Ветроэлектростанция с автоматически изменяющейся площадью ометаемой поверхности для

Ветроэлектростанция
с автоматически
изменяющейся площадью
ометаемой поверхности для
резкоконтинентального
климата
Буктуков Н.С.
Заслуженный изобретатель РК,
член-корр. НАН РК, академик КазНАЕН,
докт. техн. наук, профессор
Алматы - 2015
Проблема
• Отсутствие э/энергии в отдаленных
регионах для фермерских хозяйств и
населенных пунктов
• Более 13 тенге за 1 кВт/ч
• до 30% потери
• Экологический вред при сжигании 500 000 т
условного топлива в год:
1,5 млн. м3 диоксида углерода;
12 000 тонн оксидов серы;
7800 тонн оксидов азота;
12 600 тонн летучей золы
• Зависимость от сетей и тарифов
Решение
ВЭУ потребительской
мощности для резко
континентального климата
• Потенциал ветров в Казахстане в 7 раз
превышает мировую выработку
электроэнергии (в 1980 г. при утилизации
энергии ветра со скоростью 4-16 м/с).
• На 85% территории страны средняя
скорость ветра не превышает 5 м/с.
• Минимальный технический потенциал
энергии ветра Казахстана в 25 раз
превышает объем потребления всех
топливно-энергетических ресурсов РК.
Потребители
• Президентом поставлена задача
поставлять на экспорт 60 000 т мяса в
год, а фермерские х/ва «кучкуются»
вокруг населенных пунктов из-за
отсутствия э/энергии
• 255 населенных пунктов обесточены
• КазАгро
• СПК
• Таможенные посты, погранзаставы,
физические лица, метеостанции,
кемпинги и др.
Рынок
Динамика прогнозируемого роста
вырабатываемой электроэнергии ВЭС до 2040 г.
$260 000 000 к 2025 г.
Заинтересованные лица из Южной Кореи,
Японии, РФ, Украины, Монголии и РК.
Конкуренция
Показатель
Скорость ветра, м/с
Ресурс, часов/год
Номинальная мощность
при скорости ветра,
м/с
Срок службы, лет
Цена, $ (5 kW)
Конкуренты
Наше
решение
3…25
2…60
До 3000
До 7000
9-11 до 25 3 – 10 до 60
20
20
15000
10000
Технология
Положение с ИС
Патенты:
Казахстан – 7
СНГ – 4
ФРГ – 1
Япония – 1
Южная Корея – 2
Китай – 2
Канада – 1
Европа - 3, СНГ - 3
В работе США, Индия и др.
Предложение
• Серийное изготовление и продажа ВЭС.
• Разработка, изготовление и продажа более
мощных ВЭС.
• Продажа патентов.
• Заключение лицензионных соглашений на
передачу прав на изготовление и продажу
ВЭС.
• Создание парка ВЭС и продажа
электроэнергии.
Финансовая часть
(оценка)
• Разработка проектно-сметной документации,
создание опытного производства с выходом на
самофинансирование – 1600 000 $.
• Серийное производство потребительского класса
ВЭС – 1 200 000 $.
• Годовая прибыль 360 000 $ (пессимистический
прогноз).
• Срок окупаемости после выхода не серийное
производство 5 лет.
• Расходы на изготовление собственно ВЭС 2000 –
4000 $ в зависимости от мощности, покупные
изделия (инвертор, аккумуляторы, солнечные
панели, контроллер и генератор) порядка 4000 $.
• Прибыль 2000 $ с одной ВЭС, в месяц продаж 15
ВЭС, в год 180 шт.
САМОРЕГУЛИРУЮЩАЯСЯ
ВЕТРОЭНЕРГОУСТАНОВКА
•
•
•
•
•
•
Вертикально осевая ветроэнергоустановка (ВЭУ)
вырабатывает электроэнергию при любой скорости и
направлении ветра, а также в безветренную ясную погоду за
счет подъемной силы нагретого воздуха.
Это достигается тем, что при малых скоростях ветра лопасти
открываются за счет сил гравитации и увеличивается площадь
ометаемой поверхности, и, наоборот, при увеличении скорости
ветра уменьшается за счет смыкания лопастей под давлением
ветра. При этом ВЭУ принимает форму наружной половины
полого тора.
При закрывании лопастей, как показали эксперименты, ВЭУ
продолжает работать, поскольку сопротивление ветру
уменьшается, лопасти начинают открываться, но из-за
сильного ветра лопасти вновь смыкаются и продолжают
вращение.
В безветренную ясную погоду поверхность под конической
частью обшивки и обшивка на опорах ВЭУ, нагреваясь от
солнечных лучей, создает вертикально направленный поток
воздуха, который, проходя через изогнутые воздуховоды,
попадает на лопасти. Это приводит к их вращению и
передается на электромеханическую установку и
вырабатывается электроэнергия.
Наличие зеркал приводит к дополнительному нагреву
окрашенных участков, что способствует увеличению потока
воздуха в безветренную ясную погоду. Это в свою очередь
приводит к выработке электроэнергии.
Коэффициент использования энергии ветра во времени
увеличивается, т.е. ВЭУ работает в диапазоне скоростей от 0
до 60 м/с. В результате ВЭУ работает большее количество
дней, следовательно, и выработка электроэнергии
увеличивается.
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С АВТОМАТИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПЛОЩАДЬЮ ОМЕТАЕМОЙ
ПОВЕРХНОСТИ
Вертикально-осевая ветроэлектростанция (ВЭС) с увеличенным диапазоном скоростей используемого ветра
путем автоматического изменения площади ометаемой поверхности.
ВЭС работает в диапазоне скоростей от 2 до 50 м/с, что увеличивает выработку электроэнергии более чем в
три раза. Можно существенно увеличить единичную мощность установки за счет того, что при малых скоростях ветра
увеличивается площадь ометаемой поверхности лопастей и, наоборот, при увеличении скорости ветра уменьшается
за счет смыкания лопастей, а также за счет применения парусов. Паруса увеличивают скорость ветра, попадающего
на лопасти, а при выходе из ветроэлектростанции, создается дополнительное усилие вращения. Кроме того,
расположение наружных парусов по касательной к окружности, описываемой лопастями, закрывает поступление
ветра на нерабочую (выпуклую) поверхность лопастей, которые движутся против ветра, а внутренние паруса создают
внутри ВЭС вихрь, что существенно повышает отбор мощности у ветра.
При ураганных порывах ветра или большой скорости, создаваемого наружными парусами, лопасти смыкаются
за счет давления ветра, при этом ВЭС принимает форму конусообразной или цилиндрической бочки. Открывание
лопастей происходит за счет сил гравитации, определяемой параметрами груза. Величина груза определяет, при
какой скорости ветра лопасти будут смыкаться. Наличие небольшого груза ведет к закрытию лопастей при меньшей
скорости ветра, и, соответственно, больший груз ведет к закрытию лопастей при большей скорости ветра.
При закрывании лопастей, как показали эксперименты, ВЭС продолжает работать, поскольку сопротивление
ветру уменьшается, лопасти начинают открываться, но из-за сильного ветра лопасти вновь смыкаются и продолжают
вращение.
Благодарю за внимание