RU2094925C1

RU2094925C1 - Energy storage incorporating equipment for its supply to users

Info

Publication number: RU2094925C1
Application number: RU95103674/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Бобров
Original assignee: Анатолий Васильевич Бобров
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU95103674A

Abstract

FIELD: electrical energy storage during reduced demand intervals. SUBSTANCE: energy storage has electrolyzer connected to supply mains through rectifier and used to decompose water into hydrogen and oxygen conveyed under pressure built up by compressors to storage facilities. They may be built under ground, under water, in permafrost layers. Pressure is maintained in storage facilities by means of water or antifreezing agent layer. Storage facilities communicate through tube with surface water reservoir or, in permafrost regions, with other reservoir filled with antifreezing agent. During peak-demand intervals, hydrogen and oxygen are supplied under pressure to gas turbine coupled with generator which produces additional power and conveys it to supply mains. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и имеет целью создание экономичной с максимальным использованием уже разработанного оборудования, экологичной, простой, надежной Системы накопления и хранения излишней электроэнергии от сети или автономных тепловых, атомных, солнечных, геотермальных, ветро- и гидроагрегатов при спаде потребления ночью и в теплое время года без ограничения объемов накопления энергии на любое требуемое время, не расходуя ее при хранении, с обеспечением технических условий для последующего широкого и полного использования накопленной энергии потребителями по мере необходимости. The invention relates to the field of energy and has the goal of creating economical with maximum use of already developed equipment, an environmentally friendly, simple, reliable system for the accumulation and storage of excess electricity from the network or autonomous thermal, nuclear, solar, geothermal, wind and hydraulic units with a decrease in consumption at night and in warm season without limiting the amount of energy storage for any required time, without spending it during storage, providing technical conditions for the subsequent wide and complete use of use of stored energy by consumers as necessary.

Для указанной цели в наибольшей степени пригодно накопление электроэнергии путем ее преобразования методом электролиза воды в водород и кислород экологичный, энергоемкий энергоноситель, удобный для накопления и длительного хранения без растрачивания при хранении. Нельзя упускать из виду, что накопленные водород и кислород могут использоваться не только для получения вновь электрической, но и дополнительно тепловой энергии, пригодной для отопления и технологических нужд, а также могут применяться для технологических и медицинских целей и как топливо в ракетных и иных двигателях. Предложения такого рода неоднократно высказывались в семидесятые, шестидесятые и более ранние годы. Выдвигалась идея создания экологичной "водородной энергетики". Проблема разложения воды на водород и кислород методом электролиза решена давно и к настоящему времени разработано и производится множество электролизеров разнообразных конструкций. Тут затруднение только в том, что для энергетики нужны электролизеры огромной производительности с минимальной инерционностью, т. е. они должны быстро запускаться и выключаться. Проблема решается увеличением производительности одного из разработанных электролизеров и/или установкой параллельно нескольких электролизеров. For this purpose, the most suitable is the accumulation of electricity by converting it by electrolysis of water into hydrogen and oxygen, an environmentally friendly, energy-intensive energy carrier, convenient for storage and long-term storage without wasting during storage. We must not lose sight of the fact that the accumulated hydrogen and oxygen can be used not only to obtain again electric, but also additional thermal energy suitable for heating and technological needs, and can also be used for technological and medical purposes and as fuel in rocket and other engines. Suggestions of this kind have been made repeatedly in the seventies, sixties and earlier years. The idea of creating environmentally friendly "hydrogen energy" was put forward. The problem of the decomposition of water into hydrogen and oxygen by the electrolysis method has been solved a long time ago and to date, many electrolyzers of various designs have been developed and are being produced. Here the only difficulty is that the power industry needs electrolyzers of enormous capacity with minimal inertia, that is, they must be quickly started and turned off. The problem is solved by increasing the productivity of one of the developed electrolytic cells and / or by installing several electrolytic cells in parallel.

Другая, не менее важная проблема, создание хранилищ огромной емкости для водорода и кислорода, особенно для водорода. При этом хранилища должны быть защищены от молний и при частом закачивании и выкачивании не должны допускать смешивания водорода с кислородом воздуха, что приведет к созданию "гремучей смеси", и должны сохранять чистоту полученного кислорода от смешивания с воздухом. Взрывы огромных емкостей с водородом и кислородом от удара молний или емкостей с водородом при смешивании с кислородом воздуха и емкостей с кислородом при попадании в них горючих материалов приведут к немалым разрушениям, уничтожению накопителей, строительство которых будет стоить значительных средств, гибели людей. Проблема хранилищ с учетом указанных требований не решена до настоящего времени. И это, думается, а также наличие в значительном количестве дешевых природных газа и нефти, по сути препятствовало созданию накопителей электроэнергии путем ее преобразования методом электролиза воды в водород и кислород и их сбору в хранилищах и вообще реализации идеи "водородной энергетики". Another, no less important problem is the creation of huge storage facilities for hydrogen and oxygen, especially for hydrogen. At the same time, storages should be protected from lightning and, with frequent pumping and pumping out, should not allow mixing of hydrogen with atmospheric oxygen, which would lead to the creation of an “explosive mixture”, and should maintain the purity of the oxygen obtained from mixing with air. Explosions of huge containers with hydrogen and oxygen from lightning strikes or containers with hydrogen when mixed with oxygen from the air and containers with oxygen when combustible materials enter them will lead to considerable destruction, destruction of storage tanks, the construction of which will cost considerable money, deaths of people. The storage problem, taking into account the indicated requirements, has not been resolved to date. And this, I think, as well as the presence of a significant amount of cheap natural gas and oil, essentially prevented the creation of energy storage by converting it by electrolysis of water into hydrogen and oxygen and collecting them in storage and generally implementing the idea of "hydrogen energy".

Третья проблема использование накопленных водорода и кислорода для производства электроэнергии. Оборудование для этого уже разработано и производится: газовые турбины, на лопатках которых будут сжигаться подаваемый из хранилища водород в кислороде из другого хранилища. Энергия вращения турбин будет передаваться генераторам. Электроэнергия от последних направляется потребителям. Цикл замыкается. The third problem is the use of accumulated hydrogen and oxygen to generate electricity. The equipment for this has already been developed and is being produced: gas turbines, on the blades of which the hydrogen in oxygen supplied from the storage will be burned from another storage. The rotation energy of the turbines will be transmitted to the generators. Electricity from the latter is sent to consumers. The cycle closes.

Одно из предложений по созданию электролизного накопителя электроэнергии изложено в зарегистрированной в ФРГ 8.2.74 г. заявке ДТ 2406064А1 МКИ C 25 B 1/04. В ней показано устройство для преобразования накапливаемой электроэнергии методом электролиза воды в водород и кислород в виде батареи вплотную примыкающих друг к другу заполненных водой стеклянных U-образных трубок, в ответвлениях которых в воде размещаются платиновые электроды, на один из которых подается положительное напряжение, на другой соответственно отрицательное напряжение. При электролизе воды водород выделяется из воды в верхние ответвления одной из сторон батареи U-образных трубок и оттуда может направляться в емкость для накопления. Кислород выделяется из воды в верхние части ответвлений другой стороны батареи и оттуда может направляться в другую емкость для накопления. Вода в нижние части U-образных трубок подается по специальной трубе. Недостатки: на рисунках показано только преобразование электроэнергии постоянного тока, не показан выпрямитель, необходимый для накопления электроэнергии переменного тока; электролизер крайне неэффективен, т. к. электроды очень маленькие и имеют малую поверхность контакта с водой; не решена вторая проблема с хранилищами для водорода и кислорода; соответственно ничего не говорится о третьей проблеме оборудовании для передачи накопленной в водороде и кислороде энергии потребителям. One of the proposals for the creation of an electrolytic energy storage device is set forth in the application DT 2406064A1 MKI C 25 B 1/04, registered in the Federal Republic of Germany on 8.2.74. It shows a device for converting accumulated electricity by the method of electrolysis of water into hydrogen and oxygen in the form of a battery adjacent to each other filled with glass U-shaped glass tubes, in the branches of which platinum electrodes are placed, one of which is supplied with positive voltage, the other accordingly negative voltage. During the electrolysis of water, hydrogen is released from the water into the upper branches of one of the sides of the battery of U-shaped tubes and from there it can be sent to a storage tank. Oxygen is released from the water into the upper parts of the branches of the other side of the battery and from there it can be sent to another capacity for storage. Water in the lower parts of the U-shaped tubes is supplied through a special pipe. Disadvantages: the figures show only the conversion of direct current electricity, the rectifier required for the accumulation of alternating current electricity is not shown; the electrolyzer is extremely inefficient, because the electrodes are very small and have a small surface of contact with water; the second problem with storages for hydrogen and oxygen has not been solved; accordingly, nothing is said about the third problem of equipment for the transfer of energy stored in hydrogen and oxygen to consumers.

В качестве прототипа взят патент GB N 2053966A, заявленный на 5 лет позже DT N 2406064A1 19.7.79 г. опубл. 11.2.81 г. МКИ H 02 J 15/00. Автор самонадеянно утверждает, что первым предложил идею накопления электроэнергии путем ее преобразования методом электролиза воды в водород и кислород. В патенте показан похожий на немецкий электролизер U-образной конструкции и с теми же недостатками. Добавляется не относящееся к вопросу преобразования и накопления электроэнергии оборудование для преобразования солнечной, ветровой и гидроэнергии в электроэнергию. При этом для отбора энергии водных потоков предлагается традиционный наносящий вред природе плотинный способ, которому уже более тысячи лет, для отбора энергии ветра также традиционный башенно-пропеллерный способ, которому несколько сот лет. В патенте показаны схематично в виде блоков емкости для накопления водорода и кислорода, но ничего не говорится об их реальной конструкции, о защите от молний, о технических решениях для предотвращения взрывоопасного смешивания полученного водорода с кислородом воздуха и сохранения чистоты полученного кислорода, о недопущении попадания горючих материалов в емкости с кислородом, т.е. в патенте по сути не решена вторая очень важная проблема безопасного накопления и хранения водорода и кислорода, и патент является благим пожеланием, но не пригодным для реализации техническим проектом, и не может считаться накопителем преобразованной в водород и кислород электроэнергии. При попытке реализации все взлетит на воздух. Хотя в патенте не решена проблема безопасного накопления и хранения водорода и кислорода, показано в виде блоков решение третьей проблемы: газовая турбина или ракетный двигатель, в которых намечается сжигать подлежащий накоплению водород в подлежащем накоплению кислороде, и энергию от них планируется передавать генератору, запитывающему электрическую распределительную сеть. На чертежах патента не показаны предохранительно-распределительные вентили, без которых водород и кислород без накопления напрямую из электролизера будут по трубам через емкости сразу же поступать в газовую турбину или ракетный двигатель, т.е. в схеме упущены важные элементы, без которых она не пригодна к использованию. Из-за отсутствия вентилей, компрессоров или насосов в патенте не предусмотрены сжатие водорода и кислорода и подача их под давлением на лопатки турбины или в ракетный двигатель, как это требуется в энергетических установках и вообще во всех достаточно мощных двигателях, значит мощность турбины или ракетного двигателя незначительна, если они вообще будут работать. Не показано оборудование для использования сверхгорячего пара, получающегося при сгорании водорода в кислороде на лопатках турбины или в ракетном двигателе. По этой причине дополнительно ухудшаются технико-экономические характеристики накопителя. Ничего не говорится о том, что накапливаемые водород и кислород могут использоваться не только в энергетике, но как экологичное топливо в космических ракетах и двигателях, для технологических и медицинских целей. As a prototype taken patent GB N 2053966A, claimed 5 years later DT N 2406064A1 19.7.79, publ. 11.2.81 MKI H 02 J 15/00. The author arrogantly claims that he was the first to propose the idea of accumulating electricity by converting it by electrolysis of water into hydrogen and oxygen. The patent shows a U-shaped cell similar to German with the same drawbacks. Equipment related to the conversion and storage of electricity is added to convert solar, wind and hydropower to electricity. At the same time, the traditional dam dam method, which is already more than a thousand years old, is proposed for the selection of the energy of water flows, and the traditional tower-propeller method, which is several hundred years old, is also used to select the wind energy. The patent shows schematically in the form of blocks of capacity for the accumulation of hydrogen and oxygen, but nothing is said about their real design, about protection against lightning, about technical solutions to prevent explosive mixing of the obtained hydrogen with oxygen in the air and to preserve the purity of the obtained oxygen, and to prevent the ingress of combustible materials in a container with oxygen, i.e. the patent essentially does not solve the second very important problem of safe accumulation and storage of hydrogen and oxygen, and the patent is a good wish, but not suitable for implementation by a technical project, and cannot be considered a storage device for electricity converted into hydrogen and oxygen. When you try to implement everything will fly into the air. Although the patent does not solve the problem of safe accumulation and storage of hydrogen and oxygen, the solution to the third problem is shown in blocks: a gas turbine or rocket engine, in which it is planned to burn the hydrogen to be stored in the oxygen to be stored, and it is planned to transfer energy from them to a generator that supplies electric distribution network. The drawings of the patent do not show safety distribution valves, without which hydrogen and oxygen, without accumulation directly from the electrolyzer, will be piped through tanks through tanks immediately to a gas turbine or rocket engine, i.e. important elements are missing in the scheme, without which it is not suitable for use. Due to the lack of valves, compressors or pumps, the patent does not provide for the compression of hydrogen and oxygen and their supply under pressure to the turbine blades or to the rocket engine, as is required in power plants and generally in all sufficiently powerful engines, which means the power of the turbine or rocket engine insignificant if they will work at all. Not shown equipment for the use of super-hot steam resulting from the combustion of hydrogen in oxygen on the blades of a turbine or in a rocket engine. For this reason, the technical and economic characteristics of the drive are further deteriorating. Nothing is said that the accumulated hydrogen and oxygen can be used not only in energy, but as environmentally friendly fuel in space rockets and engines, for technological and medical purposes.

На фиг. 1 и 2 показан общий вид накопителя энергии с оборудованием для ее подачи потребителям с учетом недостатков DT2406064A1 и GB2053966A. Предлагаемое к использованию известное и находящееся в производстве оборудование нарисовано в виде блоков, только более полно представлены емкости для накопления и хранения водорода и кислорода с соединительными трубами, вентилями и компрессорами. Он состоит из: кабеля 1, по которому подается подлежащая накоплению электроэнергия переменного трехфазного электрического тока; выпрямителя 2; электролизера 3; водоема 4; трубы 5, по которой подается вода в электролизер; вентиля 6, которым регулируется количество подаваемой в электролизер воды; вентиля 7, трубы 8, по которым направляется водород из электролизера; компрессора 9; вентиля 10; трубы 11 и размещенной под землей емкости для накопления и хранения водорода 12, через нижнее отверстие которой подается вода из водоема 4 по трубе 15; трубы 13 и вентиля 14, по которым сжатый водород будет направляться в турбину 24; вентиля 16, трубы 17, компрессора 18, вентиля 19, трубы 20, по которым кислород из электролизера подается в подземную емкость 21, в которую через нижнее отверстие подается вода из водоема 4 по трубе 15; трубы 22 и вентиля 23, по которым сжатый кислород при использовании подается из емкости 21 в турбину 24; электрической машины 25; кабеля 26, по которому машина запитывается от кабеля 40, когда используется как двигатель, и по которому трехфазный ток направляется потребителям, когда машина работает как генератор; трубы 27, по которой сверхгорячий пар из турбины 24 направляется в паросиловой агрегат 28, для работы которого подается дополнительно вода по трубе 30 и через вентиль 29; еще одного генератора 31, ротор которого вращается паросиловым агрегатом 28; кабеля 32, по которому электроэнергия из генератора 31 направляется в кабель 26 и далее потребителям в распределительный кабель 40; трубы 33, по которой из паросилового агрегата низкотемпературный пар и горячая вода направляются для отопления зданий, теплиц и технологических нужд; вентиля 34, трубы 35 и вентиля 36, по которым накопленный водород из емкости 12 направляется потребителям для использования в технологических процессах и как экологичное топливо в двигателях; вентиля 37, трубы 38 и вентиля 39, по которым накопленный кислород из емкости 21 направляется потребителям для медицинских, технологических и иных целей. На фиг. 2 показаны емкости для накопления и хранения водорода и кислорода на дне и в береге глубокого водоема. На фиг. 3 показано накопление и хранение водорода и кислорода в зоне вечной мерзлоты, где вместо воды для гидравлической пробки-пресса используется незатвердевающая при низкой температуре жидкость, например типа "антифриз", используемая зимой в двигателях внутреннего сгорания, для которой выше емкостей с водородом 12 и кислородом 21 добавляется емкость 41 с объемом, превышающим суммарный объем емкостей 12 и 21, дно которой соединяется с днищами емкостей 12 и 21 двумя трубами 15. Уровень жидкости в емкости 41 постоянно колеблется, поэтому ее крыша имеет воздуховод 42. На фиг. 4 предлагается также конструкция электролизера. Он состоит из ванны 43, которая разделяется сверху на 3 части не достигающими дна, но плотно прилегающими к передней и задней стенкам ванны герметичными перегородками 44. Сверху ванна закрывается крышкой 45, которая герметично прилегает к стенкам ванны и перегородкам 44. Постоянный ток от выпрямителя 2 подается к наружным шинам 46, которые имеют герметизированные вводы внутрь ванны: 4 с левой стороны и 4 с правой. К этим вводам в левой и правой секциях прикрепляются электроды 47 в виде платиновых сеток, которые имеют большую площадь контакта с водой. Уровень воды в электролизере регулирует вентиль 6. При подаче электроэнергии водород собирается в верхней части левой секции и выводится через вентиль 7, кислород собирается в верхней части правой секции и выводится через вентиль 16. In FIG. Figures 1 and 2 show a general view of an energy storage device with equipment for supplying it to consumers, taking into account the disadvantages of DT2406064A1 and GB2053966A. The well-known and production equipment proposed for use is drawn in the form of blocks, only the tanks for accumulation and storage of hydrogen and oxygen with connecting pipes, valves and compressors are presented more fully. It consists of: cable 1, through which the electric energy of an alternating three-phase electric current to be stored is supplied; rectifier 2; electrolyzer 3; pond 4; pipe 5, through which water is supplied to the cell; valve 6, which controls the amount of water supplied to the cell; valve 7, pipe 8, through which hydrogen is directed from the electrolyzer; compressor 9; valve 10; pipe 11 and a tank located below the ground for the accumulation and storage of hydrogen 12, through the lower opening of which water is supplied from the reservoir 4 through pipe 15; pipes 13 and valves 14, through which the compressed hydrogen will be directed to the turbine 24; valve 16, pipe 17, compressor 18, valve 19, pipe 20, through which oxygen from the electrolyzer is supplied to an underground tank 21, into which water from a reservoir 4 is supplied through a lower hole through pipe 15; pipes 22 and valves 23, through which compressed oxygen in use is supplied from the tank 21 to the turbine 24; an electric machine 25; cable 26, through which the machine is powered from cable 40, when used as an engine, and through which three-phase current is directed to consumers when the machine operates as a generator; pipe 27, through which superhot steam from the turbine 24 is sent to the steam power unit 28, for the operation of which additional water is supplied through the pipe 30 and through the valve 29; another generator 31, the rotor of which is rotated by a steam power unit 28; cable 32, through which electricity from the generator 31 is sent to cable 26 and then to consumers in distribution cable 40; pipes 33, through which low-temperature steam and hot water are sent from the steam power unit for heating buildings, greenhouses and technological needs; valve 34, pipe 35 and valve 36, through which the accumulated hydrogen from the tank 12 is sent to consumers for use in technological processes and as environmentally friendly fuel in engines; valve 37, pipe 38 and valve 39, through which the accumulated oxygen from the tank 21 is sent to consumers for medical, technological and other purposes. In FIG. 2 shows tanks for the accumulation and storage of hydrogen and oxygen at the bottom and in the shore of a deep reservoir. In FIG. Figure 3 shows the accumulation and storage of hydrogen and oxygen in the permafrost zone, where instead of water for a hydraulic plug-press, a liquid that does not harden at low temperature is used, for example, an antifreeze type used in winter in internal combustion engines, for which it is higher than tanks with hydrogen 12 and oxygen 21, a container 41 is added with a volume exceeding the total volume of the tanks 12 and 21, the bottom of which is connected to the bottoms of the tanks 12 and 21 by two pipes 15. The liquid level in the tank 41 is constantly fluctuating, therefore its roof has a the spirit guide 42. In FIG. 4, a cell design is also proposed. It consists of a bath 43, which is divided from above into 3 parts not reaching the bottom, but tightly adjacent to the front and rear walls of the bath with sealed partitions 44. On top of the bath is closed by a lid 45, which is tightly adjacent to the walls of the bath and partitions 44. Direct current from the rectifier 2 served to the outer tires 46, which have sealed entries into the bath: 4 on the left side and 4 on the right. To these inputs in the left and right sections are attached electrodes 47 in the form of platinum grids, which have a large area of contact with water. The water level in the electrolyzer is controlled by valve 6. When electric power is supplied, hydrogen is collected in the upper part of the left section and discharged through valve 7, oxygen is collected in the upper part of the right section and discharged through valve 16.

Перед началом работы накопителя, чтобы не произошло взрывоопасного смешивания водорода с кислородом воздуха, заполняются водой или в зоне вечной мерзлоты незатвердевающей при низкой температуре жидкостью вся емкость 12, труба 11, вентиль 10, компрессор 9, труба 8, вентиль 7, труба 13, вентиль 14, вентиль 34, труба 35 и вентиль 36. Для обеспечения чистоты кислорода также заполняются водой или в зоне вечной мерзлоты незатвердевающей при низкой температуре жидкостью вся емкость 21, труба 20, вентиль 19, компрессор 18, труба 17, вентиль 16, труба 22, вентиль 23, вентиль 37 и вентиль 39. После заполнения перекрываются все указанные вентили. Before the drive starts, so that there is no explosive mixing of hydrogen with oxygen, they are filled with water or in the permafrost zone with a liquid that does not solidify at low temperature, the entire tank 12, pipe 11, valve 10, compressor 9, pipe 8, valve 7, pipe 13, valve 14, valve 34, pipe 35 and valve 36. To ensure oxygen purity, the entire tank 21, pipe 20, valve 19, compressor 18, pipe 17, valve 16, pipe 22, are also filled with water or in the permafrost zone with a liquid that does not solidify at low temperature. valve 23, vent il 37 and valve 39. After filling, all of these valves are closed.

При появлении избыточной электроэнергии она подается по кабелю 1 в выпрямитель 2. Для подпитывания электролизера 3 водой из водоема 4 по трубе 5 открывается вентиль 6. Для водорода открываются вентили 7 и 10, остаются закрытыми вентили 14 и 34. Для кислорода открываются вентили 16 и 19 и остаются закрытыми вентили 23 и 37. Накапливаемая электроэнергия переменного трехфазного тока в выпрямителе преобразуется в электроэнергию постоянного тока и поступает в электролизер 3, где еще раз преобразуется методом разложения воды в энергоноситель водород и кислород, которые и подлежат накоплению. Далее включается электрическая машина 25, превращающаяся в этом случае в двигатель, который приводит в действие компрессоры 9 и 18. Компрессором 9 водород, выделяющийся из воды в электролизере 3, постепенно вытесняет воду из вентиля 7, трубы 8, самого компрессора 9, вентиля 10, трубы 11 и емкости 12 через отверстие внизу и далее по трубе 15 в водоем 4, как на фиг. 1, или непосредственно в водоем через отверстие внизу емкости, как на фиг. 2, или в зоне вечной мерзлоты вытесняет незатвердевающую при низкой температуре жидкость по трубе 15 в верхнюю емкость 41, как на фиг. 3. Аналогично под действием компрессора 18 кислород, выделяющийся из воды в электролизере 3, постепенно вытесняет воду из вентиля 16, трубы 17, самого компрессора 18, вентиля 19, трубы 20, емкости 21, по трубе 15 в водоем 4, как на фиг. 1, или непосредственно в водоем через отверстие внизу емкости, как на фиг. 2, или вытесняет в зоне вечной мерзлоты незатвердевающую при низкой температуре жидкость по трубе 15 в верхнюю емкость 41, как на фиг. 3. Водород и кислород будут находиться под давлением столба воды от поверхности водоема до уровней воды в емкостях 12 и 21, как на фиг. 1 и 2, или под давлением столба жидкости от ее поверхности в верхней емкости 41 до ее уровней в емкостях 12 и 21, как на фиг. 3. В этом случае электродвигатель 25 и компрессоры 9 и 18 служат дополнительными пневматическими преобразователями электроэнергии в механическую энергию сжатых водорода и кислорода и ее накоплению в емкостях 12 и 21. Это сжатие водорода и кислорода необходимо еще и потому, что без него не может быть обеспечена требуемая мощность газовой турбины 24 при последующем использовании в ней в качестве топлива водорода и кислорода для получения электроэнергии через сопряженный с турбиной генератор 25. When excess electricity appears, it is fed through cable 1 to rectifier 2. To feed the electrolyzer 3 with water from the reservoir 4, valve 6 opens through pipe 5. Valves 7 and 10 open for hydrogen, valves 14 and 34 remain closed. Valves 16 and 19 open for oxygen. and valves 23 and 37 remain closed. The accumulated electric energy of the three-phase alternating current in the rectifier is converted into direct current electricity and supplied to the electrolysis cell 3, where hydrogen and ki are once again converted by the method of decomposition of water into energy lorod, which are accumulated. Next, an electric machine 25 is turned on, turning in this case into an engine that drives compressors 9 and 18. By compressor 9, the hydrogen released from the water in the electrolysis cell 3 gradually displaces water from valve 7, pipe 8, compressor 9 itself, valve 10, pipes 11 and containers 12 through an opening below and further along pipe 15 into a reservoir 4, as in FIG. 1, or directly into a body of water through an opening at the bottom of the container, as in FIG. 2, or in the permafrost zone displaces nonhardening at low temperature liquid through the pipe 15 into the upper tank 41, as in FIG. 3. Similarly, under the action of the compressor 18, the oxygen released from the water in the electrolysis cell 3 gradually displaces water from the valve 16, the pipe 17, the compressor 18, the valve 19, the pipe 20, the container 21, through the pipe 15 into the reservoir 4, as in FIG. 1, or directly into a body of water through an opening at the bottom of the container, as in FIG. 2, or displaces in the permafrost zone a liquid that does not solidify at low temperature through a pipe 15 into an upper tank 41, as in FIG. 3. Hydrogen and oxygen will be under the pressure of a column of water from the surface of the reservoir to the water levels in tanks 12 and 21, as in FIG. 1 and 2, or under pressure of a liquid column from its surface in the upper tank 41 to its levels in tanks 12 and 21, as in FIG. 3. In this case, the electric motor 25 and compressors 9 and 18 serve as additional pneumatic converters of electric energy into mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen and its accumulation in capacities 12 and 21. This compression of hydrogen and oxygen is also necessary because without it it cannot be provided the required power of the gas turbine 24 during subsequent use of hydrogen and oxygen as fuel in it to generate electricity through a generator 25 coupled to the turbine.

При потребности в энергии перекрываются вентили 10 и 19, отключаются от электрической машины 25 компрессоры 9 и 18, открываются вентили 14 и 23, сжатый водород из емкости 12 и сжатый кислород из емкости 21 выдавливаются водой, как на фиг. 1 и 2, или незатвердевающей жидкостью, как на фиг. 3, на лопатки турбины 24 в герметичном кожухе и там водород сжигается в кислороде. При этом используется механическая энергия сжатых водорода и кислорода и энергия сжигаемого в кислороде водорода. Турбина приводит в действие сопряженную с ней электрическую машину 25, превращающуюся из двигателя в генератор, электроэнергия от которого направляется по кабелю 26 потребителям в распределительную сеть 40. Механическая энергия сжатых водорода и кислорода с учетом потерь в турбине и генераторе полностью превращается в электроэнергию. Сверхгорячий пар от сгоревшего в кислороде водорода из турбины направляется по трубе 27 в паросиловой агрегат 28, который вращает ротор дополнительного генератора 31. Электроэнергия от последнего по кабелям 32 и 26 направляется потребителям в распределительную сеть 40. Для работы паросилового агрегата дополнительно подается вода по трубе 30 через вентиль 29. Низкотемпературный пар и горячая вода из паросилового агрегата 28 по трубе 33 направляются для технологических нужд и отопления зданий и теплиц. Водород для использования в технологических процессах и как экологичное топливо в двигателях направляется потребителям по трубе 35, при этом открываются вентили 34 и 36. Кислород для медицинских и технологических целей и для ракетных двигателей направляется потребителям по трубе 38, при этом открываются вентили 37 и 39. If energy is needed, valves 10 and 19 are closed, compressors 9 and 18 are disconnected from electric machine 25, valves 14 and 23 are opened, compressed hydrogen from tank 12 and compressed oxygen from tank 21 are squeezed out by water, as in FIG. 1 and 2, or non-hardening liquid, as in FIG. 3, onto the blades of a turbine 24 in a sealed enclosure and there hydrogen is burned in oxygen. The mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen and the energy of hydrogen burned in oxygen are used. The turbine drives the associated electric machine 25, which is converted from an engine to a generator, the electric power from which is sent via cable 26 to consumers in a distribution network 40. The mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen, taking into account losses in the turbine and generator, is completely converted into electricity. Super-hot steam from hydrogen burned in oxygen from the turbine is directed through a pipe 27 to a steam power unit 28, which rotates the rotor of the additional generator 31. Electricity from the latter is sent to consumers through a cable 32 and 26 to a distribution network 40. For the steam-powered unit to work, water is additionally supplied through a pipe 30 through the valve 29. The low-temperature steam and hot water from the steam power unit 28 are sent through a pipe 33 for technological needs and heating of buildings and greenhouses. Hydrogen for use in technological processes and as an environmentally friendly fuel in engines is sent to consumers through pipe 35, while valves 34 and 36 are opened. Oxygen for medical and technological purposes and for rocket engines is sent to consumers through pipe 38, while valves 37 and 39 are opened.

Таким образом, поставленная цель осуществлена. Предлагается полностью пригодный к реализации "Накопитель энергии с оборудованием для ее подачи потребителям" для широкого использования. В отличие от DT2406064A1 и GB2053966A и других накопителей электроэнергии в нем достигаются следующие технические результаты:
1. Действительно, а не в теории, обеспечивается само накопление электроэнергии в виде водорода и кислорода в емкостях, которые в DT2406064A1 вообще не предусмотрены, а в GB2053966A емкости нарисованы, но в виде блоков, без рассмотрения специальных технических решений, которые требуются для больших хранилищ таких взрывоопасных газов, как водород и кислород. В предлагаемом "Накопителе" в соединительных трубах предусмотрены необходимые для сбора, хранения и использования газов вентили, о которых ничего не говорится в GB2053966A. В этом патенте водород и кислород из электролизера по соединительным трубам через емкости без задержки и накопления будут перетекать сразу же в связанные с емкостями турбину или ракетный двигатель. В предлагаемом "Накопителе" простым перекрытием вентилей обеспечивается накопление и сохранность сжатых водорода и кислорода в емкостях неограниченное время без растрачивания накопленной энергии при хранении.Thus, the goal is achieved. A fully usable "Energy storage device with equipment for supplying it to consumers" is proposed for widespread use. Unlike DT2406064A1 and GB2053966A and other energy storage devices, the following technical results are achieved in it:
1. Indeed, and not in theory, the very accumulation of electricity in the form of hydrogen and oxygen is provided in tanks that are not provided for in DT2406064A1, and tanks are drawn in GB2053966A, but in the form of blocks, without considering special technical solutions that are required for large storages explosive gases such as hydrogen and oxygen. In the proposed "Storage" in the connecting pipes are provided necessary for the collection, storage and use of gases valves, which are not mentioned in GB2053966A. In this patent, hydrogen and oxygen from the electrolyzer through connecting pipes through tanks without delay and accumulation will flow immediately into a turbine or rocket engine connected to the tanks. In the proposed “Accumulator”, by simply closing the valves, accumulation and preservation of compressed hydrogen and oxygen in tanks is ensured for unlimited time without wasting stored energy.

2. "Накопитель" полностью безопасен благодаря:
2.1. Защищенности емкостей с взрывоопасными водородом и кислородом от ударов молний их размещением под землей или под водой.2. "Drive" is completely safe thanks to:
2.1. The protection of containers with explosive hydrogen and oxygen from lightning strikes by their placement underground or under water.

2.2. Исключению возможности взрывоопасного смешивания водорода с кислородом воздуха и возникновения "гремучей смеси", что достигается заполнением перед началом работы водой или в зоне вечной мерзлоты незатвердевающей при низкой температуре жидкостью самой емкости для водорода, соединительных труб от емкости к компрессору, от компрессора к электролизеру, от емкости к оборудованию, где водород используется, самого компрессора и вентилей и соответственно вытеснением из них воздуха. С началом работы водород, поступающий из электролизера, с помощью компрессора вытесняет воду или незатвердевающую при низкой температуре жидкость, не смешиваясь с воздухом, последовательно из соединительных труб, вентилей, компрессора и из емкости для водорода, начиная от крыши, куда подведена труба от компрессора, и далее до дна емкости через имеющееся у дна отверстие в выше расположенный водоем или емкость для незатвердевающей жидкости по специальной трубе при расположении емкости для водорода под землей, или непосредственно в водоем при расположении емкости для водорода под водой водоема или в его береге у дна. После заполнения емкости водородом перекрываются вентили труб, идущих от компрессора к емкости и от емкости к оборудованию, в котором водород используется. Аналогично обеспечивается чистота кислорода от смешивания с воздухом. 2.2. The exclusion of the possibility of explosive mixing of hydrogen with oxygen and the formation of an “explosive mixture”, which is achieved by filling the hydrogen tank itself, the connecting pipes from the tank to the compressor, from the compressor to the electrolyzer, from containers for equipment where hydrogen is used, the compressor itself and valves and, accordingly, the displacement of air from them. With the start of operation, the hydrogen coming from the electrolyzer displaces water or a liquid that does not harden at a low temperature without mixing with air, sequentially from connecting pipes, valves, the compressor and from the hydrogen tank, starting from the roof where the pipe from the compressor is connected, and further to the bottom of the tank through the hole at the bottom into a higher located body of water or a tank for non-hardening liquid through a special pipe when the hydrogen tank is underground, or directly into the body of water when the hydrogen tank is located under the water of the reservoir or in its shore near the bottom. After filling the tank with hydrogen, the valves of the pipes coming from the compressor to the tank and from the tank to the equipment in which hydrogen is used are shut off. Similarly, oxygen purity from mixing with air is ensured.

3. Повышается КПД "Накопителя" благодаря тому, что емкости с водородом и кислородом расположены под землей ниже надземного водоема или емкости с незатвердевающей при низкой температуре жидкостью в зоне вечной мерзлоты, или под водой на дне глубокого водоема или в береге у его дна и водород и кислород в емкостях находятся под давлением столба воды от поверхности воды в водоеме до ее уровня в емкостях с водородом и кислородом, или столба незатвердевающей при низкой температуре жидкости от поверхности жидкости в верхней емкости до ее уровня в емкостях с водородом и кислородом. При этом компрессоры с помощью обратимой электромашины, превращающейся в двигатель, закачивают водород и кислород в емкости под давлением этого столба и становятся дополнительными преобразователями электроэнергии в механическую энергию сжатых водорода и кислорода, которая также накапливается в емкостях. При потребности в электроэнергии перекрываются вентили труб, идущих от компрессоров в емкости с водородом и кислородом, и открываются вентили труб от емкостей в газовую турбину и вода или жидкость выдавливают водород и кислород из емкостей на лопатки турбины, где водород сжигается в кислороде. Турбина вращает ротор электромашины, которая отключается от компрессоров и превращается в генератор, электроэнергия от которого направляется потребителям. Механическая энергия сжатых водорода и кислорода с учетом потерь в турбине и генераторе полностью превращается в электроэнергию. В GB 2053966 A сжатие газов, а тем самым по сути и само их накопление, не предусмотрено. Эта подача водорода и кислорода на лопатки турбины именно под давлением, как в двигателях внутреннего сгорания, только и обеспечивает ее нормальную работу и требуемую мощность, т.к. под давлением процесс горения протекает с большим КПД. 3. The efficiency of the “Accumulator" is increased due to the fact that the tanks with hydrogen and oxygen are located underground below the above-ground reservoir or containers with liquid that does not solidify at low temperature in the permafrost zone, or under water at the bottom of a deep reservoir or in the shore near its bottom and hydrogen and oxygen in containers are under pressure of a column of water from the surface of the water in the reservoir to its level in containers with hydrogen and oxygen, or a column that does not solidify at low temperature, from the surface of the liquid in the upper container to its level in tanks with hydrogen and oxygen. At the same time, compressors, using a reversible electric machine that turns into an engine, inject hydrogen and oxygen into containers under the pressure of this column and become additional converters of electric energy into mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen, which also accumulates in containers. If there is a need for electricity, the valves of the pipes coming from the compressors to the tanks with hydrogen and oxygen are closed, and the valves of the pipes from the tanks are opened into the gas turbine and water or liquid squeeze the hydrogen and oxygen from the tanks to the turbine blades where hydrogen is burned in oxygen. The turbine rotates the rotor of an electric machine, which disconnects from the compressors and turns into a generator, the electric power from which is sent to consumers. The mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen, taking into account losses in the turbine and generator, is completely converted into electricity. GB 2053966 A does not provide for the compression of gases, and thereby in essence their accumulation. This supply of hydrogen and oxygen to the turbine blades precisely under pressure, as in internal combustion engines, only ensures its normal operation and the required power, because under pressure, the combustion process proceeds with high efficiency.

4. Благодаря сжатию водорода и кислорода для требуемой энергоемкости "Накопителя" строятся емкости для них меньших размеров, а это снижает затраты на строительство емкостей. 4. Due to the compression of hydrogen and oxygen for the required energy consumption of the “Drive”, smaller containers are built for them, and this reduces the cost of building containers.

5. В "Накопителе" предусмотрена подача по специальным трубам с вентилями накопленных водорода и кислорода потребителям для технологических и медицинских целей и как экологичное топливо для двигателей. 5. In the “Drive”, the supply through special pipes with valves of accumulated hydrogen and oxygen to consumers for technological and medical purposes and as an environmentally friendly fuel for engines is provided.

6. В отличие от GB 2053966 A в "Накопителе" показан в виде блока дополнительный паросиловой агрегат, в котором используется сверхгорячий пар из газовой турбины от сгоревшего в кислороде водорода. Паросиловой агрегат вращает ротор дополнительного генератора, электроэнергия от которого направляется потребителям. Кроме того, низкотемпературный пар и горячую воду из паросилового агрегата предусмотрено использовать для технологических нужд и отопления зданий и теплиц. 6. Unlike GB 2053966 A, in the “Storage" an additional steam-powered unit is shown in the form of a block, in which ultra-hot steam from a gas turbine from hydrogen burned in oxygen is used. The steam-powered unit rotates the rotor of the additional generator, the electric power from which is sent to consumers. In addition, it is planned to use low-temperature steam and hot water from a steam-powered unit for technological needs and for heating buildings and greenhouses.

7. При обеспечении надежного дистанционного включения и выключения всего оборудования, в том числе вентилей, с пульта достигается быстрое задействование "Накопителя" для накопления электроэнергии и использования накопленной энергии. 7. Providing reliable remote on and off of all equipment, including valves, from the remote control, the “Drive” is quickly activated to accumulate electricity and use the stored energy.

8. По энергоемкости и возможности для накопления неограниченных объемов энергии на любое требуемое время без растрачивания при хранении "Накопитель" превосходит все известные аккумуляторы, при этом для его строительства требуется небольшой участок земли. 8. In terms of energy intensity and the ability to accumulate unlimited amounts of energy for any required time without wasting during storage, the “Storage" surpasses all known batteries, while its construction requires a small plot of land.

9. По закону Фарадея при поступлении 4,5 5,1 киловаттчаса излишней на тот период времени электроэнергии в электролизер "Накопителя" получаются 1 кубический метр водорода и 1/2 кубических метра кислорода без учета гидропневматического сжатия в емкостях. Соответственно емкость для водорода по объему предусмотрена в два раза больше емкости для кислорода. При потребности в энергии и подаче водорода и кислорода в турбину и 50% КПД турбины с генератором возвращается 2,2 2,5 киловаттчаса электроэнергии. Сюда еще добавляются энергия сжатия водорода и кислорода и широкое использование самих водорода и кислорода и тепловой энергии. 9. According to Faraday’s law, when 4.5 5.1 kilowatt hours of excess electricity for that period of time are received in the Nakupitel’s electrolytic cell, 1 cubic meter of hydrogen and 1/2 cubic meter of oxygen are obtained without taking into account hydropneumatic compression in the tanks. Accordingly, the capacity for hydrogen in volume is provided twice as large as the capacity for oxygen. With the need for energy and the supply of hydrogen and oxygen to the turbine and 50% of the efficiency of the turbine with a generator, 2.2 2.5 kilowatt hours of electricity are returned. This also adds the energy of compression of hydrogen and oxygen and the widespread use of hydrogen and oxygen themselves and thermal energy.

У "Накопителя" один недостаток: строительство подводных или подземных емкостей для водорода и кислорода и для затвердевающей при низкой температуре в зоне вечной мерзлоты жидкости и соединительных труб с вентилями потребует значительных первоначальных капиталовложений, которые однако быстро окупятся, т. к. при эксплуатации емкостей из-за их простоты и надежности не нужны дополнительные расходы. Далее "Накопитель" предназначен для аккумуляции излишней электроэнергии, которая при его отсутствии пропадает. Утилизация такой энергии, на производство которой расходуются средства, принесет значительную выгоду. Кроме того, не нужны будут расходы на строительство дополнительных энергоагрегатов для покрытия пиковых потребностей в энергии и производство этой энергии, она будет подаваться из "Накопителя". The "Accumulator" has one drawback: the construction of submarine or underground tanks for hydrogen and oxygen and for liquid that is hardening at low temperature in the permafrost zone and connecting pipes with valves will require significant initial investments, which, however, will quickly pay off, since the operation of tanks from -for their simplicity and reliability, no additional costs are required. Further, "Drive" is designed to accumulate excess electricity, which in its absence disappears. Utilization of such energy, for the production of which funds are spent, will bring significant benefits. In addition, there will be no need for the cost of building additional power units to cover peak energy needs and the production of this energy, it will be supplied from the “Accumulator”.

Широкое строительство таких "Накопителей" позволяет подготовить основу для создания экологичной "водородной энергетики" и экологичного транспорта. Это очень важно, т.к. при современных тепловых станциях, технологии и транспорте появилась реальная угроза исчерпания природных газа и нефти, которые вместо сжигания более целесообразно использовать для производства разнообразных продуктов, и угроза всемирной экологической катастрофы уже в ближайшие 25 50 лет. The extensive construction of such "Storage" allows you to prepare the basis for the creation of environmentally friendly "hydrogen energy" and environmentally friendly transport. This is very important because with modern thermal stations, technology and transport, there was a real threat of exhaustion of natural gas and oil, which, instead of burning, is more appropriate to use for the production of various products, and the threat of a global environmental catastrophe in the next 25 to 50 years.

Claims

An energy storage device with equipment for supplying it to consumers, comprising a rectifier for converting the stored electric energy of three-phase alternating current into direct current electricity, an electrolyzer for converting electric energy from the rectifier by decomposing water into environmentally friendly energy-intensive energy carriers hydrogen and oxygen, containers for separate storage of hydrogen and oxygen, a gas turbine with a generator for converting, as necessary, the energy stored in the form of hydrogen and oxygen in electric energy gas supply pipe, connecting pipes from the electrolyzer to the tanks and from the tanks to the gas turbine, characterized in that the electrolyzer bath is divided from above into three sections that do not reach the bottom, but are partitioned tightly to the front and rear walls of the bath, and the top is closed by a lid that is tightly adjacent to the walls and partitions, on the external walls of the left and right sections of the bath, tires are installed to which the output of the rectifier is connected and which have sealed inputs of four to the left and right sections, inside the left and right sections to the The electrodes are attached in the form of platinum grids, which provide the required area of contact between the electrodes and water and the required rate and volume of decomposition of water into hydrogen and oxygen, hydrogen is released from the water to the upper part of the left section and then fed through a valve to the tank, oxygen is the upper part of the right section and then to another tank, water is supplied to the middle section through the pipe and is regulated by a special valve, to ensure the rapid accumulation of large volumes of electricity and reduce the cost of installation of steam Along with several of the same or already in production standard electrolyzers, the hydrogen tank is twice as large as the oxygen tank and they are located underground, the bottom of each of them is connected by a pipe to a reservoir on the surface of the earth, or at the bottom of a deep reservoir, or in the shore near its bottom, at the bottom of the last tanks there are openings for communication with the pond in which they are located, this placement underground or under water provides protection for explosive containers with hydrogen and oxygen from lightning strikes; two compressors are added to the tanks, one for hydrogen, the other for oxygen, operating from one reversible electric machine, connecting pipes from the electrolyzer to compressors and from compressors to the top of the tanks, from tanks to equipment where hydrogen and oxygen are used, as well as valves on the pipes at the electrolyzer between compressors and tanks, after tanks to the specified equipment; to prevent explosive mixing of hydrogen with atmospheric oxygen before starting work, the hydrogen tank, the pipe from the tank to the compressor, the compressor, the pipe from the compressor to the electrolyzer, the pipes from the tank to the equipment where hydrogen is used, all valves on these pipes are filled with water, similarly to save purity of oxygen from mixing with air, oxygen tank, pipes, valves and compressor are filled with water, with the beginning of work, hydrogen and oxygen from the electrolyzer with the help of compressors operating from my electric machine turning into an engine displaces water sequentially from valves at the electrolyser, from pipes from the electrolyzer to compressors, from compressors, valves at compressors, pipes from compressors to tanks, from the tanks themselves, starting from above, through bottom holes through a common pipe into the above-ground pond or directly into the pond when placing containers on the bottom of the pond or in its shore near the bottom, in addition, water is displaced from pipes from tanks to equipment where hydrogen and oxygen are used, hydrogen and oxygen in tanks and ubah are under the pressure of a column of water from the surface of the reservoir to its level in the tanks, the larger this column, the higher the pressure, compressors and electric machines that overcome this pressure, like an engine, are additional converters of electric energy into mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen, which also accumulates in tanks, after filling the tanks and pipes with hydrogen and oxygen, the valves between the tanks and compressors and between tanks and equipment where hydrogen and oxygen are used, those This ensures the safety of hydrogen and oxygen and energy source mechanical energy of compressed hydrogen and oxygen unlimited time without waste of energy storage, i.e., without its leakage and air penetration there, due to gas compression for the required energy consumption of the storage tank, the tanks for hydrogen and oxygen are needed in smaller sizes, and this reduces the cost of their construction, in the permafrost zone in tanks with hydrogen and oxygen, not water is used, turning at a temperature below 0 ^o C in an ice and Non-hardening at a low temperature fluid, most of which is housed in a special container above the tanks with hydrogen and oxygen with a volume greater than the total volume of the hydrogen tanks oxygen, the bottom of the upper tank is connected by pipes to the bottoms of containers with hydrogen and oxygen, when electricity is needed, the valves open in front of the gas turbine and the valves between the tanks and compressors are closed and hydrogen and oxygen are squeezed out of the tanks with water or in the permafrost zone, which is not solidified at low temperature, on the turbine blades in an airtight casing, where hydrogen is burned in oxygen, and the combined energy of compressed hydrogen and oxygen and giving a very high temperature burned in acid The hydrogen gas rotates the turbine and the associated electric machine, which is disconnected from the compressors and converted into a generator, the electric power from which is sent to consumers, it is this supply of hydrogen and oxygen under pressure that provides the best combustion of hydrogen in oxygen and increases the power of the turbine, for full use accumulated energy, super-hot steam from hydrogen burned in oxygen from a turbine in a sealed enclosure is sent to an additional steam-power unit with an additional gene a radiator, the electric power from which is also transmitted to consumers, low-temperature steam and hot water from the unit are sent for technological needs and heating greenhouses and buildings, the accumulated hydrogen and oxygen are planned to be used not only for energy, but also for technological and medical purposes and as environmental fuel in rocket and other engines, for this, pipes with protective valves at both ends are laid from tanks to consumers, at tanks and consumers, the drive and equipment have low inertia spine, because included in the accumulation of energy and its use remotely from the control panel.