RU2042046C1

RU2042046C1 - Wind power plant

Info

Publication number: RU2042046C1
Authority: RU
Inventors: Г.И. Нестеров; А.Г. Тихомиров; А.А. Тихомиров
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: wind power engineering. SUBSTANCE: wind unit 3 consists of at least one wind wheel 4 with horizontal axle of rotation 5 kinematically coupled with electric generator 6 secured inside housing 7 of wind unit 3. The lifting construction, which is the base of tower 1, is constructed as concentric piping sections, the bottom parts of the sections being provided with ring steps. Ring spaces are defined between piping sections and also between the ground and outer piping section. The plant is provided with gas turbine 21 and additional electric generator 22 kinematically coupled with electric generator 6. Inlet 23 of turbine 21 is connected with underground source of heat through main vertical pipe line 23. Gas turbine 21 is kinematically connected with the vertical axle of rotation of the blades and electric generator 6 and 22 through reduction gear 26. Outlet of turbine 21 is in communication with the atmosphere through condenser 29, ring filter 30 and a lot of pipes 31. The device for supplying working fluid is made up as a pump unit connected with the space of the construction and underground heat source through additional pipe line mounted in the super-depth well. To accelerate the flow of vapor-gas mixture the plant is provided with multi-stage ejecting device mounted in the main vertical pipe line 24 which comprises Laval nozzles. To provide operation of the plant water is used as the working fluid. The water is pumped from an underground source to the space of the underground construction. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам и может быть использовано в системах отопления городов и населенных пунктов. The invention relates to wind power plants and can be used in heating systems of cities and towns.

Известна ветроэнергетическая установка [1] содержащая ветродвигатель, связанный с ним мультипликатор, соединенный с последним компрессор, подключенную к нему с образованием разомкнутого воздушного контура турбину, последовательно установленные в воздушном контуре между компрессором и турбиной холодильник, аккумулирующий резервуар и подогреватель, бак с охлаждающей жидкостью, выход которого подключен к холодильнику, а вход к подогревателю, и сосуд с нагретой жидкостью, выход которого подключен к подогревателю, а вход к холодильнику, и электрогенератор, соединенный с турбиной. A known wind power installation [1] comprising a wind turbine, a multiplier connected to it, a compressor connected to it, a turbine connected to it to form an open air circuit, a refrigerator, a storage tank and a heater, a coolant tank, are installed in the air circuit between the compressor and the turbine, the outlet of which is connected to the refrigerator, and the entrance to the heater, and a vessel with heated liquid, the outlet of which is connected to the heater, and the entrance to the refrigerator, and an electric generator connected to the turbine.

Для повышения удельной мощности путем уменьшения массы и габаритов воздушный контур снабжен ожижителем воздуха, размещенным между холодильником и аккумулирующим резервуаром, теплообменником для нагрева ожиженного воздуха от внешней среды, расположенным между резервуаром и подогревателем, и насосом, размещенным в резервуаре, последний снабжен тепловой изоляцией, а электрогенератор криогенной емкостью и обмотками, выполненными из высоко- температурного сверхпроводящего материала и размещенными в емкости, причем насос подключен к емкости при помощи криогенного трубопровода, а электрогенератор связан с мультипликатором и компрессором при помощи электромагнитных муфт. To increase the specific power by reducing the weight and dimensions, the air circuit is equipped with an air liquefier located between the refrigerator and the storage tank, a heat exchanger for heating liquefied air from the environment, located between the tank and the heater, and a pump located in the tank, the latter is equipped with thermal insulation, and an electric generator with a cryogenic tank and windings made of high-temperature superconducting material and placed in the tank, the pump being connected to the tank spans with the help of a cryogenic pipeline, and the electric generator is connected to the multiplier and the compressor using electromagnetic couplings.

Существенными недостатками ветроэнергетической установки являются следующие:
относительно низкий КПД установки из-за высокой ее насыщенности вспомогательным оборудованием, требующих энергети- ческих затрат;
низкая мощность установки из-за высокой нагруженности ветродвигателя вспомогательным оборудованием;
узкий диапазон использования установки.Significant disadvantages of the wind power installation are as follows:
relatively low efficiency of the installation due to its high saturation with auxiliary equipment requiring energy costs;
low power of the installation due to the high load of the wind turbine with auxiliary equipment;
narrow range of use of the installation.

Известна ветроэнергетическая установка [2] содержащая башню, смонтированную на основании, ветроагрегат, включающий по меньшей мере одно ветроколесо с горизонтальным валом, кинематически связанным с электрогенератором и газовой турбиной, причем последние размещены в корпусе ветроагрегата, а выход газовой турбины сообщен с атмосферой. Known wind power installation [2] comprising a tower mounted on the base, a wind turbine comprising at least one wind wheel with a horizontal shaft kinematically connected to an electric generator and a gas turbine, the latter being placed in the wind turbine housing, and the gas turbine outlet in communication with the atmosphere.

Недостатками ветроэнергетической установки являются низкий КПД и невысокая мощность установки. The disadvantages of the wind power installation are low efficiency and low installation power.

Технический результат изобретения повышение КПД и мощности установки. The technical result of the invention is improving the efficiency and power of the installation.

Для достижения технического результата известная ветроэнергетическая установка, содержащая башню, смонтированную на основании, ветроагрегат, включающий по меньшей мере одно ветроколесо с горизонтальным валом, кинематически связанным с электрогенератором и газовой турбиной, причем последние размещены в корпусе ветроагрегата, а выход газовой турбины сообщен с атмосферой, снабжена дополнительным электрогенератором, кинематичес- ки связанным с газовой турбиной, основным вертикальным трубопроводом с многоступенчатым эжектирующим блоком, связанным с входом газовой турбины и с подземным источником тепла, конденсатором, устройством подачи конденсата и дополнительным вертикальным трубопрово- дом, связанными с подземным источником тепла, причем конденсатор и дополнительный электрогенератор размещены в корпусе ветроагрегата, основание башни выполнено в виде подземного сооружения, под днищем которого расположены по меньшей мере две сверхглубокие скважины с установленными в них основным и дополнительным вертикальным трубопроводами, полость сооружения выполнена в виде сборника конденсата, а сверху подземное сооружение закрыто платформой, на которой установлено устройство подачи конденсата, соединенное со сборником конденсата, устройство подачи конденсата выполнено в виде насосного агрегата, двигатель которого электрически связан с электрогенератором. Установка также снабжена вторым дополнительным вертикальным трубопроводом с теплоизоляцией, коаксиально размещенным относительно основного трубопровода с образованием межтрубного зазора, нижний конец которого выполнен перфорированным и закреплен на днище подземного сооружения, а верхний конец в верхней части башни, при этом межтрубный зазор сообщен с конденсатором, а через перфорацию со сборником конденсата, многоступенчатый эжектирующий блок выполнен в виде соосно размещенных сопел Лаваля, причем выход каждого предыдущего сопла охвачен входом последующего сопла, а места сочленений сопел установлены в кольцевых полостях, соединенных со сборником конденсата; установка снабжена обгонной муфтой, расположенной между валами ветроколеса и ротора электрогенератора, а конденсатор снабжен фильтром и трубками и выполнен в виде открытой снизу торообразной поверхности, охватывающей выход газовой турбины и установленной в верхней части корпуса с зазором, соединяющим выход газовой турбины с конденсатором, при этом фильтр расположен на торообразной поверхности в конденсаторе и сообщен чеpез трубки с атмосферой; установка снабжена дополнительным насосным агрегатом и дополнительной скважиной, соединяющей водоносные слои земли под днищем подземного сооружения с его сборником конденсата. To achieve a technical result, a known wind power installation comprising a tower mounted on a base, a wind turbine including at least one wind wheel with a horizontal shaft kinematically connected to an electric generator and a gas turbine, the latter being placed in the wind turbine housing, and the gas turbine outlet in communication with the atmosphere, equipped with an additional electric generator, kinematically connected with the gas turbine, the main vertical pipeline with a multi-stage ejection unit ohm, connected with the gas turbine inlet and with the underground heat source, a condenser, a condensate supply device and an additional vertical pipeline connected to the underground heat source, the condenser and additional electric generator being placed in the wind turbine housing, the base of the tower is made in the form of an underground structure, under the bottom of which is located at least two ultra-deep wells with main and additional vertical pipelines installed in them, the cavity of the structure is made in the form condensate collector, and on top the underground structure is closed by a platform on which a condensate supply device is installed, connected to the condensate collector, the condensate supply device is made in the form of a pump unit, the motor of which is electrically connected to an electric generator. The installation is also equipped with a second additional vertical pipeline with thermal insulation, coaxially placed relative to the main pipeline with the formation of an annular gap, the lower end of which is perforated and fixed on the bottom of the underground structure, and the upper end in the upper part of the tower, while the annular gap is in communication with the condenser, and through perforation with a condensate collector, a multi-stage ejection block is made in the form of coaxially placed Laval nozzles, with the output of each previous nozzle hvachen subsequent nozzle entrance and junction of the nozzles are installed in annular cavities connected with the condensate collector; the installation is equipped with an overrunning clutch located between the shafts of the wind wheel and the rotor of the electric generator, and the capacitor is equipped with a filter and tubes and is made in the form of a toroidal surface open from below, covering the outlet of the gas turbine and installed in the upper part of the casing with a gap connecting the outlet of the gas turbine to the condenser, while the filter is located on a toroidal surface in the condenser and communicated through the tube with the atmosphere; the unit is equipped with an additional pumping unit and an additional well connecting the aquifers under the bottom of the underground structure with its condensate collector.

На фиг. 1 схематично изображена ветроэнергетическая установка, общий вид; на фиг. 2 ветроагрегат в увеличенном масштабе; на фиг. 3 многоступенчатый эжектирующий блок в увеличенном масштабе. In FIG. 1 schematically shows a wind power installation, general view; in FIG. 2 wind turbine on an enlarged scale; in FIG. 3 multi-stage ejection unit on an enlarged scale.

Ветроэнергетическая установка содержит башню 1, смонтированную на основании 2, ветроагрегат 3 с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно башни 1, включающий по меньшей мере одно ветроколесо 4 с горизонтальным валом 5, кинематически связанным с электрогенератором 6, размещенным в коpпусе 7 ветроагрегата 3. The wind power installation comprises a tower 1 mounted on the base 2, a wind turbine 3 rotatably in a horizontal plane relative to the tower 1, including at least one wind wheel 4 with a horizontal shaft 5 kinematically connected to an electric generator 6 located in the housing 7 of the wind turbine 3.

Башня 1 сооружается, например, из сверхпрочного шлакощелочного бетона. Основание 2 представляет собой подземное сооружение и выполнено в виде концентрически расположенных трубчатых секций 8, 9, нижние части которых снабжены кольцевыми уступами 10. Между трубчатыми секциями 8, 9, а также между грунтом 11 и внешней трубчатой секцией 8 имеются кольцевые зазоры 12, 13 с шириной от одного до нескольких дециметров, заполняемые электропроводящей текучей средой, например тексотропным раствором. Трубчатая секция 14 является направляющей для трубчатых секций 8, 9 при монтаже подземного сооружения. Tower 1 is constructed, for example, from heavy-duty slag-alkali concrete. The base 2 is an underground structure and is made in the form of concentrically arranged tubular sections 8, 9, the lower parts of which are provided with annular ledges 10. Between the tubular sections 8, 9, and also between the soil 11 and the outer tubular section 8 there are annular gaps 12, 13 s one to several decimeters wide, filled with an electrically conductive fluid, for example a texotropic solution. The tubular section 14 is a guide for the tubular sections 8, 9 when installing an underground structure.

Для пропорционального распределения нагрузок с внешней трубчатой секции на внутренние секции конструкции предусматривается пропорциональное распределение гидростатических давлений текучей среды в кольцевых зазорах конструкции. При этом боковое давление, действующее на внутреннюю поверхность трубчатой секции, предусматривается значительно меньше, чем боковое давление, действующее на внешнюю поверхность той же трубчатой секции. Это обеспечивается либо изменением удельного веса текучей среды, либо изменением высоты трубчатой секции. For the proportional distribution of loads from the external tubular section to the internal sections of the structure, a proportional distribution of the hydrostatic pressure of the fluid in the annular gaps of the structure is provided. In this case, the lateral pressure acting on the inner surface of the tubular section is provided significantly less than the lateral pressure acting on the outer surface of the same tubular section. This is achieved either by changing the specific gravity of the fluid, or by changing the height of the tubular section.

Так, в использовании конструкции, изображенной на фиг. 1, распределение нагрузок между секциями осуществляется за счет изменения удельного веса текучей среды в кольцевых зазорах. При этом удельный вес текучей среды в кольцевом зазоре 12 больше, чем в кольцевом зазоре 13. Thus, in using the structure depicted in FIG. 1, the distribution of loads between sections is carried out by changing the specific gravity of the fluid in the annular gaps. Moreover, the specific gravity of the fluid in the annular gap 12 is greater than in the annular gap 13.

Трубчатые секции 8, 9 и 14 выполнены также из сверхпрочного шлакощелочного бетона. The tubular sections 8, 9 and 14 are also made of heavy-duty slag-alkali concrete.

Использование подземного сооружения из трубчатых секций обеспечивает снижение толщины стенок, экономию материалов и не уменьшает их надежности. The use of an underground structure from tubular sections provides a reduction in wall thickness, material savings and does not reduce their reliability.

В нижней части трубчатой секции 9 изготавливают днище 15, выполненное в виде плиты из высокопрочного теплотокопроводящего материала, например титана. Днище 15 электрически связано с арматурой трубчатых секций 8, 9 (не показано). Трубчатые секции 8,9 совместно с днищем 15 образуют опускное сооружение. Глубина опускного сооружения может составлять до 100 м. In the lower part of the tubular section 9, a bottom 15 is made, made in the form of a plate of high-strength heat-conducting material, for example titanium. The bottom 15 is electrically connected to the reinforcement of the tubular sections 8, 9 (not shown). The tubular sections 8.9 together with the bottom 15 form a lowering structure. The depth of the lowering structure can be up to 100 m.

Корпус 7 ветроагрегата 3 представляет собой полый шар, который снабжен открытым снизу стаканом 16, взаимодействующим посредством роликовых подшипников 17, 18 и 19 с верхней частью башни 1. Верхняя часть башни 1 армирована металлом для повышения прочности конструкции. Роликовый подшипник 19 является упорным. Ветроколесо 4 известной конструкции смонтировано на ступице 20. The housing 7 of the wind turbine 3 is a hollow ball, which is equipped with an open bottom 16, interacting by means of roller bearings 17, 18 and 19 with the upper part of the tower 1. The upper part of the tower 1 is reinforced with metal to increase the structural strength. The roller bearing 19 is thrust. A wind wheel 4 of known design is mounted on the hub 20.

Для повышения эффективности ветроэнергетической установки в корпусе 7 ветроагрегата 3 монтируется газовая турбина 21 и дополнительный электрогенератор 22, кинематически связанные с электрогенератором 6, при этом вход 23 газовой турбины 21 сообщен посредством секционированного основного вертикального трубопровода 24 с подземным источником тепла (не показан), секции которого смонтированы в башне 1, в подземном сооружении 2 и в сверхглубокой скважине 25, пробуренной под днищем 15 подземного сооружения, причем температура окружающих пород на ее нижнем горизонте может достигать 99-105^оС и более. Сверхглубокая скважина 25 на нижнем конце может иметь сферическую полость, которую возможно сформировать посредством взрыва взрывчатых веществ. Кинематическая связь газовой турбины 21 с вертикальным валом вращения лопаток (не показана) осуществляется через конический редуктор 26, в котором установлены ведущая коническая шестерня (не показана), охватывающая, например, концы лопаток последней ступени газовой туpбины 21, и две ведомых шестерни (не показаны), сочлененных с валами электрогенераторов 6 и 22, причем между валами ветроколеса 4 и электрогенератора 6 установлена обгонная муфта 27. Выход 28 газовой турбины 21 сообщен с атмосферой через конденсатор 29, фильтр 30 и трубки 31, вмонтированные в корпус 7 ветроагрегата 3.To increase the efficiency of the wind power installation, a gas turbine 21 and an additional electric generator 22 are mounted kinematically connected to the electric generator 6 in the case 7 of the wind turbine 3, while the inlet 23 of the gas turbine 21 is connected via a sectioned main vertical pipeline 24 with an underground heat source (not shown), sections of which mounted in the tower 1, in the underground structure 2 and in an ultra-deep well 25 drilled under the bottom 15 of the underground structure, and the temperature of the surrounding rocks at reap horizon may reach 99-105 ^{° C} or more. An ultra-shallow well 25 at the lower end may have a spherical cavity, which may be formed by an explosion of explosives. The kinematic connection of the gas turbine 21 with the vertical shaft of rotation of the blades (not shown) is carried out through a bevel gear 26, in which a bevel gear (not shown) is installed, covering, for example, the ends of the blades of the last stage of the gas turbine 21, and two driven gears (not shown) ) articulated with the shafts of the electric generators 6 and 22, and between the shafts of the wind wheel 4 and the electric generator 6, an overrunning clutch 27 is installed. The output 28 of the gas turbine 21 is connected to the atmosphere through a condenser 29, a filter 30 and a tube 31 mounted e in the housing 7 windmill 3.

Конденсатор 29 выполнен в виде открытой снизу торообразной поверхности, охватывающей выход 28 газовой турбины 21 и установленной в верхней части корпуса 7 с зазором (фиг. 2), соединяющим выход 28 газовой турбины 21 с конденсатором 29, при этом фильтр 30 расположен в конденсаторе 29 на его торообразной поверхности и сообщен через трубки 31 с атмосферой. Фильтр 30 предназначен для очистки газов от вредных загрязнителей. Под конденсатором 29 размещен поддон 32, сообщенный с подземным сооружением 2. Нижняя часть конденсатора 29 закреплена на стакане 16 (фиг. 2). The capacitor 29 is made in the form of a toroidal surface open from below, covering the outlet 28 of the gas turbine 21 and installed in the upper part of the housing 7 with a gap (Fig. 2) connecting the outlet 28 of the gas turbine 21 with the condenser 29, while the filter 30 is located in the capacitor 29 on its toroidal surface and communicated through the tube 31 with the atmosphere. The filter 30 is designed to purify gases from harmful pollutants. Under the capacitor 29, a pallet 32 is placed, communicated with the underground structure 2. The lower part of the capacitor 29 is mounted on the glass 16 (Fig. 2).

Устройство подачи конденсата выполнено, например, в виде насосного агрегата 33, двигатель 34 которого электрически связан с электрогенератором 6, причем всасывающий патрубок 35 насосного агрегата 33 сообщен с полостью подземного сооружения 2, выполняющей функцию сборника конденсата, а нагнетательный патрубок 36 с дополнительным вертикальным трубопроводом 37, сообщенным с подземным источником тепла. Дополнительный вертикальный трубопровод 37 смонтирован в сверхглубокой скважине 38, пробуренной под днищем 15 подземного сооружения 2. Нагнетательный патрубок 36 снабжен обратным клапаном 39 для обеспечения надежной работы насосного агрегата 33. Насосный агрегат 33 установлен на платформе 40, смонтированной в верхней части подземного сооружения 2 (фиг. 1). The condensate supply device is made, for example, in the form of a pumping unit 33, the engine 34 of which is electrically connected to the electric generator 6, the suction pipe 35 of the pumping unit 33 in communication with the cavity of the underground structure 2, which serves as the condensate collector, and the discharge pipe 36 with an additional vertical pipe 37 communicated with an underground heat source. An additional vertical pipe 37 is mounted in an ultra-deep well 38 drilled under the bottom 15 of the underground structure 2. The discharge pipe 36 is equipped with a check valve 39 to ensure reliable operation of the pump unit 33. The pump unit 33 is mounted on a platform 40 mounted in the upper part of the underground structure 2 (Fig. . 1).

Для увеличения прочности конструкции башни 1, уменьшения потерь тепла, непрерывно поступающего из подземного источника тепла, установка снабжена вторым дополнительным трубопроводом 41 с теплоизоляцией, коаксиально размещенным относительно основного вертикального трубопровода 24 с образованием межтрубного зазора, нижний конец которого выполнен перфорированным и закреплен на днище 15 подземного сооружения 2, а верхний конец в верхней части башни 1 посредством кольца 42. Между кольцом 42 и дном стакана 16 установлен упорный роликовый подшипник 19. Межтрубный зазор между трубопроводами 24 и 41 сообщен с конденсатором 29 посредством трубопровода 43 (фиг. 2). Перфорация 44 второго дополнительного трубопровода 41 предназначена для слива конденсата в сборник конденсата подземного сооружения 2. To increase the structural strength of tower 1, to reduce heat loss continuously coming from an underground heat source, the installation is equipped with a second additional pipe 41 with thermal insulation, coaxially placed relative to the main vertical pipe 24 with the formation of an annular gap, the lower end of which is perforated and fixed on the bottom 15 of the underground structures 2, and the upper end in the upper part of the tower 1 through the ring 42. Between the ring 42 and the bottom of the glass 16 is installed thrust roller bearings to 19. The annular gap between the pipelines 24 and 41 is in communication with the capacitor 29 through the pipe 43 (Fig. 2). Perforation 44 of the second additional pipeline 41 is designed to drain the condensate into the condensate collector of the underground structure 2.

Для ускорения потока парогазовой смеси, подаваемой в газовую турбину 21, установка снабжена многоступенчатым эжектирующим блоком 45, смонтированным в основном вертикальном трубопроводе 24. Многоступенчатый эжектирующий блок 45 выполнен в виде отдельных сопел Лаваля 46 и 47, соосно смонтированных друг за другом. Сопло 46, например, смонтировано в направляющей 48 секции основного вертикального трубопровода 24, выход которого охвачен входом сопла 47 большего диаметром. Сопло 47 установлено в отверстии 49, выполненном в днище 15, и во втулке 50, на которой крепится другая секция основного вертикального трубопровода 24. В месте сочленения сопел 46 и 47 выполнена кольцевая полость 51, сообщенная каналами 52 и трубопроводами 53 с верхней частью сборника конденсата подземного сооружения 2. На верхних участках трубопроводов 53 установлены обратные клапаны 54. В исходном состоянии трубопроводы 53 перекрыты обратными клапанами 54. Перед соплами 46 и 47 установлена регулирующая шайба 55, закрепленная в трубопроводе 24. К шайбе 55 герметично примыкает торец сопла 46. To accelerate the flow of gas-vapor mixture supplied to the gas turbine 21, the installation is equipped with a multi-stage ejector unit 45 mounted in the main vertical pipe 24. The multi-stage ejector unit 45 is made in the form of separate Laval nozzles 46 and 47 coaxially mounted one after another. The nozzle 46, for example, is mounted in the guide 48 of the section of the main vertical pipe 24, the output of which is covered by the inlet of the nozzle 47 with a larger diameter. The nozzle 47 is installed in the hole 49, made in the bottom 15, and in the sleeve 50, on which another section of the main vertical pipe 24 is mounted. An annular cavity 51 is made at the junction of the nozzles 46 and 47, communicated by channels 52 and pipelines 53 with the upper part of the condensate collector underground structure 2. On the upper sections of pipelines 53, check valves 54 are installed. In the initial state, pipelines 53 are closed by check valves 54. In front of nozzles 46 and 47, a control washer 55 is mounted in the pipe 24. To the washer 55 metichno adjacent end nozzle 46.

В верхней части основного вертикального трубопровода 24 установлено дополнительное сопло 56 Лаваля, выход которого расположен перед входом 23 газовой турбины 21. Диаметр сопла 56 больше диаметра сопла 47. In the upper part of the main vertical pipe 24, an additional Laval nozzle 56 is installed, the outlet of which is located in front of the inlet 23 of the gas turbine 21. The diameter of the nozzle 56 is larger than the diameter of the nozzle 47.

Кроме того, может быть предусмотрена другая модификация расположения сопел, например, в верхней части основного вертикального трубопровода 24 (не показана). In addition, another modification of the nozzle arrangement may be provided, for example, in the upper part of the main vertical pipe 24 (not shown).

Для обеспечения работы ветроэнергетической установки в качестве рабочего тела используются холодный влажный воздух и вода, подаваемые к подземному источнику тепла. Для этого под днищем 15 подземного сооружения 2 пробуривается дополнительная скважина 57, сообщающая подземные воды водоносных слоев земли со сборником конденсата подземного сооружения 2. Для подъема воды в сборник конденсата подземного сооружения 2 на платформе 40 устанавливается дополнительный насосный агрегат 58, всасывающий патрубок которого подключен через трубопровод 59 к скважине 57, а нагнетательный патрубок сообщен с верхней частью сборника конденсата подземного сооружения 2. To ensure the operation of the wind power installation, cold moist air and water supplied to an underground heat source are used as a working fluid. For this, an additional well 57 is drilled under the bottom 15 of underground structure 2, which communicates groundwater of aquifers with a condensate collector of underground structure 2. To raise water in the condensate collector of underground structure 2, an additional pumping unit 58 is installed on platform 40, the suction pipe of which is connected through a pipeline 59 to the well 57, and the discharge pipe is in communication with the upper part of the condensate collector of the underground structure 2.

Ветроэнергетическая установка снабжена электрораспределительным устройством и пультом управления (не показаны). Кабель для вывода электроэнергии свободно пропускается между трубопроводами 24 и 41 в нижнюю часть башни 1. The wind power plant is equipped with an electrical distribution device and a control panel (not shown). A cable for power output is freely passed between pipelines 24 and 41 to the bottom of tower 1.

Ветроэнергетическая установка может быть использована в системах отопления городов и населенных пунктов. Трубопроводы систем отопления надземных сооружений, например жилых домов, подключаются к нагреваемым устройствам, например змеевикам, вмонтированным в трубчатую секцию 9 подземного сооружения 2 (нагреваемые устройства условно не показаны). The wind power installation can be used in heating systems of cities and towns. The pipelines of the heating systems of above-ground structures, for example residential buildings, are connected to heated devices, for example, coils mounted in the tubular section 9 of the underground structure 2 (the heated devices are not shown conditionally).

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. Wind power installation works as follows.

Предварительно выбирают площадку для строительства ветроэнергетической установки, которую размещают преимущественно в регионах будущего строительства населенных пунктов. Проводят полный комплекс изыскательных работ, в том числе бурят на площадке сверхглубокую скважину. Предварительно бурение скважины производят на поиск нефти и газа. При отрицательном поиске нефти или газа, а также при отсутствии радиоактивных руд продолжают бурит скважину с замером температуры окружающих пород через каждые 100 м. По достижении заданных температур окружающих пород на нижних горизонтах скважины строят подземное сооружение 2. После завершения строительства подземного сооружения-основания 2 на нем возводят неподвижную башню 1 с ветроагрегатом 3. Pre-choose a site for the construction of a wind power installation, which is located mainly in the regions of the future construction of settlements. They carry out a full range of survey work, including drilling an ultra-deep well at the site. Pre-drilling of the well is carried out to search for oil and gas. In the case of a negative search for oil or gas, as well as in the absence of radioactive ores, the well continues to be drilled with a measurement of the temperature of the surrounding rocks every 100 m. After reaching the set temperatures of the surrounding rocks, an underground structure 2 is built at the lower horizons of the well. it erects a fixed tower 1 with a wind unit 3.

Под воздействием скоростного напора ветра приводится во вращение ветроколесо 4, которое вращает горизонтальный вал 5. Вращение горизонтального вала 5 через обгонную муфту 27 передается ротору электрогенератора 6, затем посредством конического редуктора 26 приводится во вращение газовая турбина 21 и ротор дополнительного электрогенератора 22. Одновременно прогревается воздух под воздействием подземного источника тепла, который перемещается по основному вертикальному трубопроводу 24 к входу газовой турбины 21, затем воздух течет между лопатками газовой турбины и благодаря вращению лопаток нагнетается через конденсатор 29, фильтр 30 и множество трубок 31 в атмосферу. В основном вертикальном трубопроводе 24 устанавливается поток нагретого воздуха, ускоряемый многоступенчатым эжектирующим блоком 45. Выработанная электроэнергия основным и дополнительным электрогенератора 6 и 22 поступает в электрораспределительное устройство и в пульт управления. Under the influence of high-speed pressure of the wind, the wind wheel 4 is rotated, which rotates the horizontal shaft 5. The horizontal shaft 5 is transmitted through the overrunning clutch 27 to the rotor of the electric generator 6, then the gas turbine 21 and the rotor of the additional electric generator 22 are driven by the bevel gear 26. Simultaneously, the air is heated under the influence of an underground heat source that moves along the main vertical pipe 24 to the inlet of the gas turbine 21, then air flows between the shovels s gas turbine and due to the rotation of the blades is forced through the condenser 29, filter 30 and a plurality of pipes 31 to the atmosphere. In the main vertical pipe 24, a heated air flow is established, accelerated by the multi-stage ejection unit 45. The generated electricity by the main and additional electric generators 6 and 22 is supplied to the electrical distribution device and to the control panel.

С пульта управления включается насосный агрегат 58, благодаря работе которого вода поступает в сборник конденсата подземного сооружения 2, затем включается агрегат 33, который перекачивает заданный объем воды из сборника конденсата подземного сооружения 2 посредством дополнительного вертикального трубопровода 37 к подземному источнику тепла. Благодаря температуре пород подземного источника тепла вода закипает и образуется пар, который, расширяясь, устремляется по нагретому основному вертикальному трубопроводу 24 вверх к газовой турбине 21. From the control panel, the pump unit 58 is turned on, due to which the water enters the condensate collector of the underground structure 2, then the unit 33 is turned on, which pumps a predetermined amount of water from the condensate collector of the underground structure 2 through an additional vertical pipe 37 to the underground heat source. Due to the temperature of the rocks of the underground heat source, water boils and steam forms, which, expanding, rushes through the heated main vertical pipe 24 up to the gas turbine 21.

При поступлении пара в шайбу 55 скорость его на входе сопла 46 не превышает дозвуковой. Для перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому в установке используют сопла Лаваля. Сжатый пар, достигнув в сопле 46 критического сечения S₄₆, приобретает сверхзвуковую скорость V_* при этом параметры потока (скорость, давление, плотность и температура) становятся критическими. Давление потока пара на расширяющейся части сопла минимальное, что обеспечивает интенсивное подсасывание воздуха из кольцевой полости 51 через кольцевой зазор между выходом сопла 46 и входом сопла 47, причем суммарный массовый расход пара и нагретого воздуха на выходе сопла 46 не будет влиять на расход пара, поступившего из подземного источника тепла. Ускоренный суммарный поток парогазовой смеси из сопла 46 подается в сопло 47 с критическим сечением S₄₇, которое в два раза больше критического сечения S₄₆. Параметры истекающего потока парогазовой смеси из сопла 46 не зависят от противодавления среды, находящейся в сопле 47. Поток парогазовой смеси в сопле 47 вновь ускоряется. Перед входом газовой турбины 21 парогазовый поток вновь ускоряется в сопле 56. По достижении заданного разрежения в кольцевой полости 51 открываются обратные клапаны 54, сообщающие кольцевую полость 51 со сборником конденсата подземного сооружения 2. В связи с тем, что трубчатые секции 8, 9 и днище 15 подземного сооружения 2 нагреваются от подземного источника тепла, то над поверхностью воды в сборнике конденсата скапливаются пары воды, которые отсасываются в многоступенчатый эжектирующий блок 45.When steam enters the washer 55, its speed at the inlet of the nozzle 46 does not exceed subsonic. To switch from subsonic to supersonic flow, Laval nozzles are used in the installation. The compressed steam, having reached the critical cross section S ₄₆ in the nozzle 46, acquires a supersonic velocity V _*, while the flow parameters (velocity, pressure, density and temperature) become critical. The steam flow pressure on the expanding part of the nozzle is minimal, which ensures intensive intake of air from the annular cavity 51 through the annular gap between the nozzle exit 46 and the nozzle inlet 47, and the total mass flow rate of steam and heated air at the nozzle exit 46 will not affect the flow rate of steam received from an underground heat source. The accelerated total flow of the vapor-gas mixture from the nozzle 46 is supplied to the nozzle 47 with a critical section S ₄₇ , which is two times larger than the critical section S ₄₆ . The parameters of the outflowing vapor-gas mixture from the nozzle 46 are independent of the backpressure of the medium located in the nozzle 47. The vapor-gas mixture in the nozzle 47 is again accelerated. Before entering the gas turbine 21, the gas-vapor flow is again accelerated in the nozzle 56. Upon reaching a predetermined vacuum in the annular cavity 51, check valves 54 are opened, communicating the annular cavity 51 with the condensate collector of the underground structure 2. Due to the fact that the tubular sections 8, 9 and the bottom 15 of the underground structure 2 are heated from an underground heat source, then water vapor accumulates over the surface of the water in the condensate collector, which is sucked into the multi-stage ejection unit 45.

Под воздействием скоростного потока парогазовой смеси лопатки газовой турбины 21 приобретают дополнительную скорость вращения, что увеличивает выработку электрической энергии электрогенератора 6 и 22, причем скорость вращения роторов электрогенераторов 6 и 22 не влияет на скорость вращения ветроколеса 4, так как между валами ветроколеса 4 и электрогенератора 6 установлена обгонная муфта 27. Under the influence of the high-speed flow of gas-vapor mixture, the blades of the gas turbine 21 acquire an additional rotation speed, which increases the generation of electric energy of the electric generator 6 and 22, and the rotation speed of the rotors of the electric generators 6 and 22 does not affect the rotation speed of the wind wheel 4, since between the shafts of the wind wheel 4 and the electric generator 6 overrunning clutch 27 is installed.

Парогазовая смесь, отдав кинетическую энергию лопаткам газовой турбины 21, истекает с ее выхода 28, затем, обтекая торообразную поверхность конденсатора 29, попадает на его внутреннюю поверхность, где под действием разности температур пар превращается в воду, последняя скапливается в поддоне 32 и сливается по трубопроводу 43 в межтрубный зазор трубопроводов 24 и 41, а затем через перфорацию 44 второго дополнительного трубопровода 41 в сборник конденсата подземного сооружения 2, при этом газовая смесь, очищаясь в фильтре 30, выбрасывается через трубки 31 в атмосферу. The gas-vapor mixture, having given kinetic energy to the blades of the gas turbine 21, expires from its outlet 28, then, flowing around the toroidal surface of the condenser 29, falls on its inner surface, where, under the influence of the temperature difference, the steam turns into water, the latter accumulates in the pan 32 and merges through the pipeline 43 into the annular gap of pipelines 24 and 41, and then through the perforation 44 of the second additional pipeline 41 into the condensate collector of the underground structure 2, while the gas mixture, being cleaned in the filter 30, is discharged through the pipes Ki 31 to the atmosphere.

Таким образом, благодаря энергии скоростного напора ветра, воздействующего на ветроколесо 4, и энергии парогазовой смеси, образуемой в подземном источнике тепла, воздействующей на лопатки газовой турбины 21, повышается КПД и мощность установки. Thus, due to the energy of the high-speed pressure of the wind acting on the wind wheel 4, and the energy of the vapor-gas mixture formed in the underground heat source acting on the blades of the gas turbine 21, the efficiency and power of the installation are increased.

Отличительной особенностью работы ветроэнергетической установки является также то, что она может быть использована в системах отопления городов и населенных пунктов, что позволяет сократить капитальные затраты на строительство специализированных ТЭЦ, загрязняющих окружающую среду. Ветроэнергетическая установка создает экономию энергетических ресурсов за счет использования подземного источника тепла, равную 539000 ккал на каждой тонне воды. A distinctive feature of the operation of the wind power installation is also that it can be used in heating systems of cities and settlements, which allows to reduce capital costs for the construction of specialized thermal power plants that pollute the environment. A wind power installation creates energy savings through the use of an underground heat source equal to 539,000 kcal per ton of water.

Claims

1. A wind power installation comprising a tower mounted on a base, a wind turbine including at least one wind wheel with a horizontal shaft kinematically connected with an electric generator and a gas turbine, the latter being placed in the wind turbine housing, and the gas turbine outlet communicating with the atmosphere, characterized in that that the installation is equipped with an additional electric generator kinematically connected with the gas turbine, a main vertical pipeline with a multi-stage ejection unit connected to the input house gas turbine and with an underground heat source, a condenser, a condensate supply device and an additional riser associated with an underground heat source, wherein the capacitor and an additional generator arranged in the wind turbine housing.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the base of the tower is made in the form of an underground structure, under the bottom of which at least two ultra-deep wells are located with the main and additional vertical pipelines installed in them, the cavity of the structure is made in the form of a condensate collector, and on top the underground structure is closed by a platform on which a condensate supply device is installed, connected to a condensate collector.

3. Installation according to claims 1 and 2, characterized in that the condensate supply device is made in the form of a pump unit, the motor of which is electrically connected to an electric generator.

4. Installation according to claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with a second additional vertical pipeline with thermal insulation, coaxially placed relative to the main pipeline with the formation of an annular gap, the lower end of which is perforated and fixed on the bottom of the underground structure, and the upper end in the upper parts of the tower, while the annular gap is in communication with the condenser, and through perforation with a condensate collector.

5. Installation according to claims 1 and 2, characterized in that the multi-stage ejection unit is made in the form of coaxially placed Laval nozzles, the outlet of each previous nozzle being covered by the entrance of the subsequent nozzle, and the joints of the nozzles installed in annular cavities connected to the condensate collector.

6. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with an overrunning clutch located between the shafts of the wind wheel and the rotor of the electric generator.

7. Installation according to claims 1 and 4, characterized in that the condenser is equipped with a filter and tubes and is made in the form of a toroidal surface open from below, covering the outlet of the gas turbine and installed in the upper part of the casing with a gap connecting the outlet of the gas turbine to the condenser, the filter is located on a toroidal surface in the condenser and is communicated through the tubes with the atmosphere.

8. Installation according to claims 1, 2, 4 and 5, characterized in that it is equipped with an additional pumping unit and an additional well connecting the aquifers of the earth with the condensate collector of the underground structure.