RU162244U1

RU162244U1 - OFFLINE POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU162244U1
Application number: RU2015155671/07U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Куркин; Олег Борисович Метликин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КС ИНЖИНИРИНГ"
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-05-27

Abstract

Автономная энергетическая установка, содержащая первичный источник энергии, преимущественно, в виде источника возобновляемой энергии, вторичный источник энергии, преимущественно, в виде топливного генератора на топливных элементах, накопитель энергии, блок управления установкой, выполненный с возможностью обеспечения различных режимов работы установки, размещенные в корпусе с возможностью термоизоляции от воздействия внешней среды, отличающаяся тем, что патрубок отвода выхлопных газов топливного генератора снабжен нагревательным элементом, размещенным вблизи наружного края патрубка.A stand-alone power plant containing a primary energy source, mainly in the form of a renewable energy source, a secondary energy source, mainly in the form of a fuel cell fuel generator, an energy storage device, an installation control unit configured to provide various operating modes of the installation, housed in a housing with the possibility of thermal insulation from environmental influences, characterized in that the exhaust pipe of the exhaust of the fuel generator is equipped with a heating an element located near the outer edge of the nozzle.

Description

Полезная модель относится к энергетическим установкам, вырабатывающим электроэнергию с использованием возобновляемых источников, способным обеспечить электроснабжение в удаленных районах, где отсутствуют линии электропередачи (ЛЭП) и подведенное сетевое электроснабжение.The utility model relates to power plants that generate electricity using renewable sources, capable of providing electricity in remote areas where there are no power lines (power lines) and failed mains power supply.

Автономная энергетическая установка может быть использована для обеспечения бесперебойной работы различных объектов - систем автоматики и телемеханики, метеорологических станций, детекторов лавин и оползней, детекторов сейсмоактивности, охранных систем, систем наблюдения на транспорте и других систем с малым энергопотреблением.An autonomous power plant can be used to ensure the smooth operation of various objects - automation and telemechanics systems, meteorological stations, avalanche and landslide detectors, seismic activity detectors, security systems, transport surveillance systems and other low-energy systems.

Автономные энергетические установки, использующие источники возобновляемой энергии, например, солнечную и/или энергию ветра, получили широкое распространение в настоящее время. Такие установки позволяют обеспечивать потребителя электроэнергией с минимальными затратами, не наносят вреда окружающей среде. Однако, мощность установки и надежность ее работы зависят от климатических условий, требуют наличия аккумуляторной батареи большой мощности, способной обеспечивать электроснабжение в периоды снижения солнечной активности или недостаточной энергии ветровых потоков. В автономной энергетической установке может быть использован вторичный источник энергии, в качестве которого могут быть использованы генераторы различного типа, что повышает надежность ее работы.Autonomous power plants using renewable energy sources, such as solar and / or wind energy, are widely used today. Such installations can provide consumers with electricity at minimal cost, do not harm the environment. However, the power of the installation and the reliability of its operation depend on climatic conditions, they require a high-capacity battery capable of providing power during periods of reduced solar activity or insufficient energy of wind flows. In an autonomous power plant, a secondary energy source can be used, which can be used as generators of various types, which increases the reliability of its operation.

Известно техническое решение в соответствии с патентом РФ №77948 на полезную модель «Автономная энергоустановка» (опубл. 10.11.2008 г., МПК F24J 2/42). Автономная энергоустановка содержит возобновляемые источники энергии - ветроустановку и/или фотоэлектрическую батарею, аккумуляторную батарею, систему автоматического управления, обеспечивающую различные алгоритмы работы установки и подключения потребителя, а также водородный генератор. Данное техническое решение позволяет повысить эффективность использования первичных источников энергии и снизить уровень загрязнения окружающей среды. Однако, наличие водородного генератора создает опасность для потребителя, связанную с использованием и хранением водорода, как взрыво- и пожароопасного вещества, а также требует значительных затрат на его транспортировку.A technical solution is known in accordance with the patent of the Russian Federation No. 77948 for the utility model "Autonomous power plant" (publ. 10.11.2008, IPC F24J 2/42). An autonomous power plant contains renewable energy sources - a wind turbine and / or photovoltaic battery, a rechargeable battery, an automatic control system that provides various algorithms for the installation and connection of the consumer, as well as a hydrogen generator. This technical solution allows to increase the efficiency of primary energy sources and reduce environmental pollution. However, the presence of a hydrogen generator creates a danger to the consumer associated with the use and storage of hydrogen as an explosive and flammable substance, and also requires significant transportation costs.

Известно техническое решение в соответствии с заявкой Великобритании №2508577 на изобретение «Гибридная энергетическая установка» (опубл. 11.06.2014 г., МПК H02J 7/34). Описана энергетическая установка, содержащая генератор постоянного тока и другие источники энергии и накопительные устройства. В качестве генератора постоянного тока может быть дизельный, газовый или генератор на биотопливе, источники энергии могут быть возобновляемые, такие, например, как солнце или ветер, а также топливные элементы или электрическая сеть, в качестве накопительных устройств могут быть использованы аккумуляторные батареи. Генератор может подключаться только для зарядки аккумулятора. Установка предназначена для обеспечения постоянной подачи энергии и максимального использования возобновляемой энергии. Система управления температурой может быть представлена тогда, когда оборудование размещается в различных температурных зонах внутри корпуса. Установка может быть размещена в безопасном корпусе. Данное техническое решение предназначено для выработки энергии и питания потребителей большой мощности, что не всегда бывает необходимо. Для различного вида объектов может быть достаточно установок, способных большую часть времени обеспечивать выработку энергии с помощью первичных - возобновляемых источников, и требующих подключения вторичных источников только в небольшой период. Однако, в условиях низких температур запуск топливного генератора может быть затруднен из-за замерзания в топливном патрубке конденсата. Эта проблема легко преодолевается при использовании генераторов большой мощности, например, дизельных, но для установок малой мощности является серьезной проблемой.A technical solution is known in accordance with the application of Great Britain No. 2508577 for the invention "Hybrid power plant" (publ. 11.06.2014, IPC H02J 7/34). A power plant is described comprising a direct current generator and other energy sources and storage devices. As a direct current generator can be a diesel, gas or biofuel generator, energy sources can be renewable, such as the sun or wind, as well as fuel cells or the electric network, storage batteries can be used as storage devices. The generator can only be connected to charge the battery. The unit is designed to provide a constant supply of energy and the maximum use of renewable energy. The temperature control system can be presented when the equipment is located in different temperature zones inside the case. The installation can be placed in a safe enclosure. This technical solution is designed to generate energy and power consumers of high power, which is not always necessary. For a different type of objects, there may be enough installations capable of most of the time providing energy production using primary - renewable sources, and requiring the connection of secondary sources only in a small period. However, at low temperatures, starting the fuel generator can be difficult due to freezing of condensate in the fuel pipe. This problem can be easily overcome when using high-power generators, for example, diesel, but for low-power installations it is a serious problem.

Для установок небольшой мощности эффективно использование топливных генераторов на топливных ячейках, так называемых, электрохимических генераторов, напрямую использующих энергию преобразования химической энергии топлива в электрическую в процессе электрохимической реакции. На сайте компании SFC Energy (http://www.efoy-pro.com/page/solar-hybrid-solution) имеется описание автономной энергетической установки EFOY Pro Solar Hybrid Solution, включающей первичный источник энергии в виде солнечных батарей, вторичный источник энергии в виде генератора с электрохимическими топливными ячейками, также аккумуляторную батарею. Функциональные блоки установки размещены в термозащитном корпусе. Данное устройство принято в качестве ближайшего аналога. Проблема запуска генератора, описанная выше, является причиной недостаточно надежной работы автономной установки электроснабжения при низких температурах.For low power installations, it is efficient to use fuel cell-based generators, the so-called electrochemical generators that directly use the energy of converting the chemical energy of the fuel into electrical energy in the process of an electrochemical reaction. The SFC Energy website (http://www.efoy-pro.com/page/solar-hybrid-solution) has a description of the EFOY Pro Solar Hybrid Solution autonomous power plant, which includes a primary energy source in the form of solar panels, a secondary energy source in a generator with electrochemical fuel cells, also a battery. Functional units of the installation are housed in a thermal protective housing. This device is accepted as the closest analogue. The problem of starting the generator described above is the reason for the insufficiently reliable operation of the autonomous power supply installation at low temperatures.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности работы автономной энергетической установки.The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability of an autonomous power plant.

Технический результат достигается за счет того, что в автономной энергетической установке, содержащей первичный источник энергии, преимущественно, в виде источника возобновляемой энергии, вторичный источник энергии, преимущественно, в виде топливного генератора на топливных элементах, накопитель энергии, блок управления установкой, выполненный с возможностью обеспечения различных режимов работы установки, размещенные в корпусе с возможностью термоизоляции от воздействия внешней среды, патрубок отвода выхлопных газов топливного генератора снабжен нагревательным элементом, размещенным вблизи наружного края патрубка.The technical result is achieved due to the fact that in an autonomous power plant containing a primary energy source, mainly in the form of a renewable energy source, a secondary energy source, mainly in the form of a fuel generator on fuel cells, an energy storage device, a control unit of the unit, configured to providing various operating modes of the installation, located in the housing with the possibility of thermal insulation from the influence of the external environment, a pipe for exhaust gas exhaust of the fuel gene The radiator is equipped with a heating element located near the outer edge of the nozzle.

Размещение нагревательного элемента в патрубке отвода выхлопных газов позволяет прогреть патрубок перед запуском топливного генератора и ликвидировать замерзший конденсат в нем. Наличие замерзшего конденсата препятствует запуску топливного генератора. Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы автономной энергетической установки.Placing a heating element in the exhaust pipe allows you to warm up the pipe before starting the fuel generator and eliminate frozen condensate in it. The presence of frozen condensate prevents the fuel generator from starting. Thus, it provides increased reliability of the autonomous power plant.

На чертежах представлены следующие виды установкиThe drawings show the following types of installation

Фиг. 1 - общий вид автономной энергетической установки;FIG. 1 is a general view of an autonomous power plant;

Фиг. 2 - укрупненное изображение выхлопного патрубка, фронтальный разрез;FIG. 2 - enlarged image of the exhaust pipe, frontal section;

Фиг. 3 - поперечное сечение выхлопного патрубка.FIG. 3 is a cross section of an exhaust pipe.

Автономная энергетическая установка содержит первичный источник энергии, в качестве которого использована солнечная батарея, вторичный источник энергии, в качестве которого использован топливный генератор 1, накопитель 2 заряда (аккумуляторная батарея), а также органы 3 контроля и управления установкой размещены в корпусе 4, внутренний объем которого термоизолирован от внешней среды. Топливный генератор 1 имеет патрубок 5 для отвода газов, образующихся при его работе. Патрубок 5 выведен через стенку корпуса 4 во внешнюю среду. На патрубке 5 размещен нагревательный элемент. В качестве нагревательного элемента использованы плоские резисторы 6 большой мощности, помещенные в теплопроводящий 7 корпус, такая форма выполнения резисторов 6 позволяет обеспечить эффективную передачу тепла теплопроводящему 7 корпусу. Теплопроводящий 7 корпус имеет внутри отверстие, диаметр которого равен диаметру выпускной трубки 8. Для защиты нагревательного элемента от перегрева последовательно с резисторами 6 включен термостат 9, размыкающий цепь при достижении температуры более 80°. Дополнительно, для контроля температуры нагревательного элемента посредством телеметрии, на теплопроводящий 7 корпус установлен термодатчик 10. Патрубок 5 выполнен в виде пластиковой оболочки и внутри покрыт слоем нетеплопроводного компаунда 11. Для подключения к контроллеру автономной энергетической установки использованы жгут 12 и клеммник 13.An autonomous power plant contains a primary energy source, which is used as a solar battery, a secondary energy source, which is used as a fuel generator 1, a charge storage device 2 (battery), as well as control and management elements 3 of the installation are located in the housing 4, internal volume which is thermally insulated from the external environment. The fuel generator 1 has a nozzle 5 for the removal of gases generated during its operation. The pipe 5 is brought out through the wall of the housing 4 into the external environment. On the pipe 5 is placed a heating element. As the heating element, high-power flat resistors 6 are used, which are placed in a heat-conducting 7 case; this form of resistors 6 allows efficient heat transfer to the heat-conducting 7 case. The heat-conducting housing 7 has a hole inside, the diameter of which is equal to the diameter of the exhaust tube 8. To protect the heating element from overheating, a thermostat 9 is connected in series with the resistors 6, opening the circuit when the temperature reaches more than 80 °. Additionally, to control the temperature of the heating element by means of telemetry, a thermal sensor 10 is installed on the heat-conducting body 7. The pipe 5 is made in the form of a plastic shell and inside is covered with a layer of non-heat-conducting compound 11. A harness 12 and a terminal block 13 are used to connect to the controller of the autonomous power plant.

Процесс работы автономной энергетической установки осуществляется следующим образом. В период времени, когда солнечная батарея обеспечивает достаточный уровень выработки электроэнергии, органы 3 контроля и управления осуществляют контроль за уровнем заряда аккумуляторной батареи 2, и когда уровень выработки электроэнергии первичным источником падает, дают команду на запуск топливного генератора 1. В условиях пониженных температур перед подачей команды на запуск топливного генератора 1 включается нагревательный 6 элемент, размещенный на патрубке 5 для отвода выхлопных газов. Замерзший конденсат оттаивает, удаляется из патрубка и не может препятствовать запуску топливного генератора.The operation of an autonomous power plant is as follows. In the period of time when the solar battery provides a sufficient level of power generation, the control and control bodies 3 monitor the charge level of the battery 2, and when the level of power generation by the primary source drops, they give a command to start the fuel generator 1. In conditions of low temperatures before feeding command to start the fuel generator 1 turns on the heating 6 element, located on the pipe 5 for exhaust gas. The frozen condensate thaws, is removed from the nozzle and cannot prevent the fuel generator from starting.

Данная установка с обозначением «САЭ-110» успешно прошла испытания и эксплуатируется на крановой площадке в качестве основного источника электроэнергии для системы телемеханики.This installation with the designation "SAE-110" has been successfully tested and is operated on a crane site as the main source of electricity for the telemechanics system.

В качестве первичного источника электроэнергии использована солнечная батарея мощностью 245 Вт. Вторичным источником электроэнергии является топливный генератор на метаноле, мощностью 110 Вт. Топливные генераторы на метаноле вырабатывают электроэнергию напрямую в процессе электрохимической реакции. Они обладают высоким КПД, способны длительно работать без обслуживания, обладают низким уровнем шума и вибрации, высокой экологичностью, компактны. В качестве накопителя заряда использован литий-ионный аккумулятор, обладающий способностью к быстрому заряду, долговечностью, способностью работать в широком диапазоне температур (от -40° до +70°), экологичностью. Сбор и обработку информации от узлов установки, а также управление установкой осуществляет системный контроллер, Узлы установки помещены в защитный корпус, т.н. термошкаф. Практика использования САЭ показала ее высокую эффективность применения в экстремальных внешних условиях с минимальным участием человека в обслуживании системы (кроме плановых ТО) в течение длительных сроков эксплуатации. Также был выявлен значительный потенциал в части развития и модернизации установки: увеличения мощности установки, увеличения сроков эксплуатации без дозаправки, повышения эффективности алгоритмов работы установки и т.д.A 245 Watt solar battery was used as the primary source of electricity. The secondary source of electricity is a 110-watt methanol fuel generator. Methanol fuel generators generate electricity directly during an electrochemical reaction. They have high efficiency, are able to work without maintenance for a long time, have a low level of noise and vibration, high environmental friendliness, and are compact. A lithium-ion battery with the ability to quickly charge, durability, the ability to work in a wide temperature range (from -40 ° to + 70 °), and environmental friendliness was used as a charge storage device. The collection and processing of information from the installation nodes, as well as the installation management is carried out by the system controller, the installation nodes are placed in a protective housing, the so-called thermal cabinet. The practice of using the SAE has shown its high efficiency in extreme external conditions with minimal human involvement in the maintenance of the system (except scheduled maintenance) over long periods of operation. Significant potential was also identified in terms of the development and modernization of the installation: increasing the capacity of the installation, increasing the operating life without refueling, increasing the efficiency of the algorithms of the installation, etc.

Claims

A stand-alone power plant containing a primary energy source, mainly in the form of a renewable energy source, a secondary energy source, mainly in the form of a fuel cell fuel generator, an energy storage device, an installation control unit configured to provide various operating modes of the installation, housed in a housing with the possibility of thermal insulation from environmental influences, characterized in that the exhaust pipe of the exhaust of the fuel generator is equipped with a heating an element located near the outer edge of the nozzle.