Электростанция из торнадо
https://www.startbase.ru/projects/391/view/
Способ создания торнадо и электростанция на его основе.
Изобретение относится к источникам электрической энергии, получаемой из энергии солнца и ветра с помощью искусственного торнадо. Электростанция состоит из аккумулятора тепловой энергии в виде теплоизолированного бассейна с прозрачной крышей и башни с аэродинамическими элементами для преобразования солнечной и ветровой энергии в электрическую энергию.
Сущность работы устройства заключается в том, что блоки направляющих лопаток верхний 1 и нижний 2 соединяют в единую вертикальную башню, в середине которой располагают подвижный ротор с лопатками 3. Поток воздуха (ветер) 4 направляют по спирали, закрученной в одном направлении, к середине башни. Через лопатки ротора выходной поток 5 движется из башни с большей скоростью через меньшую площадь и вращает ротор. Увеличение скорости выходного потока достигается за счёт создания искусственного торнадо вокруг центральной оси башни. Торнадо имеет единую область низкого давления воздуха 6 и две области высокого давления воздуха 7 и 8. Делитель областей давления 9, цилиндрической формы с вогнутыми поверхностями, направляет потоки воздуха из областей высокого давления на лопатки ротора. Диаметр центрального цилиндрического отверстия в делителе соответствует внешнему диаметру области низкого давления. Направление движения воздуха на лопатки ротора является единственным свободным направлением в сторону меньшего давления и ограничивается сверху и снизу цилиндрическими поверхностями воронкообразной формы 10, центральное отверстие в которых имеет диаметр соответствующий внешнему диаметру областей высокого давления. При высокой вертикальной скорости движения областей высокого давления увеличивается и скорость вращения воздуха в этих областях (как при сливе воды из ванной), что способствует ещё большему повышению давления в этих областях (по сравнению с атмосферным давлением). При разнице давления
10 кПа (0,1 атм.) скорость потока воздуха достигает 130 м/с (Л.Г. Лойцянский «Механика жидкости и газа» Москва «Наука» 1987, стр. 115, табл. 2). Предположительно, природный торнадо имеет такой же принцип действия, принцип центробежного насоса, возникающего внутри грозового облака за счет отделения области высокого давления от области низкого давления воздуха во вращающемся потоке.
Направляющие ролики 11 размещают на основании 12 по внешнему диаметру ротора. Ролики удерживают ротор от смещения в горизонтальной плоскости.
Постоянный магнит 13 закреплён на роторе и притягивается полюсами к ферромагнитному сердечнику 14, закреплённому на основании. Сила притяжения магнита удерживает ротор в вертикальном направлении. Такие пары постоянный магнит - ферромагнитный сердечник закреплены по всему диаметру ротора, каждый следующий постоянный магнит имеет противоположное направление намагничивания. При вращении ротора в обмотках 15 индуцируется напряжение переменного тока для дальнейшего преобразования и использования потребителями.
Для выработки электроэнергии в непрерывном режиме электростанция имеет накопитель тепловой энергии в виде теплоизолированного бассейна 16, заполненного водой. Бассейн имеет прозрачную крышу для нагрева воды солнечным излучением 17.
Если ветра нет или он слабый, то открывают заслонку 18 и холодный воздух 19 поступает в теплообменник 20, где приобретает температуру тёплой или горячей воды. Тёплый воздух 21 через улитку 22, закручивающею поток по спирали, поступает в башню и поднимается вверх, выходя через лопатки ротора. Это движение тёплого потока инициирует встречный поток холодного воздуха за счёт общей области низкого давления. Холодный, более плотный, воздух поступает в башню с большой высоты (несколько высот башни), что увеличивает скорость такого потока при движении вниз. Холодный воздух также направляется на лопатки ротора, при увеличении вертикальной скорости он увеличивает скорость своего вращения. За пределами ротора тёплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз, восстанавливая равновесное состояние атмосферы.
Если скорость ветра выше номинальной скорости, то заслонку закрывают и включают электрический нагревательный элемент 23. Тогда номинальная
часть вырабатываемой электроэнергии с помощью преобразователя 24 трансформируется в стандартное сетевое напряжение и отправляется в сеть 25, а излишек электроэнергии нагревает воду.
При массовом размещении таких установок на торнадо опасном направлении будет иметь место эффект распределения мощности большого природного торнадо на несколько тысяч маленьких искусственных торнадо, обеспечивающих интенсивное перемешивание тёплых и холодных масс воздуха в вертикальном направлении. Это вызовет уменьшение мощности природного торнадо и возможно устранит эту проблему.
Всё вышеописанное относится к энергетическим башням промышленного масштаба (350 метров и выше, 15 МВт и больше).
Прилагаемые чертежи поясняют суть предлагаемого устройства.
Фигура 1 - общий вид башни.
Фигура 2 - разрез ротора, делителя и ограничивающих поверхностей в средней
части башни.
Фигура 3 - устройство в разных режимах работы:
- на верхнем рисунке данной фигуры показан режим работы электростанции
при отсутствии или малой скорости ветра;
- на нижнем рисунке показан режим работы электростанции при сильном ветре.
Фигура 4 - фотография прототипа устройства.
Для прототипа диаметром 1 метр и высотой 2,5 метра необходима начальная скорость ветра 35 м/с, это основной недостаток - маленькая установка не может работать при обычных скоростях ветра.
Для установки 20 метров в высоту и больше, начальная скорость ветра снижается до 6 м/с.
Для строительства ветрогенераторов такого типа потребуется меньшее количество металла на единицу мощности, так как нагрузка распределена по многочисленным стойкам. Ротор установки в несколько раз меньше (при одинаковой мощности с трёхлопастным генератором) и его элементы можно будет перевозить в стандартных железнодорожных вагонах (касается промышленных установок мощностью 15 и более МВт). Строительство башни ведётся поэтапно, сначала собирают верхнюю секцию высотой несколько метров. Далее, собранную секцию поднимают и строят под ней вторую секцию. Далее, поднимают две секции и строят под ними третью секцию. Так исключают работы на большой высоте. Башня высотой 400 метров имеет основание в форме кольца диаметром около 200 метров. Такое широкое основание можно использовать для плавающих энергетических башен.
Ниже фотография с места постройки установки высотой 12 метров, диаметр 7 метров, перепад давления 1000 Па в центре башни при скорости ветра 11 м/с.
