Вижте първата в света двойно хибридна (хидравлично-електрическа) кола по български патенти на www.youtube.com/watch#!v=SBwtMj06pr4&feature=channel

Георги Тончев

Вижте представянето по bTV на новоизобретената реактивна пропелерна турбина тук 

За законовите преференции при инвестициите във ВEИ вижте повече тук

Актуално съобщение вижте тук

Новоизобретена българска реактивна турбина с бумерангоподобно сечение на лопатите

(По-долу е част от патентното описание)

Реактивната турбина с бумерангоподобно сечение на лопатите е предвидена да преобразува кинетичната енергия на водни потоци на реки, на открити и напорни водни канали, на морски течения, на океанските приливи и отливи, както и да работи като вятърна турбина за трансформиране на кинетичната енергия на вятъра за полезни нужди.

Основните предимства на изобретената турбина са следствия от факта, че чрез лопатите й непрекъснато се генерира реактивен въртящ момент, защото, под действие на центробежните сили при въртенето им, флуидният поток се ускорява в стесняващите се периферни канали на лопатите. Там се формира реактивна струя, създаваща въртяща реактивна сила в обратна посока на движението на струята. Бумеранг подобното сечение на лопатите, при определени позиции при въртенето им, създава и аеродинамични / хидродинамични сили, съвпадащи с посоката на въртенето. Заради посочените допълнителни въртящи сили, съвпадащи с посоката на въртене на ротора, изобретената турбина значително превъзхожда всички известни подобни съпротивителни турбини. Нейната ефективност е около два пъти по-висока от тази на подобни, но нереактивни турбини.

Важно предимство на турбината, при ниски скорости на потока, е лесният й самостарт, благодарение на отклонението на постъпващия флуид във вдлъбнатата част на лопатата през стесняващите се периферни канали, при което се получава допълнителен стартов реактивен въртящ момент.

В случай на хидрокинетични приложения на ново изобретената турбина с електрогенератор, изнесен над водата няма никакво подводно лагеруване и подлежащи на маслено смазване елементи, което е гаранция за незамърсяване на водите и облекчено обслужване на турбината.

Реактивната турбина с бумерангообразно сечение на лопатите може да се използва за стартова помощ на Дариус тип вертикално осеви вятърни турбини.
Тя може да има и вертикални странични дефлектори около ротора, за оптимално направляване на флуида към лопатите й.

Описаната реактивната турбина с бумерангообразно сечение на лопатите, съгласно изобретението, може да намери широко приложение при различни видове осцилиращи и неосцилиращи водни течения и турбулентни ветропотоци с невисока скорост на вятъра или водата, защото тя винаги се върти в една и съща посока, независимо от смяната на посоките на потока.

Инвестиционните преимущества на вложенията за реактивни турбини, съгласно изобретението, са че се възвръщат бързо, защото са ниски, не само поради ниската себестойност на турбините, и прилагането на евтини, масово произвеждани агрегати, но и защото напълно се избягва изграждането на водохващания, бентове или язовирни стени, напорни тръбопроводи и т.н.. при случаите им на водни приложения.

Поради ниската себестойност на турбината, съгласно изобретението, е икономическо целесъобразно множество такива близко разположени турбини да работят на обща платформа / понтон в пълноводни реки и канали, както и на приливите и отливите. Тогава е целесъобразно отделните турбини да имат обща трансмисия и общ електрогенератор, например.

При променливи скорости на течението и висока турбуленция в него общата трансмисия на турбината, съгласно изобретението, е добре да има енергоакумулатор, който да изравнява флуктуациите и да поддържа по-равномерни обороти към общия електрогенератор. Ако трансмисията е хидростатична, то акумулаторът може ще бъде хидравличен, а ако е пневматична трансмисия, то акумулаторът е целесъобразно да бъде пневматичен. Ако трансмисията е механична, то енергоакумулаторът може да бъде маховик.

Аналогично на хидрокинетичните приложения с групи турбини с бумерангоподобни лопати са подходящи и групови ветроприложения.

Вижте повече на www.b2b.bg/hydrobook.html

Реактивни хидрокинетични турбинни за плаващи понтонни ВЕЦ

Радикално решение на горепосочения проблем са турбините, които се въртят напречно на потока и затова за тях няма значение от коя посока е течението - те винаги се въртят в една посока. По принцип тези турбини са по-ниско ефективни от хоризонтално-осевите, защото за всеки оборот, лопатите им се въртят половин оборот срещу течението и половин оборот по течението. Този проблем е преодолян чрез новоизобретените реактивни напречнопоточни турбини, за които разказваме на тези страници. Тяхното въртене се ускорява, независимо от това дали лопатите им се движат по потока или срещу него. Те са конструирани така, че в кухините на лопатите им се създава повишено водно налягане, предизвикано от центробежната сила при въртенето им. Под действието на това налягане, водата излиза с висока скорост през периферните отвори на лопатите и създава реактивна струя, която непрекъснато предизвиква и въртящата реактивна сила, независимо дали лопатите им се движат по потока или срещу него. Понеже центробежната сила е пропорционална на квадрата на оборотите на турбината, а реактивната въртяща сила е пропорционална на квадрата на скоростта на реактивната струя, изтичаща от периферията на лопатите, то реактивният въртящ момент няколкократно  изпреварва нарастването на оборотите, което обяснява и значително по-високата им ефективност.

Главното преимущество на вертикално-осевите реактивни напречнопоточни турбини за понтонни и други хидрокинетични ВЕЦ, е че те са под водата, но всичко друго е над водата, което поевтинява понтонната ВЕЦ като цяло и опростява и улеснява оперативното й обслужване.

Енергийната реализация на водната кинетична енергия не изисква никакви баражи, завирявания и водосборни съоръжения. С това се избягват всички екологични проблеми, свързани с тяхното строителство и експлоатация. Хидрокинетичните енергийни инсталации и централи се монтират непосредствено в морета, реки и канали, включително и на закотвени в тях понтони. Вижте снимка на понтонна хидрокинетична турбина с 3 вертикални реактивни лопати тук

Друг вид потопени и полупотопени турбини за свободно водно течение са хоризонтално-осевите хидрокинетични турбини - вижте видео тук.

Видеоклипове на няколко напречнопоточни хидрокинтични турбини с прави и хеликално усукани лопати вижте тук.

Тристепенна потопена хоризонтално-осева хидрокинетична турбина с надводна трансмисия и електрогенератор е показана на това видео.

Плаващи понтонни и подводни ВЕЦ на свободно водно течение

Неприродосъбразността на познатите ни ВЕЦ е позната. Освен, че те заблатяват реките и унищожават аеробния живот в тях, осушават речните корита и опустиняват обширни площи с плодородни земи с всички неблагоприятни последствия за речните и околоречните екосистеми. Далеч по-природосъобразни са плаващите ВЕЦ, които избягват всички гореизброени недостатъци и са по-евтини в крайна сметка. Те използват така наречените хидрокинетични турбини.

Аналогията на хидрокинетичните с вятърните турбини

Хидрокинетичните турбини са аналогични на вятърните, само че под водата при нейното свободно течение в реки, канали, морски и океански течения, приливи и отливи. Цялото развитие на модерните пропелерни вятърни турбини е основано на теорията и практиката на самолетните витла. Тяхното широко приложение при самолетите бе през първата половина на миналия век. Главна причина за отказ от използване на пропелери за самолетни двигатели, през втората половина на миналия век и досега е, че те са крайно неефективни при скорости на самолетите от порядъка на 400-500 км. в час и по-високи, особено на по-големи височини. Това се дължи на факта, че при много високи обороти самолетните витла се въртят с надзвукови скорости, при което се променят рязко аеродинамичните условия, за които те са проектирани и замяната на витловата тяга при самолетите с реактивна стана неизбежна.

Пропелерите (витлата, лопатите) на модерните вятърни турбини още в края на миналия век достигнаха до същия нерешим проблем, поради надзвуковата скорост на въртене на периферните краища на лопатите им. На практика всички съвременни ветротурбини от мегаватовия клас имат този проблем, поради което около една четвърт от дължината на лопатите им е неефективна. Роторните лопати се въртят поради разликата в налягането от двете им страни. Но при това въртене непрекъснато преминава въздух (през страничните ръбове и края на лопатата) от страната на повишеното налягане към обратната страна с понижено налягане, което причинява големи загуби на енергия (индуктивни загуби), особено в периферията на лопатите. Освен това - протичането на въздуха е основната причина за неприемливо високия шум, който издават лопатите при въртенето си.

Ефективност на вятърните и хидрокинетичните турбини

Поради изложените по-горе причини ефективността на вятърните и аналогичните им хидрокинетични турбини е силно ограничена. Изначално използването на самолетните пропелери е да създават двигателна тяга, а вятърните лопати имат за цел не да създават тяга, а да се въртят с по-високи обороти. И ако за самолетните витла един начин частично да се намалят енергийните загуби е като се намалят оборотите и увеличи въртящият им момент, то намаляването на оборотите на вятърните турбини не е подходящо  по-принцип. Очевидно е, че аналогията между самолетните витла и вятърните турбини, поради общите аеродинамичните принципи и практики, на които те се подчиняват, е изчерпала своите възможности за увеличаване производителността на турбините, аналогично на изчерпването на възможностите на витлата като теглителни машини за самолетите. Неизбежно е търсеното на нови радикални технически решения, които да са специфични сили за вятърните турбини, защото е контрапродуктивно те да продължават да експлоатират само аеродинамичните сили, както при самолетните витла. Новите решения водят до намирането на други сили и механизми, при които кинетичната енергия на флуидите (независимо вятър или водно течение) да въртят лопатите с цел именно въртене, а не създаване на тяга.

Радикално увеличена ефективност на реактивните турбини

В поредица изобретения за вятърни и хидрокинетични турбини, представени на тези страници и в тази книга използваме неексплоатирана досега сила, а именно реактивната. По подобие на отказа от самолетните витла и замяната им с реактивна тяга. Само, че при новоизобретените пропелерни машини реактивната тяга се използва за създаване на реактивен въртящ момент, за което е необходима радикална промяна на формата и конструкцията на пропелерните лопати. Или с други думи - реактивната тяга се "впряга" да върти турбините, а не да ги тегли.

Една хидрокинетична реактивна турбина с два ротора е показана на това видео. Първият ротор е с обикновени лопати. Той е с по-малък диаметър от втория, който е с по-дълги реактивни лопати. Късите лопати на първия ротор насочват допълнителна вода към реактивните лопати на втория ротор, които са подходящо конструирани така, че да се предотвратят индуктивните загуби и да  насочват реактивна струя зад лопатите така, че тя да създаде реактивен въртящ момент, значително подпомагащ въртенето на турбината, която се върти и на аеродинамичен принцип, както от по-късите лопати, така и от реактивните. Имено поради включването на нова въртяща сила и намаляването на индуктивните загуби, производителността на новоизобретените турбини, с различни видове реактивни лопати, е около два пъти по-висока от тази на най-добрите лопати, експлоатиращи само аеродинамични сили.

Вижте представянето по bTV на новоизобретената реактивна пропелерна турбина тук 

Видеоклипове, показващи най-новите патенти, вижте тук.

Система за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини

(По-долу е част от патентното описание)

Предшестващо състояние на техниката
От патентна публикация № WO2006071142 е известна система за преобразуване на кинетичната енергия на океански течения с двойки контравъртящи се Савониус турбини, които са подложени на динамично въздействие по посоката на водния поток и същевременно на въздействие в перпендикулярна на него посока, поради така наречения Магнус ефект. Противоположно-въртящите се турбини, в значителна степен взаимно се уравновесяват. Затова цялата система, монтирана на свързани понтони, е по-добре балансирана и е енергийно по-ефективна. Савониус турбините се въртят винаги в една посока, независимо от посоката на течението. Всяка от турбините е с полуцилиндрични лопати, монтирани към съответен роторен вал, всеки свързан към устройство за генерация на електричество
Известната система, и всички други подобни използващи Савониус турбини, имат съществен недостатък, който следва от ниската енергийна ефективност на самите турбини при преобразуването на кинетичната енергия на движещата се вода в електричество.
Известни са различни видове хидроелектроцентрали, работещи в безнапорни водни течения. Те използват различни видове хидрокинетични турбини. Естествените водни течения са сравнително бавни. Затова и хидрокинетичните турбини се въртят сравнително бавно, което налага проектирането на трансмисии към електрогенераторите им, които включват многостепенни скоростни кутии за многократно увеличаване на оборотите.
От патентна публикация в САЩ № WO2007130479 е известна подводна двутурбинна хидроелектроцентрала, предназначена за работа във водни течения, монтирана на понтон. Двете й турбини са монтирани непосредствено една до друга под понтон и се въртят в срещуположни посоки, под действието на водния поток. Всяка от тях има множество роторни лопати, монтирани към един роторен вал. Всяка турбина има собствена трансмисия, която я свързва, през една скоростна кутия, към отделен електрогенератор.
Известната хидроелектроцентрала има баластен резервоар, чрез който се регулира положението на понтона във водата.
Посочената двутурбинна хидроелектроцентрала, както и други подобни на нея, се характеризират с монтирането на отделни многостепенни скоростни кутии (мултипликатори на оборотите) на всяка от турбините в индивидуалните им трансмисии с отделен електрогенератор за всяка турбина. Част от възлите и агрегатите в трансмисиите им работят под вода. А това затруднява тяхното оперативно поддържане, усложнява ги и ги оскъпява в крайна сметка, което води и до повишена себестойност на генерираната електроенергия.

Техническа същност на изобретението
Цел на настоящото изобретение е да се създаде нескъпа система за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини, произвеждаща евтино електричество, чиито Савониус турбини да бъдат много по-ефективни от познатите досега и да имат обща енергоефективна трансмисия, включваща един, монтиран над водата, общ агрегат, в който оборотите на турбините се сумират и се увеличават, и един общ електрогенератор, също монтиран над водата.

Предимствата на системата за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини, съгласно изобретението са, че чрез нея се постига висока енергийна при преобразуване на кинетичната енергия на водния поток в електрическа енергия, защото лопатите й са по-енергийно ефективни и диференциалният механизъм, в общата диференциално-скоростна кутия, сумира оборотите на двете турбини, последвано от увеличаването им в мултипликаторната част от диференциално-скоростната кутия. Благодарение на общия диференциалния механизъм, всяка от двете турбини се върти независимо от другата, което дава възможност поотделно да се максимизира производителността им. А общата трансмисия за двете намалява трансмисионните загуби за хидроелектроцентралата като цяло.

Основно предимство на системата за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини, съгласно изобретението са, че турбините й се въртят, не само защото се съпротивляват на водния поток. Кухите им лопати формират и две допълнителни въртящи реактивни сили. Едната е в резултат на водния напор върху вдлъбната страна на лопатата, под който напор водата навлиза през отворите в нея и излиза под налягане през периферните й процепи. Втората допълнителна реактивна сила е в резултат на центробежните сили, които изтласкват водата пак към периферните й процепи. И тя излиза под налягане през тях, защото водният напор върху вдлъбната страна на лопата не й позволява да излиза през нейните отвори на вдлъбнатата й страна. Сумата от двата описани ефекта предизвиква непрекъснато изтичащи под налягане струи през процепите зад лопатите, независимо какво е положението на турбината спрямо посоката на течението, което допълнително ускорява движението на лопатите и значително спомага за по-плавното въртене на турбината и в крайна сметка значително увеличава мощността на всяка турбина по отделно и на мощността на системата като цяло.

Технологични и икономически предимства на системата за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини са следствия от това, че реактивни Савониус турбини могат да се произвеждат от полуцилиндрични тръби, а основните агрегати в трансмисията й се заимстват от масово произвежданите диференциално-скоростни кутии за автомобилостроенето, например. Също така, масово се произвеждат електрогенератори и електронни силови преобразувателни устройства, което намалява цената им.

Икономическо предимство на системата за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини, съгласно изобретението, е че се използват общи основни агрегати за всяка двойка турбини. Така се намаляват инвестиционните разходи при изграждането й, а надводния монтаж на агрегатите опростяват и поевтиняват експлоатационното й обслужване. Съответно, себестойността на произведеното от нея електричество е ниска.

Инвестиционните преимущества на вложенията за строителните и монтажните работи при инсталирането системи за производство на електричество от водни течения с реактивни Савониус турбини, съгласно изобретението, са че се възвръщат бързо, защото са ниски не само поради ниската себестойност на турбините, и прилагането на евтини, масово произвеждани, агрегати, но и защото напълно се избягва изграждането на водохващания, бентове или язовирни стени, напорни тръбопроводи и т.н..

Показаната на видеото хидрокинетична електроцентрала не изисква, нито водохващане, нито напорни тръбопроводи. За нея не се прави сграда, където да бъдат турбините и другите съоръжения и апарати. Те се монтират под и над закотвени понтони в реката или на фундаменти в дъното й. Хидрокинетична електроцентрала е широко приложима за самостоятелно електрозахранване на свързани и несвързани към публичната електромрежа обекти, както и за хибридни хидро-фотоволтаични инсталации.

За хидрокинетичните ВЕЦ повече може да прочетете тук 

Георги Тончев

Inventions & Technologies of Renewable Energy

39A, Jerusalem Street. Sofia, BG - 1784,  Е-mail: George Tonchev

Voice / Fax: +3592 8760 431, +3592 8770 481, +3598 9787 2857,  +359 888 40 39 13,

София, Тел.: 02 8760 431, 02 8770 481, 0897 872 857, 0888 40 39 13, Е-mail: George Tonchev