Прототип ветрогенератора с «гравитационной батареей». Гравитационный аккумулятор


Гравитационный аккумулятор

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетике, и позволяет решить проблему энергоснабжения на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения в непредвиденных обстоятельствах и аварийных ситуациях. Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаста с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. 2 ил.

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в энергетике в качестве резервного источника энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также может быть встроено в разные технологические схемы, связанные с использованием альтернативных источников энергии: солнца, ветра, морских волн, геотермальных вод и т.д.

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. Конструкция обладает достоинствами, обеспечивающими ее конкурентоспособность. Предлагаемое изобретение относится к устройствам, использующим силу притяжения земли (гравитацию), энергоносителем является твердое тело. Известен аккумулятор с гиревым приводом, имеющий двигатель в виде барабана со звездочкой, находящейся в зацеплении с цепью, один конец которой соединен с гирей, другой свободный; систему колес, ход или спусковой механизм, регулятор, стрелочный механизм, механизм заводки. Эти признаки характеризуют устройство известных настенных часов, где путем создания искусственного перепада высот между гирей и землей с помощью механизма заводки гиря становится носителем заряда потенциальной энергии, которая с помощью гравитации вновь может превратиться, после пуска часов, в кинетическую энергию, приводя в движение механизм часов. Недостатками этого устройства являются незначительная, используемая в аккумуляторе энергия и конструктивные особенности, затрудняющие использование его в других видах деятельности, например в энергетике. Предлагаемый аккумулятор отличается от известного тем, что имеет полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири; редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач (например, клиноременный вариатор), генератор, мотор, вертикальную шахту, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. Задачей изобретения является создание резервных источников энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также новых возможностей для развития невостребованной альтернативной энергетики, не наносящей вреда природе. Отметим некоторые свойства аккумулятора и технические результаты, возможные при его использовании. 1. Аккумулятор имеет вертикальную структуру построения и занимает относительно малую площадь. 2. Имеет значительный срок службы - (ресурс) и КПД, характерные для механических устройств. 3. Выдает энергию с заданными параметрами. 4. Высокая готовность, быстрый запуск в любое время года. 5. Может иметь значительную агрегатную емкость и плотность аккумулирования энергоносителя. 6. Полная сохранность аккумулированной энергии независимо от времени хранения. 7. Единовременный расход на энергоноситель, который после покупки становится инвентарем. 8. Он автономен, и может быть в принципе установлен в любом месте. 9. Наибольший эффект от применения аккумулятора зависит от величины коэффициента использования. Это может быть достигнуто применением аккумулятора для сглаживания пиковых нагрузок на электростанциях, а также работая в агрегате с альтернативными генерирующими установками, увеличивая тем самым долю энергии, полученной экологически чистым путем. 10. Сам аккумулятор экологически безопасен. Несущая конструкция аккумулятора (фиг. 1) имеет раму 1 на колесах 2, направляющие 3, вертикальные опоры 4, тележку 5 на колесах 6, направляющие 7, привод, выполненный в виде полиспаста, имеющего две обоймы с комплектами цепных звездочек 8, на верхнем валу 9 и нижнем валу 10, крюк 11, звездочки объединены цепью 12, один конец которой закреплен на верхней обойме. Редуктор-шестерни 13, 14, 15, 16 (шестерня 13 и звездочка 17 объединены в одном блоке), тормоз 18, реверсивный механизм в виде блока шестерен 19, 20, мотор 21 с шестерней 22, храповым колесом 23, храповиком 24, вариатор-шестерня 25, разрезные шкивы 26, 27, центробежный регулятор 28, ремень 29, пружина 30, генератор 31, вертикальная шахта 32, гиря 33, направляющее устройство для цепи 34 и емкость для свободного конца цепи 35. Стрелки А-А на фиг.2 указывают место стыковки аккумулятора с тележкой. При заряде работает кинематическая цепь: мотор 21, зубчатая шестерня 22, храповое колесо 23, храповик 24 (страховочный узел), шестерня 19 (скользящая посадка) находится в положении З, тормоз 18 отпущен, шестерня 16 (жестко сидит на валу 9) передает усилие на блок шестерен 15, 14 свободного хода и далее блок свободного хода шестерня 13 звездочка 17, которая с помощью цепи 12 приводит в движение все звездочки 8 полиспаста. Нижняя обойма с крюком 11, гирей 33 перемещается вверх, свободный конец цепи 12 по направляющим 34 опускается в емкость 35. Поднятую гирю 33 с помощью тележки 5 штабелируют. При зарядке аккумулятор работает как обычная лебедка. Перед разрядом аккумулятор нужно поставить на тормоз, блок шестерня реверса должна быть поставлена в крайнее правое положение Р - шестерня 20 входит в зацепление с шестерней 25. Аккумулятор готов к разряду. Следует отметить, что генератор должен иметь балластное сопротивление и независимую обмотку возбуждения для создания нагрузки холостого хода в пусковой момент. В противном случае при снятии с тормоза, гиря, лишенная точки опоры, окажется в положении свободного падения, обороты механизмов резко возрастут, что чревато поломкой. После снятия аккумулятора с тормоза усилие гири 33 передается в обратной последовательности: гиря 33, нижняя обойма 10, цепь 12, звездочки 8, звездочка 17, шестерни 13, 14, 15, 16, 25 клиноременного вариатора. В начальный момент ремень 29 под давлением пружины 30 занимает на разрезных шкивах 27 больший диаметр, а на шкивах 26 - соответственно меньший. С набором оборотов вала 9 грузики центробежного регулятора 28 стараются занять вертикальное положение и через рычаги оказывают давление на шкивы 26, преодолевая усилие пружины 30, переводя ремень 29 на шкивах 26 на больший диаметр. Таким образом, изменяются передаточные отношения на шкивах в ту или иную сторону автоматически в зависимости от нагрузки генератора. На холостых оборотах обороты вала 9 минимальны, при максимальной нагрузке гиря опускается быстрее. Для холостого опускания блок шестерен 19-20 ставится в положение З (левое крайнее), храповик 24 выводится из зацепления с шестерней 23, мотор 21 вращается в противоположную сторону. Если предстоит поднять следующую гирю, то храповик 24 вводится в зацепление с шестерней 23, а мотор работает на подъем. В процессе штабелирования тележке 5 и всей несущей конструкции приходится перемещаться от шахты на некоторое расстояние. В это время цепь может вытягиваться из емкости на некоторую длину и вновь возвращаться обратно под действием собственного веса. Во время цикла разряда-опускания гири с помощью рекуперативного торможения мы превращаем потенциальную энергию подвешенной гири в кинетическую, в данном случае электрическую. В прототипе для обеспечения хода настенных часов энергии веса одной небольшой гири достаточно. В нашем аккумуляторе количество энергии, которое можно получить, используя глубокую шахту, несопоставимо. Вес гири, а он просчитывается, необходимый для эффективной работы аккумулятора, может достигать сотен тонн и работать с такой гирей было бы сложно и нецелесообразно, поэтому вес одной большой гири дробится на более мелкие доли, т.е. обмен энергией происходит порциями (дискретно) с посильными для механизмов нагрузками. Во время разряда уменьшается объем шахты, ее глубина становится меньше - идет насыщение. Емкость падает, так как она зависит только от перепада высот (объемный вес гири остался тем же). Это происходит от того, что вместе с суммарным ростом отданной энергии происходит пропорциональное снижение плотности аккумулирования отдельно взятой гири (тонна/кВт-час). При полном заполнении шахты этот показатель у последней гири приблизится к нулю. Поэтому для сохранения емкостного потенциала необходимо использовать только часть общего объема шахты - около 20%. Это необходимо еще и для того, чтобы гири, поднятые на поверхность, имеющие определенный объем, имели возможность разместиться в непосредственной близости от шахты в рамках полного цикла суммарного заряда. Полная емкость аккумулятора определяется по эмпирической формуле: где А - емкость кВт/ч; W - объемный вес; Н - глубина шахты; - удельный вес материала гири; W нас. 0,15-0,2 - коэффициент насыщения. Из формулы видно, что базовыми величинами, определяющими все технические и экономические показатели, являются Н и W. Для непрерывного функционирования в цикле заряда или разряда необходимо иметь как минимум два аккумулятора. Информация Большая Советская Энциклопедия. Том 29, с. 38. Часы. МПК G 04 В 1/08. Большая Советская Энциклопедия. Том 20, с. 144. Мостовые краны. МПК В 66 С 17/00-17/26.

Формула изобретения

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом, отличающийся тем, что имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Чубайс построит 80-метровый гравитационный аккумулятор — Путин позвонит

«Роснано» обсуждает возможность строительства в Сколково 80-метровой гравитационной установки хранения электроэнергии. Первую подобную установку ранее построили в Новосибирске, ее высота — 26 м

О том, что «Роснано» обсуждает возможность строительства гравитационной установки хранения электроэнергии в Сколково, рассказал председатель правления УК «Роснано» Анатолий Чубайс, выступая на конференции «Будущее возобновляемой энергетики в России», устроенной газетой «Ведомости», передает корреспондент РБК. «Надеемся, что построим на глазах у изумленных москвичей устройство , 80-метровое по высоте», — сообщил он.

Как пояснил представитель «Роснано», «Сколково» — одна из возможных площадок, окончательный выбор еще не сделан. Деталей он не уточнил.

По словам представителя «Роснано», в данный момент не существует решений, которые позволяли бы продолжительное время хранить промышленные объемы энергии. «Если накопитель энергии создадут в промышленном варианте, его можно будет применять для накапливания энергии в часы низкого спроса и выдачи в сеть в часы пикового спроса и таким образом выравнивать график выработки и сокращать необходимый парк генерации», — отметил он. В России можно было бы сэкономить около 15 ГВт установленной мощности, если бы научились хранить электроэнергию, говорится в презентации «Роснано». Объем мирового рынка накопителей электроэнергии, по оценке Navigant Research, составит $85 млрд к 2027 году. Российский рынок промышленного хранения электроэнергии может составить $3,23 млрд к тому же сроку, по прогнозу «Роснано».

Представитель «Сколково» сообщил, что проект с «Роснано» «действительно обсуждается» — фонд запросил технические параметры объекта и после их представления начнет подбирать подходящий земельный участок на территории инновационного центра.

Частично задачу выравнивания неоднородности графика электрической нагрузки в течение суток решают гидроаккумулирующие электростанции. Однако гравитационные установки будут в два раза дешевле таких станций, отметил глава «Роснано», не называя конкретных показателей.

По мнению Чубайса, сейчас рождается «полноценный масштабный кластер промышленного хранения электроэнергии». Существует несколько технологий, которые позволяют решить эту задачу, гравитационная — одна из них. Председатель правления «Роснано» отметил, что это достаточно экзотическая технология, но она подходит для российской электроэнергетики, поскольку совместима с гидроаккумулирующими станциями. При этом при строительстве полноценной конструкции, не прототипа, ее высота должна составлять 400 м, а длина фасада — «километра полтора, чтобы выдержать ветронагрузку», рассказал Чубайс.

Ранее прототип подобной установки построила портфельная компания «Роснано» в Новосибирске. «Он доказал свою работоспособность», — отметил Чубайс. Речь идет о проекте «Энергозапас» наноцентра «Сигма.Новосибирск». Компания построила 26-метровый прототип, энергия аккумулируется за счет вертикального подъема твердых грузов, для возврата ее в сеть в моменты пикового потребления необходимо опустить груз вниз под действием силы тяжести.

Это в РБК всерьез публикуют. Убедитесь — https://www.rbc.ru/technology_and_media/13/12/2017/5a30f5e29a7947cfb151407d

Школьный курс физики говорит мне, что при подъеме груза 10 т на 80 м потенциальная энергия составит… э-э-э…. 10000 * 9.81*80 = 7848000 Дж. Или … 2.18 кВт*ч. Если посчитать разницу в стоимости ночного и дневного киловатта — эта система позволит наэкономить за сутки примерно 5 рублей. Еще раз — 10 тонн на 80 метров. Представьте себе такую башню. И — 5 рублей экономии. Потрясён масштабом идеи! Не переживу, если такой прорывной проект будет стоить менее $50 000 000.

ОК, пусть мы будем поднимать тыщу тонн на 80 метров. Экономия составит уже 500 рублей в сутки. Но вы хорошо себе представляете стоимость 80-метровой башни, выдерживающей груз в тысячу тонн, а также стоимость привода, который эту тысячу тонн тягает вверх-вниз?

И ведь любой инженер знает, что ещё в позапрошлом веке данный вид накопления энергии признан неэффективным. Ровно после перехода с гиревого завода часов на пружинный, как более объёмно-энергоэффективный. Тупо — объёмная плотность энергии в пружине выше. Предлагаю всей Россией, после реализации текущего проекта, подвигнуть Чубайса на постройку 50-этажной часовой пружины (желательно из драгметалла), в качестве следующего этапа глобальной эволюции аккумуляторов энергии. И пусть Ололон Маск удавится от зависти.

Как ещё один вклад Чубайса, можно предложить из отработанных покрышек делать резиновые накопители. По примеру резиновых движителей авиамоделей. Но Чубайс хитрый, решил гирями отделаться. Видимо, вспомнил молодость, когда на рынке цветами торговал.

Поделитесь с другими:

putc.org

Гравитационные батареи: belfinor

В последние десятилетия тенденция роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) достигла определенного прогресса. При это проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ. Активно появляются новые стартапы, связанные с «зеленой» энергией.

Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов — таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота , которые пополняются естественным путем. Основной недостаток многих из этих источников является их непостоянство, с которым и пытаются бороться разными путями. Один из способов — это гравитационные батареи.

Гравитационная батарея работает по принципу хорошо известному на гидроэлектростанциях. Во время низких нагрузок ГЭС закачивает воду в верхние бассейны, а в часы пик сливает ее обратно, генерирую необходимый избыток энергии.

Ветрогенератор с гравитационной батареей работает практически по тому же принципу. Во время низких нагрузок энергия ветра преобразуется не в заряд аккумулятора, а в потенциальную энергию поднятого тела. Само тело может располагаться в глубокой шахте и«емкость» такой батареи будет ограничиваться лишь высотой шахты и весом груза. Когда энергию будет необходимо направить в сеть, груз будет опускаться и с помощью того же вращающегося ротора будет происходить получение электроэнергии.

И вот по данным издания Engineer стало известно, что в ближайшее время заброшенные шахты по всей Великобритании могут превратиться в огромные гравитационные батареи. Над этим работает стартап Gravitricity, который получил финансирование в размере £650 000.

Инженеры стартапа утверждают, что такую систему логичнее всего использовать в связке с возобновляемой энергией. Так, когда дует достаточно сильный ветер, а также в солнечные дни, энергия от ветрогенераторов и солнечных панелей идет на то, чтобы поднять со дна шахты груз. В ходе этого процесса энергия солнца или ветра трансформируется в потенциальную энергию грузов весом по 2000 тонн. В компании считают, что это простой и не требующий больших затрат аккумулятор. Он позволит сохранить излишки энергии из возобновляемых источников и мгновенно использовать их в случае необходимости.

В момент освобождения груза двигатели энергохранилища начинают работать в режиме электрогенераторов. Система может обеспечить либо резкое увеличение мощности в сети, — при полностью свободном падении — либо генерировать электроэнергию более плавно, замедляя ход грузов. Зависит от конкретного случая. По словам инженеров, система может работать до 10 лет без замены деталей. Общий срок службы установки — 50 лет. Предлагаются модели мощностью от 1 до 20 МВт.

belfinor.livejournal.com

Гравитационный аккумулятор

Аккумулятор предназначен для использования в качестве вторичного источника энергоснабжения, например в агрегате с генерирующими установками, использующими альтернативные источники энергии: солнца, ветра, морских волн. Устройство содержит несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами, имеющими возможность перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, цепные звездочки с цепью, крюк для подвешивания гири, редуктор, тормоз, шахту и емкость для свободного конца цепи. На тележке смонтированы три цепные звездочки, объединенные тяговой цепью, одна из которых ведущая кинематически связана с редуктором и далее через пару конических шестерен - с тяговым двигателем, приспособленным для работы в режиме рекуперации, а на ведомых звездочках жестко и концентрично закреплены две звездочки, объединенные отдельной цепью. Конструкция аккумулятора позволяет улучшить его весогабаритные характеристики и повысить надежность работы. 2 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в энергетике в качестве вторичного источника энергоснабжения в различных отраслях народного хозяйства, а также может быть встроено в различные технологические схемы, связанные с использованием альтернативных источников энергии: солнца, ветра, морских волн...

Известен гравитационный аккумулятор (патент RU 2216645 С2, МПК 7 F 03 G 3/00, 27.05.2003), имеющий несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами с возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, генератор, мотор, шахту, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.

К недостаткам прототипа следует отнести громоздкость кинематической схемы с вытекающими отсюда последствиями.

Задачей изобретения является упрощение кинематической схемы и получение новых технических возможностей гравитационного аккумулятора, способствуя тем самым развитию альтернативной энергетики.

Указанный технический результат достигается тем, что гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами с возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, тележку на колесах, на которой смонтированы три цепных звездочки, объединенные тяговой цепью, одна из которых ведущая кинематически связана с редуктором и далее через пару конических шестерен с тяговым двигателем; две звездочки, расположенные концентрично на ведомых звездочках, жестоко на них закрепленные, объединенные отдельной цепью.

Предлагаемый аккумулятор отличается тем, что привод выполнен в виде тележки на колесах, на которой смонтированы три цепные звездочки, объединенные тяговой цепью, одна из которых ведущая кинематически связана с редуктором и далее - через пару конических шестерен с тяговым двигателем; две звездочки, расположенные концентрично на ведомых звездочках, жестко на них закрепленные, объединенные отдельной цепью.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 изображен общий вид гравитационного аккумулятора, а на фиг. 2 представлен вид по А-А фиг. 1.

Несущая конструкция аккумулятора (фигура 1) имеет раму 1 на колесах 2, направляющие 3, вертикальные опоры 4, тележку 5 на колесах 6, направляющие 7, привод, выполненный в виде трех звездочек 8, 9, 10, смонтированных на тележке 5, объединенных цепью 11, звездочки 12, 13, объединенные цепью 14, редуктор 15 (фигура 2), пару конических шестерен 16, тормоз 17, тяговый двигатель 18, крюк 19 для гири 20, шахту 21, емкость для свободного конца цепи 22.

Работа аккумулятора сводится к загрузке и выгрузки комплекта гирь в шахту и обратно. Выгружая и укладывая гири возле шахты, мы заряжаем аккумулятор. Опуская гири в шахту, тяговый двигатель отдает энергию потребителю.

В аккумуляторе используется тяговый двигатель постоянного тока со смешанной системой возбуждения в комплекте со стандартной пусковой аппаратурой, приспособленной для работы в режиме рекуперации.

Звездочки 12, 13, жестко сидящие на ведомых звездочках и цепь 14, помогают обеспечить синхронность работы всей системы при различных режимах перемотки цепи 11.

Источник информации

Патент RU 2216645 С 2, МПК 7 F 03 G 3/00.

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом, содержащий несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами с возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, цепные звездочки с цепью, крюк для подвешивания гири, редуктор, тормоз, шахту и емкость для свободного конца цепи, отличающийся тем, что на тележке смонтированы три цепные звездочки, объединенные тяговой цепью, одна из которых, ведущая, кинематически связана с редуктором и далее через пару конических шестерен с тяговым двигателем, приспособленным для работы в режиме рекуперации, а на ведомых звездочках жестко и концентрично закреплены две звездочки, объединенные отдельной цепью.

www.findpatent.ru

Прототип ветрогенератора с «гравитационной батареей»

DSCN2012_preview_featured

Ветроэлектростанции на данном этапе развития альтернативной энергетики это самое перспективное направление. Например, недавно в Германии ветрогенераторы выработали 50% необходимой дневной нормы энергии для страны за один день. Для солнечных электростанций этот показатель был ниже приблизительно на порядок.

Недостаток ветрогенераторов, как и солнечных панелей, заключается в том, что когда источник энергии (ветер или солнце) пропадают, генераторы перестают работать. Эту проблему решают подключением аккумуляторов, запасающих чаще всего избыточную энергию, пока источник энергии есть.

Однако текущий уровень развития аккумуляторов не соответствует потребностям, и появляются идеи их замены, например «гравитационными батареями».

Гравитационная батарея работает по принципу хорошо известному на гидроаккумулирующих электростанциях. Во время низких нагрузок ГЭС закачивает воду в верхние бассейны, а в часы пик сливает ее обратно, генерирую необходимый избыток энергии.

Ветрогенератор с гравитационной батареей работает практически по тому же принципу. Во время низких нагрузок энергия ветра преобразуется не в заряд аккумулятора, а в потенциальную энергию поднятого тела. Само тело может располагаться в глубокой шахте и «емкость» такой батареи будет ограничиваться лишь высотой шахты и весом груза.

Когда энергию будет необходимо направить в сеть, груз будет опускаться и с помощью того же вращающегося ротора будет происходить получение электроэнергии. Сравнение стоимости обычных и гравитационных батарей, как и их характеристик не приводится, поскольку это пока скорее концепт. Однако учитывая простоту устройства, и то, что его удалось создать с помощью простого 3D принтера, возможно гравитационные батареи найдут свое применение в индустрии ветрогенераторов.

Схемы для 3D печати ветрогенератора можно скачать здесь.

itc.ua

Принцип работы аккумулятора гравитации | Двигатель прогресса

March 28, 2016

Одной из важнейших современных проблем, с которыми приходится сталкиваться энергетикам, это неравномерная нагрузка на электросеть. К примеру, промышленность дает наибольший пик нагрузки именно днем, обычные жилые кварталы вечером, ночью же ее практически не используют. Для того чтобы вся энергосистема не потерпела крах, в ее основу приходится вкладывать значительно большую мощность, нежели будет потребляться, так называемый запас. Мощность тепловых и гидроэлектростанций можно снизить, при этом, даже экономя потребление ресурсов, но приостановить ядерный реактор очень сложно, и приходится на всю катушку палить топливо вхолостую.

Примерно такая же ситуация проявляется и в местах которые сделали акцент на возобновляемый тип энергетики. Включить или отключить ветер или солнце по нашему требованию не получится. Как итог мы получаем то нулевую производительность, то максимальную, и она нисколько не зависит от нашего графика потребления. Но как сохранить энергию, как сберечь ее и отдать в нужный момент?

разные виды аккумуляторов

Именно этот вопрос и порождает массу проектов по накоплению энергии. Накапливать энергию можно по-разному. К примеру, запасать электричество в аккумуляторных батареях, можно хранить тепловую энергию в соляном растворе, а можно запасать гравитационную потенциальную энергию. Самым простым примером гравитационного аккумулятора является бочка, установленная на горке и насос. В часы слабого использования энергии насос качает воду в бочку, когда же нужно отдать мощность, вода начинает стекать назад и вращать турбину. Единственное что такое устройство малопригодно для засушливых районов, где вода в дефиците. Здесь следует использовать иной проект аккумулятора гравитации.

Проект гравитационного аккумулятора берет начало в США Калифорния, где особое внимание уделяют солнечной энергетике. Тут полно солнечных дней и сильных ветров, только воды не слишком много. Как же быть когда ночью необходимо питать уличные фонари, а солнце зашло? Местные ученые решили проблему нового типа гравитационным аккумулятором, который представляет собой скатываемые с горки вагоны, загруженные железобетонными плитами. Эти вагоны оснащаются генераторам и на колесах. Когда машина катится с горы, ее генераторы отдают энергию в электросеть. Все выглядит как электричка наоборот. Когда наступает солнечный день или хороший ветер, дающие излишек электроэнергии, вагончик начинается двигаться вспять и постепенно залазит назад на горку.

Ветряк с гравитационным накопителем

По словам конструкторов ,такая система имеет КПД около 86%. К тому же стоимость такой системы ниже чем стоимость аккумуляторных батарей или гравитационных гидро – аккумуляторов. Естественно важным достоинством такой системы является отсутствие необходимости использования воды. Сейчас уже существует первый тестовый проект с небольшой горкой и уже воплощается в жизнь большой проект огромной накопительной станции большой мощности. Это будет большая горка с длиной маршрута в 8 км и наклоном 6,6%. В поезде будет учувствовать 17 звеньев, в состав которых войдет 2 вагона весом по 150 тонн и 2 локомотива по 150 тонн.

lab-37.com

гравитационный аккумулятор - патент РФ 2216645

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетике, и позволяет решить проблему энергоснабжения на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения в непредвиденных обстоятельствах и аварийных ситуациях. Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаста с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. 2 ил. Предлагаемое изобретение предназначено для использования в энергетике в качестве резервного источника энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также может быть встроено в разные технологические схемы, связанные с использованием альтернативных источников энергии: солнца, ветра, морских волн, геотермальных вод и т.д. Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. Конструкция обладает достоинствами, обеспечивающими ее конкурентоспособность. Предлагаемое изобретение относится к устройствам, использующим силу притяжения земли (гравитацию), энергоносителем является твердое тело. Известен аккумулятор с гиревым приводом, имеющий двигатель в виде барабана со звездочкой, находящейся в зацеплении с цепью, один конец которой соединен с гирей, другой свободный; систему колес, ход или спусковой механизм, регулятор, стрелочный механизм, механизм заводки. Эти признаки характеризуют устройство известных настенных часов, где путем создания искусственного перепада высот между гирей и землей с помощью механизма заводки гиря становится носителем заряда потенциальной энергии, которая с помощью гравитации вновь может превратиться, после пуска часов, в кинетическую энергию, приводя в движение механизм часов. Недостатками этого устройства являются незначительная, используемая в аккумуляторе энергия и конструктивные особенности, затрудняющие использование его в других видах деятельности, например в энергетике. Предлагаемый аккумулятор отличается от известного тем, что имеет полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири; редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач (например, клиноременный вариатор), генератор, мотор, вертикальную шахту, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи. Задачей изобретения является создание резервных источников энергоснабжения в непредвиденных обстоятельствах на жизненно важных объектах гражданского и оборонного назначения, а также новых возможностей для развития невостребованной альтернативной энергетики, не наносящей вреда природе. Отметим некоторые свойства аккумулятора и технические результаты, возможные при его использовании. 1. Аккумулятор имеет вертикальную структуру построения и занимает относительно малую площадь. 2. Имеет значительный срок службы - (ресурс) и КПД, характерные для механических устройств. 3. Выдает энергию с заданными параметрами. 4. Высокая готовность, быстрый запуск в любое время года. 5. Может иметь значительную агрегатную емкость и плотность аккумулирования энергоносителя. 6. Полная сохранность аккумулированной энергии независимо от времени хранения. 7. Единовременный расход на энергоноситель, который после покупки становится инвентарем. 8. Он автономен, и может быть в принципе установлен в любом месте. 9. Наибольший эффект от применения аккумулятора зависит от величины коэффициента использования. Это может быть достигнуто применением аккумулятора для сглаживания пиковых нагрузок на электростанциях, а также работая в агрегате с альтернативными генерирующими установками, увеличивая тем самым долю энергии, полученной экологически чистым путем. 10. Сам аккумулятор экологически безопасен. Несущая конструкция аккумулятора (фиг. 1) имеет раму 1 на колесах 2, направляющие 3, вертикальные опоры 4, тележку 5 на колесах 6, направляющие 7, привод, выполненный в виде полиспаста, имеющего две обоймы с комплектами цепных звездочек 8, на верхнем валу 9 и нижнем валу 10, крюк 11, звездочки объединены цепью 12, один конец которой закреплен на верхней обойме. Редуктор-шестерни 13, 14, 15, 16 (шестерня 13 и звездочка 17 объединены в одном блоке), тормоз 18, реверсивный механизм в виде блока шестерен 19, 20, мотор 21 с шестерней 22, храповым колесом 23, храповиком 24, вариатор-шестерня 25, разрезные шкивы 26, 27, центробежный регулятор 28, ремень 29, пружина 30, генератор 31, вертикальная шахта 32, гиря 33, направляющее устройство для цепи 34 и емкость для свободного конца цепи 35. Стрелки А-А на фиг.2 указывают место стыковки аккумулятора с тележкой. При заряде работает кинематическая цепь: мотор 21, зубчатая шестерня 22, храповое колесо 23, храповик 24 (страховочный узел), шестерня 19 (скользящая посадка) находится в положении З, тормоз 18 отпущен, шестерня 16 (жестко сидит на валу 9) передает усилие на блок шестерен 15, 14 свободного хода и далее блок свободного хода шестерня 13 звездочка 17, которая с помощью цепи 12 приводит в движение все звездочки 8 полиспаста. Нижняя обойма с крюком 11, гирей 33 перемещается вверх, свободный конец цепи 12 по направляющим 34 опускается в емкость 35. Поднятую гирю 33 с помощью тележки 5 штабелируют. При зарядке аккумулятор работает как обычная лебедка. Перед разрядом аккумулятор нужно поставить на тормоз, блок шестерня реверса должна быть поставлена в крайнее правое положение Р - шестерня 20 входит в зацепление с шестерней 25. Аккумулятор готов к разряду. Следует отметить, что генератор должен иметь балластное сопротивление и независимую обмотку возбуждения для создания нагрузки холостого хода в пусковой момент. В противном случае при снятии с тормоза, гиря, лишенная точки опоры, окажется в положении свободного падения, обороты механизмов резко возрастут, что чревато поломкой. После снятия аккумулятора с тормоза усилие гири 33 передается в обратной последовательности: гиря 33, нижняя обойма 10, цепь 12, звездочки 8, звездочка 17, шестерни 13, 14, 15, 16, 25 клиноременного вариатора. В начальный момент ремень 29 под давлением пружины 30 занимает на разрезных шкивах 27 больший диаметр, а на шкивах 26 - соответственно меньший. С набором оборотов вала 9 грузики центробежного регулятора 28 стараются занять вертикальное положение и через рычаги оказывают давление на шкивы 26, преодолевая усилие пружины 30, переводя ремень 29 на шкивах 26 на больший диаметр. Таким образом, изменяются передаточные отношения на шкивах в ту или иную сторону автоматически в зависимости от нагрузки генератора. На холостых оборотах обороты вала 9 минимальны, при максимальной нагрузке гиря опускается быстрее. Для холостого опускания блок шестерен 19-20 ставится в положение З (левое крайнее), храповик 24 выводится из зацепления с шестерней 23, мотор 21 вращается в противоположную сторону. Если предстоит поднять следующую гирю, то храповик 24 вводится в зацепление с шестерней 23, а мотор работает на подъем. В процессе штабелирования тележке 5 и всей несущей конструкции приходится перемещаться от шахты на некоторое расстояние. В это время цепь может вытягиваться из емкости на некоторую длину и вновь возвращаться обратно под действием собственного веса. Во время цикла разряда-опускания гири с помощью рекуперативного торможения мы превращаем потенциальную энергию подвешенной гири в кинетическую, в данном случае электрическую. В прототипе для обеспечения хода настенных часов энергии веса одной небольшой гири достаточно. В нашем аккумуляторе количество энергии, которое можно получить, используя глубокую шахту, несопоставимо. Вес гири, а он просчитывается, необходимый для эффективной работы аккумулятора, может достигать сотен тонн и работать с такой гирей было бы сложно и нецелесообразно, поэтому вес одной большой гири дробится на более мелкие доли, т.е. обмен энергией происходит порциями (дискретно) с посильными для механизмов нагрузками. Во время разряда уменьшается объем шахты, ее глубина становится меньше - идет насыщение. Емкость падает, так как она зависит только от перепада высот (объемный вес гири остался тем же). Это происходит от того, что вместе с суммарным ростом отданной энергии происходит пропорциональное снижение плотности аккумулирования отдельно взятой гири (тонна/кВт-час). При полном заполнении шахты этот показатель у последней гири приблизится к нулю. Поэтому для сохранения емкостного потенциала необходимо использовать только часть общего объема шахты - около 20%. Это необходимо еще и для того, чтобы гири, поднятые на поверхность, имеющие определенный объем, имели возможность разместиться в непосредственной близости от шахты в рамках полного цикла суммарного заряда. Полная емкость аккумулятора определяется по эмпирической формуле:гравитационный аккумулятор, патент № 2216645 где А - емкость кВт/ч; W - объемный вес; Н - глубина шахты;гравитационный аккумулятор, патент № 2216645 - удельный вес материала гири; W нас. 0,15-0,2 - коэффициент насыщения. Из формулы видно, что базовыми величинами, определяющими все технические и экономические показатели, являются Н и W. Для непрерывного функционирования в цикле заряда или разряда необходимо иметь как минимум два аккумулятора. Информация Большая Советская Энциклопедия. Том 29, с. 38. Часы. МПК G 04 В 1/08. Большая Советская Энциклопедия. Том 20, с. 144. Мостовые краны. МПК В 66 С 17/00-17/26.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гравитационный аккумулятор с гиревым приводом, отличающийся тем, что имеет несущую конструкцию в виде подъемно-транспортного механизма, содержащего прямоугольную раму с колесами и возможностью перемещения по направляющим, закрепленным на вертикальных опорах, в продольном направлении, тележку на колесах с возможностью перемещения по направляющим рамы в поперечном направлении, полиспаст с цепными звездочками и двумя обоймами: верхней, к которой крепится цепь, связывающая обоймы, и нижней, снабженной крюком для подвешивания гири, редуктор, кинематически связанный с полиспастом, тормоз, реверсивный механизм, автоматическую бесступенчатую коробку передач, например клиноременный вариатор, генератор, мотор, комплект гирь и емкость для свободного конца цепи.

www.freepatent.ru


Смотрите также