RO131456B1

RO131456B1 - Plant for producing electric power from multiple renewable sources

Info

Publication number: RO131456B1
Application number: ROA201600397A
Authority: RO
Inventors: George Poteraş; Gyorgy Deak; Mihaela-Andreea Moncea; Ionel Neacşu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Protecţia Mediului
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2018-11-29
Also published as: RO131456A0

Description

Invenția se referă la o instalație de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile.The invention relates to an installation for the production of electricity from multiple renewable sources.

Se cunoaște o instalație de producere a energiei electrice, conform documentului WO 2014/056049 A1, care cuprinde niște plăci segmentare la bază și un turn de susținere pe care sunt amplasate niște instalații de captare și utilizare a energiei valurilor ce sunt prevăzute cu regulator al forței ascensionale pe principiul flotabilității, care introduce un control al forței ascensionale în procesul de pompare, având rolul de a permite stocarea energiei cinetice a valurilor sub formă de energie potențială. Instalația cuprinde o turbină eoliană cu ax vertical și două rotoare care se rotesc în jurul unui cilindru, ce are rol de a preveni pătrunderea fluxului de aer în interior, și un dispozitiv de urmărire a soarelui și niște colectoare solare.An electricity generation installation is known, according to document WO 2014/056049 A1, which includes some segmental plates at the base and a support tower on which are located some installations for capturing and using the energy of the waves which are provided with a power regulator buoyancy on the principle of buoyancy, which introduces a control of the ascending force in the pumping process, having the role of allowing the storage of kinetic energy of waves in the form of potential energy. The installation includes a wind turbine with a vertical axis and two rotors that rotate around a cylinder, which has the role of preventing the flow of air inside, and a device for tracking the sun and some solar collectors.

Utilizarea surselor de energie regenerabilă reprezintă soluția viitorului pentru reducerea substanțială a contribuției omului la accentuarea fenomenului de efect de seră, prin dezvoltarea unor tehnologii de captare și înmagazinare a energiei produse de vânt, valuri, soare etc. În ariile costiere se manifestă în principal trei categorii de energii regenerabile, care pot fi convertite în energie electrică: energia valurilor și a curenților subacvatici, energia eoliană și energia solară.The use of renewable energy sources is the solution of the future for the substantial reduction of the human contribution to the accentuation of the greenhouse effect phenomenon, by developing technologies for capturing and storing the energy produced by wind, waves, sun, etc. In coastal areas there are mainly three categories of renewable energy, which can be converted into electricity: energy from waves and underwater currents, wind energy and solar energy.

Energia valurilor și a curenților subacvatici reprezintă o sursă regenerabilă și inepuizabilă de energie, având o multitudine de avantaje, dar și dezavantaje: are caracter nepoluant, nu prezintă dificultăți în exploatare, este înmagazinată de apa care acoperă două treimi din suprafața Pământului însă, prezintă caracter discontinuu datorat variației valurilor și anotimpurilor.The energy of waves and underwater currents is a renewable and inexhaustible source of energy, with many advantages and disadvantages: it is non-polluting, has no operating difficulties, is stored by water that covers two thirds of the Earth's surface, but has character discontinuous due to the variation of waves and seasons.

Energia eoliană, situată pe locul doi din punct de vedere al randamentului de producere al curentului electric după energia produsă în hidrocentrale, reprezintă o sursă importantă de energie regenerabilă, însă centralele eoliene ocupă spații importante de teren pentru desfășurare, cu un puternic impact peisagistic, dar și asupra faunei. În mediul marin, energia eoliană este potențată de intensitatea curenților de aer, care se manifestă într-un regim favorabil, ca durată și intensitate.Wind energy, ranked second in terms of electricity production efficiency after energy produced in hydropower plants, is an important source of renewable energy, but wind farms occupy important areas of land for development, with a strong landscape impact, but and on the fauna. In the marine environment, wind energy is enhanced by the intensity of air currents, which manifests itself in a favorable regime, in terms of duration and intensity.

Energia solară este, de asemenea, o sursă intermitentă de energie, datorită alternanțelor zi-noapte, iar utilizarea eficientă a acesteia necesită dezvoltarea unor sisteme adecvate de înmagazinare, capabile să stocheze eficient această energie. În mediul marin, energia solară este amplificată semnificativ de fenomenele de reflexie a luminii.Solar energy is also an intermittent source of energy, due to day-night alternations, and its efficient use requires the development of adequate storage systems capable of efficiently storing this energy. In the marine environment, solar energy is significantly amplified by light reflection phenomena.

T oate aceste particularități ale surselor regenerabile de energie sunt argumente cheie în dezvoltarea invenției, care să valorifice cu randament maxim energia oferită, rezolvând astfel unele aspecte legate de mediul înconjurător (emisiile de gaze cu efect de seră din atmosferă, evitarea riscului de întrerupere a furnizării de combustibil fosil și a instabilității economice asociată acestui risc etc.).All these particularities of renewable energy sources are key arguments in the development of the invention, which make the most of the energy offered, thus solving some environmental issues (greenhouse gas emissions from the atmosphere, avoiding the risk of supply interruption fossil fuel and the economic instability associated with this risk, etc.).

Deoarece valorificarea separată a celor trei surse de energie regenerabilă presupune amenajarea unor suprafețe considerabile, care au un impact semnificativ asupra mediului acvatic, producerea energiei regenerabile prin soluția propusă, elimină acest neajuns important. Totodată, valorificarea concomitentă a celor trei potențiale surse de energie regenerabilă are, în raport cu instalațiile clasice, cea mai mare eficiență pe unitatea de suprafață.As the separate use of the three renewable energy sources involves the arrangement of considerable areas, which have a significant impact on the aquatic environment, the production of renewable energy through the proposed solution, eliminates this important shortcoming. At the same time, the concomitant capitalization of the three potential renewable energy sources has, in relation to the classic installations, the highest efficiency per unit area.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în utilizarea mai multor surse de energie regenerabilă pentru obținerea de energie electrică.The technical problem solved by the invention consists in the use of several renewable energy sources for obtaining electricity.

Instalația de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, conform invenției, rezolvă problema tehnică menționată, prin aceea că modulul aerian de formă cilindrică este prevăzut cu niște fante verticale de concentrare a curentului de aer, înclinate spre pereții interiori ai modulului, deschiderea fantelor fiind reglată printr-un sistem de 1 deflectoare prevăzute cu niște celule fotovoltaice, care dirijează curenții de aer spre paletele din interiorul cilindrului, care sunt fixate cu ajutorul unui sistem mobil, iar modulul cilindric 3 submers este prevăzut la interior cu niște pale și cu niște fante verticale pe suprafața exterioară, înclinate spre pereții interiori ai cilindrului. 5The installation for producing electricity from multiple renewable sources, according to the invention, solves the mentioned technical problem, in that the cylindrical aerial module is provided with vertical slots for concentrating the air current, inclined towards the inner walls of the module, the opening of the slots being regulated by a system of 1 deflectors equipped with photovoltaic cells, which direct the air currents to the blades inside the cylinder, which are fixed with a mobile system, and the submersible cylinder module 3 is provided inside with some blades and some slots vertical on the outer surface, inclined towards the inner walls of the cylinder. 5

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...7 care reprezintă:7An embodiment of the invention is given below in connection with FIG. 1 ... 7 which represent: 7

- fig. 1, vedere de ansamblu a instalației de producere a energiei electrice;- fig. 1, overview of the electricity generation installation;

- fig. 2, detaliu asupra deflectoarelor;9- fig. 2, detail on the deflectors; 9

- fig. 3, secțiune după un plan A-A din fig.1;- fig. 3, section along a plane A-A of fig.1;

- fig. 4, secțiune după un plan B-B din fig. 1;11- fig. 4, section along a plane B-B of FIG. 1, 11

- fig. 5, secțiune după un plan C-C din fig.1;- fig. 5, section along a plane C-C of Fig. 1;

- fig. 6, detaliu asupra axului central - elice cu pale drepte;13- fig. 6, detail on the central axis - propellers with straight blades; 13

- fig. 7, detaliu asupra elicelor cu pale drepte.- fig. 7, detail on propellers with straight blades.

Instalația de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile, conform 15 invenției, este alcătuită dintr-un modul aerian 1 care captează atât energia curenților de aer (eoliană), cât și energia solară (fig. 1 și fig. 2). Modulul aerian 1 este de formă cilindrică, 17 având diametrul de 5 m și înălțimea de 10 m. Pe un ax central vertical 20 de φ = 0,1 m se află o casetă cu rulmenți axiali 15 și un cuplaj de multiplicare a vitezei de rotație 3, amplasat 19 pe un spațiu tehnologic 4. Pe axul central 20 se găsesc opt rânduri de pale 18 de formă trapezoidală, având latura de la vârf de 1 m, latura rigidizată pe ax de 0,50 m și lungimea de 21 2,30 m (fig. 6 și fig. 7). Palele 18 ce sunt dispuse pe ax una în prelungirea celeilalte sunt așezate pe verticală alternativ, în planuri perpendiculare, fiind atașate de ax printr-un sistem 23 de prindere 21. Pe generatoarele cilindrului sunt prevăzute fante verticale de concentrare a curentului de aer 5, care sunt înclinate înspre pereții interiori ai cilindrului (fig. 2 și fig. 4). 25 Deschiderea fantelor 5 este de 0,20 m, înălțimea de 9,55 m, iar numărul fantelor de pe toată circumferința este de paisprezece. Zonele pline dintre fante 5 au o lățime de 0,80 m, o 27 lungime de 10,00 m și sunt în număr de șaisprezece. Deschiderea fantelor 5 este reglabilă printr-un sistem de deflectoare 6, care se prind de cilindru printr-un sistem mobil 13, care 29 dirijează curenții de aer spre paletele din interiorul cilindrului. Rolul ansamblului fante-deflectoare este acela de a amplifica viteza cu care pătrunde masa de aer în modul, 31 astfel încât și la viteze mici ale maselor de aer să se obțină randamente mari de conversie în energie regenerabilă. Deflectoarele au înălțimea similară cu cea a cilindrului și o lățime 33 de 0,70...0,80 m. Acestea au și rolul de suport pentru niște celule fotovoltaice 7.The installation for producing electricity from multiple renewable sources, according to the invention, consists of an aerial module 1 that captures both the energy of air currents (wind) and solar energy (Fig. 1 and Fig. 2). The aerial module 1 is cylindrical in shape, 17 having a diameter of 5 m and a height of 10 m. On a vertical central axis 20 of φ = 0.1 m there is a box with axial bearings 15 and a coupling for multiplying the speed of rotation 3, located 19 on a technological space 4. On the central axis 20 there are eight rows of blades 18 of trapezoidal shape, having the top side of 1 m, the stiffened side on the axis of 0.50 m and the length of 21 2.30 m (fig. 6 and fig. 7). The blades 18 which are arranged on the shaft in extension of the other are placed vertically alternately, in perpendicular planes, being attached to the shaft by a clamping system 23. they are inclined towards the inner walls of the cylinder (fig. 2 and fig. 4). 25 The opening of slots 5 is 0.20 m, the height of 9.55 m, and the number of slits on the entire circumference is fourteen. The solid areas between slots 5 have a width of 0.80 m, a length of 10.00 m and are sixteen in number. The opening of the slots 5 is adjustable by a system of deflectors 6, which are attached to the cylinder by a movable system 13, which 29 directs the air currents to the blades inside the cylinder. The role of the deflector-deflector assembly is to amplify the speed with which the air mass enters the mode, 31 so that even at low air mass speeds high yields of conversion into renewable energy are obtained. The deflectors have a height similar to that of the cylinder and a width 33 of 0.70 ... 0.80 m. They also have the role of support for some photovoltaic cells 7.

Modulul submers 2 captează energia hidraulică și este de formă cilindrică, având 35 diametrul de 8 m și înălțimea de 4 m (fig. 1, 2, 3 și 5). Modulul submers 2 este prins solidar de modulul aerian, spațiul rezultat ca diferență dintre cele două diametre fiind utilizat ca 37 spațiu tehnologic 8, având pe circumferință grinzi spargeval. Pe același ax central vertical al modului aerian se găsesc trei rânduri de pale de formă trapezoidală, având latura de la 39 vârf de 1 m, latura ridigizată pe ax de 0,50 m și lungimi de 3,80 m (fig. 5 și fig. 6), axul terminându-se cu o casetă de rulmenți sub presiune 16. Palele 19 sunt dispuse pe ax în 41 planuri perpendiculare, la fel ca la modulul aerian 1. Pe generatoarea cilindrului sunt prevăzute niște fante verticale 9, înclinate înspre pereții interiori ai cilindrului. Deschiderea 43 fantelor este de 0,50 m, înălțimea de 3,50 m, iar numărul de fante este de douăzeci. Zonele pline dintre fante au o lățime de 0,63 m și sunt în număr de douăzeci și doi. 45The submersible module 2 captures the hydraulic energy and is cylindrical in shape, having a diameter of 8 m and a height of 4 m (fig. 1, 2, 3 and 5). The submersible module 2 is attached to the aerial module, the space resulting as the difference between the two diameters being used as 37 technological space 8, having on the circumference spargeval beams. On the same vertical central axis of the aerial mode there are three rows of trapezoidal blades, having the side from 39 peak of 1 m, the side raised on the axis of 0,50 m and lengths of 3,80 m (fig. 5 and fig. 6), the shaft ending with a pressure bearing box 16. The blades 19 are arranged on the shaft in 41 perpendicular planes, as in the air module 1. On the cylinder generator are provided some vertical slots 9, inclined towards the inner walls of the cylinder. The opening of the 43 slots is 0.50 m, the height is 3.50 m, and the number of slots is twenty. The solid areas between the slits are 0.63 m wide and are twenty-two in number. 45

Cele două module funcționează concomitent, caz în care se obține o mișcare continuă, cu o turație constantă, indiferent de forța vântului (mișcarea în cazul unor vânturi puternice este frânată de paletele care sunt submerse) sau separat, prin întreruperea axului central printr-un dispozitiv de cuplare-decuplare (în cazul unor furtuni care generează o viteză mare a vântului, dar și o energie mare a valurilor).The two modules work simultaneously, in which case a continuous movement is obtained, with a constant speed, regardless of the wind force (the movement in case of strong winds is slowed by the vanes that are submerged) or separately, by interrupting the central axis by a device coupling-decoupling (in the case of storms that generate a high wind speed, but also a high wave energy).

Dispozitivul de fixare 10 este similar platformelor marine și este alcătuit din grinzi cu zăbrele tubulare. Pentru acționarea mecanică se utilizează un sistem pinion-cremalieră 14, care este fixat de grinzile cu zăbrele printr-un sistem de prindere 17.The fastener 10 is similar to marine platforms and consists of tubular lattice beams. For mechanical operation, a rack and pinion system 14 is used, which is fixed to the lattice beams by a fastening system 17.

Aparatura de transformare/înmagazinare energie electrică este amplasată în spațiile tehnologice 11 și 12, create atât la nivelul platformei dintre cele două module, cât și pe modulul aerian sau pe dispozitivul de fixare.The electricity transformation / storage equipment is located in the technological spaces 11 and 12, created both at the level of the platform between the two modules, and on the air module or on the fixing device.

Instalația de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile poate fi realizată și la alte dimensiuni, în funcție de puterea energetică necesară.The installation for the production of electricity from multiple renewable sources can be made in other dimensions, depending on the energy power required.

Aparatură de transformare/înmagazinare energie electrică:Electricity transformer / storage equipment:

- multiplicator de turație cu roți dințate - are rolul de a asigura o turație care să satisfacă necesitățile generatorul de curent electric;- gear multiplier with gears - has the role of ensuring a speed that meets the needs of the electric generator;

- arbore de turație ridicată - are rolul de a transmite mișcarea de la multiplicatorul de turație la generatorul electric;- high speed shaft - has the role of transmitting the movement from the speed multiplier to the electric generator;

- dispozitiv de frânare - este un element de siguranță și se montează pe arborele de turație ridicată, între multiplicatorul de turație și generatorul electric;- braking device - is a safety element and is mounted on the high speed shaft, between the speed multiplier and the electric generator;

- generator electric - are rolul de a transforma energia mecanică în energie electrică;- electric generator - has the role of transforming mechanical energy into electrical energy;

- sistem de răcire al generatorului electric - asigură răcirea generatorului electric în timpul funcționării acestuia;- cooling system of the electric generator - ensures the cooling of the electric generator during its operation;

- sistem de control (controller) - este calculatorul principal care controlează buna funcționare a tuturor componentelor;- control system (controller) - is the main computer that controls the proper functioning of all components;

- aparatură de măsură și control - aparate pentru măsurarea direcției și vitezei vântului, a parametrilor hidraulici ai apei, a temperaturii etc.;- measuring and control equipment - devices for measuring wind direction and speed, hydraulic water parameters, temperature, etc .;

- echipamente de semnalizare.- signaling equipment.

Claims

Claim 1

Installation for the production of electricity from multiple renewable sources, consisting 3 of a cylindrical overhead module (1), provided with blades (18), of a submersible cylindrical module (2) which captures hydraulic energy, both modules being located on a central vertical axis 5 (20), provided at the top with axial bearings (15) and a rotation speed multiplier coupling (3), and a fixing device (10), characterized by 7 that the cylindrical air module (1) is provided with vertical slots (5) for concentrating the air flow, inclined towards the inner walls of the module (1), the opening of the 9 slots (5) being adjusted by a system of deflectors (6) provided with photovoltaic cells (7), which direct the air currents towards the vanes (18) inside the cylinder and which 11 are fixed by means of a mobile system (13), and the submersible cylinder module (2) is provided inside with some blades (19) and with some te vertical slots (9) on the outer surface, inclined 13 towards the inner walls of the cylinder (2).