PL250017B1 - Układ do wytwarzania i ciągłego dostarczania energii - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie zapewnia dostarczanie prądu z turbino-generatora w sposób ciągły do odbiorcy, niezależnie od zmian w natężeniu wiatru, czy nawet okresów całkowitego jego braku. Układ do wytwarzania i ciągłego dostarczania energii do odbiorcy końcowego wyposażony w turbino-generator o pionowej osi obrotu w pracy cyklicznej lub ciągłej, urządzenie do rozpędzania wału turbiny w postaci silnika elektrycznego i transformator charakteryzuje się tym, że ma układ sterujący (5) sprzężony poprzez podłączony do zewnętrznego źródła (7) energii falownik (6) z urządzeniem (1) rozpędzania turbiny (2) o pionowej osi obrotu, która połączona jest współosiowo z generatorem (3) połączonym z układem sterującym (5) oraz rozłącznie z transformatorem (4), gdzie transformator (4) podłączony jest także do układu sterującego (5) i wyjścia (13) do sieci, a układ sterujący (5) połączony jest z magazynem energii (14) oraz wyjściem (13) do sieci.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania i ciągłego dostarczania energii, posiadający układ do sterowania turbino-generatorem w pracy cyklicznej i stałej, przystosowany do ciągłego dostarczania energii do odbiorcy końcowego.

Znana jest z polskiego opisu patentowego Pat.237283 wielosegmentowa turbina wiatrowa. Turbina składa się z odrębnych turbin-segmentów, z których co najmniej jeden segment turbiny jest wyposażony w co najmniej jeden dodatkowy wieniec nadstawek zamocowanych rozłącznie do kierownic segmentu oraz do wieńca segmentu znajdującego się poniżej lub do stałych podpór fundamentu, przy czym wieniec zestawiony jest z ośmiu płatów oraz ośmiu dolnych i ośmiu górnych osłon, tworzących strukturę zamkniętą.

Zespół urządzeń powietrzno-pneumatycznych, zwłaszcza dużej mocy znany jest z polskiego opisu patentowego Pat.218391. Zespół stanowią korzystnie trzy kolumny składające się z segmentów ustawionych współosiowo, połączonych sztywnymi przewiązkami.

Z polskiego wynalazku Pat.229549 znany jest wielosegmentowy generator synchroniczny przystosowany do wykorzystania w siłowniach wiatrowych o pionowej osi obrotu. Generator posiada obudowę w postaci szkieletu o podstawie wielokątnej, wykonanej korzystnie z kształtowników zamkniętych, połączoną z rozłącznie mocowaną obejmą.

Z polskiego wynalazku Pat.241790 znany jest układ do rozpędzania turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu wyposażony w silnik elektryczny zamocowany za pomocą sprzęgła jednokierunkowego na wale turbiny.

Podczas testów turbiny połączonej z generatorem (turbino-generatora) wyposażonym w układ do rozpędzania zauważono, że w przypadku braku wiatru prąd dostarczany do odbiorcy końcowego jest dostarczany cyklicznie, nie zaś w sposób ciągły, co może powodować krótkie przerwy w dostawie prądu do odbiorcy końcowego.

Zauważono, że znacząco lepsze efekty w uzyskiwaniu energii są w przypadku, kiedy turbinogenerator jest utrzymywany na obrotach nominalnych, zamiast rozpędzania go z pozycji stacjonarnej. Jednak w przypadku podłączonego na stałe transformatora opory na wale są zbyt duże, co utrudnia pracę urządzeń oraz dostarczanie prądu w sposób stały.

Układ do wytwarzania i ciągłego dostarczania energii w pracy cyklicznej i ciągłej turbino-generatora rozwiązuje powyższe problemy. Zapewnia dostarczanie prądu w sposób stały w tym samym czasie utrzymując turbinę na obrotach nominalnych, co zapewnia możliwość pracy przy mniejszym wietrze i mniejsze wydatkowanie energii na rozpędzanie turbiny.

Układ posiada turbinę wiatrową o pionowej osi obrotu połączoną nierozłącznie i współosiowo z generatorem. Wał turbino-generatora połączony jest z układem do rozpędzania turbiny umieszczonym na jego szczycie. Do układu rozpędzającego podłączony jest falownik wraz z zewnętrznym wejściem prądu. Generator połączony jest z układem sterującym oraz rozłącznie z transformatorem, gdzie transformator podłączony jest także do układu sterującego i wyjścia do sieci. Ponadto układ sterujący połączony jest z magazynem energii oraz z wyjściem do sieci.

Korzystnie układ sterujący posiada jednostkę sterującą, która z jednej strony połączona jest ze sterownikiem mocy i sprzężona z interfejsem użytkownika, zaś z drugiej strony, poprzez kolumnę synchronizacyjną, falownik układu sterującego i przetwornicę połączony jest z wejściem sygnałów.

Korzystnie sterowanie jednostką sterującą układu sterowania jest kontrolowane za pomocą częstotliwości prądu.

Wynalazek zapewnia dostarczanie prądu z turbino-generatora w sposób ciągły do odbiorcy, niezależnie od zmian w natężeniu wiatru, czy nawet okresów całkowitego jego braku. W przypadku spadku obrotów turbiny poniżej nominalnej wartości odłączany jest transformator, tym samym zmniejszając opór na wale turbiny i włączany jest układ rozpędzania turbiny, który utrzymuje obroty turbiny. Sprawia to, że turbina nie zatrzymuje się, co oznacza, że nie jest potrzebny rozruch turbiny z pozycji stacjonarnej w przypadku zwiększenia się natężenia wiatru oraz to, że nawet mniejsze natężenie wiatru pozwala na ponowną generację prądu po ponownym przyłączeniu transformatora. Dzięki układowi sterowania według wynalazku, nawet w przypadku cyklicznych podłączeń transformatora prąd jest dostarczany do odbiorcy w sposób ciągły. W momencie odłączenia transformatora wirnik turbiny pełni chwilowo funkcję koła zamachowego.

Wynalazek w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym pokazany jest schemat blokowy układu.

Przykład:

Jak pokazano na rysunku układ wyposażony jest w turbinę wiatrową o pionowej osi obrotu 2 połączonej nierozłącznie i współosiowo z generatorem 3. Do generatora 3 podłączony jest rozłącznie transformator 4, do którego podłączony jest układ sterujący 5, który posiada jednostkę sterującą 8, połączony z nią sterownik 11 mocy, gdzie jednostka sterująca 8 sprzężona jest z interfejsem 12, zaś z drugiej strony poprzez kolumnę synchronizacyjną 15, falownik 9 układu sterującego i przetwornicę 16 do wyjścia 10 sygnałów. Układ sterujący 5 podłączony jest również do magazynu 14 energii, wyjścia 13 do sieci i, poprzez falownik 6, do układu 1 rozpędzania turbiny 2. Falownik 6 podłączony jest również do zewnętrznego źródła 7 energii.

Falownik 6 podłączony do zewnętrznego źródła 7 mocy zasila układ 1 rozpędzania turbiny 2, który rozpędza turbino-generator do mocy nominalnej. W przypadku osiągnięcia mocy nominalnej uruchomiony zostaje, podłączony do generatora 3 transformator 4, który przekazuje prąd do układu sterującego 5 i do wyjścia 13 do odbiorcy końcowego. Układ sterujący 5 składa się z jednostki sterującej 8, do której podłączony jest układ 11 sterowania mocą, interfejs 12 oraz - poprzez przetwornicę 16, falownik 9 układu sterującego i kolumnę stabilizacyjną 15 - wejście 10 sygnałów.

Układ sterujący, który podłączony jest do falownika, magazynu energii i do wyjścia dostarczania energii do odbiorcy końcowego, w przypadku spadku obrotów poniżej mocy nominalnej odłącza transformator i z magazynu energii zasila, przez falownik, układ rozpędzania, który dopędza ponownie turbino-generator do mocy nominalnej. W czasie, kiedy podłączony jest transformator, układ sterujący przekazuje część mocy do magazynu energii, a część do wyjścia. W czasie cyklu pracy turbino-generatora kiedy transformator jest odłączony, układ sterujący zasila sieć z magazynu energii, w ten sposób zapewniając przemianę prądu cyklicznego na prąd ciągły na wyjściu do sieci.

Claims (3)

1. Układ do wytwarzania i ciągłego dostarczania energii do odbiorcy końcowego wyposażony w turbino-generator o pionowej osi obrotu w pracy cyklicznej lub ciągłej, urządzenie do rozpędzania wału turbiny w postaci silnika elektrycznego i transformator, znamienny tym, że ma układ sterujący (5) sprzężony poprzez podłączony do zewnętrznego źródła (7) energii falownik (6) z urządzeniem (1) rozpędzania turbiny (2) o pionowej osi obrotu, która połączona jest współosiowo z generatorem (3) połączonym z układem sterującym (5) oraz rozłącznie z transformatorem (4), gdzie transformator (4) podłączony jest także do układu sterującego (5) i wyjścia (13) do sieci, a układ sterujący (5) połączony jest z magazynem energii (14) oraz wyjściem (13) do sieci.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterujący (5) posiada jednostkę sterującą (8), która z jednej strony połączona jest ze sterownikiem mocy (11) i sprzężona z interfejsem (12), zaś z drugiej strony poprzez kolumnę synchronizacyjną (15), falownik (9) układu sterującego (5) i przetwornicę (16) połączony jest z wejściem (10) sygnałów.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że sterowanie jednostką (8) sterującą układu (5) sterowania jest kontrolowane za pomocą częstotliwości prądu.