Энергия ветра, переносимая воздухом
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с высокогорной ветроэнергетики )
Перейти к навигации Перейти к поиску
"HAWP" перенаправляется сюда. Для веб-сериалов см. Привет, Эш, Whatcha Playin '?

Энергия ветра, переносимая по воздуху ( AWE ), - это прямое использование или выработка энергии ветра с помощью аэродинамических или аэростатических подъемных устройств. Технология AWE способна улавливать ветер с большой высоты , в отличие от ветряных турбин , в которых используется ротор, установленный на опоре.

Термин «энергия ветра на большой высоте» (HAWP) использовался для обозначения систем AWE. [1] Однако семантически HAWP может также включать системы преобразования энергии ветра, которые каким-то образом расположены на большой высоте от земли или поверхности моря.

Предлагаются различные механизмы для улавливания кинетической энергии ветра, такие как воздушные змеи , китоны , аэростаты , планеры , планеры с турбинами для регенеративного парения, [2] планеры с турбинами или другие аэродинамические поверхности, включая многоточечные конструкции или удержания на местности. . [3] Как только механическая энергия получается из кинетической энергии ветра, появляется множество вариантов использования этой механической энергии: прямая тяга, [4] [5]преобразование в электричество на высоте или на наземной станции, преобразование в лазер или микроволновую печь для передачи энергии на другие летательные аппараты или наземные приемники. Энергия, генерируемая высотной системой, может использоваться на высоте или отправляться на поверхность земли с помощью проводящих кабелей, механической силы через трос, вращения бесконечной петли линии, движения измененных химикатов, потока газов высокого давления, потока газа низкого давления. газы под давлением, лазерные или микроволновые лучи.

Высотный ветер для энергетических целей

Ветер на больших высотах становится более устойчивым, постоянным и более скоростным. Поскольку мощность, доступная в ветре, увеличивается как куб скорости (закон в кубе скорости), [6] [7], если другие параметры остаются неизменными, удвоение скорости ветра дает в 2 3 = 8 раз больше мощности; утроение скорости дает 3 3 = 27 раз доступную мощность. При более устойчивых и более предсказуемых ветрах высокогорный ветер имеет преимущество перед ветром у земли. Возможность определения местоположения HAWP на эффективных высотах и ​​использование вертикального измерения воздушного пространства для ветряного земледелия дает дополнительные преимущества при использовании высокогорных ветров для выработки энергии.

Высотные ветряные генераторы можно регулировать по высоте и положению, чтобы максимизировать отдачу энергии, что непрактично с стационарными ветряными генераторами, установленными на башне.

В каждом диапазоне высот исследователи и разработчики решают проблемы, связанные с высотой. По мере увеличения высоты тросы увеличиваются в длине, изменяется температура воздуха и изменяется уязвимость к атмосферным молниям. С увеличением высоты увеличивается подверженность обязательствам, увеличиваются затраты, изменяется воздействие турбулентности, увеличивается вероятность того, что система будет летать более чем в одном направленном слое ветра, и изменятся эксплуатационные расходы. Управляемые системы HAWP должны преодолевать все промежуточные высоты до конечных рабочих высот, являясь сначала низко-, а затем высотным устройством.

Подготовлен атлас высотного ветроэнергетического ресурса для всех точек Земли. [8] Аналогичный атлас глобальной оценки [9] был разработан в Joby Energy.

Способы улавливания кинетической энергии высотных ветров

Энергия может улавливаться от ветра воздушными змеями, [10] китонами , привязными планерами , [11] привязными планерами , аэростатами (сферическими, а также фигурными китонами), лопастными турбинами, аэродинамическими профилями, матрицами аэродинамических профилей, дрогами, переменными дрогами, спиральными аэродинамическими профилями и т. Д. Турбины Дарье, дирижабли VAWT с эффектом Магнуса, многороторные комплексы, тканевые воздушные змеи Jalbert-parafoil, однолопастные турбины, флипвинги, тросы, уздечки, петли для струн, волнистые лопасти, волнообразные формы и пьезоэлектрические материалы [12] и многое другое. [13]

Когда цель схемы состоит в том, чтобы приводить в движение корабли и лодки, [14] [15] объекты, привязанные к ветру, будут иметь тенденцию иметь большую часть захваченной энергии в полезном натяжении в основном тросе. Поднятые рабочие органы будут работать для поддержания полезного напряжения даже во время движения корабля. Это метод пауэркайтинга. Этот сектор HAWP - самый устанавливаемый метод. Фольклор предполагает, что Бенджамин Франклин использовал метод вытяжения HAWP. Джордж Покок был лидером в буксировке транспортных средств на тяговом усилии. [16]

Органы управления

Смотрите также: Системы управления воздушным змеем

Самолетом HAWP нужно управлять. Решения в встроенных системах имеют механизмы управления, расположенные по-разному. Некоторые системы бывают пассивными, активными или смешанными. Когда блок управления воздушным змеем (KSU) поднимается, KSU может быть роботизированным и автономным; KSU может управляться с земли с помощью радиоуправления живым человеком-оператором или с помощью интеллектуальных компьютерных программ. Некоторые системы имеют встроенные датчики в корпус самолета, которые сообщают такие параметры, как положение, относительное положение, другим частям. Блоки управления воздушным змеем (KCU) задействовали больше, чем просто рулевое управление; Скорость и направление наматывания троса можно регулировать в соответствии с натяжением троса и потребностями системы во время фазы выработки энергии или фазы возврата без выработки энергии. Детали управления кайтом сильно различаются. [17] [18]

Способы преобразования энергии

Смотрите также: Мощность воздушного змея при боковом ветре

Механическая энергия устройства может быть преобразована в тепло , звук , электричество , свет , напряженность , толчки, рывки, лазер , СВЧ , химические изменения, или сжатие газов. Тяга - это прямое использование механической энергии при буксировке грузовых судов и кайтбордистов. Есть несколько методов получения механической энергии из кинетической энергии ветра. Заякоренные аэростаты легче воздуха (LTA) используются в качестве подъемников турбин . Привязные профили тяжелее воздуха (HTA)используются как подъемники или сами турбины. Для захвата HAWP создаются и используются комбинации устройств LTA и HTA в одной системе. В литературе представлено даже семейство автономных бортовых устройств, которые фиксируют кинетическую энергию высотных ветров (начиная с описания в 1967 году Ричарда Миллера в его книге « Без видимых средств поддержки» ) и современной патентной заявки Дейла. К. Крамер , участник парящего планера, изобретатель.

Исследование инновационных технологий в области воздушных ветряных турбин показывает, что наиболее распространенный тип AWT типа «воздушный змей» имеет широкие возможности для развития в будущем; на его долю приходилось около 44% всей переносимой по воздуху энергии ветра в 2008–2012 гг. AWT типа воздушного змея извлекают энергию через ветряные турбины, подвешенные на большой высоте, используя воздушные змеи, такие как многосвязный воздушный змей, воздушный змей и круговой вентилятор двойного назначения, воздушные змеи с вращающимся крылом и т. Д. [19]

Положение электрогенератора в системе HAWP

Производство электроэнергии - это лишь один из вариантов получения механической энергии; тем не менее, этот вариант преобладает в центре внимания профессионалов, стремящихся поставлять большие объемы энергии для коммерческих и коммунальных предприятий. Длинный набор дополнительных опций включает буксировку водяных турбин , перекачку воды или сжатие воздуха или водорода. Расположение электрогенератора - отличительная черта среди систем. Поднять генератор можно разными способами. Хранение генератора в районе швартовки - еще один крупный вариант дизайна. Вариант в одной системе с генератором на высоте и на наземной станции использовался, когда небольшой генератор управляет электронными устройствами на высоте, в то время как наземный генератор является большим рабочим, вырабатывающим электричество для значительных нагрузок.

Генератор карусели

Конфигурация «Карусель»: несколько воздушных змеев летают на постоянной высоте и на большей высоте, приводя во вращение генератор, который движется по широкому круговому рельсу. Для большой карусельной системы полученная мощность может быть рассчитана порядка ГВт, используя закон, который рассматривает достижимую мощность как функцию диаметра, возведенного в пятую степень, в то время как приращение стоимости генератора является линейным. [20]

HAWP на базе аэростата

Один из методов поддержания работоспособности систем HAWP в воздухе - это использование плавучих аэростатов независимо от того, поднимается ли электрический генератор на землю или нет. Аэростаты обычно, но не всегда, имеют форму для достижения эффекта кайтинга. Пополнение утечки подъемного газа требует различных решений. В случае продуктивного ветра аэростаты обычно сдуваются аэродинамическим сопротивлением, прикладываемым к широкой и неизбежной поверхности Рейнольдса, что исключает их де-факто из категории HAWP.

  • WR Benoit Патент США 4350897 « Легче воздуха, система преобразования энергии ветра» Уильяма Р. Бенуа, подана 24 октября 1980 г. и выдана 21 сентября 1982 г.
  • Система TWIND (международная заявка на патент PCT / W02010 / 015720 ) основана на использовании поверхности паруса, поднимаемой подъемной силой аэростатического аэростата, соединенного с землей кабелем, также используемым для передачи энергии. Ветер на большой высоте создает горизонтальный толчок паруса, который при движении передает эту энергию земле через соединительный кабель. В конце его движения вперед поверхность паруса уменьшается, что позволяет ему двигаться против ветра с меньшими потерями энергии. [21]
  • Аэростат Magenn представляет собой ветряную турбину с вертикальной осью, которая удерживается горизонтальной осью за счет ограничения поперечного сечения оси ветру, так что подъемная сила с эффектом Магнуса достигается во время авторотации; электричество вырабатывается с помощью генераторов конечных узлов. [22]
  • LTA Windpower PowerShip использует подъемную силу как от аэростата, так и от крыльев. Он имеет плавучесть, близкую к нейтральной, и не требует лебедки. Мощность вырабатывается турбинами с пропеллерами на задней кромке крыльев. Система предназначена для взлета и посадки без присмотра. [23]
  • Airbine предлагает поднимать ветряные турбины в воздух с помощью аэростатов; электричество вернется к заземляющим нагрузкам посредством проводящего троса. [24]
  • Силовая турбина дирижабля Уильяма Дж. Мутона-младшего и Дэвида Ф. Томпсона: Их система интегрировала турбину в центральную часть почти тороидального аэростата, как если бы турбина вставлялась в отверстие аэростата. [25]
  • Система HAWE [26] разработана на основе идеи Тьяго Пардала. Эта система состоит из цикла откачки, аналогичного таковому у кайт-систем. В фазе генерации тяговое усилие увеличивается в 5–10 раз за счет эффекта Магнуса вращающегося цилиндра (воздушной платформы). Как и в случае с воздушным змеем, тяговое усилие, создаваемое воздушной платформой, разматывает кабель и генерирует электричество на земле. На этапе восстановления он перематывает кабель без эффекта Магнуса на подъемной платформе.

Небесные системы

По идее, между двумя соседними горами (естественными или рельефными) или искусственными зданиями или башнями (городскими или искусственными) может быть подвешена ветряная турбина с помощью кабелей. Когда HAWP соединен кабелем между двумя горными вершинами через долину [3], устройство HAWP не находится в воздухе, а поддерживается кабельной системой. Известно, что такие системы не используются, хотя в патентах описываются эти методы. Когда мосты без троса являются основой для удержания ветряных турбин высоко над землей [27], тогда они группируются с обычными башенными турбинами и выходят за рамки намерений HAWP, где привязка бортовой системы является основой.

Безопасность

Молния , движение самолетов , аварийные процедуры, проверки системы, маркировка видимости частей системы и ее тросов, электробезопасность , процедуры убегания крыльев, средства управления избыточным питанием, подходящая швартовка и многое другое формируют среду безопасности для систем HAWP.

Проблемы как развивающаяся отрасль

До сегодняшнего дня было несколько периодов повышенного интереса к HAWP. В первом периоде основное внимание уделялось буксировке экипажей по суше и улавливанию атмосферного электричества и молний для использования людьми. [28] Второй период пришелся на 1970-е и 1980-е годы, когда процветали исследования и инвестиции; падение цен на нефть привело к отсутствию значительных установок HAWP. Рентабельность инвестиций (ROI) была ключевым параметром; что ROI остается в центре внимания текущей деятельности по развитию, в то время как на заднем плане находится движение за возобновляемые и устойчивые источники энергии, поддерживающее ветроэнергетику любого вида; но HAWP должен конкурировать по рентабельности инвестиций с традиционными решениями с возвышениями. Испытательный центр в Листе, Норвегия, обеспечивает независимую проверку исследований.[29]

Ранние ссылки на HAWP

Ранние века кайтинга продемонстрировали, что воздушный змей представляет собой роторный двигатель, который вращает часть троса вокруг точки швартовки и заставляет руки двигаться из-за энергии, улавливаемой более сильным ветром в механическое устройство. Напряжение в приподнятых устройствах выполняет работу по поднятию и вытягиванию частей тела и вещей. Энергия ветра (AWE) для HAWP зародилась тысячи лет назад; наименование того, что произошло, и развитие предполагаемых возможностей привязных самолетов для выполнения специальных работ - вот что происходит в AWE HAWP. То, что для одних работников «низко», для других «высоко».

  • 1796 год. Джордж Покок использовал режим тяги для передвижения транспортных средств по наземным дорогам.
  • 1827 г. была опубликована книга Джорджа Покока «Искусство аэроплестики» или «Навигация в воздухе с помощью воздушных змеев или плавучих парусов». Покок описал использование воздушных змеев для путешествий по суше и по морю. Книга переиздавалась несколько раз. [30]
  • 1833 г. Джон Адольф Эцлер увидел, что HAWP расцветает, по крайней мере, для поддержки. [31]
  • 1864? Глава книги Kite-Ship хорошо описывает ключевую динамику HAWP, используемого для буксировки судов воздушными змеями. John Gay's: или Работа для мальчиков. Глава XVIII в Летнем томе. [15]
  • 1935 г. Алоис ван Грис является одним из первых обладателей патента на высотную ветроэнергетику; в своем патенте DE 656194 C он обучал различным системам воздушных змеев для использования в производстве электроэнергии : Durch Drachen getragene Windkraftmaschine zur Nutzbarmachung von Hoehenwinden
  • 1943 Стэнли Бизак проинструктировал использовать потенциальную энергию в свободном полете для преобразования окружающего ветра, воздействующего на турбину, для приведения в действие электрогенератора для зарядки аккумуляторов. [32]
  • 1967 Ричард Миллер, бывший редактор журнала « Soaring », опубликовал книгу « Без видимых средств поддержки», в которой описывается возможность свободно летающих воздушных змеев, не пришвартованных к земле, для улавливания различий в слоях ветра для путешествий по континентам; такой HAWP является предметом современной патентной заявки Дейла К. Крамера.
  • 1973? Герман Оберт В приложении к его книге « Букварь для тех, кто хочет править» есть эскизы и фотография модели воздушной электростанции из музея Оберта. [33]
  • 1977 г. 3 апреля 1977 г. заявлено изобретение. 21 сентября 1979 года Дуглас Сельсам нотариально заверил свою систему HAWP с бесконечной цепочкой аэродинамических профилей, которая позже была показана в устройстве под названием LadderMill голландского астронавта Вуббо Оккельса [34] , описанном в патенте 1997 года. Дуглас Сельсам задумал свой автомобиль Auto. - Ориентированный на ветру плавучий воздушный трамвай, 3 апреля 1977 года. На нотариально заверенном раскрытии изобретения Selsam была указана дата 20 сентября, в то время как нотариус поставил окончательную подпись 21 сентября 1979 года. Примечания и рисунки . [35]
  • 1979 Профессор Брайан Робертс начинает разработку ветрогенератора HAWP типа гиромилл-гирокоптер. [36]
  • 1980 Майлз Лойд публикует статью о силе воздушного змея при боковом ветре. [37]
  • 1986 Ротор AWE HAWP Брайана Робертса вырабатывает электричество и сам поднимается на привязи. [38]
  • 1992 Свободный ротор WO / 1992020917 Свободный ротор ДЖЕКА, Колина, Хамфри, Брюса (один человек). Колин Джек. Колин Брюс. Обработаны мультироторы. Фиксированные привязи распознаются. 1992 г.

Смотрите также

  • Ассоциация авиационной ветроэнергетики
  • Воздушный ветряк
  • Высота
  • Закон Беца
  • Мощность воздушного змея при боковом ветре
  • Кайт приложения
  • Типы воздушных змеев
  • Лестница
  • Список авиационных ветроэнергетических организаций
  • Привязь
  • Турбина
  • Ветер
  • Ветряная электростанция
  • Ветровая энергия
  • Закон силы ветрового профиля
  • Оценка ветровых ресурсов
  • Ветряная турбина

использованная литература

  1. ^ Робертс, Брайан Р .; Шепард, Дэвид Х .; Калдейра, Кен; Кэннон, М. Элизабет; Eccles, Da G .; Гренье, Альберт Дж .; Фрейдин, Джонатан Ф. (2007). «Использование энергии ветра на больших высотах». IEEE Transactions по преобразованию энергии . 22 (1): 136–144. DOI : 10.1109 / TEC.2006.889603 .
  2. ^ Полет без топлива - Технико-экономическое обоснование регенеративного взлета
  3. ^ a b Ветряные турбины на креплениях
  4. ^ SkySails архивации 2010-01-05 в Wayback Machine
  5. ^ Энн Quéméré, то Oceankite и экстремальных погодных
  6. ^ Энергии ветра Кривые Архивировано 2008-12-09 в Wayback Machine
  7. ↑ The Power of the Wind: Cube of Wind Speed ​​от Датской ассоциации ветроэнергетики. Архивировано 31 октября 2009 г. в Wayback Machine.
  8. ^ Глобальная оценка высокогорной ветроэнергетики
  9. ^ Моделирование и анализ ресурсов ветра на большой высоте, Арчан Падманабхан
  10. ^ Windswept и Interest ltd [ постоянная мертвая ссылка ] публикуют планы с открытым исходным кодом по созданию дешевых легких ротационных воздушных змеев для передачи напряженной торсионной энергии.
  11. ^ Makani Power, Inc. сообщила, что у них есть прогресс в создании привязного летающего турбинного планера, который иногда приводится в действие и иногда отключается во время выработки энергии. Отчет был представлен на конференции HAWP 2009 в Центре инноваций Cleanteach в ноябре 2009 года.
  12. ^ Пьезоэлектрические материалы
  13. ^ Джоби Энергия архивации 2017-04-20 в Wayback Machine
  14. ^ KiteShip - Инновации в привязных Flight Архивированных 2010-03-05 в Wayback Machine
  15. ^ a b Работа Джона Гэя для мальчиков. Четыре тома. В летнем томе была глава XVIII, озаглавленная « Кайт-корабль», которая хорошо описывала динамику буксировки воздушных змеев HAWP.
  16. ^ Механика классического кайта buggying или как мистер Покок получил 9 м / с его Charvolant Архивированных 2011-08-10 в Wayback Machine
  17. ^ SwissKitePower; Дизайнером KCU был Кори Хоул.
  18. ^ Управление проектом KiteGen как ключевая технология для качественного скачка в генераторах энергии ветра М. Канале, Л. Фаджиано, М. Миланезе и М. Ипполито.
  19. ^ «Воздушные ветряные турбины - технический отчет» . Сфера электронной Центр знаний Pvt Ltd. 2013. Архивировано из оригинала на 2015-09-24.
  20. ^ «KiteGen: инвестиционные раунды, основные клиенты, партнеры и инвесторы | i3 Connect» . i3connect.com . Проверено 10 сентября 2018 .
  21. ^ TWIND Архивировано 16 декабря 2009 г. в Wayback Machine
  22. ^ Magenn питания, Inc. архивации 2008-12-11 в Wayback Machine
  23. ^ LTA Windpower
  24. ^ Заявка на патент с воздушным судном с воронкой ветряной турбиной Заявка на патент: Pub. №: US 2008/0290665 A1, Дата публикации: 27 ноября 2008 г. Изобретатель: Линн Поттер из Барстоу, Калифорния (США). [ постоянная мертвая ссылка ]
  25. ^ Дирижабль силовой турбины, патент США 4166596 Уильям Дж Мутон-младшего, и Дэвид Ф. Томпсон, поданной 28 апреля 1978 года.
  26. ^ "Система HAWE Omnidea" . Архивировано из оригинала на 2015-02-26 . Проверено 26 февраля 2015 .
  27. ^ Бахрейнский Всемирный торговый центр - примеры завершенного моста, удерживающего ветряные турбины высоко над землей; поскольку турбины не привязаны к ветру, это пример не привязанной к воздуху конструкции с двумя башнями.
  28. ^ Pocock 'The Art Aeropleustic' архивации 2011-07-23 в Wayback Machine
  29. ^ Ramsdal, Роальд (22 сентября 2017). "Vil lokke internasjonale konkurrenter til nytt norsk testsenter for flyvende vindkraft" . Текниск Укеблад . Проверено 23 сентября 2017 года .
  30. ^ Aeropleustic Art архивации 2006-12-09 в Wayback Machine
  31. ^ Рай, доступный для всех людей, без труда. Тома 1-2 Джона Адольфуса Эцлера. «Мы могли бы расширить применение [энергии ветра] до высот облаков с помощью воздушных змеев».
  32. ^ Патент США 2368630 , поданной 3 июня 1943.
  33. ^ http://www.meaus.com/articles/futureTasks.html
  34. ↑ Нажатие на высокогорный ветер, «Лестница» воздушных змеев, рассматриваемых как источник энергии. Архивировано 15 июля 2006 г. в Wayback Machine.
  35. ^ Selsam Innovations
  36. ^ BBC News, SciTech.
  37. ↑ J. Energy, 1980, т. 4., нет. 3.
  38. ^ Роберт Rotorcraft фотография эксперимента в Австралии. Пи Джей Шепард в лучшем случае помещает 1986 год в качестве года. Брайан Робертс вспоминает, что фотография была сделана на его сеансе в мае 1986 года. На фотографии летательный аппарат с двигателем был почти в авторотации; Фактическое производство электроэнергии было кратко проведено в другом тесте. Есть видео, где производилась электроэнергия. Показанный аппарат имел две вращающиеся ступицы; на каждой ступице излучалась подъемная лопасть ротора и более короткая обтекаемая лопасть с уравновешивающей массой на конце. Профессор планирует летающую электростанцию.; Всего корабль весил 64 фунта. Слева направо люди: Хассо Ниббе, Алан Файен, Грэм Левитт и Брайан Робертс; все были сотрудниками Сиднейского университета. Место: гора Приятная ферма в Марулане в Новом Южном Уэльсе. Ветер: примерно 15 узлов. Изобретатель AWECS Дэвид Х. Шепард после долгой переписки наконец встретился лицом к лицу с профессором Брайаном Робертсом; такие являются частью основы HAWPA компании Sky WindPower.

внешние ссылки

  • Список участников, использующих воздушную ветроэнергетику
  • Группа исследований силы воздушного змея TU Delft
  • Energy Kite Systems - глоссарий терминов и ссылки на системы HAWP
  • AWESystems.info список организаций
  • Оценка жизнеспособности высокогорных ветровых ресурсов в Ирландии , Колм О'Гэрбхит для отслеживания углерода
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Airborne_wind_energy&oldid=1032828967 »
Contribute a better translation