Б. И. Шевелевым предложена «Ветросиловая установка воздушно-компрессорным коллектором» (авторская заяв № 1490) для обеспечения емкостного аккумулирования энергии, ветра. Автором предлагается ветроэлектрическая установка, ij которой ветродвигатель работает на компрессор, подающий воз-^ дух в коллектор. Сжатый воздух из коллектора расходуется; в пневматическом двигателе, от которого приводится во враще-i кие электрический генератор переменного тока.

Таким образом, автор предполагает обеспечить при работе ветродвигателя с переменным числом оборотов и переменной мощностью постоянное снабжение потребителей постоянной энергией высокого качества. Насколько такая установка нерациог нальна, видно из следующего элементарного подсчета.

Выпускаемый промышленностью пневматический двигател! ПРШ-16 мощностью 16 л. с. требует для работы около 1000 куб. Н воздуха в час при давлении 3,5 атм. Даже при аккумулировании воздуха с давлением 100 атмосфер при двухсменной работе электростанции и коэффициенте загрузки станции, равное Кзагр- =0,5, на 2 дня потребуется сжатого воздуха и объеме коллектора свыше 1000 куб. м. Насколько эта емкость велика * громоздка, можно судить по тому, что обычные газовые баллон1 имеют емкость 0,5 куб. м.I

М. А. Протопопов в своем предложении по аккумулирований энергии ветра рекомендует использовать гидропневматически аккумулятор. Суть предложения сводится к следующему: ветре насосной установкой осуществляется подъем воды из скваж! или открытых водоисточников в специальные баки, снабженш поршнем-колпаком. Подъем воды в баках вызывает сжатие во; духа над поршнем-колпаком. При определенном давлении эт( воздух перепускается в накопительный колпак, откуда под да: лением, соответствующим столбу воды в баке, расходуется д^ различных нужд вплоть до приведения во вращение генераторо Суммарный к. п. д. подобной установки может быть не вьш 25—30%. В качестве примера приведем простейший расчет нео( ходимой емкости баков этой установки для обеспечения работ ветростанции Д-18 мощностью 25 квт в течение двух безветре ных дней по десять часов в день. В этом случае требуется по >i кять на высоту 60 м до 6120 куб. м воды, т. е. необходимо име резервуар высотой 20 м и диаметром 20 м и для его заполнен! потребуется около 2 суток непрерывной работы двух ветродв гателей Д-18 при их полной загрузке. Этот пример с очевидн Щ стью указывает на громоздкость подобных аккумуляторов и н целесообразность их постройки.

Очень часто встречаются такие предложения, как, наприм^ ветрокомпрессорная установка И. И. Величко. Автором лредл! гается использовать энергию ветра не за счет работы ветром леса, а за счет превращения кинетической энергии ветра нега средственно в потенциальную энергию сжатого воздуха. j

Раструб (рис. 93) имеет возможность устанавливаться строго против ветра. В узком отверстии раструба поставлен обратный клапан, который может пропускать воздух в специальный трубопровод, служащий резервуаром, где сжатый воздух должен храниться и расходоваться по мере необходимости.

По мнению автора предложения, воздух поступает в раструб и через обратный клапан проникает в резервуар, где должен сжиматься последующими порциями воздуха, поступающего в раструб.

Для определения давления воздуха в трубопроводе воспользуемся уравнением Бернул-ли о непрерывности струи. Это урггвнение для сечений I—-I и II— II может быть написано:

Pi +

где: V и Vj — скорости

Рис. 93. предложение И. И. Величко по аккумулированию энергии ветра: / — обратный клапаи, 2 — вентиль.

потока соответственно в сечении I—I и II—II, р и pi — давление воздуха в сечении I—I и II—II, р—массовая плотность воздуха.

Приращение давления р — pi = — является избыточным

давлением воздуха в резервуаре над атмосферным. Как оно велико?

Так как в трубопроводе-резервуаре давление больше, то вода в открытом конце трубки манометра будет выше.

Написав уравнение равновесия жидкости в манометре

p-p,=R=-EL,

найдем, какое давление будет в резервуаре при V=10 м/сек. _ _pv^ 0,125 . 102

= 6,25 мм вод. столба.

Такое ничтожное давление не может быть практически использовано.

Аккумулирование^ ТриДЦЗТЫХ ГОДЗХ А. Г. УфИМЦСВ (Л. 5)

энергии в видеПрСДЛОЖИЛ аККуМуЛИрОВЗТЬ ЭНСрГИЮ ВСТрЗ

ТСПЛО&ОЙ ЭИбПГИИmlг»»

В нагретой воде, которую можно использовать для бытовых и других нужд. Но ведь тепловая энергия является энергией самого низкого класса и перевод ее в любой другой вид энергии связан со значительными потерями. Поэтому А. Г. Уфимцев предлагал преврзщзть в тепло только «бросо-

вую» часть энергии ветроустановок — энергию очень слабых ветров.

Для преобразования энергии ветра в электрових^ой^^^ютел хепловую энергию нагретой воды Б. А. Протопоповым был предложен электровихревой котел (рис. 94). Электровихревой котел представляет собой бак с внешней тепловой изоляцией 6. Внутри бака расположен генератор электрического тока 1, который вращается от ветродвигателя посредством вала 2, пропущенного сквозь бак. Генератор имеет обмотку возбуждения 3, которая питается через щетки 4 от постороннего источника, например, аккумуляторной батареи, а также короткозамкнутую рабочую обмотку 5. Обмотка возбуждения расположена на роторе, а рабочая обмотка на статоре генератора. Генератор электровихревого котла преобразует механическую энергию ветродвигателя в электрическую и далее с тепловую энергию и является основной частью котла. Этот генератор, в отличие от обычных электрических генераторов, сделан так, что потери в обмотках, потери в железе статора и ротора доведены до максимума, а его к. п. д., в том понятии, как это принято в электротехнике, сведен до минимальной величины.

Рис. 94. Электровихревой котел Протопопова: / — генератор электрического тока, 2 — приводной вал , 3 — обмотки возбуждения генератора, 4 — щетки, ^ — короткозамкнутая обмотка (кольцо), ff —тепловая

изоляция котла.

Таким образом, в генераторе электровихревого котла вся энергия, получаемая от ветродвигателя, превращается в тепло нагретого статора и окружающей его воды. Опыты показали, что электровихревой котел превращает в тепло более 95% всей энергии, подводимой к его рабочему валу.

Следовательно, вся энергия, отдаваемая ветродвигателем, переходит в тепловую энергию нагретой воды.

ПредложениеПодобное Же преДложение дает изобре-

(ABrrpcKM^aHlKl татель Валобуев М. М., который предлагает № 13464)использовать обыкновенный центробежный

насос в качестве преобразователя механической энергии, выра-. батываемой ветродвигателем, в тепловую. В этом предложении 134

центробежный насос вращается от ветродвигателя, а камера са^ мого иасоса заполнена водой и соединена с заглушённым трубопроводом. Таким образом, насос осуществляет только перемешивание воды, почти ие сообщая ей кинетической энергии. При* этом вся механическая работа ветродвигателя также должна превращаться в тепловую энергию нагретой воды (за исключе--нием небольших потерь на трение и теплообмен).

Насколько же экономичны и целесообразны подобные установки?

Для ответа на этот вопрос сделаем простой расчет количества воды, которую может нагреть ветроустановка с ветродвигателем Д-18, работая круглый год.

Так как такая ветроустановка может выработать за год около 60 тыс. квтч энергии, то, используя всю энергию на нагрев воды с температуры -f 10°С до -f80°C, мы можем в год обеспечить нагрев всего 740 т, или 740 куб. м воды, т. е. менее 2 куб. м в сутки.

Поскольку имеют место потери и в нагревателе и в термостатах, аккумулирующих теплую воду, то количество нагретой воды может быть принято равным примерно 1 куб. м в сутки, т. е. такая установка может обеспечить горячей водой ферму всего на 50 коров без учета отопления помещения. В то же время установка с ветродвигателем Д-18, работая с небольшим резервным приводом, может обеспечить полную механизацию приготовления кормов и подъема воды на ферме с поголовьем 300 голов крупного рогатого скота.

Отсюда ясно, что ветроустановки с тепловым аккумулированием могут быть использованы только там, где основным потребителем является потребитель тепловой энергии, а стоимость сооружения тепловых аккумуляторов не играет существенной роли.

Что же касается использования энергии, аккумулированной в виде нагретой воды, и воды, превращенной в пар, для целей повторного получения механической и электрической энергии, как это предлагается изобретателем И. Я. Шарлотт, то этот путь является весьма нерациональным и не может быть рекомендован ввиду крайне низкого к. п. д. подобных установок.

В ряде случаев использование установки с тепловым аккумулированием может быть более эффективным, если мы используем некоторые дополнительные термодинамические процессы.

Е. М. Фатеевым и В. Н. Масюковым (авторская заявка № 12233) была предложена оригинальная установка, состоящая из теплового насоса с приводом от ветродвигателя. Эта установка (рис. 95) работает следующим образом: от ветродвигателя / приводится в действие компрессор 2 воздушно-теплового насоса.. При этом энергия ветра с к. п. д., равным механическому к. п. д. компрессора, превращается во внутреннюю энергию адиабатиче-,. ски (т. е. без притока тепла из окружающей среды) сжатого воздуха.

Ш

в теплообменнике 4 проточного типа воздух изобарически (при неизменном давлении) охлаждается до температуры, примерно равной температуре окружающей среды, и нагревает охлаждающую воду, поступающую в теплообменник, до температуры, пригодной для теплофикации. Охлажденный, но еще сжатый воздух, поступает из теплообменника в воздушный детандер 5*, соединенный с валом компрессора.

-4:

>y//y///////^///////Jty//////A//////y

Рис. 95. Схема установки газового теплового насоса с приводом от

ветродвигателя:

1 — ветродвигатель, 5 — компрессор воздушный, S — бак-аккумулятор тепла, 4 — теплообменник, 5 — детандер, 6 — циркуляционный насос.

Расширение воздуха без притока тепла из внешней среды и без отдачи тепла совершается за счет понижения его внутренней энергии, т. е. за счет понижения температуры. Воздух, расширяясь в детандере, совершает механическую работу, которая используется в помощь ветродвигателю для вращения компрессора.

* Детандер — это машина, в которой энергия сжатого воздуха превра-ш.ается в механическую работу. В детандере воздух, охлажденный при расширении, подогревается за счет внешнего тепла окружающей атмосферы или специальных подогревателей.

к

1

аз-н

Температура же охлажденного при расширении воздуха в детандере восстанавливается за счет тепла окружающей среды (атмосферы), ибо воздух из детандера выпускается в атмосферу.

Отличием такой схемы воздушного теплового насоса является то, что в нем отсутствует теплообменник, забирающий теплоту низкой температуры, так как воздушный цикл теплового насоса замыкается через атмосферу. Воздух при выходе из детандера полностью нагревается й атмосфере и тем самым ликвидируется неполное тепловое превращение, которое имеет место в обычных газовых тепловых насосах.

Из приведенных описаний и схем можно судить о сложности установок с тепловым аккумулированием энергии ветра. Ясно, что такие установки могут быть применены только в редких специальных случаях.

Наиболее характерным газовым аккуму-

Химическое или газовое-./

аккумулированиеЛЯТОрОМ ЭНСрГИИ ВСТра ЯВЛЯСТСЯ ВОДОрОД-

ный аккумулятор, предложенный А. Г. Уфимцевым. Этот вид емкостного аккумулирования в настоящее время разработан и исследован наиболее подробно.

Ветродвигатель (рис. 96) вращает генератор постоянного тока /, который работает на электролизер 2 — аппарат, с помощью которого вода под действием электрического тока разлагается на кислород и водород и собирается в баллоны 5 и 4. Из баллонов 5 кислород расходуется для медицинских или технических целей, а водород из баллонов 4 сжигается в специальном газовом (во-

Рис, 96. Водородное аккумулирование А. Г. Уфимцева: / — генератор постоянного тока. 2 — электролизер, 3 — кислородный баллон, 4 — водородной баллон, 5 — газовый двигатель, 6 — генератор синхронный.