EA024944B1 - Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления - Google Patents
Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления Download PDFInfo
- Publication number
- EA024944B1 EA024944B1 EA201300067A EA201300067A EA024944B1 EA 024944 B1 EA024944 B1 EA 024944B1 EA 201300067 A EA201300067 A EA 201300067A EA 201300067 A EA201300067 A EA 201300067A EA 024944 B1 EA024944 B1 EA 024944B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- energy
- hydrogen
- consumption
- power
- renewable
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для использования энергии восполняемых источников в виде электричества, тепла и топлива. Оно может быть использовано для энергообеспечения объектов преимущественно с сезонно-цикловым режимом энергопотребления, к которым относятся отдельные жилые дома и офисные здания, небольшие промышленные предприятия и фермерские хозяйства, садоводческие товарищества и малые сельские поселения. Предложена многофункциональная энергетическая установка на основе водорода, адаптированная к сезонно-цикловому режиму энергопотребления. В ее состав входят преобразователь восполняемой энергии в электроэнергию, электролизер воды, водородный аккумулятор и топливные элементы. Установка обеспечивает аккумулирование энергии восполняемых источников в водород в ненапряженный период энергопотребления с последующим преобразованием этой энергии в электроэнергию, тепло и топливо. Она не представляет экологической опасности. Установка позволяет использовать энергию восполняемых источников в полном объеме, стабильно и при относительно равномерной нагрузке в течение года, что повышает эффективность использования восполняемых источников и самой установки при сезонно-цикловом режиме энергопотребления. Из-за отсутствия двигающихся частей эксплуатационные расходы невелики и установку можно использовать с периодическими и переменными источниками энергии, такими как ветер и солнце.
Description
Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для использования энергии восполняемых источников в виде электричества, тепла и топлива. Оно может быть использовано для энергообеспечения объектов преимущественно с сезонно-цикловым режимом энергопотребления, к которым относятся отдельные жилые дома и офисные здания, небольшие промышленные предприятия и фермерские хозяйства, садоводческие товарищества и малые сельские поселения.
Известны различные технические устройства для преобразования энергии восполняемых источников (ветра, воды, солнца) в какие-либо другие виды энергии. К таким устройствам относится, например, гидроэнергетическая установка, которая предназначена для выработки электроэнергии, сжатого воздуха и подачи воды из реки за счет энергии ее потока. Она состоит из водяного колеса, компрессора, пневмоаккумулятора, пневмонасоса и турбогенератора [1]. Вместе с тем известно применение водорода в энергетике, например, в атомных электрических станциях для выработки электроэнергии в часы максимальных нагрузок [2]. Кроме того, водород и метанол используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей [3].
Недостатком устройств для преобразования энергии восполняемых источников в другие виды энергии является то, что они позволяют получать, как правило, только электрическую энергию, а это существенно снижает их коэффициент полезного действия и, следовательно, эффективность использования. Применение водорода в электроэнергетике весьма ограниченно, поскольку он используется только для выработки электроэнергии в часы максимальных нагрузок. Метанол хотя и производят синтетическим способом, но при этом производство водорода на основе электролиза воды за счет энергии восполняемых источников недостаточно. В целом отсутствие комплексного подхода к созданию и использованию установок сдерживает их дальнейшее развитие и широкое распространение.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является ветроэнергетическая установка [4]. Она включает в себя преобразователь восполняемой энергии в электроэнергию постоянного тока (ветродвигатель в комплексе с одной или несколькими рабочими машинами), аккумулятор (устройство, аккумулирующее энергию или резервирующее мощность) и устройства объекта энергопотребления. В совокупности - это электроэнергетическая система, обеспечивающая возможность использования энергии восполняемых источников в виде электрической энергии.
К недостаткам данной установки также следует отнести отсутствие универсальности - возможности получения тепла и топлива одновременно с выработкой электроэнергии. Кроме того, в установке не обеспечен в достаточной мере режим постоянной нагрузки: он зависит, с одной стороны, от неравномерности потока энергии восполняемого источника, а с другой - от неравномерности процесса потребления этой энергии. Наличие в установке аккумулятора не позволяет выровнять нагрузку при сезонноцикловом режиме энергопотребления и стабильно использовать энергию восполняемого источника в течение года.
Задачей изобретения является создание многовариантной и многофункциональной энергетической установки, адаптированной к сезонно-цикловому режиму энергопотребления и позволяющей использовать энергию восполняемых источников стабильно и при относительно равномерной нагрузке в течение года.
Для этого предложено четыре варианта установки: А - водородный вариант: на выходе - водородное топливо, а также метанол и кислород; В - водородный с электроэнергетической системой - водородное топливо, метанол, кислород и электроэнергия от электроэнергетической системы; С - водородный с водородными топливными элементами - водородное топливо, метанол, кислород, тепло и электроэнергия от топливных элементов; Ό - водородный с электроэнергетической системой и водородными топливными элементами - водородное топливо, метанол, кислород, тепло и электроэнергия от электроэнергетической системы и топливных элементов. В результате получена многовариантная и многофункциональная энергетическая установка. Варианты установки используют в соответствии с тем, какой вид энергии наиболее востребован пользователем, исходя из конкретных условий энергопотребления. Получение нескольких видов энергии на выходе установки предопределяет высокую эффективность использования восполняемых источников и самой установки. Наличие нескольких вариантов, различных по сложности и функциональному назначению, позволяет, с одной стороны, адаптировать установку к ее использованию в конкретных условиях энергопотребления на основе выбора наиболее подходящего варианта, а с другой - создать ее производство на основе первого базового варианта с последующим формированием в виде отдельных модулей либо в их совокупности.
Все варианты установки выполнены с возможностью аккумулирования энергии восполняемых источников в водородном газгольдере в течение ненапряженного сезонного периода энергопотребления, причем в таком количестве, которое с запасом достаточно для энергообеспечения обслуживаемого объекта в последующий напряженный сезонный период с учетом одновременного использования энергии восполняемых источников в этот период. Это обеспечивает возможность использования восполняемых источников с малыми и неравномерными потоками энергии, таких, например, как ветра и солнца, стабильно и при относительно равномерной нагрузке в течение года. Мощность преобразователя восполняемой энергии превышает среднюю нагрузку по сезонно-цикловым периодам энергопотребления только настолько, что обеспечивает с запасом энергопотребление в напряженный период. В результате воз- 1 024944 можно применение преобразователя с наименьшей мощностью, что в конечном итоге также повышает эффективность использования восполняемых источников и установки.
На фиг. 1-4 показаны функциональные схемы соответственно вариантов А, В, С и Ό водородной установки для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления, на фиг. 5 изображены графики сезонно-циклового изменения энергопотребления в энергетической системе, на фиг. 6 - графики процессов накопления и расхода энергии водорода в течение года.
Установка в исполнении варианта А (фиг. 1) представляет собой водородный вариант и позволяет получить водородное топливо (водород), а также метанол и кислород. В ее состав входят преобразователь 1 восполняемой энергии в электроэнергию постоянного тока, электролизер 2 воды, водородный 3 и кислородный 4 газгольдеры, а также реактор 5 для получения метанола. Электроды электролизера 2 соединены с преобразователем 1, электролизер 2 скоммутирован с водородным 3 и кислородным 4 газгольдерами, а водородный газгольдер 3 - с реактором 5, который сообщен с емкостью для хранения, оснащенной раздаточным устройством (не показано). Кроме того, водородный 3 и кислородный 4 газгольдеры выполнены с заправочными устройствами, водородный газгольдер 3-с возможностью подачи водорода к объектам потребления тепловой энергии, к которым, например, относятся котлы 6 и 7 систем горячего водоснабжения и отопления.
При использовании установки по варианту А электроэнергия постоянного тока от преобразователя 1 поступает к электролизеру 2. Под действием электрического тока вода преобразуется в водород и кислород, которые поступают соответственно в водородный 3 и кислородный 4 газгольдеры. Для получения метанола водород из газгольдера 3 подают в реактор 5, откуда метанол поступает в емкость для хранения. Кроме того, водород из газгольдера 3 через газопроводы (не показаны) подается к водогрейным котлам 6 и 7 систем горячего водоснабжения и отопления. Водород и метанол, либо один из этих продуктов, используют в качестве топлива - в двигателях внутреннего сгорания автотранспортных средств.
Установка в исполнении варианта В (фиг. 2) представляет собой водородный вариант А в сочетании с электроэнергетической системой и позволяет получить водородное топливо, метанол, кислород и электроэнергию от электроэнергетической системы. В дополнение к варианту А она оснащена аккумулятором 8 электрического тока, который выполнен с возможностью аккумулирования энергии восполняемых источников в электроэнергию и оснащен зарядным устройством 10 с переключателем и детектором заряда в аккумуляторе (не показано). В состав установки также дополнительно входит инвертор 9. При этом аккумулятор 8 электрического тока на входе скоммутирован с преобразователем 1 и зарядным устройством 10, а на выходе - с инвертором 9, который подсоединен к объектам потребления электроэнергии - к местной 11 и коммунальной 12 электросети.
При использовании установки по варианту В водородная система (совокупность элементов 1-7) работает так же, как и по варианту А. Работа электроэнергетической системы заключается в следующем. Электроэнергия постоянного тока от преобразователя 1 поступает в аккумулятор 8 электрического тока. Аккумулятор 8 передает ток на инвертор 9, в котором постоянный ток преобразуется в переменный с заданным напряжением, например 220 В. От инвертора 9 электрический ток поступает к объектам потребления электроэнергии - в местную 11 и коммунальную 12 электросети. Аккумулятор 8 дает возможность снабжать электричеством потребителя даже в том случае, если преобразователь 1 кратковременно не работает, например, когда ветра нет или он слишком слабый для работы турбины. При длительном безветрии аккумулятор 8 подпитывается напряжением через зарядное устройство 10, скоммутированное на входе с коммунальной электросетью (не показано), а на выходе - с аккумулятором 8.
Это позволяет избежать отключения электропитания. Если турбина не работает и заряд не поступает в аккумулятор 8, переключатель зарядного устройства 10 по сигналу детектора заряда в аккумуляторе 8 подключает его к сети. Когда погодные условия позволяют турбине начать работу, переключатель также по сигналу детектора отключает аккумулятор 8 от сети и подсоединяет его к генератору турбины.
Установка в исполнении варианта С (фиг. 3) представляет собой водородный вариант в сочетании с водородными топливными элементами и позволяет получить водородное топливо, метанол, кислород, тепло и электроэнергию от топливных элементов. В дополнение к варианту А она включает в себя водородно-кислородные топливные элементы 13 и инвертор 9. Топливные элементы 13 скоммутированы на входе с водородным 3 и кислородным 4 газгольдерами, а на выходе - с инвертором 9. При этом топливные элементы 13 выполнены с возможностью передачи тепла на основе теплообмена объекту потребления тепловой энергии, а инвертор 9 подсоединен к объекту потребления электроэнергии.
При использовании установки по варианту С водородная система (совокупность элементов 1-7) работает так же, как и по варианту А. Работа дополнительных элементов заключается в следующем. Продукты электролиза, водород из газгольдера 3 и кислород из газгольдера 4, поступают к топливным элементам 13, в которых вырабатывается постоянный электрический ток с выделением тепла. Электрический ток поступает к инвертору 9 и далее - в местную 11 и коммунальную 12 электросети. Тепло через теплообменники 14 и 15, скоммутированные с топливными элементами 13 (не показано), подводится к системам горячего водоснабжения и отопления.
Установка в исполнении варианта Ό (фиг. 4) представляет собой водородный вариант в сочетании с электроэнергетической системой и водородными топливными элементами и позволяет получить водо- 2 024944 родное топливо, метанол, кислород, тепло и электроэнергию от электроэнергетической системы и топливных элементов. В дополнение к варианту В она включает в себя водородно-кислородные топливные элементы 13, скоммутированные на входе с водородным 3 и кислородным 4 газгольдерами, а на выходе с инвертором 9.
При использовании установки по варианту Ό водородная система (совокупность элементов 1-12) работает так же, как и по варианту В, а топливные элементы 13 - по варианту С.
Варианты установки А, В, С и Ό используют в соответствии с тем, какой вид энергии наиболее востребован пользователем, исходя из конкретных условий энергопотребления. Варианты построены по принципу от простого к сложному, что обеспечивает производство установки на основе первого базового варианта с последующим формированием отдельных модулей путем включения в них дополнительных элементов.
Установка выполнена с возможностью водородного аккумулирования энергии восполняемых источников в водородном газгольдере 3 в течение ненапряженного сезонного периода энергопотребления в таком количестве, которое с запасом достаточно для энергообеспечения обслуживаемого объекта в последующий напряженный сезонный период с учетом одновременного использования энергии восполняемых источников в этот период.
Эта особенность проиллюстрирована на фиг. 5 и 6.
На фиг. 5 даны следующие обозначения: Ып, Νο, Ν;ι - мощность преобразователя 1, соответствующая пиковой нагрузке в напряженный период энергопотребления, средней нагрузке по периодам энергопотребления, и мощность, превышающая среднюю нагрузку по периодам энергопотребления на величину, соответствующую дополнительному запасу энергии в напряженный период; Ν^,, - минимальная мощность нагрузки в ненапряженный период энергопотребления; Т - время года в месяцах (м); ΔΝ - дополнительный запас мощности преобразователя 1; ΝΑ - максимальная мощность аккумулирования энергии в ненапряженный период энергопотребления; 1 - график Ν1 = £(Т) распределения нагрузки в энергетической системе без применения предлагаемой установки - при мощности Ν преобразователя 1, принятой по пиковому значению нагрузки в напряженный период энергопотребления (при N = ΝΗ); 2 - график Ν2 = £(Т) распределения нагрузки в равномерно нагруженной (выравненной) энергетической системе - с применением установки при мощности Ν преобразователя 1, равной среднему значению нагрузки по периодам энергопотребления (при Ν = Νο); 3 - график Ν3 = £(Т) распределения нагрузки в равномерно нагруженной энергетической системе - с применением установки при мощности Ν преобразователя 1, принятой больше среднего значения нагрузки по периодам энергопотребления на величину запаса мощности ΔΝα, обеспечивающего некоторый запас энергии в напряженный период энергопотребления (при Ν = Ν,); 4 - средняя линия графиков 1 и 2; 5 - средняя линия графика 3; КЬ - линия, соответствующая концу напряженного периода и одновременно началу ненапряженного периода.
Обозначения на фиг. 6: ΔΕτ, ΔЕд - технологический и дополнительный (резервный) запас энергии к началу напряженного периода энергопотребления; ΔΕΟ - остаток дополнительного запаса энергии к концу напряженного или на начало ненапряженного периода; 1, 2 - интегральные графики накопления и расхода энергии при обеспечении дополнительного запаса энергии ΔΕ^ 3, 4 - тоже без дополнительного запаса энергии ΔΕ^ КЬ - линия, соответствующая концу напряженного периода и одновременно началу ненапряженного периода.
Из графиков на фиг. 5 имеем
ΔΝΛ = ΝΛ-ΝΟΙ
8Αι = 8в1 при Ν = ΝΟ δΑ2 > Зв2 при N > Нс или при N = ΝΛ, (1) (2) (3) где δΑ1, δΒ1 - площадь, ограниченная линиями 1 и 4 соответственно от оси ординат (начала ненапряженного периода) до точки О (с горизонтальной штриховкой) и от этой точки (с вертикальной штриховкой) до вертикальной линии КЬ, соответствующей концу напряженного периода и одновременно началу ненапряженного периода; δΑ2, δΒ2 - площадь, ограниченная линиями 1 и 5 в тех же пределах (как δΑ1 и δΒ1) - соответственно со штриховкой с наклоном вправо и со штриховкой с наклоном влево; точка О точка пересечения линий 1 и 4 (на фиг. 5 показана стрелкой). Тогда
Δδ = δΑ2-δΒ2.
(4)
Физически δΑ1, δΒ1 и δΑ2, δΒ2, а также Δδ соответствуют ЕА1, ΕΒ1 и ЕА2, ЕВ2, а также АЕд. где ЕА1, ΕΒ1 - энергия восполняемых источников, преобразованная в водород в ненапряженный период энергопотребления -технологический запас энергии ΔΕΤ (при Ν = Νο), и энергия, дополнительно израсходованная в напряженный период при мощности преобразователя 1, равной Νο; ЕА2, ЕВ2 - тоже при мощности преобразователя 1, равной Ид АЕд - дополнительный запас энергии водорода в напряженный период энергопотребления, равный по аналогии с (4)
ΔΕΛ — Ед2 — ЕВ2·
Из графиков на фиг. 6 имеем:
(5)
- 3 024944
ΔΕ = ΔΕΤ + ΔΕ.
(6) где ΔΕ - суммарный запас энергии к началу напряженного периода энергопотребления.
Таким образом, если мощность преобразователя 1, равна средней нагрузке по сезонно-цикловым периодам энергопотребления (Ν = Νο), то на начало напряженного периода в установке будет обеспечен только технологический (минимально достаточный) запас энергии ΔΕΤ. Если мощность преобразователя 1, превышает среднюю нагрузку по периодам энергопотребления (Ν > Νο) на величину ΔΝ (на величину запаса мощности преобразователя 1), то на начало напряженного периода энергопотребления в установке дополнительно к технологическому запасу будет обеспечен дополнительный запас энергии ΔΕ.,, При этом к концу напряженного или на начало ненапряженного периода предусмотрен остаток ΔΕо дополнительного запаса энергии АЕд.
В результате мощность преобразователя 1 превышает среднюю нагрузку Νο по сезонно-цикловым периодам энергопотребления настолько, что обеспечивает с запасом энергопотребление в напряженный период. При этом Ν меньше ΝΗ, но больше Νο. Производительность электролизера 2 соответствует мощности Ν преобразователя 1. Энергоемкость водородного газгольдера 3 соответствует количеству водорода, полученного к началу напряженного периода энергопотребления.
Пример применения данной установки по назначению и определения ее основных параметров. Пусть объектом обслуживания является отдельный жилой дом, в котором объекты энергопотребления представлены электроприборами, а также системами горячего водоснабжения и отопления, снабженными водогрейными котлами. При этом электроприборы подсоединены к коммунальной электросети и автономное электроснабжение не требуется. Система горячего водоснабжения используется в течение всего года, система отопления - только в осенне-зимний период, который равен 5 месяцам. Кроме того, потребителями энергии являются 2 автомобиля, система питания которых дополнительно оснащена дополнительной системой, обеспечивающей возможность использования водорода, например, в качестве добавки к бензину. Поэтому в процессе эксплуатации автомобили постоянно (равномерно в течение года) заправляют водородом посредством заправочного устройства, входящего в состав водородного газгольдера 3. Мощность, расходуемая на получение водородного топлива ΝΒΤ, составляет 2 кВт; системы горячего водоснабжения ΝΒ0 - 1 кВт, системы отопления Ν0Τ - 3 кВт. Причем летом Ν^ = ΝΒΤ + ΝΒ0 = 2 + 1=3 кВт, а зимой КП = ΝΒΤ + ΝΒ0 + Ν0Τ = 2 + 1 + 3 = 6 кВт. По распределению нагрузки в течение года в данном примере имеет место сезонно-цикловой режим энергопотребления: с чередованием ненапряженных весенне-летних (с минимальной нагрузкой) и напряженных осенне-зимних (с максимальной нагрузкой) периодов.
В соответствии с заданными условиями для энергообеспечения этого объекта обслуживания может быть предложена установка по варианту А (фиг. 1), обеспечивающая получение водорода за счет энергии восполняемых источников (например, ветра и солнца) с последующим его использованием в качестве добавки к бензину и подачей к водогрейным котлам 6 и 7 от водородного газгольдера 3. Ее средняя мощность Νο по сезонно-цикловым периодам использования составляет 4 кВт и она найдена графически - при построении графиков по аналогии с фиг. 5 - при условии, что δΑ1 = §βι . При этом установлено, что ΔΝ = 0,5 кВт.
Тогда мощность преобразователя 1 установки (фиг. 5)
N = X = Ч + ЛЫД = 4,0 + 0,5 = 4,5 кВт.
Максимальная мощность аккумулирования энергии в запас в ненапряженный весенне-летний период энергопотребления - по формуле
Να = Ν, - Ν,™ = 4,5 - 3,0 = 1,5 кВт.
Количество энергии на отопление Еот дома при продолжительности осенне-зимнего (отопительного) периода Т3, равного 5 месяцам, - по формуле
Εοτ = Νοτ·Τ5 = 3000 -(13,2 · 106) = 39,6· 109 Дж, где число в скобках - время Тз в с, вычисленное при среднем числе суток в месяце, равном 30,5.
Количество энергии ЕАЛ, накопленное в водородном газгольдере за весенне-летний период ТЛ (энергоемкость газгольдера), равный 7 месяцам, - по формуле:
Εαλ=Να· Т„ = 1500-(18,4- 106) = 27,б- 109Дж, где число в скобках - время ТЛ в с, вычисленное при среднем числе суток в месяце, равном 30,5.
Количество энергии ЕАЗ восполняемых источников, преобразованное в водород и использованное на отопление за осенне-зимний период:
Еаз = Να- Χ = 1500 - 13,2 · 106 = 19,8 · 109 Дж.
Суммарное количество энергии Ет, преобразованное в водород на отопление за летний и зимний периоды (за год)
Ет = Едя + Едз = (27,6 109) + (19,8 · 109) = 47,4 · 109 Дж.
Запас энергии, сформированный в течение года:
- 4 024944
ΔΕτ = Ет - Еот = (47,4 · 109) - (39,6 · 109) = 7,8 · 109 Дж, что составляет около 20% к ЕОТ.
Таким образом, применение данной установки позволило получить водородное топливо для автотранспортных средств, а также для систем горячего водоснабжения и отопления и при этом использовать преобразователь 1, мощность которого N значительно меньше пиковой нагрузки Ып (4,5 < 6,0) в напряженный осенне-зимний период. Вместе с тем в установке, как показывают ориентировочные расчеты (они выполнены без учета потерь энергии при ее преобразовании из одного вида в другой), обеспечен запас энергии.
Пример формирования вариантов установки на основе базового водородного варианта А, в состав которой входят преобразователь 1 восполняемой энергии в электроэнергию постоянного тока, электролизер 2 воды, водородный 3 и кислородный газгольдер 4 газгольдеры, а также реактор 5 для получения метанола.
Для получения варианта В вариант А дополняют аккумулятором 8 электрического тока, зарядным устройством 10 и инвертором 9.
Для получения варианта С вариант А дополняют водородно-кислородными топливными элементами 13 и инвертором 9.
Для получения варианта Ό вариант В дополняют водородно-кислородными топливными элементами 13.
Следовательно, путем дополнения к варианту А новых конструктивных элементов представляется возможным получить другие варианты: В, С и Ό.
Установка не представляет экологической опасности, так как при сгорании водорода вновь образуется вода. Электролиз воды используется более сотни лет для получения водорода. Поскольку эффективность реакции электролиза не зависит от размера элемента или батареи элементов, электролизеры позволяют получать водород на крупных и малых установках. Коэффициент полезного действия обычного промышленного электролизера составляет около 70-80%, водородных топливных элементов - 60-65%. Из-за отсутствия двигающихся частей эксплуатационные расходы невелики, и установку можно использовать с периодическими и переменными источниками энергии, такими как ветер и солнце. Установка адаптирована к сезонно-цикловому режиму энергопотребления. Поэтому любую избыточную электроэнергию, произведенную во время ненапряженного сезонного периода энергопотребления, можно сохранить в форме водорода, а затем использовать ее как дополнительную энергию в напряженный сезонный период.
Источники информации, принятые во внимание
1. Патент России на изобретение № 2213881, Р03В 13/00, 28.06.2001.
2. Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб. пособие/Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - 2-е изд. - М.: КНОРУС, 2012. - С. 224, 225.
3. Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб. пособие/Н.Б. Кириченко 7-е изд. - М.: Академия, 2011. - С. 64-66, 68-70.
4. Политехнический словарь/гл. ред. А.Ю. Ишлинский. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - С. 77 - прототип.
Claims (6)
1. Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонноцикловым режимом энергопотребления, включающая в себя преобразователь восполняемой энергии в электроэнергию постоянного тока, аккумулятор энергии и объект энергопотребления, отличающаяся тем, что аккумулятор выполнен с возможностью аккумулирования энергии восполняемых источников в водород, при этом в состав установки входят электролизер воды, водородный и кислородный газгольдеры, реактор для получения метанола, при этом электроды электролизера соединены с преобразователем восполняемой энергии, электролизер скоммутирован с водородным и кислородным газгольдерами, а водородный газгольдер - с реактором, который сообщен с емкостью для хранения, оснащенной раздаточным устройством, кроме того, водородный и кислородный газгольдеры выполнены с заправочными устройствами, водородный газгольдер - с возможностью подачи водорода к объекту потребления тепловой энергии.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена дополнительным аккумулятором, который выполнен с возможностью аккумулирования энергии восполняемых источников в электроэнергию и оснащен зарядным устройством с переключателем и детектором заряда в аккумуляторе, в состав установки также дополнительно входит инвертор, при этом аккумулятор на входе скоммутирован с преобразователем, а на выходе - с инвертором, который подсоединен к объекту потребления электроэнергии.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя водороднокислородные топливные элементы и инвертор, топливные элементы скоммутированы на входе с водородным и кислородным газгольдерами, а на выходе - с инвертором, при этом указанные топливные элементы выполнены с возможностью передачи тепла на основе теплообмена объекту потребления тепло- 5 024944 вой энергии, а инвертор подсоединен к объекту потребления электроэнергии.
4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя водороднокислородные топливные элементы, скоммутированные на входе с водородным и кислородным газгольдерами, а на выходе - с инвертором, при этом указанные топливные элементы выполнены с возможностью передачи тепла на основе теплообмена объекту потребления тепловой энергии.
5. Установка по пп.1-4, отличающаяся тем, что она выполнена в виде вариантов А, В, С и Ό, соответствующих указанным пунктам, каждый из которых имеет возможность аккумулирования энергии восполняемых источников в водородном газгольдере в течение ненапряженного сезонного периода энергопотребления в таком количестве, которое с запасом достаточно для энергообеспечения обслуживаемого объекта в последующий напряженный сезонный период с учетом одновременного использования энергии восполняемых источников в этот период, при этом мощность преобразователя восполняемой энергии превышает среднюю нагрузку по сезонно-цикловым периодам энергопотребления только настолько, что обеспечивает с запасом энергопотребление в напряженный период, производительность электролизера соответствует мощности преобразователя, энергоемкость водорода в водородном газгольдере соответствует количеству водорода, полученного к началу напряженного периода энергопотребления.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
- 6 024944
Фиг. 4
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300067A EA024944B1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300067A EA024944B1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201300067A1 EA201300067A1 (ru) | 2014-06-30 |
| EA024944B1 true EA024944B1 (ru) | 2016-11-30 |
Family
ID=51013755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201300067A EA024944B1 (ru) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA024944B1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653825C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-05-14 | Андрей Владиславович Курочкин | Автономная водородная установка |
| RU2661580C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-07-17 | Андрей Владиславович Курочкин | Автономная установка для получения водорода |
| RU2685105C1 (ru) * | 2018-03-23 | 2019-04-16 | Андрей Владиславович Курочкин | Водородная установка (варианты) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677318C2 (ru) * | 2017-03-29 | 2019-01-16 | Александр Васильевич Ноздричев | Морская волновая электростанция (варианты), магнитогидродинамический генератор, магнитогидродинамический канал, водородно-кислородный турбогенератор, насосная установка и применение электрохимического генератора |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2015412C1 (ru) * | 1991-04-08 | 1994-06-30 | Колесников Николай Кузьмич | Ветроэнергетическая установка |
| US6100600A (en) * | 1997-04-08 | 2000-08-08 | Pflanz; Tassilo | Maritime power plant system with processes for producing, storing and consuming regenerative energy |
| JP2001304091A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-10-31 | Toshiba Corp | 風力発電システム |
| RU2319038C1 (ru) * | 2006-07-17 | 2008-03-10 | Калиф Енфавич Пак | Автономная ветроэнергетическая станция пака калифа |
| US20110237839A1 (en) * | 2007-11-22 | 2011-09-29 | Gwa Beteilungs & Management Gmbh | Modular power plant unconnected to the grid |
-
2012
- 2012-12-26 EA EA201300067A patent/EA024944B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2015412C1 (ru) * | 1991-04-08 | 1994-06-30 | Колесников Николай Кузьмич | Ветроэнергетическая установка |
| US6100600A (en) * | 1997-04-08 | 2000-08-08 | Pflanz; Tassilo | Maritime power plant system with processes for producing, storing and consuming regenerative energy |
| JP2001304091A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-10-31 | Toshiba Corp | 風力発電システム |
| RU2319038C1 (ru) * | 2006-07-17 | 2008-03-10 | Калиф Енфавич Пак | Автономная ветроэнергетическая станция пака калифа |
| US20110237839A1 (en) * | 2007-11-22 | 2011-09-29 | Gwa Beteilungs & Management Gmbh | Modular power plant unconnected to the grid |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653825C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-05-14 | Андрей Владиславович Курочкин | Автономная водородная установка |
| RU2661580C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-07-17 | Андрей Владиславович Курочкин | Автономная установка для получения водорода |
| RU2685105C1 (ru) * | 2018-03-23 | 2019-04-16 | Андрей Владиславович Курочкин | Водородная установка (варианты) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201300067A1 (ru) | 2014-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200006942A1 (en) | Water Production Employing a Hydrogen Cycle | |
| EP1975279B1 (en) | Apparatus for renewable hydrogen fuel generation by electrolysis using combined solar and grid power | |
| Rad et al. | Excess electricity problem in off-grid hybrid renewable energy systems: A comprehensive review from challenges to prevalent solutions | |
| US20080224670A1 (en) | Electrical power generation system | |
| Nagaraj | Renewable energy based small hybrid power system for desalination applications in remote locations | |
| US9951746B2 (en) | Potential energy-based power generation system | |
| KR20090059389A (ko) | 신재생 에너지 발생 시스템 | |
| CN106600022B (zh) | 基于多目标优化的风-光-燃气-海水抽水蓄能孤立电力系统容量优化配置方法 | |
| Shiroudi et al. | Demonstration project of the solar hydrogen energy system located on Taleghan-Iran: Technical-economic assessments | |
| CN102534646A (zh) | 风力发电制氢储能供氢和后备发电装置 | |
| EA024944B1 (ru) | Водородная установка для использования энергии восполняемых источников с сезонно-цикловым режимом энергопотребления | |
| CN112260260A (zh) | 一种新能源发电直流并网系统及其控制方法 | |
| US20160372775A1 (en) | Method for Temporarily Storing the Electric Energy of an Energy Supply System and Regenerative Energy Storage Device | |
| Farhani et al. | Optimal design and economic analysis of a stand-alone integrated solar hydrogen water desalination system case study agriculture farm in Kairouan Tunisia | |
| RU77948U1 (ru) | Автономная энергоустановка | |
| Ghenai et al. | Design, optimization and control of standalone solar PV/fuel cell hybrid power system | |
| Vacheva et al. | An overview of the state of art of fuel cells in electric vehicles | |
| Rehman et al. | Prospects of rural electrification of Balochistan province with renewable energy sources | |
| CN204572342U (zh) | 一种新型风力蓄能制氢装置 | |
| Cao et al. | Capacity optimization of multi-energy complementary microgrid considering green hydrogen system | |
| Lill et al. | Case study for battery bank subsidization | |
| Gupta et al. | An isolated hybrid WT/PV/MH power generation system assisted with an energy storage system in conjunction with a power management scheme | |
| Kleperis et al. | Energy storage solutions for small and medium-sized self-sufficient alternative energy objects | |
| Kravchenko et al. | Peculiarities of Application of Helioenergetics for Signaling, Interlocking and Blocking Devices at the Railroad Transport | |
| Kleperis et al. | Self-Sufficient PV-H₂ Alternative Energy Objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |