت الكربوني يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة في البيئات الخاملة أو المختزلة لفترة طويلة. تعتبر المواد البلاستيكية المقواة بألياف الكربون خفيفة للغاية وفي نفس الوقت مواد متينة. على سبيل المثال، يحتوي البوليمر من هذه الفئة، المسمى "Hypol"، على المعلمات التالية: درجة حرارة التشغيل تصل إلى 2000 درجة، والخمول الكيميائي للبيئات المؤكسدة، ولا يحترق، وهو أخف بمقدار 1.5 مرة من الألومنيوم وهو متين للغاية. أحدث تطور للعلماء الروس مثير للاهتمام - البوليمر CARAFFIN، الذي يتمتع بخصائص خاصة وغريبة. ولهذا التطور، حصل العلماء الروس على جائزة نوبل في عام 2010.
يمكن أن تصل قوة أنابيب جرافيت الكربون إلى 50 مرة من قوة الفولاذ.
يمكن للأغشية الرقيقة الكربونية المنتجة من هذه البوليمرات
يمكن استخدامها كجدران لنفق الرياح الداخلي.
يمكن تصنيع شبكات وشبكات أجهزة ترشيح سحب الهواء من نفس المواد.
المواد المستخدمة في صناعة البالونات عادة ما تكون من اللدائن، أي. المطاط الطبيعي أو الاصطناعي. يتمتع المطاط بالقدرة على التمدد بشكل عكسي بنسبة تصل إلى 900%. يمكن أيضًا استخدام نفس المواد في تصنيع الكابلات الموضوعة على طول جدران نفق الرياح، والتي يتم من خلالها ربط الهيكل بالبالونات.
الجزء السفلي من البرج مصنوع على شكل ناشر يضغط تدفق الهواء.
يتم تثبيت المعدات العلمية (لفترة الاختبار) وأجهزة الاستشعار وكاميرات الفيديو وأجهزة إرسال المعلومات عن بعد والفيديو في مستويات مختلفة من نفق الرياح.
ويبين الشكل 1 منظرًا جانبيًا مقطعيًا لمحطة طاقة الرياح؛ الشكل 2 - منظر علوي لمحطة توليد الكهرباء،
1 - بالون، 2 - جندول مع الأجهزة، 3 - كابل، 4 - شداد، 5 - نفق الرياح، 6 - طبل مع شفرات، 7 - جسر، 8 - مدخل هواء مع مرشح، 9 - محطة طاقة الرياح (عجلات الرياح مع مولد كهربائي)، 10- نفق، 11- ناشر، 12- تقوية، 13- شعلة غاز، 14- برج، 15 خط أنابيب غاز.
التقدم في أعمال التثبيت.
يختارون مكانًا غير مناسب للاستخدام الصناعي والزراعي. يقومون ببناء أنفاق بمآخذ هواء وبرج به ناشر. يتم تركيب عجلات الرياح مع المولدات الكهربائية في الأنفاق وهذا الهيكل مغطى بالأرض. يتم تثبيت أسطوانة ذات شفرات تدور على محامل كروية على البرج.
من السهل نقل البالون المُجمَّع، والبكرات ذات فيلم البوليمر والأقواس الحلقية، بالإضافة إلى أدوات الشد بكابل ملفوف إلى موقع التثبيت.
يتم إحضار البالون 1 إلى حالة صالحة للعمل، ويتم توصيل الجندول 2 بأجهزة الشد 4، وهي مجهزة بمعدات التحكم والقياس ويتم رفعها ببطء في الهواء. يتم ربط أقسام نفق الرياح 5 مع تقوية 12 على شكل أطواق بوليمر بالكابلات المشدودة 3. ومع نمو الأنبوب بسبب ربط أقسامه، يرتفع البالون إلى أعلى.
بالتوازي مع هذا العمل، تم تركيب وحدة تحكم وعاكس ومفتاح نقل تلقائي ومحول وواجهة خط كهرباء داخل مبنى المحطة الفرعية الكهربائية. تم تركيب محطة مراقبة أرضية ومكرر للمراقبة والتحكم التلقائي في المحطة الكهربائية الفرعية من مسافة بعيدة.
يتم توفير الكهرباء من المولدات عبر الكابل إلى وحدة التحكم، التي تتحكم في نظام الطاقة بأكمله للمحطة. بعد ذلك، يتم تحويل الطاقة وتزويدها عبر الواجهة لخطوط الكهرباء الخاصة بالشبكة الوطنية.
لتوفير الطاقة لأجهزة محطة توليد الكهرباء نفسها وأجهزة المراقبة القريبة، يتم استخدام العاكس ومفتاح النقل. يسمح لك ATS بتحويل مصدر الطاقة إلى جسم ما عند إيقاف محطة طاقة الرياح (الإصلاح والصيانة) إلى منشآت أو جبال أخرى. شبكة الطاقة.
وبما أن محطة توليد الكهرباء أوتوماتيكية، فإن جميع معلماتها وملاحظاتها بالفيديو يتم نقلها من خلال مكرر إلى نقطة جمع البيانات في شبكة الطاقة الجبلية الإقليمية.
محطة طاقة الرياح المقترحة بسيطة، وبالتالي منخفضة التكلفة ومفيدة اقتصاديا. إنه متواضع في اختيار الموقع - كما أنه مناسب للظروف التي يصعب الوصول إليها. إنها لا تخاف من غياب الريح أو هبوبها القوية.
لا تسبب محطات طاقة الرياح المخبأة في الأنفاق تحت الأرض تأثيرات ضوضاء واهتزازات غير ضرورية على البيئة، ويمكن أن تعمل بالقرب من المناطق المأهولة بالسكان. الجهاز مناسب لصيانة نفق الرياح نفسه؛ يكفي سحب البالون إلى الأرض باستخدام أجهزة الشد.
لا يعني تصميم محطة طاقة الرياح قيودًا على طول وقطر نفق الرياح، وعلى عدد محطات طاقة الرياح المثبتة، وبالتالي على إنتاجيتها.
صيغة الاختراع
محطة طاقة رياح ذات تدفق هواء ثابت، تشمل مجموعة من محطات طاقة الرياح تحتوي على عجلات رياح مع مولد كهربائي وعنصر تسخين ونفق رياح، وتتميز بأن عجلات الرياح مع مولد كهربائي تقع في أنفاق تحت الأرض متصلة بالشبكة برج توجد فيه مواقد الغاز، على البرج عند مدخل نفق الرياح، مصنوع من مواد بوليمرية مع تقوية على شكل أطواق ومعلقة على كابلات إلى البالون، يتم تركيب أسطوانة ذات شفرات مثبتة مع القدرة على الدوران وخلق فراغ تحت تأثير تدفقات الهواء الأفقية.
