NL1018569C2 - Mobiele energiecentrale. - Google Patents

Description

Mobiele energiecentrale

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een mobiele energiecentrale omvattende een verplaatsbare behuizing voorzien van: 5 > een windturbine en/of > een zonnecelpaneel met zonnecellen en > opslagmiddelen voor het opslaan van elektrische energie en het afgeven van elektrische energie, waarbij de opslagmiddelen een batterij omvatten, waarbij de windturbine respectievelijk het zonnepaneel werkzaam zijn verbonden met 10 de opslagmiddelen voor het daaraan toeleveren van met de windturbine respectievelijk het zonnepaneel opgewekte elektrische energie.

Mobiele energiecentrales met een verplaatsbare behuizing waarin zij zijn ondergebracht zijn bekend. Men denke bijvoorbeeld aan een dieselgenerator die op een aanhangwagen of vrachtwagen kan zijn gemonteerd.

15 Dergelijke mobiele energiecentrales vinden in het bijzonder toepassing voor opwekking van energie, in het bijzonder elektrische energie, op plaatsen waar geen aansluiting op het energienet aanwezig is. Nadeel van de bekende mobiele energiecentrales is echter dat deze fossiele brandstoffen, zoals dieselolie, gebruiken voor het opwekken van elektriciteit en dat bij de verbranding van die fossiele 20 brandstoffen uitlaatgassen ontstaan die in het milieu worden vrijgelaten en aldus schadelijke of althans ongewenste stoffen in het milieu brengen.

Een energiecentrale volgens de aanhef van conclusie 1 is bekend uit WO 94/20802. Deze publicatie heeft betrekking op een energievoorziening behorend bij een mobiele koelruimte. Deze energievoorziening omvat zonnecellen alsmede een 25 windturbine. De opgewekte elektrische energie wordt gebruikt voor het koelen van de koelruimte en indien overmatig opgewekt opgeslagen in een elektrische of thermische accumulator. De opgeslagen energie wordt voor het koelen van de koelruimte gebruikt wanneer de wind en de zon onvoldoende energie leveren. De energieopslagcapaciteit van deze energievoorziening is relatief gering bij een groot ruimtebeslag.

30 De onderhavige uitvinding heeft in het bijzonder tot doel het verschaffen van een mobiele energiecentrale die overal toepasbaar is en overal duurzame energie kan opwekken, zonder dat er een elektriciteitsnet aanwezig behoeft te zijn, en welke ook bij fÜ18569* 2 afwezigheid van externe energiebronnen, zoals wind en zon, en afwezigheid van overige externe energietoevoer autonoom elektrische energie kan blijven leveren.

Voomoemd doel wordt volgens de uitvinding bij een mobiele energiecentrale volgens de aanhef van conclusie 1 bereikt, doordat de opslagmiddelen verder omvatten 5 een waterstofstelsel, waarbij het waterstofstelsel omvat een waterstofgenerator, een met de waterstofgenerator werkzaam verbonden waterstoflank voor opslag van met de waterstofgenerator gewonnen waterstof, en een werkzaam met de waterstoflank verbonden waterstofcel voor opwekking van elektrische energie door verbranding van waterstof, beter gezegd oxidatie van waterstof tot water, de waterstof cel, ook wel 10 brandstofcel genaamd, omvat een membraan die ervoor zorgt dat het H2-gas zich met het (Vgas verbindt middels een redoxreactie, een reactie waarbij er een elektronenstroom van 2 x H2 + O2 overgaat in 2 x H2O. Zowel H2 als de O2 gaan van neutraal over in elektrisch geladen deeltjes die bij hun overgang ionen vrijgeven.

Daar waar in deze aanvrage gesproken wordt over verbranding wordt in het 15 bijzonder bedoeld oxidatie van waterstof tot water. Dit laat zich ook aanduiden als scheikundig gecontroleerde omzetting van waterstof in water.

Een waterstofstelsel dat met behulp van elektriciteit waterstof maakt, dit opslaat en later in een waterstofcel verbrandt om er weer elektriciteit uit op te wekken is als zodanig al lange tijd bekend uit DE 3.708.637. Dit betreft echter geen mobiele 20 energiecentrale.

De mobiele energiecentrale volgens de uitvinding is in staat om middels de windturbine en/of het zonnecelpaneel elektrische energie op te wekken en deze elektrische energie aan een afnemer toe te leveren. Ingeval de afnemer de opgewekte elektrische energie niet direct nodig heeft of indien de opgewekte elektrische energie 25 meer is dan de behoefte op dat moment, is de mobiele energiecentrale volgens de uitvinding in staat deze opgewekte elektrische energie op te slaan in de opslagmiddelen om deze energie later weer af te kunnen geven wanneer er wel vraag naar de elektrische energie is maar geen wind en/of zon voor opwekking van elektrische energie middels de windturbine respectievelijk het zonnepaneel of wanneer de vraag naar elektrische 30 energie groter is dan op dat moment door de windturbine respectievelijk het zonnepaneel opgebracht kan worden. De opslagmiddelen omvatten daartoe een batterij en een waterstofstelsel. De batterij, die uiteraard uit een aantal accu's kan bestaan, heeft als nadeel dat deze relatief veel volume inneemt maar als voordeel dat deze direct 1018569« 3 elektrische energie kan afgeven wanneer dit nodig is. Het waterstofstelsel is in staat een veel grotere buffer aan energie te vormen. Dit waterstofstelsel omvat daartoe een waterstofgenerator die middels daaraan toegevoerde elektrische stroom water ontleedt in waterstof en zuurstof. Een dergelijke waterstofgenerator kan een zogenaamde 5 kaliloogontleder zijn. Het waterstofstelsel omvat verder een waterstoftank voor het opslaan van de door de waterstofgenerator voortgebrachte waterstof. Vanuit deze waterstoftank kan vervolgens waterstof worden afgenomen, wanneer er vraag naar elektrische energie is, om deze waterstof toe te voeren aan een waterstofcel waarin de waterstof verbrand wordt onder opwekking van elektrische energie. De verbranding 10 van waterstof is een schone verbranding of te wel 100% schone scheikundige gecontroleerde omzetting van waterstof in water, die nauwelijks of geen nadelen voor het milieu met zich medebrengt. De batterij zal bij voorkeur ook werkzaam zijn verbonden met de waterstofcel om deze waterstofcel vanuit stilstand in bedrijf te kunnen brengen bij de vraag naar elektrische energie. Een dergelijke mobiele IS energiecentrale kan betrekkelijk gemakkelijk enerzijds zodanig worden ontworpen dat deze geheel is onder te brengen in bijvoorbeeld een 30 voets scheepscontainer en anderzijds in staat is om een huishouden te voorzien van voldoende elektrische energie.

Teneinde de mobiele energiecentrale autonoom te kunnen laten werken verdient het volgens de uitvinding de voorkeur wanneer deze een watertank voor regenwater 20 omvat, welke watertank via een filterstelsel, bij voorkeur van het membraantype, werkzaam is verbonden met de waterstofgenerator alsmede bij voorkeur ook met de boiler. Aldus is aansluiting van de mobiele energiecentrale op het watemet overbodig en kan men behoudens onvoldoende regenval van bevoorrading met water geheel afzien.

25 Een mobiele energiecentrale volgens de uitvinding zal op voordelige wijze verder omvatten een zonnecollectorpaneel dat werkzaam is verbonden met een boiler voor warm water. Aldus is de mobiele energiecentrale ook in staat warm water te leveren, waarbij het water verwarmd is door de in het zonnecollectorpaneel gewonnen warmte in de boiler en daarin aanwezig te verwarmen water af te geven. Ook dit geheel laat 30 zich nog steeds gemakkelijk in genoemde 30 voets container onderbrengen, terwijl het vermogen tot levering van warm water voor een gemiddeld huishouden voldoende is.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding is de verplaatsbare behuizing een container, zoals een 20, 30 of 40 voets vrachtcontainer of een 20, 30 of 1018569· 4 40 voets scheepscontainer. Dergelijke containers zijn relatief goedkoop en ruim beschikbaar en hebben als zeer belangrijk voordeel dat ze door hun standaardafmetingen gemakkelijk op vrachtwagens, treinen en schepen geplaatst en getransporteerd kunnen worden naar hun plaats van bestemming.

5 De windturbine kan los van de behuizing zijn opgesteld. Echter met het oog op een eenvoudig, snel en betrouwbaar opzetten van de mobiele energiecentrale op de plaats van bestemming verdient het de voorkeur wanneer de windturbine aan de behuizing is aangebracht, en vanaf het dak van de behuizing omhoog steekt, althans in een vanaf het dak van de behuizing omhoog stekende werkzame toestand is te brengen. 10 De windturbine, in het bijzonder de kolom waarop de rotor is gemonteerd, kan hierbij door het dak van de behuizing heen steken om aan de bodem van de behuizing of anderszins inwendige behuizing te zijn bevestigd. Teneinde enerzijds een makkelijk manipuleerbare verplaatsbare behuizing, te verkrijgen en anderzijds een in bedrijf gerede toestand stabiele behuizing verdient het volgens de uitvinding de voorkeur 15 wanneer de behuizing een blokvormig basisframe omvat, en wanneer aan tegenoverliggende zijden, in het bijzonder tegenoverliggende langszijden, van de behuizing uitzetbare; steunen zijn voorzien. De uitzetbare steunen, die ook ter vlakke afsteuning op de ondergrond van vijzels kunnen zijn voorzien, zorgen ervoor dat de behuizing niet tengevolge van de daarop staande windturbine om kan waaien.

20 Volgens de uitvinding zullen de opslagmiddelen op voordelige wijze in de behuizing zijn aangebracht en zal de behuizing van ontluchtingsdoorgangen zijn voorzien. Deze ontluchtingsdoorgangen dienen ervoor te zorgen dat eventueel uit de batterij of het waterstofstelsel ontsnappende gassen naar buiten afgevoerd worden teneinde te voorkomen dat er explosieve gasmengsels in de behuizing ontstaan.

25 Opdat de zonne-energie zo optimaal mogelijk kan worden benut, verdient het de voorkeur wanneer het zonnepaneel en/of het zonnecollectorpaneel scharnierend aan de buitenzijde van de behuizing zijn aangebracht, althans aanbrengbaar zijn. Tijdens transport is het eventueel denkbaar het zonnecelpaneel en/of het zonnecollectorpaneel in de behuizing onder te brengen om ze voor beschadigingen te behoeden. De 30 scharnierende aanbrenging maakt het mogelijk het zonnecelpaneel en/of het zonnecollectorpaneel naar de zon te richten. Het is hierbij eventueel ook goed denkbaar dat aan het zonnecelpaneel en/of het zonnecollectorpaneel nog een besturingsinrichting 1018569« 5 is gekoppeld die is ingericht om het zonnecelpaneel respectievelijk zonnecollectorpaneel de stand van de zon aan de hemel te laten volgen.

De onderhavige uitvinding zal in het navolgende aan de hand van era in de tekening schematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

5 Hierin toont:

Fig. 1 een zeer schematisch, perspectivisch aanzicht op het uitwendige van era mobiele energiecentrale volgens de uitvinding; ra

Fig. 2 een zeer schematisch, perspectivisch aanzicht op het inwendige van een mobiele energiecentrale volgens de uitvinding.

10 De fig. 1 en 2 tonen een voorbeeld van een uitvoeringsvorm, en wel era de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm, van era mobiele energiecentrale volgens de uitvinding.

De getoonde mobiele energiecentrale omvat era verplaatsbare behuizing in de vorm van een 40 voets zeecontainer 1 met gebruikelijke corner castings 28 en aan één 15 kops eind twee deuren 15. Configurering van de mobiele energiecentrale in en op een dergelijke container 1 heeft als groot voordeel dat dit de mobiele .energiecentrale transporteerbaar maakt met voor het transport van dergelijke zeecontainers al beschikbare middelen.

De mobiele energiecentrale is aan het dak voorzien van een door era tuidraad 13 20 overeind te houden windturbine 2, 3, 4, die in langsrichting van de container 1 neerklapbaar is om in een liggende toestand in steun 8 te liggen. De windturbine omvat een, in gebruikstoestand opgerichte, vanaf het dak van de container omhoog stekende telescoperende kolom 2, 3 met daaraan era van rotorbladen 4 voorziene windturbinekop.

25 De container 1 is aan één langszijde, eventueel twee langszijdra, voorzien van een paneel 10. Dit paneel 10 is een zonnecellenpaneel. Dit zonnecellenpaneel is middels een uithouder 14 ten opzichte van de aangrenzende langswand van de container 1 uit te zetten, terwijl deze scharniert rond era in langsrichting van de container 1 verlopend scharnier 29. De uitzetter 14 kan onderdeel uitmakra van era 30 besturingsinrichting, welke is ingericht om de schuinte van het zonnecellrapaneel 10 ten opzichte van de verticaal te kunnen instellen in afhankelijkheid van de stand van de zon aan de hemel. Door het uitzetmechanisme 14 op geschikte wijze te ontwerpen is het ook denkbaar dat het zonnecellenpaneel 10 verder dan 90* rond schamierhartlijn 29 f018569* 6 naar buiten wordt geklapt om naar de zon te zijn toegericht wanneer deze aan de rechter zijde van het blad van tekening mocht staan.

Op het dak van de container 1 is een zonnecollectorpaneel 9 voorzien dat middels uitzetarmen 12, bijvoorbeeld telescoperende uitzetarmen 12 in een schuine naar de zon 5 gerichte stand is te brengen. Deze zonnecollectorpanelen 9 zijn scharnierend langs een schamierhartlijn 30 die zich in langsrichting van de container 1 uitstrekt met de container 1 verbonden. Het moge duidelijk zijn dat op het dak van de container 1 meerdere zonnecollectorpanelen 9 kunnen zijn voorzien evenals ook dat het denkbaar is dat aan één langszijde van de container meerdere zonnecellenpanelen 10 kunnen zijn 10 voorzien. Ook is het zeer wel denkbaar de zonnecellenpanelen 10 en zonnecollectorpanelen 9 van plaats te verwisselen, zowel zonnecellenpanelen 10 als de zonnecollectorpanelen 9 op het dak van de container 1 te voorzien, zowel zonnecellenpanelen 10 als zonnecollectorpanelen 9 aan één of twee langszijden van de container te voorzien alsmede andere combinaties hiervan te maken.

15 In het dak van de container 1 zijn voorts ontluchtingen 11 voorzien, bestaande uit een ontluchtingsdoorgang en een daaroverheen geplaatste kap tegen inregenen.

Teneinde omwaaien of omslaan van de container 1 te voorkomen, in het bijzonder wanneer sterke windvlagen op de windturbine 1 inwerken, is aan beide langszijden van de container 1 een uitzwenkbaar steunstelsel 5 voorzien. Het 20 steunstelsel 5 bestaat uit twee rond schamierhartlijn 6 verzwenkbare armen 5 die in een gemeenschappelijk punt samenkomen en aldaar een in verticale richting verstelbaar vijzel 7 dragen. Het steunstelsel 5 is in fig. 1 getekend in transportstand, in de zin dat het tegen de langszijwand van de container 1 is gevouwen. Het moge duidelijk zijn dat dit steunstelsel 5 over 90* of eventueel meer ten opzichte van de containerwand 25 verzwenkt kan worden.

Aan de buitenzijde, maar aan de binnenzijde kan eventueel ook, is de container 1 voorzien van een aansluiting 26 voor elektrische energie, beter gezegd elektrische stroom, alsmede een aansluiting 27 voor warm water.

Verwijzend naar fig. 2 zijn inwendig in de container 1 ondergebracht 30 een tank 19 voor opslag van waterstof, H2, een boiler 20 voor het aanmaken en opslaan van warm water, fO'18569· 7 een voorraadvat 21 voor regenwater, dat onder meer middels een goot 16 onderaan het zonnecellenpaneel 10 kan zijn opgevangen en middels een pomp naar het regenwatervat 21 is toegevoerd, een waterstofgenerator 22 met een zuurstofafvoer 23 en een waterstofafVoer 24 leidend 5 naar de waterstoftank 19, een brandstofcel 17 geschikt om uit via leiding 25 vanaf de tank 19 toegevoeid waterstof elektrische energie op te wekken, een batterij 18 voor opslag en afgifte van elektrische energie.

De mobiele energiecentrale volgens de uitvinding is in staat om middels het van 10 zonnecellen voorziene zonnecelpaneel 10 en/of de windturbine 2, 3, 4 elektrische energie te winnen uit de zon respectievelijk de wind en deze elektrische energie via aansluiting 26 af te geven aan een gebruiker en/of deze elektrische energie in de batterij 18 op te slaan en/of middels deze elektrische energie in de waterstofgenerator door elektrolyse van op geschikte wijze gefilterd regenwater waterstof op te wekken welke 15 via leiding 24 naar de tank 19 wordt gevoerd voor opslag, alsmede zuurstof op te wekken die via leiding 23 naar de omgeving toe wordt afgevoerd. De in de tank 19 opgeslagen waterstof kan op een geschikt moment afhankelijk van de vraag naar elektrische energie aan de brandstofcel 17 worden toegevoerd om in die brandstofcel door verbranding van de waterstof elektrische energie op te wekken, welke elektrische 20 energie dan aan de eindgebruiker kan worden afgegeven en/of aan de batterij 18 kan worden toegevoerd ten behoeve van opslag in die batterij 18. Voor het in werking stellen van de brandstofcel kan elektrische energie uit de batterij 18 worden gebruikt en/of elektrische energie afkomstig van de windturbine 2, 3, 4 of het zonnecelpaneel 10. Het moge duidelijk zijn dat ten behoeve van voomoemde werkzame verbindingen 25 de nodige niet getoonde bekabeling in het bijzonder voor elektrische leidingen is gelegd alsmede de nodige niet getoonde en verder ook niet besproken omvormers, regelsystemen etc. zijn voorzien, welke voor een vakman niet meer dan voor de hand liggend en standaard zijn.

De zonnecollector 9 en boiler 20, welke als optioneel beschouwd kunnen worden, 30 verschaffen de mogelijkheid dat de mobiele energiecentrale ook kan voorzien in de warmwaterbehoefte. Het in de boiler 20 te verwarmen water zou na geschikte filtering en voorzover nodig geschikte reiniging uit de regenwateropslag 21 afkomstig kunnen zijn, maar kan ook afkomstig zijn uit een niet getoond buiten de container 1 op te f018569· 8 stellen voorraadvat of het vaste waterleidingnet. In de zonnecollector 9 zal door een kringloop rondgevoerd water opgewarmd worden door de zon om dan vervolgens naar de boiler 20 te worden geleid en aldaar via een niet getoonde warmtewisselaar warmte af te geven aan het in de boiler aanwezige water om na afgiite van warmte weer 5 teruggevoerd te worden naar de zonnecollector 9 voor hernieuwde opname van warmte uit de zon.

In het navolgende zal een voorbeeld worden gegeven met enkele indicatieve waarden voor een mobiele energiecentrale volgens de uitvinding, welke geschikt is om te voorzien in de behoefte van een huishouden. Deze waarden zijn: 10 - het zonnepaneel 10 zal ongeveer 24 m2 aan zonnecellen bevatten; - de zonnecollector 9 zal ongeveer 12 m2 oppervlak beslaan; - de windturbine kan een turbine zijn met een vermogen van 1,5 k 3 kW, zoals bijvoorbeeld ongeveer 2,5 kW; - de waterstoftank 19 kan een inhoud hebben van ongeveer 5 m3 en een 15 drukbestendigheid hebben voor een bedrijfsdruk van ongeveer 25 bar; - de watertank kan een inhoud hebben van ongeveer 2 m3. De watertank 21 met regenwater is hierbij voornamelijk bemeten met betrekking tot voldoende capaciteit voor de waterstofgenerator. Overtollig water kan eventueel na opslag in een niet getoonde additionele houder, worden gebruikt voor spoelwater in toiletten etc.

20 Een dergelijke mobiele energiecentrale kan een huishouden voorzien van elektrische stroom met een maximale piekbelasting van ongeveer 5000 watt wanneer de zon schijnt en er een wind waait met 6 m/s. Tengevolge van de batterij en de opgeslagen waterstof kan de mobiele energiecentrale het huishouden ook voorzien van elektrische stroom bij het ontbreken van wind en zon. Hiertoe is de batterij 18 of een 25 aantal batterijen 18 van nut alsmede het waterstofstelsel.

Inzake het waterstofstelsel laten zich bij dit voorbeeld de volgende waarden noemen. Wanneer de waterstoftank 19 is gevuld tot 20 bar, is er ongeveer 100 m3 aan waterstof beschikbaar voor de aanmaak van stroom. Met een rendement van in de ordegrootte van 80% geeft dit circa 400 KWH aan stroom. Dit is ruim voldoende voor 30 2 maanden stroomverbruik van een gemiddeld gezin, inclusief het gébruik van een vaatwasmachine en een wasmachine.

De waterstof uit de waterstoftank 19 kan, indien de mobiele energiecentrale is voorzien van een geschikte aansluiting daarvoor, ook worden gebruikt om een voertuig, 1018569« 9 zoals een auto, aan te drijven. Het voertuig zal de waterstof dan eerst in een eigen tank opslaan teneinde los van de container 1 te kunnen opereren.

Overschot aan elektrische energie kan eventueel direct aan het net worden afgeleverd.

5 Uit veiligheidsoverwegingen zullen inwendig in de container detectoren voor in het bijzonder watergas zijn voorzien alsmede eventueel detectoren voor uit de batterij afkomstige gassen, en aan die detectoren gekoppelde waarschuwingssystemen c.q. verdere veiligheidsmaatregelen voor ventilatie van het inwendige van de container.

De mobiele energiecentrale volgens de uitvinding wordt aangemerkt als een 10 verplaatsbare unit, is daarmee ROEREND GOED (dus geen onroerend goed). Daardoor is binnen bestaande wetgeving voor dit ontwerp GEEN wijziging bestemmingsplan noodzakelijk en kan daardoor zonder ambtelijke tussenkomst grootschalig toepasbaar gemaakt worden.

De container kan in een kleurstelling van bruin en groen zodanig worden 15 afgewerkt dat deze in zijn omgeving niet leidt tot horizonvervuiling de fraaie kleurschakering zal leiden tot een camouflage van de functionaliteit en zal op een afstand de indruk wekken van een tuinhuisje.

f®?8569«

Claims (6)

1. Mobiele energiecentrale omvattende een verplaatsbare behuizing voorzien van: > een windturbine en/of 5 > een zonnecelpaneel met zonnecellen en > opslagmiddelen voor het opslaan van elektrische energie en het afgeven van elektrische energie, waarbij de opslagmiddelen een batterij omvatten, waarbij de windturbine respectievelijk het zonnepaneel werkzaam zijn verbonden met de opslagmiddelen voor het daaraan toeleveren van met de windturbine respectievelijk 10 het zonnepaneel opgewekte elektrische energie, met het kenmerk, dat de opslagmiddelen verder omvatten een waterstofstelsel, waarbij het waterstofstelsel omvat een waterstofgenerator, een met de waterstofgenerator werkzaam verbonden waterstoftank voor opslag van met de waterstofgenerator gewonnen waterstof, en een werkzaam met de waterstoftank verbonden waterstofcel 15 voor opwekking van elektrische energie door verbranding van waterstof.

2. Mobiele energiecentrale volgens conclusie 1, omvattende een watertank voor regenwater, waarbij de watertank via een filterstelsel, bij voorkeur van het membraantype, werkzaam is verbonden met de waterstofgenerator alsmede. 20

3. Mobiele energiecentrale volgens conclusie 1 of 2, omvattende een zonnecollectorpaneel dat werkzaam is verbonden met een boiler voor warm water.

4. Mobiele energiecentrale volgens conclusie 3 en conclusie 2, waarbij de 25 watertank werkzaam is verbonden met de boiler.

5. Mobiele energiecentrale volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de verplaatsbare behuizing een container, zoals een 20, 30 of 40 voet vracht- of scheepscontainer, is. 30

6. Mobiele energiecentrale volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de windturbine aan de behuizing is aangebracht, en vanaf het dak van de behuizing T018569*