RU103579U1

RU103579U1 - ELECTRIC POWER PLANT ON SOLAR ENERGY

Info

Publication number: RU103579U1
Application number: RU2010145501/28U
Authority: RU
Inventors: Виталий Никифорович Тимофеев; Ирина Георгиевна Васильева
Original assignee: Ирина Георгиевна Васильева
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2011-04-20

Abstract

Электроэнергетическая установка на солнечной энергии, содержащая генератор, испаритель, конденсатор, турбину с низкокипящим рабочим веществом, аккумулятор теплоты, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит объект отопления, абсорбционную холодильную установку, связанные с теплым контуром через исполнительный механизм с четырехходовым краном, вход которого подключен к патрубку четырехходового крана, а выход: первый контур подключен к испарителю легкокипящего рабочего вещества, второй контур - к абсорбционной холодильной установке, третий - к объекту отопления с возможностью подключения этих контуров к теплому контуру. A solar energy power plant comprising a generator, an evaporator, a condenser, a turbine with a low boiling medium, a heat accumulator, characterized in that it further comprises a heating object, an absorption refrigeration unit connected to the warm circuit through an actuator with a four-way valve, the input of which is connected to the branch pipe of the four-way valve, and output: the first circuit is connected to the evaporator of the low-boiling working substance, the second circuit is connected to the absorption refrigeration unit ovka, the third - to the heating facility with the ability to connect these circuits to a warm circuit.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована предприятиями сельского хозяйства и объектами, расположенными в труднодоступных удаленных местах.The utility model relates to a power system and can be used by agricultural enterprises and objects located in remote places that are difficult to reach.

Известна полезная модель «Устройство для превращения солнечной энергии в электрическую» [1]. Устройство использует солнечную энергию и содержит термоэлектрический генератор, установленный на подвижной платформе; механизм поворота, который обеспечивает синхронный поворот за солнцем. Основным недостатком данного устройства является низкая эффективность термоэлектрического генератора, поэтому это устройство не может решить задачи по обеспечению тепловой энергией и электроэнергией предприятий сельского хозяйства и объектов, расположенных в труднодоступных удаленных местах.Known utility model "Device for converting solar energy into electrical energy" [1]. The device uses solar energy and contains a thermoelectric generator mounted on a movable platform; rotation mechanism that provides synchronous rotation behind the sun. The main disadvantage of this device is the low efficiency of the thermoelectric generator, so this device cannot solve the problem of providing thermal energy and electricity to agricultural enterprises and objects located in remote places.

Наиболее близким техническим решением является «Силовая установка на солнечной энергии» [2]. Данная установка работает на солнечной энергии и содержит генератор, испаритель, конденсатор и турбину с низкокипящим веществом. Испарение рабочего вещества происходит за счет солнечной энергии, а конденсация рабочего вещества происходит при помощи жидкого охладителя. Кроме того, установка содержит теплоизолированные накопительный емкости, в которых аккумулируется теплота от солнечной энергии и используется в ночное время и в пасмурную погоду. Полученная электроэнергия используется потребителями.The closest technical solution is the "Solar power plant" [2]. This installation operates on solar energy and contains a generator, an evaporator, a condenser and a turbine with a low boiling substance. The evaporation of the working substance occurs due to solar energy, and the condensation of the working substance occurs using a liquid cooler. In addition, the installation contains thermally insulated storage tanks, in which heat from solar energy is accumulated and is used at night and in cloudy weather. The generated electricity is used by consumers.

Основными недостатками данного устройства являются:The main disadvantages of this device are:

1. В данном устройстве не предусмотрено использование тепловой энергии, например для отопления, горячего водоснабжения предприятий сельского хозяйства и объектов, расположенных в труднодоступных удаленных местах.1. This device does not provide for the use of thermal energy, for example, for heating, hot water supply for agricultural enterprises and objects located in remote places.

2. Для сохранения вновь выращенного урожая, например овощей и фруктов, полученная теплота может быть использована для работы абсорбционной холодильной установки без потребления электрической энергии, что не предусмотрено в данном устройстве.2. To preserve the newly grown crop, for example vegetables and fruits, the heat obtained can be used to operate an absorption refrigeration unit without consuming electrical energy, which is not provided for in this device.

Заявляемая полезная модель решает задачу создания устройства, позволяющего помимо выработки электрической энергии обеспечивать объекты отоплением, горячим водоснабжением, а также теплотой для работы абсорбционной холодильной установки для хранения скоропортящихся продуктов.The inventive utility model solves the problem of creating a device that allows in addition to generating electric energy to provide facilities with heating, hot water supply, as well as heat for the operation of an absorption refrigeration unit for storing perishable products.

Техническим результатом при этом является обеспечение объектов дешевой теплотой и создание абсорбционной холодильной установки без потребления электроэнергии.The technical result is to provide facilities with cheap heat and the creation of an absorption refrigeration unit without energy consumption.

Технический результат достигается тем, что в известной силовой установке на солнечной энергии, содержащей генератор, испаритель, конденсатор, турбину с низкокипящим рабочим веществом, аккумулятор теплоты, она дополнительно содержит объект отопления, абсорбционную холодильную установку, связанные с теплым контуром через исполнительный механизм с четырехходовым краном, вход которого подключен к патрубку четырехходового крана, а выход: первый контур подключен к испарителю легкокипящего рабочего вещества, второй контур - к абсорбционной холодильной установке, третий - к объекту отопления с возможностью подключения этих контуров к теплому контуру.The technical result is achieved by the fact that in a known solar power plant containing a generator, an evaporator, a condenser, a turbine with a low boiling medium, a heat accumulator, it further comprises a heating object, an absorption refrigeration unit connected to the warm circuit through an actuator with a four-way valve the input of which is connected to the branch pipe of the four-way valve, and the output: the first circuit is connected to the evaporator of the low-boiling working substance, the second circuit is to the absorption refrigeration unit, the third - to the heating facility with the ability to connect these circuits to a warm circuit.

Кроме того, она содержит охладитель, вход которого подключен к конденсатору, выход связан с вертикальным грунтовым теплообменником.In addition, it contains a cooler, the input of which is connected to a condenser, the output is connected to a vertical soil heat exchanger.

На чертеже представлена заявляемая установка, которая содержит солнечный коллектор 1; теплообменник 2; аккумулятор теплоты 3; солнечные лучи 4; испаритель 5; турбину 6; генератор 7; конденсатор 8; абсорбционную холодильную установку 9; отопительный объект 10; грунтовый низкопотенциальный теплообменник 11; грунт 12; электрические насосы 13, 14, 15; электрический исполнительный механизм с четырехходовым краном 16; электронные трехходовые краны 17, 18; блок управления 19; блок питания 20; блок сравнения 21, 23; задатчики 22, 24; датчики температуры 25, 26; каналы подачи теплоносителей 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40; каналы подачи легкокипящего вещества 41, 42, 43, 44; каналы низкопотенциального теплоносителя 45, 46, 47; каналы подачи электроэнергии 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55; канал подачи электроэнергии потребителю 56; каналы подачи электрических сигналов 57, 58, 59, 60, 61, 62; контакт замыкающий 63.The drawing shows the inventive installation, which contains a solar collector 1; heat exchanger 2; heat accumulator 3; sun rays 4; evaporator 5; turbine 6; generator 7; capacitor 8; absorption refrigeration unit 9; heating facility 10; soil low potential heat exchanger 11; soil 12; electric pumps 13, 14, 15; electric actuator with four-way valve 16; electronic three-way cranes 17, 18; control unit 19; power supply unit 20; block comparison 21, 23; setters 22, 24; temperature sensors 25, 26; coolant supply channels 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40; feed channels for boiling substances 41, 42, 43, 44; channels of low-grade coolant 45, 46, 47; power supply channels 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55; a power supply channel to a consumer 56; channels for supplying electrical signals 57, 58, 59, 60, 61, 62; make contact 63.

Электрический исполнительный механизм с четырехходовым краном 16 может быть выполнен согласно патенту №2253024 [3].An electric actuator with a four-way valve 16 can be made according to patent No. 2253024 [3].

Электронные трехходовые краны 17, 18 могут быть выполнены согласно патенту №2270923 [4].Electronic three-way valves 17, 18 can be made according to patent No. 2270923 [4].

Заявляемая электроэнергетическая установка может условно состоять из следующих замкнутых контуров.The inventive power plant may conditionally consist of the following closed loops.

Контур I. Контур I включает в себя: солнечный коллектор 1 с датчиком температуры 25; электронный трехходовой кран 18; электрический насос 14; аккумулятор теплоты 3 с датчиком температуры 26; теплообменник 2; электронный трехходовой кран 17; каналы циркуляции жидкости 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. По контуру I циркулирует теплоноситель в солнечном коллекторе 1; в результате теплообмена теплоносителя с солнечными лучами происходит нагрев теплоносителя, а в теплообменнике 2 теплота передается теплоносителю замкнутого контура II. В качестве теплоносителя может быть использован высокотемпературный теплоноситель, например силикатная жидкость.Circuit I. Circuit I includes: a solar collector 1 with a temperature sensor 25; electronic three-way valve 18; electric pump 14; heat accumulator 3 with a temperature sensor 26; heat exchanger 2; electronic three-way valve 17; liquid circulation channels 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. The coolant circulates in the solar collector 1 along circuit I; as a result of heat transfer of the heat carrier with the sun's rays, the heat carrier is heated, and in the heat exchanger 2 heat is transferred to the heat carrier of the closed loop II. As the heat carrier, a high-temperature heat carrier, for example, silicate liquid, can be used.

Аккумулятор теплоты 3 во время работы контура I поддерживает температуру жидкости, которая контролируется датчиком температуры 26. В аккумуляторе теплоты имеются накопительные емкости, тщательно теплоизолированные, в пасмурную погоду и в ночное время эта теплота передается теплообменнику 2.The heat accumulator 3 during operation of circuit I maintains the temperature of the liquid, which is monitored by the temperature sensor 26. The heat accumulator has storage tanks, carefully insulated, in cloudy weather and at night this heat is transferred to heat exchanger 2.

Контур II. Контур II (теплый контур) включает в себя теплообменник 2; четырехходовой кран 16; абсорбционную холодильную машину 9; объект отопления 10; испаритель 5; каналы подачи жидкости 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40. В этом контуре теплоноситель в виде воды нагревается в теплообменнике 2 в результате теплообмена с теплоносителем контура I, например, до температуры 90-95°С.Circuit II. Circuit II (warm circuit) includes a heat exchanger 2; four-way valve 16; absorption refrigeration machine 9; heating facility 10; evaporator 5; fluid supply channels 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40. In this circuit, the heat carrier in the form of water is heated in the heat exchanger 2 as a result of heat exchange with the heat carrier of circuit I, for example, to a temperature of 90-95 ° С.

В электрическом исполнительном механизме 16 с четырехходовым краном происходит распределение потоков теплоносителя по каналу 35 на испаритель 5, по каналу 39 на абсорбционную холодильную машину 9, по каналу 37 на объект отопления 10.In the electric actuator 16 with a four-way valve, the distribution of the coolant flows through channel 35 to the evaporator 5, through channel 39 to the absorption refrigeration machine 9, through channel 37 to the heating object 10.

Контур III. Контур III включает в себя испаритель 5; турбину 6; конденсатор 8; электрический насос 15 и каналы циркуляции легкокипящего вещества 41, 42, 43, 44.Circuit III. Circuit III includes an evaporator 5; turbine 6; capacitor 8; an electric pump 15 and channels of circulation of boiling substances 41, 42, 43, 44.

В контуре III насос прогоняет рабочее вещество, создавая при этом определенное давление для выработки необходимой электроэнергии.In circuit III, the pump drives off the working substance, while creating a certain pressure to generate the necessary electricity.

Контур IV. Контур IV включает в себя конденсатор 8, вертикальный грунтовый теплообменник 11, электрический насос 13 и каналы 45, 46, 47.Outline IV. Circuit IV includes a condenser 8, a vertical soil heat exchanger 11, an electric pump 13, and channels 45, 46, 47.

По этому контуру циркулирует солевой раствор, например CaCl₂ или NaCl, температура которого в теплообменнике 11 в результате теплообмена с поверхностью грунта понижается до значения 6-8°С. А в конденсаторе 8 этот теплоноситель отбирает тепло от отработанного пара рабочего вещества, превращая его в жидкость.A saline solution, for example CaCl ₂ or NaCl, circulates along this circuit, the temperature of which in the heat exchanger 11 as a result of heat exchange with the soil surface decreases to a value of 6-8 ° C. And in the condenser 8, this coolant removes heat from the spent steam of the working substance, turning it into a liquid.

В генераторе 6 вырабатывается электроэнергия, которая по каналу 54 поступает в блок питания 20, и по каналу 56 подается к потребителю.In the generator 6, electricity is generated, which through channel 54 enters the power supply unit 20, and through channel 56 is supplied to the consumer.

В ясную солнечную погоду при превышении температуры контура 1 заданного значения, а также при отсутствии необходимости работы электроэнергетической установки, излишки теплоты могут быть направлены для нагрева других объектов, например для бассейна (позиции на чертеже не указаны).In clear sunny weather, when the temperature of circuit 1 exceeds the set value, and also when there is no need to operate the power plant, excess heat can be directed to heat other objects, for example, for a swimming pool (positions are not indicated in the drawing).

Заявляемая электроэнергетическая установка на солнечной энергии работает следующим образом.The inventive solar power plant operates as follows.

Включается контакт замыкающий 63.Closing contact 63 is activated.

Электрический насос 14 начинает циркулировать теплоноситель контура 1. При этом заданная температура аккумулятора теплоты 3 контролируется датчиком температуры 26, который по каналу 58 подает сигнал в блок сравнения 23, где сравнивается с сигналом задатчика 24. Эти сигналы обрабатываются в блоке сравнения 23. В случае появления сигнала рассогласования этот сигнал подается в блок управления 19, который подает питание по каналу 49 на электронный трехходовой кран 18, который откроет канал 31 (при этом канал 29 остается открытым), и теплоноситель, проходя через аккумулятор теплоты 3, аккумулирует теплоту в накопительных емкостях. Затем по каналу 32 возвращается в канал 29, продолжается циркуляция в контуре I.The electric pump 14 begins to circulate the coolant of circuit 1. At the same time, the set temperature of the heat accumulator 3 is controlled by a temperature sensor 26, which, through channel 58, sends a signal to the comparison unit 23, where it is compared with the signal from the setter 24. These signals are processed in the comparison unit 23. If mismatch signal, this signal is supplied to the control unit 19, which supplies power through channel 49 to an electronic three-way valve 18, which will open channel 31 (while channel 29 remains open), and the coolant, passage I through heat accumulator 3, accumulate heat in storage tanks. Then, through channel 32, it returns to channel 29, circulation continues in circuit I.

При аккумулировании требуемой теплоты датчик температуры 26 подачей сигнала устраняет сигнал рассогласования в блоке сравнения 23. Электронный трехходовой кран 18 закрывает канал 31.When the required heat is accumulated, the temperature sensor 26, by applying a signal, eliminates the mismatch signal in the comparison unit 23. The electronic three-way valve 18 closes the channel 31.

В пасмурную погоду и в ночное время, когда солнечные лучи перестают попадать на солнечный коллектор 1, датчик температуры 25 по каналу 57 подает сигнал в блок сравнения 21. Обработанный сигнал по каналу 59 подается в блок управления 19, который по каналу 51 подает электроэнергию на электронный трехходовой кран 17, который срабатывает и закрывает канал 27, открывает канал 33.In cloudy weather and at night, when the sun's rays cease to fall on the solar collector 1, the temperature sensor 25 sends a signal to channel 21 through channel 57 to the control unit 21. The processed signal from channel 59 is sent to the control unit 19, which via channel 51 supplies electric power to the electronic a three-way valve 17, which operates and closes the channel 27, opens the channel 33.

Электронный трехходовой кран 18 закрывает канал 29, открывает канал 31 и контур I начинает работать от аккумулятора теплоты 3, минуя солнечный коллектор 1.An electronic three-way valve 18 closes the channel 29, opens the channel 31 and the circuit I starts to work from the heat accumulator 3, bypassing the solar collector 1.

В контуре II в результате теплообмена между теплоносителем контура I и теплоносителем контура II в теплообменнике 2 температура теплоносителя контура II доводится до значения 90-95°С и по каналу 34 поступает в четырехходовой кран электрического исполнительного механизма 16. Четырехходовой кран по каналу 35 направляет часть теплоносителя на испаритель 5, другую часть теплоносителя по каналу 39 - в абсорбционную холодильную установку 9, а оставшуюся часть теплоносителя по каналу 37 на объект отопления 10.In circuit II, as a result of heat exchange between the coolant of circuit I and the coolant of circuit II in the heat exchanger 2, the temperature of the coolant of circuit II is brought to a value of 90-95 ° C and through channel 34 enters the four-way valve of the electric actuator 16. A four-way valve through channel 35 directs part of the coolant to the evaporator 5, the other part of the coolant through the channel 39 to the absorption refrigeration unit 9, and the remaining part of the coolant through the channel 37 to the heating object 10.

В испаритель 5 по каналу 44 одновременно поступает низкокипящее рабочее вещество в виде жидкости. Как уже было сказано выше, в испаритель 5 по каналу 35 поступает теплоноситель (вода), нагретый до температуры 90-95°С. В испарителе 5 низкокипящее рабочее вещество отбирает теплоту от горячего теплоносителя, происходит испарение низкокипящего рабочего вещества и его превращение в пар. Далее рабочий пар поступает в турбину 6, где часть энергии рабочего пара турбина 6 с генератором 7 преобразует в электроэнергию. Отработавший пар поступает в конденсатор 8, где отдает тепло солевому раствору. Отдавая тепло, отработавший пар превращается в жидкость, которая насосом 15 прогоняется в испаритель 5. А солевой раствор, отобрав тепло от отработавшего пара, по каналу 47 возвращается в грунтовый теплообменник 11 и т.д.A low boiling medium in the form of a liquid simultaneously enters the evaporator 5 through channel 44. As already mentioned above, the coolant (water), heated to a temperature of 90-95 ° C, enters the evaporator 5 through channel 35. In the evaporator 5, a low-boiling working substance removes heat from the hot coolant, the low-boiling working substance evaporates and turns into steam. Next, the working steam enters the turbine 6, where part of the energy of the working steam, the turbine 6 with the generator 7 converts into electricity. The exhaust steam enters the condenser 8, where it gives off heat to the saline solution. Losing heat, the exhaust steam is converted into a liquid, which is pumped to the evaporator 5 by the pump 15. And the saline solution, taking heat from the exhaust steam, returns through channel 47 to the soil heat exchanger 11, etc.

В результате будет обеспечен довольно высокий перепад температур испарения и конденсации рабочего вещества соответственно и довольно высокий коэффициент полезного действия (КПД) преобразования солнечной энергии электроэнергетической установки.As a result, a rather high differential temperature of evaporation and condensation of the working substance will be ensured, respectively, and a rather high coefficient of performance (COP) of the conversion of solar energy of an electric power plant.

Как уже было отмечено выше, по каналу 39 часть теплоносителя контура II поступает в абсорбционную холодильную установку 9, которая начинает производить требуемый холод на поданной горячей воде без потребления электроэнергии и может быть использован для сохранения скоропортящихся продуктов.As already noted above, through channel 39, part of the coolant of circuit II enters the absorption refrigeration unit 9, which begins to produce the required cold on the supplied hot water without energy consumption and can be used to preserve perishable products.

Одновременно часть теплоносителя от четырехходового крана 16 по каналу 37 контура II, имеющего температуру 90-95°С, поступает в объект отопления 10, где теплоноситель используется как для отопления, так и для горячего водоснабжения.At the same time, part of the coolant from the four-way valve 16 through the channel 37 of circuit II, having a temperature of 90-95 ° C, enters the heating object 10, where the coolant is used both for heating and for hot water supply.

Таким образом, предложенная электроэнергетическая установка, установленная в труднодоступных местах на объектах сельского хозяйства, может быть использована для выработки тепловой энергии, электроэнергии, и позволяет получить значительную экономию энергоресурсов и обеспечить энергосбережение народного хозяйства.Thus, the proposed electric power installation, installed in hard-to-reach places at agricultural facilities, can be used to generate thermal energy, electricity, and allows to obtain significant energy savings and energy saving of the national economy.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент №86247, F02G 5/02. Устройство для превращения солнечной энергии в электрическую / В.Н.Тимофеев, А.В.Тимофеев, Д.В.Тимофеев, М.А.Тимофеев; опубл. в БИ 27.08.2009.1. Patent No. 86247, F02G 5/02. A device for converting solar energy into electrical energy / V.N. Timofeev, A.V. Timofeev, D.V. Timofeev, M.A. Timofeev; publ. in the BI 08.28.2009.

2. Патент №2184873, F03G 6/00. Силовая установка на солнечной энергии / А.Ф.Исачкин; опубл. в БИ 10.07.2002.2. Patent No. 2184873, F03G 6/00. Power plant on solar energy / A.F. Isachkin; publ. in BI July 10, 2002.

3. Патент №2253024, F01P 7/14, 3/20. Устройство для регулирования рабочей температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания / В.Н.Тимофеев, A.M.Поздеев, Л.В.Тимакова; опубл. в БИ 20.11.2004.3. Patent No. 2253024, F01P 7/14, 3/20. Device for regulating the working temperature of the coolant of an internal combustion engine / V.N. Timofeev, A.M. Pozdeev, L.V. Timakova; publ. in BI November 20, 2004.

4. Патент №2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов; опубл. в БИ 27.02.2006.4. Patent No. 2270923, F01P 7/16. Electric thermostat / V.N. Timofeev, N.P. Kuzin, A.N. Krasnov; publ. in BI February 27, 2006.

Claims

A solar energy power plant comprising a generator, an evaporator, a condenser, a turbine with a low boiling medium, a heat accumulator, characterized in that it further comprises a heating object, an absorption refrigeration unit connected to the warm circuit through an actuator with a four-way valve, the input of which is connected to the branch pipe of the four-way valve, and output: the first circuit is connected to the evaporator of the low-boiling working substance, the second circuit is connected to the absorption refrigeration unit ovka, the third - to the heating facility with the ability to connect these circuits to a warm circuit.