Ветровая система для преобразования энергии посредством перемещения на рельсе модулей, буксируемых кайтами, и процесс для выработки электрической энергии посредством такой системы

Ветровая система для преобразования энергии посредством перемещения на рельсе модулей, буксируемых кайтами, и процесс для выработки электрической энергии посредством такой системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к ветровой системе для преобразования энергии посредством перемещения на рельсе модулей, буксируемых посредством кайтов. Настоящее изобретение также относится к способу выработки электроэнергии посредством такой системы.

Ранее уже предлагались решения проблемы выработки электроэнергии с малыми затратами посредством использования возобновляемых источников энергии; в частности, в некоторых более ранних патентах, упомянутых ниже, были предложены способы преобразования энергии ветра совместно с некоторыми устройствами, которые извлекают энергию ветра посредством мощных крыловидных профилей (обычно называемых термином «кайт»).

В частности, US 4124182 раскрывает устройство с «паракайтами» (или «модифицированными парашютами») для улавливания энергии ветра и преобразования ее во вращательное движение вала, которое приводит в действие генератор. Данное устройство отличается парой «цепочек паракайтов», в которых кайты расположены последовательно. Каждая цепочка снабжена силовым канатом. Такие тросы достаточно длинные, чтобы позволять цепочкам паракайтов достигать высот, на которых дуют более сильные и более постоянные ветра относительно ветров, которые дуют на уровне поверхности земли. Каждая цепочка посредством соответствующего силового каната связана с барабаном или лебедкой, направление вращения которой может изменяться так, что она сматывает канаты или позволяет канатам разматываться вследствие силы тяги ветрового течения. Каждая цепочка паракайтов снабжена вторым канатом, так называемого «колпакового типа», соединенным с каждым кайтом цепочки и посредством которого можно селективно сплющивать паракайты, чтобы облегчить процедуру сматывания. Через редуктор вращательное движение каждой лебедки передается генератору, который при приведении в действие вырабатывает электроэнергию. Предусмотрена одна система шкивов, которая, посредством муфт и зубчатых колес, обеспечивает восстановление одной цепочки паракайтов, в то время как другая цепочка поднимается. Таким образом, улавливаемая энергия ветра преобразуется в механическую энергию, которая частично сразу расходуется на восстановление цепочки паракайтов, колпак которых закрыт, и частично преобразуется в электроэнергию. Посредством аэростата, привязанного к каждой цепочке и надуваемого и сдуваемого после каждого рабочего цикла, паракайт удерживается на требуемой высоте, и колпаки имеют фиксированную ориентацию.

Патент Китая CN 1052723 раскрывает ветровой генератор тока с парой кайтов, посредством которых тяга, вызываемая ветровыми течениями, преобразуется, через канаты высокого сопротивления, во вращение барабана, размещенного на уровне земли. Лебедка приводит в действие гидравлический двигатель, посредством которого осуществляется генерирование тока.

Патент Великобритании GB 2317422 раскрывает устройство с множеством кайтов, которые, благодаря воздействию ветра, вращают вертикальный вал, соединенный с генератором для генерирования тока. Под действием ветра кайты продвигаются по круговой траектории в горизонтальной плоскости. Каждый кайт снабжен устройством, способным изменять угол атаки ветра, чтобы обеспечивать непрерывность полета.

Патент США US 6072245 раскрывает устройство для использования энергии ветра, состоящее из множества кайтов, соединенных с канатами, образуя кольцо. Кайты приводятся в движение, чтобы чередовать восходящую траекторию с нисходящей траекторией, определяя вращательное движение кольца всегда в одном и том же направлении. Каждый кайт подсоединен к силовому канату для передачи механической энергии и к системе приводных канатов для регулирования угла атаки ветра каждого кайта. Силовой канат определяет вращение шкивов, посредством которого осуществляется выработка электроэнергии. Приводные канаты используются для того, чтобы вынуждать каждый кайт принимать положение, которое, на восходящей траектории, обеспечивает выталкивание кайта вверх под действием ветра, и второе положение на нисходящей траектории, для того чтобы кайт подвергался воздействию меньшего напора ветра.

Патент США US 6254034 раскрывает устройство с кайтом («привязанным воздушным летательным аппаратом»), продвигаемым посредством ветровых течений на регулируемой высоте, чтобы использовать энергию ветра. Кайт соединен посредством каната с лебедкой, которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. На борту кайта установлена система привода, которая определяет и изменяет угол атаки ветра и изменяет перехватываемую площадь фронта ветра. Управление такой системой осуществляется с земли посредством оператора, который считывает на дисплее данные, передаваемые соответствующими датчиками, или автоматически через систему дистанционного управления. Кайт приводится в движение так, чтобы подниматься по ветру с большим углом атаки. После завершения подъема угол атаки уменьшают, и кайт планирует, чтобы перемещаться против ветра. Кайт восстанавливается, опять планирует по ветру и цикл повторяется.

Патент США US 6523781 раскрывает устройство, состоящее из кайта («кайта с аэродинамическим профилем»), посредством которого улавливается энергия ветра, содержащего входной край, выходной край и два боковых края. Такой кайт приводится в движение посредством механизма, поддерживаемого самим кайтом. Данное устройство содержит канаты, соединенные с краями кайта, и кайт приводится в движение посредством изменения, при помощи данных канатов, угла тангажа. Приводной механизм снабжается электроэнергией посредством электрических кабелей, расположенных внутри силового каната, который соединяет кайт с лебедкой, которая приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. Кайт поднимается, подталкиваемый ветром, используя подъемную силу и описывая траекторию, почти перпендикулярную направлению скорости ветра. После завершения подъема, кайт восстанавливается и затем приводится в движение, чтобы снова улавливать ветер.

Заявка на патент США US 2005046197 раскрывает устройство с кайтом для использования энергии ветра, которое вырабатывает электроэнергию при приведении в движение, посредством канатов, лебедки, соединенной с генератором. Кайт приводится в движение посредством дополнительных канатов, при помощи которых изменяют угол атаки ветра. Кайт поднимается с большим углом атаки. После завершения подъема угол атаки уменьшают до минимума, и кайт восстанавливается, чтобы снова начать цикл.

Во всяком случае, как можно отметить анализируя существующий уровень техники, известные ветровые системы с кайтами обычно имеют следующие общие характеристики:

- кайты снабжены как силовыми канатами, так и приводными канатами: это означает, что нагрузка каната, посредством которой осуществляется выработка электроэнергии, передается не на приводные механизмы кайтов, а на другие элементы ветровой системы, через канаты, соответственно используемые для выполнения данной функции. Неиспользование силовых канатов для приведения в движение кайтов делает конструкцию ветровой системы сложной со всеми сопутствующими недостатками;

- кайты приводятся в движение посредством механизмов, установленных непосредственно на кайтах, или посредством вспомогательных (приводных) канатов. Разматывание и сматывание этих канатов осуществляется посредством лебедок, используемых исключительно для данной цели, расположенных на уровне земли или подвешенных от земли (то есть поддерживаемых самими кайтами). В случае использования приводных канатов, размещение лебедок на уровне земли позволяет не расходовать часть энергии, извлекаемой из ветровых течений, для поддержки веса приводных механизмов;

- кайты приводятся в движение так, чтобы вырабатывать электроэнергию при подъеме посредством использования силы лобового сопротивления (то есть составляющей напора ветра, параллельной скорости ветра). За этим этапом следует восстановление кайтов посредством развертывания кайтов в виде флагов, для того чтобы минимизировать эффект торможения. В ограниченном количестве ветровых систем, было придумано использовать подъемную силу (то есть составляющую напора ветра, перпендикулярную скорости ветра) в дополнение к силе лобового сопротивления, чтобы заставить кайты подниматься. Преимущество, получаемое от использования этого последнего способа приведения в движение, относительно предыдущего способа состоит в том, что для выработки электроэнергии используется не только сопротивление кайта, но и подъемная сила кайта. Во всяком случае, в обоих способах, прерывистый рабочий цикл (этап подъема, сменяющийся этапом восстановления) подразумевает, что эффект буксировки кайтов, посредством которого осуществляется выработка электроэнергии, имеет место только во время половины траектории, описываемой кайтами (во время восстановления он по существу отсутствует);

- преобразование энергии осуществляется посредством передачи, через силовые канаты, вращения лебедок, соединенных с генераторами, возможно посредством промежуточных редукторов. Это не позволяет вырабатывать энергию непрерывно во время рабочего цикла, поскольку восстановление кайта осуществляется посредством приведения в действие лебедок при помощи двигателей. Таким образом, происходит прерывание выработки электроэнергии и расходование ранее выработанной энергии. Непрерывная выдача тока внешним пользователям возможна посредством использования аккумуляторов;

- внимание сосредоточено исключительно на выработке электроэнергии посредством циклического процесса. Выбор траектории, которую должны описывать кайты во время полета, чтобы максимизировать величину преобразованной энергии, практически совершенно не учитывается;

- проблемы, связанные с системой управления кайтом или группой, состоящей из множества кайтов, соединенных последовательно, рассматриваются подробно в очень ограниченном количестве проектов и научных исследований. Это объясняется также тем, что ведущиеся в настоящее время исследования сконцентрированы в основном на повышении производительности уже существующих систем, а не на разработке новых систем выработки энергии.

Для того чтобы частично решить упомянутые проблемы, европейская заявка за патент ЕР 1672 214 от имени компании Sequoia Automation S.r.l. раскрывает систему для преобразования кинетической энергии ветровых течений в электроэнергию посредством прогностического и адаптивного контроля полета кайтов, соединенных с «карусельной» системой, использующей турбину с вертикальной осью.

WO 2008/120257 данного заявителя настоящего изобретения решает упомянутые проблемы известного уровня техники посредством создания ветровой системы в соответствии с вводной частью пункта 1 формулы изобретения.

Задачей настоящего изобретения является решение упомянутых и других проблем известного уровня техники посредством создания ветровой системы для преобразования энергии посредством перемещения на рельсе модулей, буксируемых кайтами, которая усовершенствует упомянутую ветровую систему, раскрытую в WO 2008/120257, предусматривающую компоновку с магнитными полосами, которые обеспечивают как пассивную магнитную левитацию, так и генерирование электроэнергии для системы. Такая ветровая система находит полезное применение в глубоких морских применениях, содержащих плавучий рельс, на котором она работает.

Кроме того, данная ветровая система отличается от систем существующего уровня техники, в частности, способами приведения в движение кайтов, траекторией перемещения таких кайтов во время полета, для того чтобы максимизировать величину преобразуемой энергии, и структурой ветровой системы, в которой каждый модуль соединен посредством по меньшей мере одного каната с цепочкой кайтов, которая, продвигаемая ветром и соответственно приводимая в движение, создает на уровне модуля тягу, благодаря которой модуль перемещается на по меньшей мере одном рельсе, который образует замкнутую траекторию, и посредством генерирующей системы, взаимодействующей с модулем и рельсом, вырабатывает электроэнергию.

В данной ветровой системе кайты приводятся в действие посредством интеллектуальной системы управления, которая заставляет кайты во время полета совершать оптимальную траекторию, чтобы оптимизировать энергию ветра, которая может быть извлечена из ветра.

Кайты, образующие ветровую систему настоящего изобретения, приводятся в действие посредством тех же самых канатов, через которые энергия передается в модули ветровой системы.

В данной ветровой системе кайты приводятся в действие посредством интеллектуальной системы управления, которая приводит в действие двигатели, соединенные с лебедками, возможно через промежуточные редукторы, размещенными рядом с землей и объединенными с модулями ветровой системы, причем такие лебедки используются как для приведения в движение кайтов посредством разматывания и сматывания канатов, намотанных вокруг них, так и для поддержки нагрузки канатов для преобразования энергии.

В данной ветровой системе кайты приводятся в движение так, чтобы обеспечить преобразование энергии ветра посредством использования преимущественно подъемной силы и чтобы совершать траекторию, на протяжении которой эффект буксирования имеет место практически в течение всей продолжительности рабочего цикла.

В данной ветровой системе преобразование энергии осуществляется посредством генераторов, приводимых в действие не посредством вращения лебедок, а посредством перемещения модулей ветровой системы.

Данная ветровая система содержит кольцевую направляющую с по меньшей мере одним модулем, который перемещается на по меньшей мере одном рельсе, и которая преобразует энергию посредством использования перемещения модулей за счет эффекта буксирования посредством кайтов, соединенных с упомянутыми модулями.

Кайты, образующие упомянутую систему, могут также приводиться в движение посредством спойлеров, размещенных на борту упомянутых кайтов, создающих турбулентности, которые вызывают градиенты давления.

Элементы, предусмотренные для хранения канатов и приведения в движение цепочки кайтов, расположены на борту каждого модуля, рядом с системами восстановления кайтов.

Системы восстановления кайтов содержат концевую часть, приспособленную для ориентирования, с возможностью вращения как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Упомянутая и другие задачи и преимущества изобретения, которые станут очевидными из приведенного ниже описания, достигаются при использовании ветровой системы для преобразования энергии посредством перемещения на рельсе модулей, буксируемых посредством кайтов, по п.1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления и необычные модификации настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Настоящее изобретение будет описано более подробно посредством некоторых предпочтительных вариантов его осуществления, приведенных в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых:

Фиг. 1 представляет собой общий вид предпочтительного варианта осуществления ветровой системы в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления элемента ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 3 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления другого элемента ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 4 представляет собой другой общий вид элемента, показанного на фиг. 3;

Фиг. 5 представляет собой увеличенный общий вид ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 6 представляет собой другой увеличенный общий вид ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 7 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления другого элемента ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 8 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления другого элемента ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 9 представляет собой увеличенный общий вид элемента, показанного на фиг. 8;

Фиг. 10 представляет собой общий вид предпочтительного варианта ветровой системы в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 11 представляет собой увеличенный общий вид ветровой системы, показанной на фиг. 10;

Фиг. 12 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления элемента ветровой системы, показанной на фиг. 10;

Фиг. 13 представляет собой другой общий вид элемента, показанного на фиг. 12;

Фиг. 14 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления другого элемента ветровой системы, показанной на фиг. 10;

Фиг. 15 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления другого элемента ветровых систем, показанных на фиг. 1 и 10;

Фиг. 16 представляет собой увеличенный общий вид предпочтительного варианта осуществления других элементов ветровых систем, показанных на фиг. 1 и 10;

Фиг. 17 представляет собой другой увеличенный общий вид элементов, показанных на фиг. 16;

Фиг. 18 представляет собой схематичный вид другого предпочтительного варианта ветровой системы в соответствии с настоящим изобретением во время двух ее рабочих этапов;

Фиг. 19 представляет собой увеличенный схематичный вид системы, показанной на фиг. 18;

Фиг. 20 представляет собой схематичный вид во фронтальном разрезе предпочтительного варианта осуществления элемента ветровой системы, показанной на фиг. 18, во время двух его рабочих этапов;

Фиг. 21 представляет собой схематичный вид системы в соответствии с настоящим изобретением во время некоторых ее рабочих этапов;

Фиг. 22 представляет собой схематичный вид неподвижной аэродинамической поверхности, погруженной в ветровое течение, и соответствующих сил, создаваемых посредством данной поверхности; и

Фиг. 23 представляет собой схематичный вид аэродинамической поверхности, свободной от перемещения вдоль направления, перпендикулярного скорости ветра, и соответствующих сил, создаваемых посредством данной поверхности;

Фиг. 24 представляет собой увеличенный общий вид ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 25 представляет собой увеличенный общий вид ветровой системы, показанной на фиг. 1;

Фиг. 26 представляет собой увеличенный схематичный вид ветровой системы, показанной на фиг. 5;

Фиг. 27 представляет собой увеличенный схематичный вид ветровой системы, показанной на фиг. 5; и

Фиг. 28 представляет собой общий вид предпочтительного варианта осуществления ветровой системы в соответствии с настоящим изобретением.

Как можно видеть более подробно в приведенном ниже описании, ветровая система в соответствии с настоящим изобретением обычно содержит по меньшей мере один модуль, выполненный с возможностью перемещения вдоль рельса, предпочтительно выполненный так, чтобы образовать кольцеобразный замкнутый контур, под тягой по меньшей мере одного силового кайта, погруженного в ветровое течение, с которым он соединен посредством одного каната, причем такой модуль работает как автономный генератор, который преобразует в электроэнергию энергию ветра, улавливаемую на уровне тропосферы (который продолжается до приблизительно 15 км от поверхности земли). В частности, рядом с каждым модулем, энергия улавливается из ветра посредством цепочки кайтов, соединенных последовательно, приводимых в движение посредством лебедок с сервомеханизмом, автономно управляемых посредством интеллектуальной системы управления.

Со ссылкой на чертежи, можно отметить, что ветровая система 1 для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере один мощный крыловидный профиль 2 (ниже в данном документе кратко называемый термином «кайт»), погруженный в по меньшей мере одно ветровое течение W и соединенный посредством по меньшей мере одного каната 4 с по меньшей мере одним модулем 5 для генерирования электроэнергии, размещенным около земли и приспособленным для перемещения вдоль по меньшей мере одного рельса 6 или 7. Кайты 2 приводятся в движение так, чтобы буксировать модули 5, с которыми они соединены и которые обеспечивают преобразование энергии ветра в электроэнергию посредством по меньшей мере одной генерирующей системы, содержащей по меньшей мере один генератор/двигатель 20 и/или 21, описанный ниже, для каждого модуля 5. Канаты 4 приспособлены как для передачи механической энергии от и к кайтам 2 для буксирования модулей 5, так и для управления траекторией полета самих кайтов 2.

Ниже в данном документе будет описан предпочтительный вариант осуществления ветровой системы 1 в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, со ссылкой на каждый элемент ветровой системы 1, будет показан ряд альтернативных характеристик и функциональных возможностей, которые, без ухудшения эксплуатационных характеристик, которые могут быть достигнуты, значительно уменьшают стоимость и размеры всей системы 1. Для этой цели, компьютеризированные многокритериальные методы принятия решений могут помочь определить оптимальные траектории для получения оптимальных конструкций, а также методы управления, целью которых является оптимизация работы и производительности устройств.

Альтернативные решения относятся к непрерывному и дискретному типу. Непрерывные функции могут быть рассмотрены просто посредством установления связи преимуществ, которые могут быть получены посредством изменения характеристик, таких как стоимость, вес, сопротивление, длины, углы, применительно к решению. Дискретные альтернативы должны быть перечислены и ниже, со ссылкой на каждый элемент ветровой системы 1, описаны их основные характеристики.

Таким образом, ветровая система 1 настоящего изобретения содержит кайты 2, выполненные, например, посредством переплетения волокон, используемых обычно для изготовления специальных парусов для некоторых видов спортивной деятельности, таких как, например, серфинг и картинг. Благодаря последним исследованиям в области аэродинамики, на рынке имеются кайты 2, которые способны удовлетворять некоторые потребности в плане управления и приведения в движение. Посредством надлежащего приведения в движение кайта 2, можно регулировать передачу энергии от ветра: это принципиально, поскольку кайты 2 должны приводиться в движение таким образом, чтобы тяга, обеспечиваемая посредством ветровых течений W, была максимальной и в то же время не мешала перемещению модулей 5 на рельсах 6. Поэтому кайты 2 должны приводиться в движение так, чтобы создавать тягу, которая перемещает модули 5 на рельсах 6 всегда вдоль упомянутого направления. Такой результат достигается посредством соответствующего регулирования передачи энергии от ветра, как будет более подробно описано ниже.

Когда кайты 2 во время полета стремятся подниматься при их рабочей скорости, аэродинамическое сопротивление канатов 4, соединенных с основанием системы 1, вызывает искривление цепочки, которое изменяет угол атаки кайтов 2, вынуждая их принимать положение планирования с повышенной эффективностью. Посредством регулирования угла атаки кайтов 2 так, чтобы они стали немного поднятыми или опущенными, получается по существу система с обратной связью, которая регулирует кажущуюся скорость кайтов 2.

Энергия, которую кайт 2 способен извлекать из ветра, зависит как от аэродинамического качества кайта 2, так и от его площади. В частности, такая энергия увеличивается пропорционально квадрату аэродинамического качества и в линейной зависимости от площади. Таким образом, для того чтобы определить оптимальное решение, которое максимизирует энергию, которую кайт 2 может улавливать из ветра, можно оказывать влияние на эти два фактора.

Эффективность кайта зависит от его формы. Поэтому выбор оптимальной формы является решающим вкладом в обеспечение высоких аэродинамических качеств. А кроме того, такая оптимальная форма должна поддерживаться, когда кайт 2 подвергается воздействию силы лобового сопротивления и подъемной силы (как более подробно описано ниже). Для этой цели можно использовать полужесткие кайты 2. В отличие от абсолютно жестких кайтов 2, полужесткие кайты 2 снабжены, например, очень легкой рамой, благодаря которой кайты 2 могут принимать форму, подобную, например, форме жестких крыльев планера. Например, кайты 2 могут быть выполнены в виде ромбов, изготовленных из полимеров. Использование полужесткости обеспечивает значительное улучшение эксплуатационных характеристик не только благодаря более высокому аэродинамическому качеству, но и благодаря облегчению приведения в движение. В частности, жесткость может быть асимметричной за счет двух размеров кайта 2, чтобы обеспечить боковую гибкость, полезную для восстановления кайта 2 в соответствующей системе 8 восстановления, описанной ниже.

Для того чтобы максимизировать энергию, которая ветровая система 1 настоящего изобретения должна быть способна извлекать из ветра W, предпочтительно использовать, для каждого модуля 5, множество кайтов 2, взаимно соединенных последовательно так, чтобы образовать цепочки 3 кайтов 2, для того чтобы суммировать силу тяги на канатах 4. Таким образом увеличивается площадь W фронта ветра, которую каждый модуль 5 способен перехватывать. Это приводит к увеличению эффекта буксирования, который перемещает модуль 5 и соответственно к увеличению электроэнергии, которая может вырабатываться в каждом рабочем цикле. Каждая цепочка 3 кайтов 2 соединена с модулем 5 посредством единой системы канатов 4: следовательно, принцип работы ветровой системы 1 не зависит от количества кайтов 2, соединенных последовательно в цепочку 3. Такая многослойная конфигурация не только увеличивает перехватываемую площадь W фронта ветра, но и, если она выполнена в виде отдельного предмета или соответственно соединенного предмета, также обеспечивает возможность повышения аэродинамического качества. Канаты 4 могут быть фактически встроены в «стенки» кайтов 2 (не показано в чертежах) или же сами стенки кайтов 2 могут представлять собой соединительный элемент между кайтами 2 (не показано в чертежах), в свою очередь имеющий аэродинамический профиль и поддерживающий геометрически устойчивую конструкцию. Это обеспечивает возможность удаления канатов 4 (и, следовательно, оказываемого ими лобового сопротивления) в области максимальной скорости системы. Для того чтобы достигнуть такого результата, кайты 2 могут принимать форму дуги, к которой концевые стенки проходят так, чтобы соединяться с другими кайтами 2, или формы, которые стремятся приближаться к плоским крыльям с одной или двумя соединительными стенками.

Ниже в данном документе, для полноты, будет сделана ссылка на случай, в котором ветровая система 1 содержит цепочку 3 кайтов 2 для каждого модуля 5. Количество перекрывающихся кайтов 2 может произвольно увеличиваться. Кроме того, посредством сохранения постоянной общей площади, при увеличении количества кайтов 2, образующих одну цепочку 3, размер кайта уменьшается. Это упрощает маневры восстановления и выталкивания, которые будут более подробно описаны ниже. Вариант осуществления ветровой системы 1 в соответствии с настоящим изобретением предусматривает, что не все кайты 2, принадлежащие одной цепочке 3, имеют одинаковые размеры. Кайты 2 в верхней части цепочки 3 по соотношению размеров и соответствующим аэродинамическим качествам отличаются от кайтов 2 в нижней части. Таким образом, кайты 2, ближайшие к модулю 5, отличаются большей площадью, и по мере приближения к верхнему концу цепочки 3 размеры кайтов уменьшаются. Применение такой конфигурации обусловлено тем, что чем дальше кайт 2 от модуля 5, с котороым он связан посредством каната 4, тем больше его скорость во время его полета. Таким образом, переходя от нижнего конца к верхнему концу цепочки 3 кайтов 2, можно компенсировать увеличение скорости полета кайтов 2 постепенным уменьшением их поверхности. Таким образом, энергия, извлекаемая из ветра W, одинаковая для каждого кайта 2 данной цепочки 3.

Ветровая система 1 в соответствии с настоящим изобретением содержит тяговые канаты 4, приспособленные для передачи сил от и к кайтам 2 и используемые для буксирования модулей 5 для преобразования энергии и для контролирования траектории колеса самих кайтов 2. Тяговые канаты 4 представляют собой элемент, который должен иметь надлежащие размеры, поскольку возможное превышение необходимого размера неизбежно приводит к увеличению их аэродинамического сопротивления. Вариант осуществления ветровой системы 1 в соответствии с настоящим изобретением предусматривает, что канаты 4 имеют переменные участки (не показано в чертежах). В частности, участки канатов 4 рядом с модулями 5 ветровой системы 1 (то есть участки канатов 4, подвергаемые непрерывным силовым маневрам и в контакте с системами, приспособленным для осуществления таких маневров и описанными ниже), имеют больший размер относительно участков канатов 4 рядом с цепями 3 кайтов 2. Это позволяет обеспечивать более высокую износостойкость. Изменение размера участка может быть непрерывным или ступенчатым со смещениями. Для того чтобы дополнительно уменьшить лобовое сопротивление участков канатов 4, подвергаемых воздействию более высоких скоростей (а именно отрезков каната 4 рядом с цепями 3 кайтов 2), участок канатов 4 рядом с данными отрезками, например, может быть подвергнут аэродинамическому моделированию в соответствии с кайтом, которое создает небольшую асимметричную подъемную силу, устраняя явления турбулентности и вибрации. Такой результат может быть получен, например, посредством покрытия канатов 4 экструдированной оболочкой с сечением в виде звезды (не показанной в чертежах): таким образом, выступы звезды оболочки сгибаются под действием ветра W до тех пор, пока не будет реализована аппроксимация кайта. В случае колебательного контакта, упомянутые выступы создают взаимное трение, чтобы поглощать потенциальную энергию, тем самым демпфируя колебание.

Ветровая система 1 в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит по меньшей мере один модуль 5, который перемещается на по меньшей мере одном рельсе 6, например, посредством колес 16, 17 или посредством магнитной левитации, выполненный с возможностью приведения в движение кайтов 2 и преобразования энергии ветрового течения в электроэнергию. Модули 5 расположены рядом с землей и каждый модуль 5 соединен с цепочкой 3 кайтов 2 посредством по меньшей мере одного каната 4, приспособленного для передачи сил от и к кайтам 2 и используемого для буксирования модуля 5 для преобразования энергии и для управления траекторией полета самих кайтов 2.

Со ссылкой на чертежи, можно отметить, что каждый модуль 5 ветровой системы 1 содержит по меньшей мере одну тележку 11, посредством которой каждый модуль 5 перемещается на по меньшей мере одном рельсе 6. Форма тележек 11 модулей 5 ветровой системы 1 предпочтительно подвергается аэродинамическому моделированию, чтобы минимизировать сопротивление воздуху при приведении в действие ветровой системы 1.

Каждый модуль 5 содержит все необходимые элементы для автоматического приведения в движение кайтов 2 и для генерирования электроэнергии. Преобразование механической энергии в электроэнергию осуществляется, например, посредством генераторов 20 и/или 21, непосредственно соединенных с колесами 16 и 18, вращающимися за счет эффекта буксировки модулей 5 на рельсе 6, образующих электрическую генерирующую систему. В качестве альтернативы приведению в действие генераторов 20 и/или 21 посредством колес 16, преобразование механической энергии в электроэнергию может осуществляться посредством реверсивно используемых линейных магнитных двигателей (не показанных в чертеже). Таким образом, каждый модуль 5 представляет собой генератор, способный выдавать электроэнергию независимо от других модулей 5.

Ветровая система 1 настоящего изобретения дополнительно содержит интеллектуальную систему управления, оказывающую действие на каждый модуль 5 и посредством которой осуществляется автоматическое управление полетом кайтов 2, и систему питания, взаимодействующую с такой интеллектуальной системой управления так, чтобы управлять аккумулированием и выдачей электроэнергии, вырабатываемой генераторами 20 и/или 21 во время перемещения модуля 5 вдоль рельса 6 под действием эффекта буксировки посредством кайтов 2, с которыми он соединен посредством канатов 4.

Для каждого модуля 5, интеллектуальная система управления приводит в движение цепочку 3 кайтов 2 так, чтобы использовать эффект буксирования, чтобы вынуждать модули 5 перемещаться по замкнутой траектории. В частности, интеллектуальная система управления взаимодействует с комплектом датчиков с автономным питанием, размещенных на кайтах 2, которые передают информацию, предпочтительно беспроводным способом, в наземные элементы интеллектуальной системы. Интеллектуальная система управления объединяет данную информацию с другой информацией, поступающей от комплекта наземных датчиков (например, величиной нагрузки канатов 4, определяемой посредством считывания пар двигателей 28, более подробно описанных ниже) и осуществляет обработку так, чтобы автоматически приводить в движение кайты 2, когда ветровая система 1 функционирует.

С точки зрения приведения в движение кайтов 2, ветровая система 1 в соответствии с настоящим изобретением предусматривает два способа.

Первый способ состоит в использовании силовых канатов в качестве приводных канатов. Таким образом, каждая цепочка 3 кайтов 2 соединена с соответствующим модулем 5 посредством пары канатов 4. Такие канаты 4 прежде всего обеспечивают возможность буксирования модуля 5 (и таким образом генерирования электроэнергии) с учетом передачи механической энергии, извлекаемой из ветровых течений W. Упомянутые канаты 4 дополнительно разматываются и наматываются на соответствующие лебедки 24 и 25, чтобы приводить в движение цепочку 3 кайтов 2.

Второй способ приведения в движение состоит в использовании спойлеров (не показанных в чертежах), размещенных на борту кайтов 2. Посредством таких спойлеров можно создавать турбулентности, которые вызывают градиенты давления, посредством которых кайты 2 приводятся в движение. Упомянутые спойлеры могут приводиться в движение, например, посредством пьезоэлектрических систем, полимеров с памятью формы и/или волокон из металлических сплавов с памятью формы, деформация которых активно контролируется. Такая система имеет автономное питание или выполнена с возможностью питания через кабели (не показанные), которые продолжаются от модуля 5 до кайтов 2. Сигналы управления для приведения в движение спойлеров, предпочтительно, передаются беспроводным способом посредством интеллектуальной системы управления. За счет использования спойлеров можно приводить в движение кайты 2 без необходимости применения канатов 4. В таком случае система, которая обеспечивает маневрирование кайтов 2, расположена на их борту, и цепочка 3 кайтов 2 может быть соединена с соответствующим модулем 5 посредством одного каната 4, используемого исключительно для передачи нагрузки и обеспечения возможности буксирования модуля 5.

Приведение в движение кайтов 2 может также осуществляться посредством применения обоих вышеописанных способов.

Таким образом, для приведения в движение и получения тяги от кайтов 2 существуют разные подходы с использованием одного или нескольких приводных канатов 4. Один канат 4 требует возможности выполнения маневров для приведения в движение систем на борту кайтов 2, будучи ограниченным передачей тяги; тогда как два каната 4 совмещают функцию приведения в движение с функцией тяги. При увеличении количества канатов 4 можно также добавлять функции приведения в движение в виде коррекции угла атаки кайта 2, функции безопасности и функции быстрого сваливания. Таким образом, в случае приведения в движение посредством канатов 4 (с или без поддержки спойлеров), каждая цеп