CC BY
186
УДК 621.548
ЭНЕРГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ, ТЕПЛОВЫЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТОКИ
© 2015 г. Р.А. Серебряков, В.В. Бирюк
Вихревая ветроэнергетическая установка (ВВЭУ) способна использовать низкопотенциальные воздушные потоки, движущиеся в атмосфере и акваториях со скоростью от 3-4 м/с, утилизированные тепловые потоки, сбрасываемые во вешнюю среду промышленными предприятиями, и возможности преобразования гелио- и геотермальной энергии в виде термоиндуцированных восходящих струй воздуха. Это устройство преобразует равномерный поток ветра в вихреобразные струи, является концентратором ветровой мощности, организует и аккумулирует энергию ветра и низкопотенциальные тепловые потоки аналогично тому, как в природных условиях кинетическая энергия ветра, распределенная в значительном объеме, концентрируется до огромных величин в компактном ядре природного смерча или торнадо. Вихревая ветроустановка способна автоматически подстраиваться под реальную скорость набегающего воздушного потока при расчетных значениях числа оборотов ротора электрогенератора, что обеспечивает преобразование энергии с высокой эффективностью при более широком диапазоне скоростей ветра. Для существующих в настоящее время ветроустановок рабочий диапазон скоростей ветра составляет от 6-15 м/с до 20-25 м/с. ВВЭУ же, за счет, в первую очередь, модульного построения ветропреобразователей, позволяет расширить рабочий диапазон скоростей ветра от 3-4 м/с до 60 м/с и более. Преимущества ВВЭУ: в 1,5-2 раза меньше рабочая скорость ветра и массогабаритные размеры; «ротор-генератор» исключает вал, нет системы «установа на ветер»; конструкция установки предполагает её модульное исполнение из идентичных функциональных модулей; стабилизация числа оборотов ротора обеспечивается изменением площади воздухозаборника установки; коэффициент использования энергии ветра % ~ 0,3, быстроходность Z = 1,5-2,0.
Ключевые слова: ветер, ветроэнергетика, вихревой эффект, вихревой ветропреобразователь.
Vortex wind power device (VWPD) is able to use the low-potential air flow moving in the atmosphere and waters at a speed of 3-4 m/s, recycled heat flow discharged into the environment by industrial enterprises, and the possibility of transformation of solar and geothermal energy in the form of thermally ascending air jets. This device converts a steady wind stream into vortex-type jet, it is concentrator of wind capacity, organizes and stores wind energy and low-potential heat flows in the same way as under natural conditions the kinetic wind energy, distributed in a significant amount concentrates to large values in a compact nucleus of natural whirlwind or a tornado. Vortex wind turbine is able to adjust automatically to the real speed of the incoming air flow under calculated values of electrical generator rotor speed that provides energy conversion with high efficiency at a wide range of wind speeds. For the currently existing wind turbine operational band of wind speeds ranges from 6-15 m/s to 20-25 m/s. VWPD due primarily to modular construction of wind converters, allows to extend the operating range of wind speeds from 3-4 m/s to 60 m/s or even more. Advantages of wind turbines are that they have lower values of operating wind speed in 1,5-2 times and the weight and dimension sizes; "rotor generator" eliminates shaft, there is no "set the wind" system; installation design assumes its modular design of identical functional modules; stabilization of the rotor turnover number is provided by changing the area of the air intake unit; utilization of wind energy is % ~ 0,3, rapidity is Z = 1,5-2,0.
Key words: wind, wind energy, the vortex effect, the vortex wind converter.
Обоснование функциональных
особенностей работы установки.
Вихревая ветроэнергетическая установка (ВВЭУ) способна использовать
низкопотенциальные воздушные потоки, движущиеся в атмосфере и акваториях со скоростью от 3-
4 м/с, утилизированные тепловые потоки, сбрасываемые во внешнюю среду промышленными предприятиями, и возможности преобразования гелио- и геотермальной энергии в виде
термоиндуцированных восходящих струй воздуха.
Это устройство (рисунки 1, 2) преобразует равномерный поток ветра в вихреобразные струи, является
концентратором ветровой мощности, организует и аккумулирует энергию ветра и низкопотенциальные тепловые потоки аналогично тому, как в природных условиях кинетическая энергия ветра, распределенная в значительном объёме, концентрируется до огромных величин в
компактном ядре природного смерча или торнадо.
Вихревая ветроустановка способна автоматически подстраиваться под реальную скорость набегающего воздушного потока при расчетных значениях числа оборотов ротора электрогенератора, что обеспечивает преобразование энергии с высокой
эффективностью при более широком диапазоне скоростей ветра.
Для существующих в настоящее время ветроустановок рабочий диапазон скоростей ветра составляет от 6-15 м/с до 20-25 м/с (рисунок 3). ВВЭУ, за счет, в первую очередь, модульного построения ветропреобразователей, позволяет
расширить рабочий диапазон скоростей ветра от 3 до 60 м/с и более.
Рисунок 2 - Детали и узлы
экспериментального
Преимущества ВВЭУ относительно традиционных ветряков: в 1,5-2 раза меньше рабочая скорость ветра и массогабаритные параметры; «ротор-генератор» исключает вал, нет системы «установа на ветер»; конструкция установки предполагает её модульное исполнение из идентичных
функциональных модулей; стабилизация числа оборотов ротора обеспечивается изменением площади воздухозаборника установки; коэффициент использования энергии ветра % ~ 0,3; быстроходность 7 = 1,5-2,0.
Экологическая оценка вихревой ветроэнергети ческой установки.
Ветроэнергетика во всём мире стремительно набирает обороты. Однако в своем развитии ей приходится преодолевать многочисленные трудности, как объективные (высокая стоимость чистой энергии; низкая плотность энергии, приходящейся на единицу площади ветрового колеса; непредсказуемые изменения скорости ветра в течение суток и сезона, требующие резервирования ветровой станции или аккумулирования произведенной энергии; отрицательное влияние на среду обитания человека и животных, на телевизионную связь и пути миграции птиц), так и специфические -
необходимость получения
многочисленных разрешений, в том числе от связистов, ведомств гражданской авиации и от военных. Крупные стационарные лопастные ВЭУ (мощностью более 20 кВт) негативно влияют на телесигнал. На расстоянии до 0,5 км они вызывают помехи в телесигнале. Это связано с тем, что лопасти ветрового колеса ВЭУ отражают сигнал, вызывая помехи при передаче телевизионного сигнала. Во время работы таких ВЭУ возникает достаточное количество инфразвука, влияющего на состояние человека и животных. Кроме того, при работе крупных ВЭУ возникает естественный шум от работы ветрового колеса. Поэтому размещение ВЭУ мощностью больше 10 кВт в пределах города (посёлка) нежелательно. Их необходимо размещать на безопасном расстоянии от населенных пунктов (0,5-1,0 км). Авиадиспетчеры вот уже несколько лет жалуются, что стационарные лопастные ветряные установки появляются на их радарах и мешают не только самим фактом своего присутствия, но и за счет создания так называемых «теней», которые на экране отображаются, как длинные черточки. В этих «тенях», которые достигают нескольких сотен метров,
радиолокационная станция не может больше обнаружить никаких объектов. Сигнал от ветряка может иметь разную силу в зависимости от погодных факторов, угла поворота и частоты вращения ротора ветроустановки. Вихревая
ветроэнергетическая установка
конструктивно выполнена так, что ротор находится внутри корпуса установки, так что не составляет никакого труда экранировать низкочастотные
акустические шумы ротора. Технологии использования звуко-шумопоглощающих покрытий разнообразны и широко используются в авиационной и РЛС-технике. Технология защищена пятью патентами РФ: № 1779283, 2002981, 2073111, 2093702, 2101550.
Литература
1. Бирюк, В.В. Вихревая ветроэнергетическая установка / В.В. Бирюк, Р.А. Серебряков // Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве». - Ч. 4. - Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2010. - С. 248-252.
2. Газоветроэнергетическая установка / В.В. Бирюк, Р.А. Серебряков, Ю.И. Цыбизов, Л.П. Шелудько // Альтернативный киловатт. - 2011. - № 5. -С. 48-51.
3. Бирюк, В.В. Вихревая ветро-солнечная энергетическая установка / В.В. Бирюк, Р.А. Серебряков, В.Н. Зазимко // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - № 7. - С. 23-26.
4. Серебряков Р.А., Бирюк В.В., Vortex effect - vortex energy technologies, Research in Agricultural Electric Engineering, volume 4, 2013, № 4, page 74-78.
5. Серебряков, Р. А. Исследование СВТ с вращающимся диффузором, депонировано в ВИНИТИ / Р.А. Серебряков,
В.Т. Волов. - 1984. - № 5713. - 9 с.
6. Серебряков, Р.А. Анализ возможности использования СВТ с вращающимся диффузором / Р.А. Серебряков, В.Т. Волов, // Межвузовский
сборник КуАИ «Аэродинамика ЛА и их систем», 1987. - С. 134-138.
7. Серебряков, Р.А. Практическое применение вихревого эффекта / Р. А. Серебряков, В.В. Бирюк // Конверсия. -1994. - № 10. - С. 19-20.
8. Серебряков, Р.А., Некоторые вопросы теории вихревой энергетики / Р.А. Серебряков // Научные труды ВИЭСХ, т. 85. - 1999. - С. 34-54.
9. Серебряков, Р.А. Вихревая энергетика / Р.А. Серебряков // Научные труды ВИЭСХ, т. 86. - 2000. - С. 80-92.
10. Серебряков, Р.А. Вихревая ветроэнергетическая установка / Р.А. Серебряков, В.В. Бирюк // Сборник «Ракетно-космическая техника», сер. XII. -Самара, 2000. - С. 43-73.
11. Серебряков, Р.А. Вихревая ветроэнергетика / Р.А. Серебряков, А.Б. Калиниченко // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. -2001. -№ 11. - С. 28-29.
12. Энергия вихря и энергия вакуума - от теории к практике // Р.А. Серебряков, А.Б. Калиниченко, А.М. Савченко, Б.Н. Родионов // Энергетика и промышленность России. - 2003. - № 6. - С. 10-12.
13. Серебряков, Р.А., Автономная ветроэнергетика / Р.А. Серебряков // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. - 2004. - № 7. - С. 53-55.
14. Серебряков, Р.А. Вихревая энергетика в энергосберегающих технологиях
/ Р.А. Серебряков, В.В. Бирюк, Ш.А. Пиралишвили // Сб. докл. XIX школы-семинара «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических технологиях»,
г. Орехово-Зуево. - Москва: Издат. Дом МЭИ, 2013. - С. 15-16.
References
1. Birjuk V.V., Serebrjakov R.A. Vihrevaja vetrojenergeticheskaja ustanovka [Vortex wind power plant], Trudy 7-j
Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj
konferencii «Jenergosberezhenie i jenergoobespechenie v sel'skom hozjajstve», Part 4, 2010, Moscow, GNU VIJeSH, pp. 248-252.
2. Birjuk V.V., Serebrjakov R.A., Cybizov Ju.I., Shelud'ko L.P. Gazo-vetrojenergeticheskaja ustanovka [Gas-wind power plant], Al'ternativnyj kilovatt, 2011, No. 5, pp. 48-51.
3. Birjuk V.V., Serebrjakov R.A., Zazimko V.N. Vihrevaja vetro-solnechnaja jenergeticheskaja ustanovka [Vortex wind and solar power plant], Al'ternativnaja jenergetika i jekologija, No. 7, 2013, pp. 23-26.
4. Serebrjakov R.A., Birjuk V.V. Vortex effect - vortex energy technologies, Research in Agricultural Electric Engineering, volume 4, 2013, No. 4, pp. 74-78.
5. Serebrjakov R.A., Volov V.T. Issledovanie SVT s vrashhajushhimsja diffuzorom [SVT research with a rotating diffuser,], deponirovano v VINITI, No. 5713, 1984, 9 p.
6. Serebrjakov R.A., Volov V.T. Analiz vozmozhnosti ispol'zovanija SVT s vrashhajushhimsja diffuzorom [Analysis of usage possibility of the SVT with a rotating diffuser], Mezhvuzovskij sbornik KuAI «Ajerodinamika LA i ih sistem», 1987, pp. 134-138.
7. Serebrjakov R.A., Birjuk V.V. Prakticheskoe primenenie vihrevogo jeffekta [Practical application of the vortex effect], Konversija, No.10, 1994, pp. 19-20.
8. Serebrjakov R.A. Nekotorye voprosy teorii vihrevoj jenergetiki [Some questions in the theory of vortex energy], Nauchnye trudy VIJeSH, Vol. 85, 1999, pp. 34-54.
9. Serebrjakov R.A. Vihrevaja jenergetika [Vortex energy], Nauchnye trudy VIJeSH, Vol. 86, 2000, pp. 80-92.
10. Serebrjakov R.A, Birjuk V.V. Vihrevaja vetrojenergeticheskaja ustanovka [Vortex wind power plant], Sbornik «Raketno-kosmicheskaja tehnika», Part XII, Samara, 2000, pp. 43-73.
11. Serebrjakov R.A. Kalinichenko A.B. Vihrevaja vetrojenergetika [Vortex wind energy], Stroitel'nye materialy, oborudovanie i tehnologii XXI veka, No.11, 2001, pp. 28-29.
12. Serebrjakov R.A., Kalinichenko A.B., Savchenko A.M., Rodionov B.N. Jenergija vihrja i jenergija vakuuma - ot teorii k praktike [Vortex energy and vacuum energy from theory to practice], Jenergetika i promyshlennost' Rossii, 2003, No. 6, pp. 1012.
13. Serebrjakov R.A. Avtonomnaja vetrojenergetika [The Autonomous wind energy], Stroitel'nye materialy, oborudovanie i tehnologii XXI veka, No. 7, 2004, pp. 53-55.
14. Serebrjakov R.A., Birjuk V.V., Pira-lishvili Sh.A. Vihrevaja jenergetika v jenergosberegajushhih tehnologijah [Vortex energy in energy-saving technologies], XIX shkoly-seminara «Problemy gazodinamiki i teplomassoobmena v jenergeticheskih tehnologijah», Orehovo-Zuevo, Moscow, Izdat. Dom MJeI, 2013, pp. 15-16.
Сведения об авторах
Серебряков Рудольф Анатольевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (г. Москва, Россия). Тел.: 8(917) 576-97-83. E-mail: ruds@list.ru.
Бирюк Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Теплотехника и тепловые машины» Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет) (г. Самара, Россия). Тел.: 8(927)-715-73-09. E-mail: wbiryuk@yandex.ru.
Information about authors
Serebryakov Rudolf Anatolievich - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, FSBSI "All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture" (Moscow, Russia). Phone: 8(917)576-97-83. E-mail: ruds@list.ru.
Biryuk Vladimir Vasilevich - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Heat and thermal machines department, Samara State Aerospace University named after academician S P. Korolev (National Research University) (Samara, Russia). Phone: 8(927)715-73-09. E-mail: wbiryuk@yandex.ru.
