сироты способ сооружения высотной башни ветроэнергетической

Формула изобретения

Способ сооружения высотной башни ветроэнергетической, на верхней части которой монтируется карусельная ветроэлектростанция, отличающийся тем, что сначала создают в облегченном конструктивном варианте опорные элементы башни, которые ускоренно монтируют и на которых потом создают ветроэлектростанцию, которая включается в эксплуатацию, и электроэнергия, ею вырабатываемая, используется для монтажа и достройки всего остального комплекса конструктивных элементов башни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике.

Известны и широко распространены в 20-м столетии высотные сооружения разного назначения, в том числе и в сфере ветроэнергетики. Этот процесс продолжается, динамично прогрессируя и в 21-м столетии.

Главный недостаток высотной ветроэнергетики состоит в том, что ВЭУ и потребители вырабатываемой ими электроэнергии разделены между собой в пространстве на большие расстояния, вследствие чего необходимы значительные финансово-материальные затраты на создание и содержание дополнительных конструкторских и технологических мероприятий, обеспечивающих доставку электроэнергии потребителям.

Этот недостаток устраняется решением высотной ВЭУ, которое зафиксировано заявками в Укрпатент на выдачу соответствующих патентов БАШТА В1ТРОЕНЕРГЕТИЧНА № 2011а10388 та БАШТА ВГТРОЕНЕРГЕТИЧНА № а201111209, автори А.В.Сирота i М.Д.Чорномиз. В частности, в этих решениях карусельная ВЭУ создается непосредственно на верхней части высотного сооружения, являющего собой несколько отдельных башен, на которые ВЭУ опирается. В этих решениях с устранением наиболее существенных недостатков традиционных ВЭУ, обеспечивается главное преимущество перед ними - объединение на одном высотном объекте выработки электроэнергии и ее потребления, что обеспечивает целый ряд дополнительных достоинств, абсолютно недоступных традиционным высотным объектам подобного рода.

Но указанные решения, принятые за прототип, оставляют в себе негатив, присущий всем высотным сооружениям. А именно, чем больше высотность, тем больше материально-финансовые расходы на их строительство, в том числе особенно энергетические расходы, прежде всего электроэнергии.

Технический результат предлагаемого решения состоит в том, чтобы в способе сооружения высотной башни ветроэнергетической, на верхней части которой монтируется карусельная ветроэлектростанция, согласно изобретению, сначала создают в облегченном конструктивном варианте опорные элементы башни, которые ускоренно монтируют и на которых потом создают ветроэлектростанцию, которая включается в эксплуатацию, и электроэнергия, ею вырабатываемая, используется для монтажа и достройки всего остального комплекса конструктивных элементов башни.

Сущность изобретения и его эффективность поясняются чертежом из одиннадцати фигур, где на первых семи фигурах показано, что требуется соорудить, а на остальных четырех фигурах представлена сущность способа, которым это сооружение осуществляется.

Вот же, высотная ветроэнергетическая башня, которую требуется построить, являет собой следующее.

На фигуре 1 - вертикальный разрез, на фигуре 2 - план, на фигуре 3 - разрез Б-Б на фигуре 1, на фигуре 4 и 5 - узлы ВЭУ, на фигуре 6 - общий вид в аксонометрии, на фигуре 7 - то же самое, но без кольцевой платформы.

ВЭУ в представленной башне включает собственную опорную конструкцию и шесть дополнительных башен 2, 3, 4, 5, 6, 7, размещенных на основании 17 (хотя количество этих дополнительных башен может быть иным, в зависимости от конкретных условий). Все башни, как отдельные опорные элементы, объединены в единую опорную конструктивную систему через переходные мосты между башнями - радиальными 14 и круговыми 15, размещенными периодически по высоте через пять этажей. Кольцевая платформа-ротор 9 с периодически вставленными на ней ветроуловителями 8 опирается на шесть дополнительных опор 2, 3, 4, 5, 6, 7. Опирание осуществляется способом «магнитной левитации» через магнитную систему 10, вставленную непосредственно на кольцевой платформе, и магнитную систему 11, вставленную сверху на указанных шести дополнительных опорах. Для удержания кольцевой платформы от горизонтальных перемещений на ней создана магнитная система 12, которая взаимодействует с магнитной системой 13, вставленной на тех же шести дополнительных опорах. В результате, кольцевая платформа 9 пребывает в воздушном пространстве без непосредственного механического контакта с опорными конструкциями, которые обеспечивают стабильную ее ориентацию в одних и тех же координатах в процессе ее вращения вокруг вертикальной оси 18 всей ветроэнергетической башни, созданной из центральной башни 1 и шести дополнительных башен 2, 3, 3, 4, 5, 6, 7. Что касается конструктивного и технологического оформления выработки электроэнергии, мы его условно не показываем, считая, что эта задача надежно и эффективно решается любым известным способом. Но подчеркиваем, что в нашем конкретном случае все эти способы базируются на идее создания магнитоэлектрического генератора, в котором указанная система «магнитной левитации» одновременно является составной частью этого генератора. Хотя не исключаются и иные варианты, которые могут быть выявлены в процессе более основательной проработки. Но, несмотря на все множество подобных решений, идея самого принципа остается неизменной, и она достаточно эффективно и надежно обработана и исследована. Это же касается съема тока с генератора, и всех иных элементов ВЭУ, которые должны обеспечивать регулирование стабильных и надежных параметров вырабатываемой электроэнергии и надежного ее накопления и сохранения. Т.е. речь про соответствующие контролеры, инверторы и аккумулирующие устройства. Что касается магнитных систем 10, 11, 12, 13, которые обеспечивают требуемую «магнитную левитацию», то их размещение в общей системе ВЭУ, и варианты создания могут быть разными в том смысле - из постоянных магнитов, или электромагнитов, не исключая в том числе совместное использование тех и других. Выбор варианта и соответственно решения зависит от параметров ВЭУ во всех ее компонентах, учитывая диаметр кольцевой платформы, массу и скорость ее вращения.

Вот же, имеем общие конструктивные и технологические особенности высотного объекта, который требуется построить. Понятно, что подобное сооружение (допустим высотой 300-400 метров, и даже значительно больше, учитывая достигнутый уровень высотного строительства), это огромный по трудоемкости и по затрате материалов комплекс, где всю массу материалов и оборудования необходимо транспортировать по высоте в процессе строительства с первого до последнего дня. Поэтому, чтобы начать само строительство и продолжать его в требуемом темпе, необходимо еще до начала строительства обеспечить его соответствующей мощностью, преимущественно электрической, которая будет питать все подъемно-транспортные устройства (краны и др.), осуществляющие транспортирование и перемещение материалов и всех других устройств и оборудования, из которых создается наше высотное сооружение. Понятно, что мощность подъемно-транспортных работ возрастает по мере роста высоты сооружения в процессе его строительства. Поэтому электроэнергетический фактор этого строительства приобретает чрезвычайное значение, без которого практически невозможно высотное строительство осуществлять. А это означает, что наиважнейшим в этом процессе является электрообеспечение, которое с самого начала требует подвода к стройплощадке максимальной электрической мощности, хотя максимум электропотребления возникает уже в процессе строительства высотки при достижении высоты, как правило, более половины ее проектной величины.

Так что, согласно вышеизложенной цели изобретения, переходим к пояснению его главной сущности, которая устраняет традиционные негативы применения и использования электроэнергии при сооружении высотных объектов рассматриваемого типа- см. фигуры 8, 9, 10, 11.

Вот же, в отличие от традиционных способов строительства таких зданий, сначала сооружается в прискоренном темпе конструктивно облегченная высотная конструкция, которая имеет центральную опорную колонну 19 и шесть внешних опорных колонн 20, 21, 22, 23, 24 и 25. Все колонны имеют между собой горизонтальные линейные элементы связей 26 и 27, которые периодически размещены по высоте. На опорные колонны указанного типа опирается кольцевая платформа-ротор 9 ветроэлектростанции. Монтаж такой высотной конструкции можно осуществлять любым известным способом, но наше решение от всех этих возможных известных способов отличается тем, что использование этих способов является лишь начальным этапом сооружения высотной ветроэнергетической башни рассматриваемого типа. Именно поэтому, независимо от способа, который будет применен для сооружения указанной конструктивно облегченной высотной конструкции, эта конструкция после ее завершения позволяет наиболее эффективно обеспечивать подачу электроэнергии для дальнейшего строительства ветроэнергетической башни, полный конструктивно-технологический комплекс которой представлен на первых семи фигурах представленного чертежа. Это означает, что, если в полном объеме материально-финансовых и энергетических расходов создание указанной облегченной конструкции составляет не более 10% от расходов на всю высотную ветроэнергетическую башню, то остальные 90% расходов на строительство этой башни практически не содержат расходов на электроэнергию, которая необходима для строительства башни. Потому что вся требуемая для строительства электроэнергия вырабатывается непосредственно на объекте строительства. Это удивительно позитивный фактор, который в мировой практике высотного строительства до сих пор нигде и никогда не имел места ни на едином высотном строении. Переоценить этот позитив вряд ли возможно, если учесть, что он переходит в дальнейшую историю существования построенной нашим способом ветроэнергетической башни. Этот же позитив может быть дополнительно усиленным и на стадии самого строительства ветроэнергетической башни. Речь идет о том, что сооружение облегченной конструктивно-технологической конструкции, показанной на фигурах 8, 9, 10 и 11, можно осуществлять отечественным способом подращивания. Т.е. монтаж и выверка всей ветроэнергетической системы 9 осуществляется непосредственно на земле, а потом опорные колонны 19, 20, 21, 22, 23, 24 и 25 монтируются снизу вверх и осуществляется их последовательный подъем, пока верхушка этой конструкции не достигнет верхнего проектного уровня. Что это дает? А то, что начало выработки нужной для строительства электроэнергии существенно ускоряется, что позволяет до минимума свести начальную электромощность или мощность любого иного вида энергии, которая требуется для начала строительства ветроэнергетической башни. Более того, мощность электроэнергетической установки 9 может быть такой, что ее хватит не только непосредственно на строительство ветроэнергетической башни, но будет значительно превосходить эту потребность. Это означает, что уже в процессе строительства такого сооружения, оно становится электрогенерирующим объектом, мощность которого может использоваться для смежного со строительством региона. Причем этот позитивный фактор, как уже было отмечено, остается на всю будущую историю существования ветроэнергетической башни, которая в окончательном итоге становится энергетической находкой практически уже с самого начала ее сотворения, расходы на которое минимальны, а дополнительный постоянный экономический и экологический эффект становится максимальным настолько, что ситуации для всех без исключения городских условий, где будет применяться наше решение в полном его комплексе, вообще не имеют прецедента.

Необходимо пояснить также следующие особенности предложенной технологии строительства ветроэнергетической башни рассматриваемого типа.

Как было отмечено, сотворение облегченной, ускоренно монтируемой конструкции, показанной на фигурах 8, 9, 10 и 11, это лишь сотворение начальной основы для дальнейшего сооружения ветроэнергетической башни, будущие контуры которой обозначены штрих-пунктирными линиями, см. фиг.8. И на этой основе создаются специальные краны любого требуемого типа, которые обеспечивают транспортирование вверх всех требуемых материалов, устройств и оборудования, из которых создается ветроэнергетическая башня. На чертеже эти краны обозначены позициями 29, которые размещаются на внешних опорных колоннах 21, 23, 25, и позицией 30 обозначен кран (краны), размещенный на опорной колонне 19. Кроме того, могут быть другие виды кранов, например краны 28, размещенные с нижней части каркасной системы, объединяющей верхушки опорных всей облегченной конструктивной системы, показанной на фигуре 8. Причем, существенными и чрезвычайно позитивными являются следующие соображения.

Понятно, что краны 29 и 30 являются самоперемещающимися вверх, по мере увеличения высоты ветроэнергетической башни в процессе ее строительства - это массово распространенный технологический прием, не имеющий разумной альтернативы в высотном строительстве. Наше же решение позволяет кроме кранов 29 и 30 создавать краны 28, которые не только имеют позитивное значение, как самостоятельно работающие подъемно-транспортные средства, но и существенно повышают монтажно-строительные возможности всего строительства при работе этих кранов в комплексе с кранами 29 и 30. Причем, это технологическое преимущество предлагаемого решения максимально может проявиться в случае сооружения облегченной конструкции (представленной на фигуре 8, 9, 10 и 11) методом подращивания, о котором сказано выше. Речь о том, что краны 28 создаются на уровне земли. И начинают принимать участь в осуществлении монтажного процесса практически с самого начала строительства, когда кранов 29 еще нет, а потребность подъемно-транспортных операций уже существует. Не говоря уже о том, что оперативность кранов 28 (особенно в низовой части строительства) несравнимо выше, чем у кранов 29. Представленные соображения лишь иллюстрируют один из возможных вариантов общего строительного процесса сотворения ветроэнергетической башни рассматриваемого типа. Таких вариантов может быть значительно больше, но все они базируются на сущности предлагаемого способа. Поэтому в процессе конкретного проектирования объектов подобного рода необходимо осуществлять многовариантную проработку и исследование каждого варианта, чтобы оптимизировать проектирование наилучшим образом.

Вышесказанное необходимо дополнить следующим соображением. Предлагаемое решение позволяет расширить функциональные возможности рассматриваемого высотного сооружения. В частности, в отличие от прототипа, переходные мосты между опорными башнями можно и целесообразно обустраивать в виде дополнительных полезных объемов сооружаемого высотного строения. Т.е. создаются в несколько этажей (возможен и одноэтажный вариант) объемы сооружения, которые могут использоваться для различного назначения - жилого, социального, административного, и др.

Завершая, подчеркиваем тезис, представленный в решении прототипа о том, что рассматриваемый способ сооружения высотных ветроэнергетических башен создает основу для переосмысления сущности всего градостроения, которое в традиционном исполнении является убийственным для окружающей среды. Решения прототипа заложили конструктивно-технологическую базу прекращения этой позорной ситуации, а решение данной заявки еще более усиливает и повышает беспрецедентную позитивность и продуктивность этой базы.