Способ производства электрической энергии при помощи ветряной системы

Способ производства электрической энергии при помощи ветряной системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу производства электрической энергии при помощи ветряной системы для преобразования энергии посредством турбины с вертикальной осью, приводимой в действие посредством служащих источником движущей силы крыловидных профилей (в общем определяемых как "змейковые аэростаты").

В прошлом проблема производства энергии с низкими затратами с использованием возобновляемых источников энергии уже рассматривалась, в частности, в некоторых предшествующих патентах, упомянутых ниже, были предложены способы преобразования энергии ветра при помощи нескольких устройств, которые используют энергию ветра при помощи змейковых аэростатов.

В частности, патент США №4124182 описывает устройство, снабженное "пара-змейковыми аэростатами" (или "модифицированными парашютами") для отбора энергии ветра и преобразования ее во вращательное движение вала, который приводит в действие генератор. Это устройство отличается парой "групп пара-змейковых аэростатов", в которых все змейковые аэростаты расположены последовательно. Каждая группа снабжена силовым тросом. Такие тросы имеют длину, недостаточную для достижения группами пара-змейковых аэростатов высот, на которых дуют более сильные и более стабильные ветры относительно тех, которые дуют на уровне земной поверхности. Каждая группа соединена соответствующим силовым тросом с барабаном или лебедкой, направление вращения которой может изменяться для наматывания тросов или сматывания их благодаря эффекту тяги ветровым течением. Каждая группа пара-змейковых аэростатов снабжена вторым тросом, называемым "купольным тросом", соединенным с каждым змейковым аэростатом группы и при помощи которого можно выборочно свертывать пара-змейковые аэростаты для облегчения процесса наматывания. Через редуктор вращательное движение каждой лебедки передается генератору, который, когда он приводится в действие, производит электроэнергию. Применена единая система шкивов, которая через муфты и вращательные зубчатые передачи обеспечивает притягивание одной группы пара-змейковых аэростатов, в то время как другая поднимается. Энергия ветра в таком случае преобразуется в механическую энергию, которая частично сразу расходуется на притягивание группы пара-змейковых аэростатов, куполы которых были свернуты, и частично преобразуется в электрическую энергию. При помощи воздушного шара, соединенного с каждой группой и накачиваемого и спускаемого при каждом рабочем цикле, пара-змейковые аэростаты удерживаются на желательной высоте, и куполы сохраняют установленную ориентацию.

Патент Китая 1052723 описывает ветряной генератор тока, снабженный парой змейковых аэростатов, при помощи которых тяга, создаваемая ветровыми течениями, преобразуется при помощи высокопрочных тросов во вращение барабана, расположенного на уровне земли. Лебедка приводит в действие гидравлический двигатель, при помощи которого осуществляется производство электроэнергии.

Патент Великобритании 2317422 описывает устройство, снабженное множеством змейковых аэростатов, которые, благодаря эффекту действия ветра, вращают вертикальный вал, соединенный с генератором, для производства электроэнергии. Змейковые аэростаты движутся ветром по круговой траектории в горизонтальной плоскости. Каждый змейковый аэростат снабжен устройством, способным модифицировать угол встречи с ветром для обеспечения непрерывности полета.

Патент США 6072245 описывает устройство для использования энергии ветра, составленное множеством змейковых аэростатов, соединенных с тросами, формирующими петлю. Змейковые аэростаты приводятся в действие для чередования восходящего движения и нисходящего движения, определяющего вращательное круговое движение всегда в одном направлении. Каждый змейковый аэростат соединен с силовым тросом для передачи механической энергии и с системой привода тросов для регулирования начального угла ветра для каждого змейкового аэростата. Силовой трос производит вращение шкивов, при помощи которых осуществляется выработка электроэнергии. Используются приводные тросы для придания каждому змейковому аэростату положения на его восходящей траектории, обеспечивающего подъем змейкового аэростата вверх ветром, и второго положения на его нисходящей траектории, в котором змейковый аэростат подвергается меньшей тяге ветром.

Патент США №6254034 описывает устройство, снабженное змейковым аэростатом ("привязным летательным аппаратом"), толкаемым ветровыми течениями с управляемой скоростью, для использования энергии ветра. Змейковый аэростат соединен при помощи троса с лебедкой, которая приводит в действие генератор для производства электрической энергии. На борту змейкового аэростата смонтирована приводная система, которая определяет и модифицирует угол встречи с ветром и модифицирует площадь захваченного фронта ветра. Такая система управляется с земли оператором, который считывает с дисплея данные, переданные соответствующими датчиками, или автоматически при помощи системы дистанционного управления. Змейковый аэростат приводится в действие для подъема по ветру с большим углом встречи. После окончания подъема начальный угол уменьшают, и змейковый аэростат планирует против ветра. Змейковый аэростат возвращается, планирует вновь по ветру, и цикл повторяется.

Патент Нидерландов 1017171С описывает устройство, подобное описанному выше устройству, в котором, однако, ручное управление не предусмотрено и в котором возвращение змейкового аэростата происходит посредством наклона змейкового аэростата подобно флагу для минимизации тяги ветра при сматывании тросов.

Патент США №6523781 описывает устройство, составленное змейковым аэростатом ("змейковым аэростатом с профилем крыла"), при помощи которого может отбираться энергия ветра, имеющим переднюю кромку, заднюю кромку и две боковые кромки. Такой змейковый аэростат приводится в действие при помощи механизма, несомого самим змейковым аэростатом. Это устройство снабжено тросами, соединенными с кромками змейкового аэростата, и змейковый аэростат приводится в действие посредством изменения, при помощи этих тросов, угла тангажа. Привод питается по электрическим кабелям, расположенным в силовом тросе, который соединяет змейковый аэростат с лебедкой, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Змейковый аэростат поднимается, толкаемый ветром, с использованием подъемной силы и движется по траектории, которая является почти перпендикулярной направлению скорости ветра. После завершения подъема змейковый аэростат возвращается и впоследствии приводится в действие для захвата ветра снова.

Патент США №2005046197 описывает устройство, снабженное змейковым аэростатом для использования энергии ветра, которая производит электроэнергию посредством приведения в действие при помощи тросов лебедки, соединенной с генератором. Змейковый аэростат приводится в действие при помощи дополнительных тросов, при помощи которых угол встречи с ветром может быть изменен. Змейковый аэростат поднимается с большим углом встречи. После завершения подъема начальный угол минимизируется, и змейковый аэростат возвращается таким образом, что цикл начинается снова.

Как можно отметить, анализируя предшествующий уровень техники, известные ветряные системы, снабженные змейковыми аэростатами, имеют следующие общие признаки:

Змейковые аэростаты снабжены и силовыми тросами, и приводными тросами, что означает, что нагрузка от тросов, которая производит электроэнергию, не передается к механизмам управления змейковым аэростатом, а передается другим компонентам ветряной системы при помощи тросов, соответственно используемых для выполнения такой функции. Неиспользование силовых тросов для управления змейковыми аэростатами делает сложной конструкцию ветряной системы со следующими недостатками.

Змейковые аэростаты приводятся в действие при помощи механизмов, которые непосредственно установлены на змейковых аэростатах, или при помощи, по меньшей мере, четырех вспомогательных (приводных) тросов. Разматывание и сматывание этих тросов осуществляются при помощи лебедок, используемых только для такой цели, расположенных на уровне земли или подвешенных над землей (а именно, несомых самими змейковыми аэростатами). В случае использования приводных тросов размещение лебедок на уровне земли позволяет не тратить часть энергии, отбираемой из ветровых течений, для компенсации веса самих приводных механизмов.

Змейковые аэростаты приводятся в действие для производства электроэнергии благодаря подъему посредством использования силы тяги (а именно, компонента тяги ветра, параллельного скорости ветра). За этим этапом следует возвращение змейковых аэростатов посредством расположения змейкового аэростата как флага для минимизации тормозящего действия. В ограниченном количестве ветряных систем предполагалось использование подъемной силы (а именно, компонента тяги ветра, перпендикулярного скорости ветра) в дополнение к силе лобового сопротивления для подъема змейковых аэростатов. Преимущество, исходящее от использования этого последнего способа приведения в действие относительно предыдущего, состоит в том, что для производства электроэнергии используется не только сопротивление змейкового аэростата, но также и подъемная сила змейкового аэростата. Так или иначе, в обоих случаях, прерывистый рабочий цикл (чередование этапа подъема и этапа возвращения) подразумевает, что эффект лобового сопротивления змейковых аэростатов, при помощи которого происходит производство электроэнергии, присутствует только в ходе половины траектории, проходимой змейковыми аэростатами (оно фактически отсутствует в ходе возвращения).

Преобразование энергии происходит посредством сообщения, при помощи силовых тросов, вращения лебедкам, соединенным с генераторами, возможно, с применением редукторов. Это не позволяет производить энергию непрерывно в ходе рабочего цикла, так как возвращение змейкового аэростата происходит благодаря приведению в действие таких лебедок при помощи электродвигателей. Таким образом, генерирование электроэнергии прерывается при потреблении части предварительно произведенной энергии. Непрерывная подача тока внешним пользователям возможна с использованием аккумуляторов.

Внимание было сфокусировано исключительно на производстве электроэнергии при помощи циклического процесса. Выбором траектории, по которой движутся летающие змейковые аэростаты, для максимизации коэффициента преобразования энергии почти полностью пренебрегали.

Проблемы, относящиеся к системе управления змейковым аэростатом или группой, составленной из многих последовательно соединенных змейковых аэростатов, затронуты подробно в чрезвычайно ограниченном количестве проектов и исследований. Это связано также с тем фактом, что текущие исследования главным образом сфокусированы на увеличении производительности уже существующих систем вместо разработки новых систем производства энергии.

Для частичного решения вышеупомянутых проблем, Европейский патент 1672214, принадлежащий Sequoia Automatisation S.R.L., описывает систему для преобразования кинетической энергии ветровых течений в электрическую энергию при помощи прогнозирующей и адаптивной системы управления полетом змейковых аэростатов, соединенных с системой "карусельного" типа с использованием турбины с вертикальной осью.

Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем предшествующего уровня техники посредством создания ветряной системы для преобразования энергии посредством змейковых аэростатов, в которой преобразование энергии происходит при помощи, по меньшей мере, одного генератора, приводимого вращением стрел турбины с вертикальной осью, и в котором каждая стрела соединена при помощи одной пары тросов, по меньшей мере, с одним змейковым аэростатом, который, будучи толкаемым ветром и, соответственно, приводимым в действие, производит на уровне турбины крутящий момент, посредством которого стрелы вращаются.

Другой целью настоящего изобретения является создание ветряной системы, в которой змейковые аэростаты, которые составляют ветряную систему, приводятся в действие при помощи тех же тросов, при помощи которых энергия передается стрелами турбины с вертикальной осью.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание ветряной системы, в которой змейковые аэростаты приводятся в действие системой управления с искусственным интеллектом, которая приводит в действие электродвигатели, соединенные с лебедками, возможно, с промежуточными редукторами, расположенными на уровне земли, причем их функция состоит и в управлении змейковыми аэростатами посредством сматывания и наматывания тросов, намотанных вокруг них, и в удерживании нагрузки тросов для преобразования энергии.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание ветряной системы, в которой змейковые аэростаты приводятся в действие системой управления с искусственным интеллектом, которая в каждом рабочем цикле обеспечивает прохождение змейковыми аэростатами оптимальной траектории для оптимизации отбора энергии ветра.

Еще одной целью настоящего изобретения, кроме того, является создание ветряной системы, в которой змейковые аэростаты приводятся в действие для получения возможности преобразования энергии ветра главным образом с использованием подъемной силы и для получения траектории, на протяжении которой эффект тяги присутствует почти на всем протяжении рабочего цикла.

Кроме того, целью настоящего изобретения является создание способа производства электрической энергии при помощи ветряной системы, соответствующей настоящему изобретению, которая может приводиться в действие более эффективно относительно того, что предложено предшествующим уровнем техники.

Согласно изобретению создан способ производства электроэнергии при помощи ветряной системы, содержащей, по меньшей мере, один змейковый аэростат, управляемый с земли и погруженный в, по меньшей мере, одно ветровое течение, ветряную турбину с вертикальной осью, расположенную на уровне земли и снабженную, по меньшей мере, одной стрелой, соединенной при помощи двух тросов с змейковым аэростатом, приспособленным для приведения в действие при помощи турбины для вращения стрелы и осуществления преобразования энергии ветра в электрическую энергию при помощи, по меньшей мере, одной системы генератора/электродвигателя, работающей как генератор и взаимодействующей с турбиной, причем тросы приспособлены и для передачи механической энергии от змейковых аэростатов и к ним и для управления траекторией полета змейковых аэростатов, и систему управления с искусственным интеллектом, приспособленную для автоматического управления змейковыми аэростатами на траектории полета и снабженную набором датчиков, расположенных на змейковых аэростатах, и набором наземных датчиков, при этом способ содержит следующие этапы:

а) управление траекторией полета змейкового аэростата таким образом, что змейковый аэростат перемещается поперек относительно направления ветрового течения, натягивая тросы, соединенные со стрелой ветряной турбины, и вращая стрелу благодаря эффекту тяги, и отходит от стрелы, поднимая противовес системы накопления энергии;

б) управление траекторией полета змейкового аэростата таким образом, что змейковый аэростат перемещается в направлении ветрового течения, натягивая тросы, соединенные со стрелой, и вращая стрелу благодаря эффекту тяги, и приближается к стреле змейкового аэростата благодаря наматыванию тросов на первые лебедки при помощи первых электродвигателей без снижения противовеса системы накопления энергии;

в) управление траекторией полета змейкового аэростата таким образом, что змейковый аэростат перемещается поперечно относительно направления ветрового течения, натягивая тросы, соединенные со стрелой, и вращая стрелу благодаря к эффекту тяги, и отходит от стрелы посредством разматывания тросов через первые лебедки при помощи первых электродвигателей без снижения противовеса системы накопления энергии;

г) управление траекторией полета змейкового аэростата таким образом, что змейковый аэростат перемещается в противоположном направлении относительно направления ветрового течения, не создавая какого-либо тормозящего эффекта для вращения стрелы ветряной турбины, и приближается к стреле посредством снижения противовеса системы накопления энергии для приема змейкового аэростата в положении, начиная с которого он продолжает перемещение поперечно относительно направления ветрового течения;

д) повторение указанных этапов.

Ветряная система может содержать систему энергоснабжения, взаимодействующую с системой управления с искусственным интеллектом для управления аккумулированием или подачей энергии.

Набор датчиков, расположенных на змейковых аэростатах, может посылать информацию в беспроводном режиме системе управления с искусственным интеллектом.

Каждая стрела ветряной турбины может поддерживаться при помощи, по меньшей мере, одной опорной системы, при этом опорная система предпочтительно содержит стяжки, соединенные одним концом со стрелой и другим концом с единой вертикальной конструкцией, расположенной в центре турбины, и вращающиеся со стрелой, причем опорная система, предпочтительно, содержит стяжки, расположенные в плоскости вращения ветряной турбины, соединенные одним концом со стрелами и другим концом с центральным вращающимся валом турбины, при этом опорная система, предпочтительно, также содержит, по меньшей мере, одну демпфирующую тележку, посредством которой стрела может упруго опираться на землю, при этом опорная система, предпочтительно, снабжена упругим средством, соединенным параллельно, по меньшей мере, с одним демпфером, и демпфирующая тележка снабжена, по меньшей мере, одной парой колес, совмещенных с осями вращения, проходящими через центр вращения турбины.

Стрела ветряной турбины может содержать, по меньшей мере, одно возвращающее устройство, приспособленное для возвращения змейкового аэростата в состоянии покоя и предпочтительно содержащее, по меньшей мере, одну цилиндрическую трубу, предпочтительно снабженную закругленной выходной кромкой, причем возвращающее устройство предпочтительно наклонено относительно стрелы.

Стрела ветряной турбины может содержать, по меньшей мере, одну систему возвращения и запуска змейкового аэростата, предпочтительно расположенную внутри возвращающего устройства и предпочтительно содержащую, по меньшей мере, одну тележку, перемещающуюся по, по меньшей мере, двум направляющим внутри цилиндрической трубы возвращающего устройства и предпочтительно приводимую в действие, по меньшей мере, одним ремнем, приводимым редукторным электродвигателем, при этом система возвращения и запуска предпочтительно снабжена устройством создания искусственной тяги ветра, приспособленным для создания искусственного воздушного потока при запуске змейкового аэростата из устройства возвращения.

Стрела ветряной турбины может содержать систему натяжения и демпфирования тросов, предпочтительно снабженную, по меньшей мере, одним демпфируемым противовесом, поднятым от земли вследствие натяжения тросов и способным совершать поступательное вертикальное движение, при этом система натяжения и демпфирования предпочтительно снабжена, по меньшей мере, одним устройством, содержащим тягу, шарнирно подсоединенную вблизи конца стрелы и взаимодействующую со стрелой с расположением между ними упругого средства, предпочтительно представляющего собой, по меньшей мере, одну демпфирующую пружину.

Система натяжения и демпфирования тросов может представлять собой гидравлический аккумулятор.

Стрела ветряной турбины может содержать систему накопления потенциальной гравитационной энергии, предпочтительно содержащую, по меньшей мере, два понижающих скорость шкива и, по меньшей мере, один противовес, поднятый от земли вследствие натяжения тросов и способный совершать поступательное вертикальное движение, при этом тросы намотаны вокруг понижающих скорость шкивов, уменьшающие скорость шкивы предпочтительно расположены, соответственно, на нижнем уровне и на верхнем уровне и предпочтительно на верхнем уровне соединены со стрелой и на нижнем уровне соединены с противовесом.

Каждый трос может быть с чередованием обернут вокруг одного из понижающих скорость шкивов на верхнем уровне и одним из понижающих скорость шкивов на нижнем уровне.

Стрела ветряной турбины может содержать систему наматывания и разматывания тросов, предпочтительно содержащую, по меньшей мере, две первые лебедки, на каждой из которых соответствующий трос наматывается и разматывается, причем каждая из первых лебедок соединена с первым электродвигателем, управляемым системой управления с искусственным интеллектом, при этом первый электродвигатель предпочтительно представляет собой электрический генератор, причем вокруг каждой из первых лебедок соответствующий трос намотан посредством выполнения ограниченного количества витков таким образом, что получают один слой витков.

Система наматывания и разматывания тросов содержит, по меньшей мере, две пары обращенных друг к другу гусениц, выдвигаемых поршнями, причем между каждыми двумя из них вставлен один трос.

Стрела ветряной турбины может содержать, по меньшей мере, одну систему хранения тросов, предпочтительно содержащую, по меньшей мере, две вторые лебедки, на каждой из которых соответствующий один трос наматывается или разматывается, причем каждая из вторых лебедок соединена со вторым электродвигателем, управляемым системой управления с искусственным интеллектом, при этом вторая лебедка предпочтительно соединена со вторым электродвигателем с расположением между ними, по меньшей мере, одного планетарного редуктора и предпочтительно снабжена направляющим модулем, приспособленным для направления троса для упорядоченного наматывания на вторую лебедку, причем вторая лебедка предпочтительно установлена на тележке, скользящей по направляющей параллельно оси вращения второй лебедки, при этом скольжение тележки по направляющей предпочтительно управляется скользящим механизмом вместе с вращением второй лебедки, предпочтительно приводимым в действие электродвигателем, управляемым системой управления с искусственным интеллектом, при этом скользящий механизм предпочтительно соединен с электродвигателем с расположением между ними, по меньшей мере, одного планетарного редуктора.

Стрела дополнительно содержит систему передачи, приспособленную для направления тросов к змейковому аэростату и предпочтительно содержащую, по меньшей мере, одну пару первых шкивов, установленных на тележке системы возвращения и запуска змейковых аэростатов, вторые неподвижные шкивы, установленные стреле, по меньшей мере, одну пару третьих шкивов для каждой системы натяжения и демпфирования тросов, по меньшей мере, одну пару четвертых шкивов, установленных на ползунах направляющих модулей для тросов, при этом ползун предпочтительно приспособлен для скольжения по направляющей параллельно оси вращения второй лебедки системы хранения, причем скольжение ползуна по направляющей предпочтительно управляется скользящим механизмом вместе с вращением второй лебедки, при этом скользящий механизм предпочтительно приводится в действие третьим электродвигателем, управляемым системой управления с искусственным интеллектом и предпочтительно представляет собой механизм с винтовым приводом или с ременным приводом.

Система генератора/электродвигателя приводится в действие вращением стрел ветряной турбины, когда она работает как генератор, и управляется системой управления с искусственным интеллектом, когда она работает как электродвигатель, причем система генератора/электродвигателя предпочтительно содержит систему зубчатых передач, отличающуюся шестернями, приспособленными для умножения и тяги множества генераторов.

Система генератора/электродвигателя расположена на демпфирующих тележках и приводится в действие вращением колес, причем система генератора/электродвигателя предпочтительно соединена с колесами с расположением между ними, по меньшей мере, одного планетарного редуктора, при этом передача электрической энергии от системы генератора/электродвигателя к неподвижной части ветряной турбины предпочтительно осуществляется при помощи коллектора, расположенного в центре или вблизи направляющих.

Система управления с искусственным интеллектом может быть приспособлена для управления первыми и вторыми лебедками системы наматывания и разматывания тросов и системой хранения тросов для управления змейковым аэростатом на траектории полета при помощи обрабатывающего средства, выполняя, по меньшей мере, один прогнозирующий алгоритм, определяющий в каждый момент оптимальное положение, которое змейковые аэростаты должны занять, по меньшей мере, в один следующий момент в зависимости от параметров полета и управления, информации, посланной от набора датчиков, расположенных на змейковых аэростатах, и от набора наземных датчиков, отдавая приоритет подъемной силе, производимой ветровым течением.

Система управления с искусственным интеллектом может содержать подсистему безопасности, вмешивающуюся в управление змейковыми аэростатами для предотвращения столкновений в полете и предпочтительно приспособленную для взаимодействия с системой искусственного видения, представляющей собой систему оптического типа или микроволнового типа, при этом система обеспечения безопасности предпочтительно приспособлена для взаимодействия с системой срезания тросов, предпочтительно приспособленной для управления при помощи "сторожевого устройства".

При осуществлении способа этапы а) и/или б), и/или в), и/или г) и/или д) могут выполняться автоматически при помощи системы управления с искусственным интеллектом.

Настоящее изобретение будет лучше описано на основе некоторых предпочтительных вариантов его осуществления, данных как не вносящие ограничений примеры со ссылками на включенные сюда чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения ветряной системы согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - увеличенный вид в перспективе ветряной системы, показанной на фиг.1;

фиг.3 - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения ветряной системы согласно настоящему изобретению;

фиг.4 - увеличенный вид в перспективе компонента ветряной системы, показанной на фиг.3;

фиг.5 - вид сбоку компонента, показанного на фиг.4;

фиг.6 - вид в плане компонента, показанного на фиг.3 и 4;

фиг.7 - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения другого компонента ветряной системы согласно настоящему изобретению;

фиг.8 - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения другого компонента ветряной системы согласно настоящему изобретению;

фиг.9 - схематический вид сбоку предпочтительного варианта выполнения компонента, показанного на фиг.8;

фиг.10 - увеличенный вид в перспективе компонента ветряной системы, показанной на фиг.3;

фиг.11 - увеличенный вид в перспективе компонента, показанного на фиг.10;

фиг.12 - увеличенный вид в перспективе другого компонента, показанного на фиг.10;

фиг.13 - схематический вид другого предпочтительного варианта выполнения компонента, показанного на фиг.12;

фиг.14 - схематический вид другого предпочтительного варианта выполнения компонента, показанного на фиг.12;

фиг.15 - схематический вид другого предпочтительного варианта выполнения компонента, показанного на фиг.12;

фиг.16 - схематический вид системы, соответствующей настоящему изобретению, в ходе некоторых этапов ее работы;

фиг.17 - схематический вид неподвижной аэродинамической поверхности, окруженной ветровым течением, и генерируемых связанных с ним сил;

фиг.18 - схематический вид аэродинамической поверхности, не проходящей в перпендикулярном направлении относительно направления скорости ветра, и генерируемых в связи с этим сил.

Как можно видеть более подробно в нижеследующем описании, в целом ветряная система, соответствующая настоящему изобретению, состоит из турбины с вертикальной осью, приспособленной для преобразования в электрическую энергию энергии ветра, захваченной в ветровом течении, предпочтительно, на уровне тропосферы (которая простирается приблизительно до 15 км от земной поверхности), при помощи змейковых аэростатов, погруженных в такое течение и соединенных со стрелами таких турбин, причем каждый из таких змейковых аэростатов приводится в действие при помощи лебедок с сервоусилителем, которые автономно приводятся в действие системой управления с искусственным интеллектом, отличающейся от существующего уровня техники прежде всего режимами, в которых змейковые аэростаты приводятся в действие для движения по траектории, когда такие змейковые аэростаты максимизируют коэффициент преобразования энергии, и архитектурой турбины с вертикальной осью.

Как показано на фигурах, ветряная система для преобразования энергии согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, один змейковый аэростат 1, погруженный в ветровое течение W и соединенный при помощи двух тросов 4, по меньшей мере, с одной стрелой 3 ветряной турбины 2 с вертикальной осью, расположенной на уровне земли, причем такой змейковый аэростат 1 приспособлен для приведения в действие при помощи такой турбины 2 для вращения стрелы 3, с которой он соединен, и выполнения преобразования энергии ветра в электрическую энергию при помощи, по меньшей мере, одной системы 15а или 15b генератора/электродвигателя, работающей как генератор и взаимодействующей с турбиной 2. Тросы 4 приспособлены также для передачи механической энергии от змейкового аэростата 1 и к нему для приведения в действие турбины 2 и управления траекторией полета самого змейкового аэростата 1.

Можно отметить, что типичный вариант выполнения ветряной системы согласно настоящему изобретению, показанный на фигурах, предусматривает использование ветряной турбины 2 с вертикальной осью, снабженной двумя стрелами 3, причем с концом каждой из них соединен соответствующий змейковый аэростат 1; однако совершенно ясно, что можно использовать турбины 2 с другим количеством стрел 3 и змейковых аэростатов 1, соединенных с ними, не отступая от объема настоящего изобретения. В частности, можно предусматривать соединение с каждой стрелой 3 турбины 2 множества змейковых аэростатов 1, расположенных последовательно (группа змейковых аэростатов 1), для суммирования их тяги, воздействующей на тросы 4. Каждая группа змейковых аэростатов 1 соединена с турбиной 2 при помощи одной системы тросов 4, и, таким образом, принцип действия устройства не зависит от количества последовательно соединенных змейковых аэростатов 1. Преимущество, обеспеченное использованием змейковых аэростатов 1, состоит в увеличении поверхности встречи с ветром, перехватываемым такими змейковыми аэростатами, и, следовательно, в увеличении момента, приводящего в действие турбину 2, и электрической энергии, которая может быть произведена при каждом рабочем цикле, как будет описано ниже более подробно.

Змейковые аэростаты 1 погружаются в захватываемые ветровые течения, и их выполняют посредством тканья волокон, обычно используемых при производстве специальных парусов для некоторых спортивных занятий, таких как, например, серфинг и картинг. Змейковые аэростаты 1 могут быть полностью гибкими или полужесткими, и их полужесткость получают благодаря использованию очень легкой рамы, посредством чего змейковый аэростат может принимать форму, например, подобную форме жестких крыльев. Обращение к полужесткости обеспечивает большое улучшение характеристик благодаря облегчению управления. Базовым техническим требованием, которое характеризует змейковые аэростаты, является общая площадь поверхности. Благодаря последним аэродинамическим исследованиям на рынке доступны змейковые аэростаты, которые способны удовлетворить некоторые потребности в отношении контроля и управляемости. Посредством пригодного управления змейковым аэростатом можно изменять передачу энергии ветра. Это существенно, так как змейковые аэростаты 1 должны управляться таким образом, чтобы тяга, прилагаемая ветровыми течениями, была максимальной и в то же время не ослабляла вращение стрел 3 турбины 2. Для каждой стрелы 3 змейковые аэростаты 1 должны именно приводиться в действие для получения момента на уровне турбины 2, который всегда сохраняется в одном направлении вращения или, возможно, устраняется, таким образом, не будучи противоположным направлению генерирования тока. Такой результат достигнут посредством надлежащего модулирования передачи энергии ветра, как будет видно более подробно далее.

Ветряная система, соответствующая настоящему изобретению, также содержит систему управления с искусственным интеллектом, работающую на турбине 2, при помощи которой осуществляется автоматическое управление полетом змейковых аэростатов 1, и систему энергоснабжения, взаимодействующую с такой системой управления с искусственным интеллектом для управления накоплением и подачей электроэнергии.

Система управления с искусственным интеллектом взаимодействует с набором датчиков с автономным питанием, расположенных на змейковых аэростатах 1, которые посылают информацию, предпочтительно, в беспроводном режиме наземным компонентам самой системы с искусственным интеллектом. Система управления с искусственным интеллектом объединяет эти элементы информации с другой информацией, поступающей от набора наземных датчиков (например, о величине нагрузки на тросы, определенной посредством считывания крутящих моментов электродвигателя, как указано ниже), и выполняет обработки для автоматического управления змейковыми аэростатами 1 в ходе работы ветряной системы.

Как показано на фиг.2-6, каждая стрела 3 ветряной турбины 2 с вертикальной осью удерживается опорной системой 5а или 5b. В конце каждой стрелы 3 также расположено возвращающее устройство 6 змейкового аэростата 1, объединенное системой 7 для возвращения и запуска змейкового аэростата 1, подобной показанной на фиг.7. Тросы 4 проходят вдоль каждой стрелы 3 к центру турбины 2, будучи приводимыми системой передачи, снабженной, по меньшей мере, одной системой 8 натяжения тросов 4. Вблизи с центром турбины 2 каждая стрела 3 снабжена системой 9 накопления энергии для компенсации внезапных изменений нагрузки системой 10 наматывания и разматывания тросов 4, отличающейся парой первых лебедок 11 для привода змейковых аэростатов 1, и системой 12 хранения для тросов, составленной парой вторых лебедок 13. Каждая вторая лебедка 13 системы хранения снабжена направляющим модулем 14, который направляет трос 4 для упорядоченного наматывания на соответствующую вторую лебедку 13. Вращение стрел 3 турбины 2 приводит в действие при помощи промежуточных редукторов генераторы/электродвигатели 15а или 15b в зависимости от генераторов преобразования энергии.

Змейковые аэростаты 1 приводятся в действие посредством сматывания и наматывания тросов 4 на их соответствующих первых лебедках 11. Тросы 4 в этом случае являются соединительными и передаточными элементами для силы между змейковыми аэростатами 1 и стрелами 3 турбины 2. Когда змейковые аэростаты 1 подняты ветром, они определяют вращение стрел 3 турбины 2 и, следовательно, преобразование энергии при помощи генераторов/электродвигателей 15а или 15b в зависимости от генераторов. Очевидно, что длина и диаметр каждого троса 4 зависят от ветра и условий безопасности, в которых следует работать. Стрелы 3 также используются при запуске ветряной системы для облегчения подъема змейковых аэростатов 1. В конце каждой стрелы 3, фактически, расположено устройство 6 возвращения