RU91117U1

RU91117U1 - DEVICE FOR INDEPENDENT ELECTRICAL AND HEAT SUPPLY OF PREMISES

Info

Publication number: RU91117U1
Application number: RU2009129820/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Михайлович Басанов; Станислав Александрович Ярыгин
Original assignee: Андрей Михайлович Басанов; Станислав Александрович Ярыгин
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-01-27

Abstract

1. Устройство автономного электро- и теплоснабжения помещений, содержащее ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, аккумулятор электрической энергии, подключенный к потребителям электроэнергии, устройство отопления, тепловой аккумулятор, связанный с потребителями тепловой энергии, автоматическое переключающее устройство, отличающееся тем, что устройство отопления выполнено в виде котла, ветрогенераторная установка соединена с тепловым аккумулятором через автоматическое переключающее устройство, соединенное через датчики электрической нагрузки с исполнительными механизмами, а аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии через инвертор. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство отопления работает на твердом топливе. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловой аккумулятор выполнен в виде термоса. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловой аккумулятор снабжен трубчатым электронагревателем, электрически связанным с ветрогенераторной установкой. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ветрогенераторная установка выполнена с возможностью ее работы при минимальной силе ветра.1. A device for autonomous electric and heat supply of premises, comprising a wind generator for generating electricity, an electric energy accumulator connected to electric consumers, a heating device, a heat accumulator associated with thermal energy consumers, an automatic switching device, characterized in that the heating device is made in in the form of a boiler, a wind generator is connected to a heat accumulator through an automatic switching device connected via h electric load sensors with actuators, and the electric energy accumulator is connected to consumers of electricity through an inverter. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the heating device runs on solid fuel. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the thermal battery is made in the form of a thermos. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the heat accumulator is equipped with a tubular electric heater electrically connected to the wind generator. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that the wind generator is made with the possibility of its operation with minimal wind power.

Description

Полезная модель относится к устройствам энергоснабжения и предназначено для автономного электро-, тепло- и горячего водоснабжения жилых, и/или производственных, и/или сельскохозяйственных помещений.The utility model relates to power supply devices and is intended for autonomous electric, heat and hot water supply of residential, and / or industrial, and / or agricultural premises.

Известны автономные системы теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей, использующие в качестве источников тепла печи и котлы различной конструкции, для сжигания в них твердого, жидкого и газообразного топлива.Autonomous heat supply systems for agricultural consumers are known that use furnaces and boilers of various designs as heat sources for burning solid, liquid and gaseous fuels in them.

Известны автономные системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, в которых источниками электрической энергии являются бензоэлектрические или дизель-электрические агрегаты (см. книгу: Сульг П.А., "Бензоэлектрические и дизель-электрические агрегаты радиотрансляционных узлов и сельских предприятий связи", М., Связь, 1970).Autonomous power supply systems for agricultural consumers are known, in which the sources of electrical energy are benzoelectric or diesel-electric units (see book: Sulg P.A., "Benzoelectric and diesel-electric units of radio broadcasting units and rural communications enterprises", M., Communication, 1970).

Известны автономные системы комбинированной выработки электрической энергии и тепла. Основным элементом таких систем служит дизель-электрический агрегат, вырабатывающий электрическую энергию. Дизельный двигатель оборудован теплообменными аппаратами, с помощью которых тепло охлаждающей двигатель жидкости и тепло выхлопных газов двигателя используется для отопления потребителей (см. Антонов Ю.М. "Комбинированная выработка электроэнергии и теплоты на объектах сельского хозяйства". Тезисы докладов семинара: Проблемы развития и использования малой и возобновляемой энергетики в России", С-Петербург, 1997).Autonomous systems of combined generation of electric energy and heat are known. The main element of such systems is a diesel-electric unit that produces electrical energy. The diesel engine is equipped with heat exchangers, with which the heat of the cooling engine fluid and the heat of the exhaust gases of the engine are used to heat consumers (see Antonov Yu.M. “Combined Generation of Electricity and Heat in Agricultural Facilities.” Abstracts of the seminar: Problems of development and use small and renewable energy in Russia ", St. Petersburg, 1997).

Недостатком таких систем является загрязнение окружающей среды выхлопными газами, высокая себестоимость производимой энергии, а также возможные сбои работы системы из-за плохого качества топлива или его отсутствия.The disadvantage of such systems is environmental pollution by exhaust gases, the high cost of energy produced, as well as possible system malfunctions due to poor fuel quality or lack thereof.

Известно устройство для отопления жилых или производственных зданий, включающее ветродвигатель с горизонтальной осью, генератор электрической энергии, объединенный с ветродвигателем в один агрегат, механизм для установки ветродвигателя на ветер, башню, на которой смонтирован ветродвигатель, обеспечивающую беспрепятственный поворот последнего на ветер вокруг вертикальной оси, электрический водонагреватель с аккумулятором тепла в виде теплоизолированной емкости для нагретой воды. Известен также электролизный вариант устройства, в котором нагрев теплоносителя системы отопления осуществлен за счет сгорания водорода, получаемого путем использования электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектрогенератором (см. Большая Советская Энциклопедия, т.7.)A device for heating residential or industrial buildings, including a wind turbine with a horizontal axis, an electric energy generator combined with a wind turbine in one unit, a mechanism for installing a wind turbine in the wind, a tower on which a wind turbine is mounted, allowing the latter to rotate freely around the vertical axis, An electric water heater with a heat accumulator in the form of a thermally insulated container for heated water. There is also an electrolytic version of the device in which the heating medium is heated by burning hydrogen obtained by using electricity generated by a wind generator (see Big Soviet Encyclopedia, v.7.)

Недостатками указанного устройства являются: затраты на сооружение высокой башни, особенно большие в пределах городских территорий, где ветер из-за наличия домов, деревьев и других препятствий теряет свою скорость, переходя из прямолинейного движения в беспорядочное, сложность и трудоемкость в изготовлении механизма, обеспечивающего поворот ветроколеса на ветерThe disadvantages of this device are: the cost of constructing a high tower, especially large within urban areas, where the wind, due to the presence of houses, trees and other obstacles, loses its speed, passing from rectilinear motion to erratic, the complexity and complexity of manufacturing a mechanism that provides rotation wind wheels to the wind

Известен и другой ветроэлектрический агрегат, который мог бы быть использован в устройстве для отопления, также содержащий ветродвигатель, электрогенератор и башню, но способный работать при любой направленности ветра. Это обладающий большим крутящим моментом ветроэлектрогенератор барабанного типа с вертикальной осью вращения (см. Журнал "Моделист конструктор" N 9, 1974 г.).Another wind electric unit is known, which could be used in a heating device, also containing a wind turbine, an electric generator and a tower, but capable of operating in any direction of the wind. This is a drum-type wind generator with a large torque and a vertical axis of rotation (see Journal Model Modeler N 9, 1974).

Недостатками такого ветроэлектрогенератора являются: необходимость сооружения башни, низкий коэффициент полезного действия ввиду тихоходности его ветроколеса и обусловленных последним потерь мощности в трансмиссии и редукторе.The disadvantages of such a wind generator are: the need to build a tower, a low efficiency due to the low speed of its wind wheel and the latter due to the power losses in the transmission and gearbox.

Известно автономное устройство, содержащее ветроэлектрогенератор с вертикальной осью вращения, электрический водонагреватель и аккумулятор тепла, в котором ветроколесо установлено на крыше здания, а электрогенератор, ротор которого закреплен на одном валу с ветроколесом, установлен в верхнем помещении здания под его перекрытием (см. патент FR №2288234, МПК А1 F031 9/00, 1976 г.).A self-contained device is known that contains a wind generator with a vertical axis of rotation, an electric water heater and a heat accumulator, in which the wind wheel is mounted on the roof of the building, and the electric generator, the rotor of which is mounted on the same shaft with the wind wheel, is installed in the upper room of the building under its overlap (see FR patent No. 2288234, IPC A1 F031 9/00, 1976).

Недостатком такого конструктивного решения устройства является чрезмерно большой вес и металлоемкость электрогенератора, обусловленный тихоходностью ветроколеса с вертикальной осью вращения. Чтобы получить ЭДС от генератора, ротор которого имеет общий вал с ветроколесом, достаточную для целей изобретения, необходимо, чтобы и ротор, и статор генератора имели большое количество полюсов, что и определяет его размеры и вес.The disadvantage of this constructive solution of the device is the excessively large weight and metal consumption of the generator, due to the low-speed wind turbine with a vertical axis of rotation. To get the EMF from the generator, the rotor of which has a common shaft with a wind wheel, sufficient for the purposes of the invention, it is necessary that both the rotor and the stator of the generator have a large number of poles, which determines its size and weight.

Указанные энергосистемы, вырабатываемые установками на экологически чистых возобновляемых источниках энергии (ветра, солнца и т.д.) имеют нестабильность потока энергии в источнике (изменение силы ветра, климатические и сезонные колебания потока световой энергии) создают проблемы обеспечения качества подаваемой потребителю энергии. Для сглаживания колебаний генерируемой мощности, вызванных нестабильностью потока энергии в источнике, и согласования ее с режимом электропотребления, используются аккумуляторы энергии.These energy systems produced by plants using environmentally friendly renewable energy sources (wind, solar, etc.) have instability of the energy flow in the source (changes in wind power, climatic and seasonal fluctuations in the flow of light energy) create problems of ensuring the quality of energy supplied to the consumer. To smooth out fluctuations in the generated power caused by the instability of the energy flow in the source, and matching it with the power consumption mode, energy accumulators are used.

Известна автономная энергетическая установка на возобновляемом источнике энергии, включающая преобразователь энергии возобновляемого источника в электрическую, электроаккумуляторную батарею, тепловой аккумулятор, электротехническое устройство для перераспределения энергии между электрической аккумуляторной батарей и тепловым аккумулятором (патент РФ №2095913, МПК 6 H02J 15/00, F03D 9/02, H02J 7/35, 1997 г.).A well-known stand-alone power plant using a renewable energy source, including a converter of renewable energy into an electric, electric storage battery, a heat accumulator, an electrical device for redistributing energy between an electric storage battery and a thermal battery (RF patent No. 2095913, IPC 6 H02J 15/00, F03D 9 / 02, H02J 7/35, 1997).

Недостатком данной системы является недостаточная эффективность установки, связанная с наличием потерь энергии при двойном ее преобразовании: энергии возобновляемого источника - в электрическую энергию, электрической энергии - в тепловую энергию.The disadvantage of this system is the lack of efficiency of the installation, associated with the presence of energy losses during its double conversion: the energy of a renewable source into electrical energy, electrical energy into thermal energy.

Известно устройство, содержащее работающий на газе термоэлектрогенератор; ветроэлектрический агрегат; электрический аккумулятор; аккумулятор теплоты. Ветроэлектрический агрегат соединен через автоматическое переключающее устройство с термоэлектрогенератором и с электрическим аккумулятором, соединенным с потребителем электрической энергии. Солнечная установка соединена с термоэлектрогенератором и аккумулятором теплоты, причем аккумулятор теплоты соединен с потребителем теплоты (см. патент РФ №2182986, МПК 7 F03D 9/00, 2002 г.). Данное решение принято за прототип.A device is known comprising a gas-fired thermoelectric generator; wind power unit; electric battery; heat accumulator. The wind electric unit is connected through an automatic switching device to a thermoelectric generator and to an electric battery connected to a consumer of electric energy. The solar installation is connected to a thermoelectric generator and a heat accumulator, and the heat accumulator is connected to a heat consumer (see RF patent No. 2182986, IPC 7 F03D 9/00, 2002). This decision was made as a prototype.

Недостатком прототипа является необходимость использования газа в качестве одного из основных источников как тепловой, так и электрической энергии. Данное обстоятельство делает работу известного устройства зависимым от наличия данного вида топливного ресурса, создает проблемы, связанные с взрывоопасностью установки, а также с доставкой и хранением газового топлива и загрязнением окружающей среды. Кроме того, устройство сложно в управлении, что снижает надежность и эффективность его работы.The disadvantage of the prototype is the need to use gas as one of the main sources of both thermal and electrical energy. This circumstance makes the operation of the known device dependent on the availability of this type of fuel resource, creates problems associated with the explosion hazard of the installation, as well as with the delivery and storage of gas fuel and environmental pollution. In addition, the device is difficult to manage, which reduces the reliability and efficiency of its work.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание экономичной и безопасной установки комплексного обеспечения электрической и тепловой энергией объектов любого назначения, повышение надежности и экономичности системы автономного энергоснабжения зданий и сооружений.The task to which the claimed utility model is directed is to create an economical and safe installation of a comprehensive supply of electric and thermal energy for objects of any purpose, to increase the reliability and efficiency of the autonomous power supply system of buildings and structures.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве автономного электро- и теплоснабжения помещений, содержащем ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, аккумулятор электрической энергии, подключенный к потребителям электроэнергии; устройство отопления; тепловой аккумулятор, связанный с потребителями тепловой энергии; автоматическое переключающее устройство, в соответствии с полезной моделью, устройство отопления выполнено в виде котла, ветрогенераторная установка соединена с тепловым аккумулятором через автоматическое переключающее устройство, соединенное через датчики электрической нагрузки с исполнительными механизмами, а аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии через инвертор.The problem is solved due to the fact that in the known device autonomous electric and heat supply of premises, containing a wind generator for generating electricity, an electric energy accumulator connected to electricity consumers; heating device; a heat accumulator associated with consumers of heat energy; the automatic switching device, in accordance with the utility model, the heating device is made in the form of a boiler, the wind generator is connected to the heat accumulator through an automatic switching device connected via electric load sensors to actuators, and the electric energy accumulator is connected to the electricity consumers via an inverter.

Устройство отопления работает на твердом топливе.The heating device runs on solid fuel.

Тепловой аккумулятор выполнен в виде термоса.The thermal battery is made in the form of a thermos.

Тепловой аккумулятор снабжен трубчатым электронагревателем, электрически связанным с ветрогенераторной установкой.The heat accumulator is equipped with a tubular electric heater electrically connected to a wind generator.

Ветрогенераторная установка выполнена с возможностью работы при минимальной силе ветра.The wind generator is designed to operate with minimal wind.

Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемой полезной модели, заключается в повышении надежности, экономичности и эффективности работы системы автономного энергоснабжения помещений за счет использования простых и надежных в эксплуатации и обслуживании устройств, автоматизации процессов контроля и управления, оптимизации распределения нагрузки между элементами системы.The technical result achieved by using the claimed utility model is to increase the reliability, economy and efficiency of the autonomous power supply system of the premises through the use of simple and reliable devices in operation and maintenance, automation of control and management processes, optimization of load distribution between system elements.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram.

Предлагаемое устройство для автономного электро-, тепло- и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений содержит устройство отопления 1, например, выполненное в виде котла, работающего на всех видах твердого топлива. Устройство отопления 1 соединено с тепловым аккумулятором 2, выполненным, например, в виде герметичного термоса, соединенного с потребителями тепла 3 и горячего водоснабжения 4. Причем связь с потребителями тепла и горячего водоснабжения осуществляется посредством теплообменников 5, установленных в тепловом аккумуляторе (термосе) 2.The proposed device for autonomous electric, heat and hot water supply of residential and industrial premises contains a heating device 1, for example, made in the form of a boiler operating on all types of solid fuel. The heating device 1 is connected to a heat accumulator 2, made, for example, in the form of a sealed thermos, connected to consumers of heat 3 and hot water 4. Moreover, communication with consumers of heat and hot water is carried out through heat exchangers 5 installed in a heat accumulator (thermos) 2.

Ветрогенераторная установка 6 соединена с аккумулятором электрической энергии 7, который через инвертор 8, соединен с потребителями электрической энергии 9. Для снижения расходов на отопление от котла 1 и обеспечения дополнительной тепловой энергией в зимний период, а также снабжения потребителей горячей водой в летний сезон, ветрогенераторная установка 6 через автоматическое переключающее устройство 10 посредством установленного в тепловом аккумуляторе 2 трубчатого электронагревателя (ТЭН) 11 электрически соединена с аккумулятором 2. ТЭН 11 обеспечивает поставку дополнительной энергии и подогрев воды в тепловом аккумуляторе 2.The wind turbine 6 is connected to the electric energy accumulator 7, which is connected through the inverter 8 to the consumers of electric energy 9. To reduce the cost of heating from the boiler 1 and provide additional thermal energy in the winter, as well as supply consumers with hot water in the summer season, the wind installation 6 through an automatic switching device 10 by means of a tubular electric heater (TEN) 11 installed in the heat accumulator 2 is electrically connected to the battery 2. 11 provides a supply of additional energy and heating water in the heat accumulator 2.

В системе теплоснабжения установлен насос 12 для нагнетания и обеспечения необходимого давления у потребителей тепловой энергии.A pump 12 is installed in the heat supply system for pumping and providing the necessary pressure for consumers of thermal energy.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Получаемое в результате сгорания топлива в котле 1 тепло поступает в тепловой аккумулятор 2. Тепловая энергия из аккумулятора 2 используется потребителями тепла 3 и горячего водоснабжения 4 за счет нагрева теплообменников 5, расположенных в тепловом аккумуляторе 2. Ветрогенераторная установка 6 вырабатывает электрическую энергию, которая поступает в аккумулятор электрической энергии 7, где постепенно накапливается для резервного использования, а из него через инвертор 8 поступает к потребителям 9.The heat resulting from the combustion of fuel in the boiler 1 enters the heat accumulator 2. The heat energy from the accumulator 2 is used by consumers of heat 3 and hot water 4 by heating the heat exchangers 5 located in the heat accumulator 2. The wind generator 6 generates electrical energy, which is supplied to the electric energy accumulator 7, where it gradually accumulates for backup use, and from it through the inverter 8 is supplied to consumers 9.

При достижении полного уровня заряда аккумулятора 7 автоматическое переключающее устройство 10 отключает аккумулятор 7 от ветрогенераторной установки 6, и направляет излишки электроэнергии от последней на ТЭН 11 в тепловой аккумулятор 2. С помощью ТЭНа 11 производится нагрев теплоносителя в тепловом аккумуляторе 2, тем самым поддерживается необходимый уровень его температуры, что позволяет снизить или исключить совсем необходимость получения тепла от работы котла 1. При снижении уровня заряда аккумулятора 7 ниже допустимого уровня автоматическое переключающее устройство 10 подключает его к ветрогенераторной установке 6, и при необходимости подает сигнал о необходимости возобновления работы котла 1 или интенсивности горения его топлива.Upon reaching the full charge level of the battery 7, the automatic switching device 10 disconnects the battery 7 from the wind generator 6, and directs the excess electricity from the latter to the heater 11 to the heat accumulator 2. Using the heater 10, the heat carrier is heated in the heat accumulator 2, thereby maintaining the required level its temperature, which allows you to reduce or eliminate the need to completely get heat from the operation of boiler 1. If the battery level 7 decreases below the permissible level, the machine cal switching device 10 connects it to a wind generator unit 6, and if necessary, delivers a signal to restart the boiler 1 or the combustion intensity of its fuel.

Описанная выше работа устройства автономного электроснабжения и теплоснабжения потребителей показывает, что применение ветрогенераторной установки и отопительного устройства на твердом топливе позволяет повысить надежность, безопасность и эффективность работы системы автономного энергоснабжения помещений за счет автоматизации процессов контроля и управления, оптимизации распределения нагрузки между элементами системы.The operation of the device for autonomous power supply and heat supply of consumers described above shows that the use of a wind generator and heating device using solid fuel can improve the reliability, safety and efficiency of the autonomous power supply system of rooms by automating control and management processes, optimizing load distribution between system elements.

Использование ТЭНа 11 позволяет получить дополнительный источник тепловой энергии и повышает эффективность работы системы автономного энергоснабжения. Использование автоматической системы управления, соединенной через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами, позволяет оптимизировать нагрузку между отдельными элементами системы, улучшает контроль за ее работой и повышает надежность системы автономного энергоснабжения. Подключение аккумулятора электрической энергии 7 через инвертор 8 к сети потребителей электроэнергии и использование аккумулятора электроэнергии в качестве источника электропитания автоматической системы управления позволяет повысить надежность системы и исключить сбои в энергоснабжении, обусловленные неблагоприятными погодными и климатическими условиями.Using TENA 11 allows you to get an additional source of thermal energy and increases the efficiency of the autonomous energy supply system. The use of an automatic control system connected through heat and electric load sensors to actuators allows optimizing the load between the individual elements of the system, improves control over its operation and increases the reliability of the autonomous power supply system. Connecting the battery of electrical energy 7 through the inverter 8 to the network of consumers of electricity and the use of the battery of electricity as the power source of the automatic control system can improve the reliability of the system and eliminate power outages due to adverse weather and climatic conditions.

Claims

1. A device for autonomous electric and heat supply of premises, comprising a wind generator for generating electricity, an electric energy accumulator connected to electric consumers, a heating device, a heat accumulator associated with thermal energy consumers, an automatic switching device, characterized in that the heating device is made in in the form of a boiler, a wind generator is connected to a heat accumulator through an automatic switching device connected via h electric load sensors with actuators, and the electric energy accumulator is connected to consumers of electricity through an inverter.

2. The device according to claim 1, characterized in that the heating device runs on solid fuel.

3. The device according to claim 1, characterized in that the thermal battery is made in the form of a thermos.

4. The device according to claim 1, characterized in that the heat accumulator is equipped with a tubular electric heater electrically connected to the wind generator.

5. The device according to claim 1, characterized in that the wind generator is made with the possibility of its operation with minimal wind power.