RU2614451C1 - Independent power source based on wind power installation - Google Patents

Independent power source based on wind power installation Download PDF

Info

Publication number
RU2614451C1
RU2614451C1 RU2015155640A RU2015155640A RU2614451C1 RU 2614451 C1 RU2614451 C1 RU 2614451C1 RU 2015155640 A RU2015155640 A RU 2015155640A RU 2015155640 A RU2015155640 A RU 2015155640A RU 2614451 C1 RU2614451 C1 RU 2614451C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
pressure tank
additional
booster
low
Prior art date
Application number
RU2015155640A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Кудряшов
Владимир Геннадьевич Николаев
Василий Владимирович Николаев
Эдуард Евгеньевич Сон
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Priority to RU2015155640A priority Critical patent/RU2614451C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614451C1 publication Critical patent/RU2614451C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: independent power source, including mounted on the tower-support the wind power installation, mechanically coupled to an electric generator and a compressor-booster linked by pipeline to the pressure vessel, and the turbo expander, comprises an additional compressor mechanically linked with the wind power installation, an additional electric generator mechanically connected to the turbo expander, located in the tower-support low-pressure tank, inside of which the high-pressure tank is coaxially placed. The low-pressure tank is equipped with a control valve and linked by pipeline with an additional compressor, compressor-booster and turbo expander. Pressure vessel performs functions of both the compressed air energy battery and the heat accumulator used for heating the air in the pressure vessel coming on the turboexpander input.
EFFECT: stable supply of consumers with electricity.
4 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к автономным энергетическим устройствам и предназначено для стабильного обеспечения потребителей электричеством. Наиболее перспективным использование данного устройства представляется при наличии высокого ветропотенциала в северных и дальневосточных районах с автономным энергоснабжением, где устройства такого типа могли бы служить заменой дизельным электростанциям, приводя к значительному сбережению органического топлива и улучшая экологическую обстановку в регионах.The present invention relates to stand-alone energy devices and is intended for the stable supply of electricity to consumers. The most promising use of this device seems to be in the presence of high wind potential in the northern and Far Eastern regions with autonomous power supply, where devices of this type could serve as a replacement for diesel power plants, leading to significant savings in fossil fuels and improving the environmental situation in the regions.

Известна универсальная комплексная энергосистема (патент РФ 2489589, 10.08.2013 г.) для получения электричества, холода и тепла, которая содержит ветродвигатель, компрессор, накопитель воздуха, теплообменник с горячим и холодным контурами, потребитель теплого воздуха, турбодетандер, с приводимым им электрогенератором. Энергосистема включает источник природного газа повышенного давления, потребитель природного газа, дополнительный компрессор с приводом и дополнительный турбодетандер с потребителем мощности. Изобретение позволяет стабильно и эффективно обеспечить потребителей заданным количеством электроэнергии, холода и тепла при пониженном уровне ветропотенциала.Known universal integrated power system (RF patent 2489589, 08/10/2013) for generating electricity, cold and heat, which contains a wind turbine, compressor, air storage, heat exchanger with hot and cold circuits, a consumer of warm air, a turboexpander, with an electric generator driven by it. The power system includes a source of high pressure natural gas, a natural gas consumer, an additional compressor with a drive, and an additional turboexpander with a power consumer. The invention allows stably and effectively to provide consumers with a given amount of electricity, cold and heat at a reduced level of wind potential.

Техническое решение ограничивает область применения такого устройства необходимостью использования дополнительного источника природного газа повышенного давления.The technical solution limits the scope of such a device to the need to use an additional source of natural gas high pressure.

Известно аккумулирующее устройство (Патент РФ 2384734, 20.03.2010 г.), в котором накопление (запас) энергии происходит путем подъема груза мотор-генератором в период высоких скоростей ветра с последующей отдачей энергии в период штилей. Мотор-генератор поднимает груз с помощью полиспаста. Отдача энергии осуществляется путем раскручивания мотор-генератора сбегающей ниткой полиспаста через барабан и ускоритель вращения при опускании груза полиспаста. Целью данного изобретения является создание аккумулирующего устройства, способного обеспечить выработку электроэнергии во время безветрия.A storage device is known (RF Patent 2384734, 03/20/2010), in which the accumulation (reserve) of energy occurs by lifting a load by a motor-generator during a period of high wind speeds with subsequent release of energy in a calm period. The motor-generator lifts the load with the help of a chain hoist. The energy is released by spinning the motor-generator with a run-off chain hoist through the drum and an accelerator of rotation when lowering the load of the chain hoist. The aim of this invention is to provide an accumulating device capable of generating electricity during calm periods.

Недостатком данного устройства является ограниченный уровень запаса аккумулированной энергии наряду со с значительными материалоемкими технологиями. (Например, груз 100 тонн, поднятый на высоту 10 м, хранит энергию менее 3 кВт ч).The disadvantage of this device is the limited level of stored energy along with significant material-intensive technologies. (For example, a load of 100 tons, lifted to a height of 10 m, stores energy less than 3 kWh).

Наиболее близким к заявленному является устройство, описанное в заявке на патент США 20150184641, 2015-July-02 "Storage of compressed air in wind turbine support structure", касающееся аккумулятора сжатого воздуха в опоре ветрогенератора, которое было выбрано в качестве прототипа. Реализация данного устройства заключается в разработке системы хранения энергии, полученной от ветродвигателя, в виде сжатого воздуха от газового компрессора, работающего от ветродвигателя, башни-опоры ветродвигателя, стенки которой служат резервуаром для накопителя сжатого воздуха. Турбодетандер-генератор служит для генерации электрической мощности при расширении сжатого газа из резервуара высокого давления.Closest to the claimed is the device described in patent application US 20150184641, 2015-July-02 "Storage of compressed air in wind turbine support structure", relating to the compressed air accumulator in the support of the wind generator, which was selected as a prototype. The implementation of this device is to develop a system for storing energy received from a wind turbine in the form of compressed air from a gas compressor operating from a wind turbine, a tower support tower of the wind turbine, the walls of which serve as a reservoir for the compressed air storage. A turboexpander generator is used to generate electric power during expansion of compressed gas from a pressure vessel.

Существенным недостатком данного устройства является конструктивное решение аккумулирования всей энергии сжатого газа только в резервуаре высокого давления. Турбодетандер, на вход которого подается воздух из резервуара высокого давления, работает в режиме высокой степени расширения газа, сопровождающегося сильным охлаждением воздуха с вероятным образованием твердых фракций на элементах устройства. Для его функционирования необходима многоступенчатая система расширения с обязательной предварительной осушкой и подогревом воздуха, что усложняет устройство и снижает эффективность и надежность его работы, так как требуются дополнительные затраты энергии на систему осушки и нагрева.A significant disadvantage of this device is a constructive solution for the accumulation of all energy of compressed gas only in a high pressure tank. The turbo expander, which is supplied with air from a high-pressure tank, operates in a mode of high expansion of the gas, accompanied by strong cooling of the air with the possible formation of solid fractions on the elements of the device. For its operation, a multi-stage expansion system with mandatory preliminary drying and heating of the air is required, which complicates the device and reduces the efficiency and reliability of its operation, since additional energy is required for the drying and heating system.

Задачей изобретения является создание автономного источника гарантированного энергоснабжения на основе ветродвигателя и системы пневматической аккумуляции энергии, обеспечивающего устранение упомянутого недостатка.The objective of the invention is the creation of an autonomous source of guaranteed energy supply based on a wind turbine and a pneumatic energy storage system, which eliminates the aforementioned drawback.

Технический результат, заключающийся в повышения эффективности и надежности работы устройства, достигается тем, что автономный источник энергоснабжения, включающий установленную на башне-опоре ветросиловую установку, механически связанную с электрогенератором и компрессором-бустером, связанным трубопроводом с резервуаром высокого давления, и турбодетандер, содержит дополнительный компрессор, механически связанный с ветросиловой установкой, дополнительный электрогенератор, механически связанный с турбодетандером, а также содержит расположенный в башне-опоре резервуар низкого давления, внутри которого соосно размещен резервуар высокого давления, при этом резервуар низкого давления снабжен регулирующим клапаном и связан трубопроводом с дополнительным компрессором, компрессором-бустером и турбодетандером, причем резервуар высокого давления выполняет одновременно функции аккумулятора энергии сжатого воздуха и аккумулятора тепла, используемого для нагрева воздуха в резервуаре низкого давления, поступающего на вход турбодетандера. При этом в качестве дополнительного компрессора может быть использован винтовой компрессор или турбокомпрессор, установленный непосредственно за ветродвигателем ветросиловой установки, а компрессор-бустер может быть установлен на фундаменте в основании башни-опоры.The technical result, which consists in increasing the efficiency and reliability of the device, is achieved by the fact that an autonomous power supply source, including a wind power installation installed on a support tower, mechanically connected with an electric generator and a compressor booster, connected by a pipeline to a high pressure reservoir, and a turboexpander, contains an additional a compressor mechanically connected to a wind power installation, an additional electric generator mechanically connected to a turboexpander, as well as a low pressure tank located in the support tower, inside which a high pressure tank is coaxially placed, the low pressure tank is equipped with a control valve and connected by a pipe to an additional compressor, a booster compressor and a turboexpander, the high pressure tank simultaneously serving as a compressed air energy accumulator and a heat accumulator used to heat the air in the low pressure tank supplied to the inlet of the turbo expander. At the same time, a screw compressor or a turbocompressor installed directly behind the wind turbine of the wind power installation can be used as an additional compressor, and a booster compressor can be installed on the foundation at the base of the support tower.

Достижение технического результата обеспечивается путем разделения системы аккумулирования и хранения энергии сжатого воздуха на две подсистемы - резервуар низкого и резервуар высокого давления. Резервуар низкого давления заполняется воздухом от высокопроизводительного винтового компрессора или турбокомпрессора до давления, оптимального для запуска и работы турбины турбодетандера. Также резервуар низкого давления служит для подачи воздуха на вход компрессора-бустера, который заполняет резервуар высокого давления. Резервуар высокого давления служит для аккумулирования и хранения основной части энергии сжатого воздуха и подпитки воздухом резервуара низкого давления.The achievement of the technical result is achieved by dividing the system of accumulation and storage of energy of compressed air into two subsystems - a low tank and a high pressure tank. The low-pressure tank is filled with air from a high-performance screw compressor or turbocharger to a pressure optimal for starting and operating the turbine expander. Also, the low pressure tank serves to supply air to the inlet of the compressor booster, which fills the high pressure tank. The high-pressure tank is used to accumulate and store the main part of the energy of compressed air and to feed the low-pressure tank with air.

Система разделения на подсистемы низкого и высокого давления позволяет более эффективно использовать два разных компрессора для питания каждого из резервуаров. Оба компрессора механически связаны с ветродвигателем. Для высокопроизводительных винтовых компрессоров характерен низкий уровень шума и вибрации, высокая надежность, большой ресурс работы и сравнительно небольшой вес. Эффективность и надежность работы системы ветродвигатель-компрессор будет выше, если винтовой компрессор или турбокомпрессор размещен в поворотной гондоле с ветроколесом непосредственно за ветродвигателем. В то время как компрессор-бустер требует более тщательного режима обслуживания и может быть размещен на прочном фундаменте на уровне земли в зоне упрощенной доступности обслуживающего персонала.The separation system for low and high pressure subsystems allows more efficient use of two different compressors to power each of the tanks. Both compressors are mechanically connected to the wind turbine. High-performance screw compressors are characterized by low noise and vibration, high reliability, a long service life and relatively low weight. The efficiency and reliability of the wind turbine-compressor system will be higher if the screw compressor or turbocharger is located in a rotary nacelle with a wind wheel directly behind the wind turbine. While the compressor booster requires a more thorough maintenance regime and can be placed on a solid foundation at ground level in the area of simplified accessibility for staff.

Оба резервуара низкого и высокого давления формируют башню-опору ветросиловой установки, причем резервуар высокого давления размещен внутри и соосно с резервуаром низкого давления.Both reservoirs of low and high pressure form a tower-support of the wind power installation, and the reservoir of high pressure is placed inside and coaxially with the reservoir of low pressure.

На выходе компрессора-бустера и на входе в резервуар высокого давления сжатый воздух нагрет до высокой температуры. Внутреннее расположение резервуара высокого давления с подогретым воздухом служит аккумулятором и источником тепла, необходимого для нагрева воздуха в резервуаре низкого давления, подаваемого на вход турбодетандера, что повышает его коэффициент полезного действия.At the outlet of the booster compressor and at the inlet to the high pressure tank, the compressed air is heated to a high temperature. The internal location of the high-pressure tank with heated air serves as a battery and a source of heat necessary for heating the air in the low-pressure tank supplied to the inlet of the turboexpander, which increases its efficiency.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично представлен автономный источник энергоснабжения, общий вид.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 schematically shows an autonomous source of energy supply, General view.

Автономный источник энергоснабжения на основе ветросиловой установки включает в себя установленную на башне-опоре 1 ветросиловую установку, которая содержит ветроколесо 2 и высокомоментный ветродвигатель 3, механически связанный посредством привода-распределителя 4 с электрогенератором 5 и компрессором-бустером 6, связанным трубопроводом 7 с резервуаром 8 высокого давления, а также содержит турбодетандер 9, механически связанный посредством привода-распределителя 4 с дополнительным электрогенератором 10, дополнительный компрессор 11, механически связанный с ветродвигателем 3, и резервуар 12 низкого давления, корпус которого образован стенками башни-опоры 1, внутри которого соосно размещен резервуар 8 высокого давления, при этом резервуар 12 низкого давления снабжен регулирующим клапаном 13 и связан трубопроводами 14 с дополнительным компрессором 11, компрессором-бустером 6 и турбодетандером 9, причем резервуар 8 высокого давления выполняет одновременно функции аккумулятора энергии сжатого воздуха и аккумулятора тепла, используемого для нагрева воздуха в резервуаре 12 низкого давления, поступающего на вход турбодетандера 9. В качестве дополнительного компрессора 11 использован высокопроизводительный винтовой компрессор или турбокомпрессор, установленный непосредственно за ветродвигателем 3 ветросиловой установки в гондоле 15. Компрессор-бустер 6 установлен в основании башни-опоры 1.An autonomous power supply source based on a wind power installation includes a wind power installation installed on a tower-support 1, which contains a wind wheel 2 and a high-torque wind turbine 3, mechanically connected by means of a distribution drive 4 with an electric generator 5 and a compressor-booster 6, connected by a pipeline 7 to the tank 8 high pressure, and also contains a turboexpander 9, mechanically connected through a distribution valve 4 with an additional electric generator 10, an additional compressor 11, anically connected to the wind turbine 3, and a low pressure tank 12, the body of which is formed by the walls of the support tower 1, inside which a high pressure tank 8 is coaxially placed, while the low pressure tank 12 is equipped with a control valve 13 and is connected by pipelines 14 to an additional compressor 11, a compressor a booster 6 and a turboexpander 9, wherein the high-pressure tank 8 simultaneously functions as an accumulator of compressed air energy and a heat accumulator used to heat air in a low-pressure reservoir 12 pressure supplied to the turbine expander inlet 9. As an additional compressor 11 used high performance rotary screw compressor or turbocharger is mounted directly behind the wind turbine 3 a wind power installation in the nacelle 15. The booster compressor 6 is installed in the base of the tower-support 1.

Автономный источник гарантированного энергоснабжения работает следующим образом.Autonomous source of guaranteed power supply works as follows.

Высокомоментный ветродвигатель 3 под действием ветра через ветроколесо 2 вырабатывает энергию, часть которой идет на производство электроэнергии в электрогенераторе 5 через механический привод-распределитель 4 и поступает затем в сеть потребителя 16, а часть аккумулируется в виде запасов сжатого воздуха.A high-torque wind turbine 3 under the influence of wind through a wind wheel 2 generates energy, part of which is used to generate electricity in an electric generator 5 through a mechanical drive-distributor 4 and then enters the consumer network 16, and part is accumulated in the form of compressed air reserves.

Реализован двухступенчатый процесс сжатия воздуха. На первом этапе используются высокопроизводительный винтовой или турбокомпрессор 11, работа которого обеспечивается ветродвигателем 3 через механический привод-распределитель 4. Для винтовых компрессоров характерен низкий уровень шума и вибрации, высокая надежность, большой ресурс работы и сравнительно небольшой вес, что позволяет установить дополнительный компрессор 11 непосредственно за ветродвигателем 3 наверху в гондоле 15, вращающейся в горизонтальной плоскости в направлении ветра.A two-stage air compression process has been implemented. At the first stage, a high-performance screw or turbocharger 11 is used, the operation of which is ensured by a wind turbine 3 through a mechanical drive-distributor 4. Screw compressors are characterized by low noise and vibration, high reliability, a long service life and a relatively small weight, which allows you to install an additional compressor 11 directly behind the wind turbine 3 at the top in the gondola 15, rotating in a horizontal plane in the direction of the wind.

По трубопроводу 14 низкого давления компрессор 11 поддерживает рабочее давление до 10-15 атм в резервуаре 12 низкого давления.Through the low pressure line 14, the compressor 11 maintains an operating pressure of up to 10-15 atm in the low pressure tank 12.

Второй этап сжатия воздуха до высокого давления (до 150 атм) происходит в компрессоре-бустере 6, на вход которого по трубопроводу 14 низкого давления подается воздух из резервуара 12 низкого давления. Сжатый до высокого давления воздух по трубопроводу 7 высокого давления подается в камеру 8 высокого давления.The second stage of compression of air to high pressure (up to 150 atm) occurs in the compressor-booster 6, the input of which through the low pressure pipe 14, air is supplied from the low pressure tank 12. Compressed to high pressure air through the pipeline 7 high pressure is supplied to the chamber 8 high pressure.

Через регулирующий клапан 13 давление в резервуаре 8 поддерживается в рабочем диапазоне перепуском сжатого воздуха из резервуара 12.Through the control valve 13, the pressure in the tank 8 is maintained in the operating range by the passage of compressed air from the tank 12.

Резервуар 8 высокого давления служит для хранения больших масс сжатого воздуха и для поддержания стабильного рабочего давления в резервуаре 12 низкого давления. Конструктивно оба ресивера - резервуары 8 и 12 располагаются в башне-опоре 1 ветросиловой установки, при этом резервуар 8 высокого давления располагается внутри резервуара 12 низкого давления.The high pressure reservoir 8 serves to store large masses of compressed air and to maintain a stable working pressure in the low pressure reservoir 12. Structurally, both receivers - tanks 8 and 12 are located in the tower-support 1 of the wind power installation, while the high-pressure tank 8 is located inside the low-pressure tank 12.

Из резервуара 12 сжатый воздух подается по трубопроводу 14 на вход высокооборотной турбины турбодетандера 9, которая через привод-распределитель 4 передает рабочий момент на вал дополнительного электрогенератора 10.From the reservoir 12, compressed air is supplied through a pipe 14 to the inlet of a high-speed turbine of the expander 9, which through the drive distributor 4 transmits the operating moment to the shaft of the additional generator 10.

Выработанная генератором 10 электроэнергия поступает в сеть потребителя 16.The electricity generated by the generator 10 is supplied to the consumer network 16.

В качестве примера рассмотрим расчет установки малой мощности, рассчитанной на потребителя W16=50 кВт. Для бесперебойной работы турбогенератора (турбодетандера 9, механически связанного посредством привода-распределителя 4 с дополнительным электрогенератором 10) в случае отсутствия ветра в течение двух дней (t=48 ч), необходимо обеспечить потребителя электроэнергией, равной E=W16*t=2 400 кВт ч. Для этого необходимо иметь запасы сжатого воздуха в резервуаре высокого давления М8=Р9*Е=144000 кг при условии, что расход турбогенератора равен Р9=60 кг/кВт ч. Для этого необходимо иметь объем резервуара высокого (например, до 100 атм) давления, равный V8=M/Ro=144000 кг: (1.1 кг/м3*100)=1310 м3. При высоте башни-опоры ветродвигателя, равной H1=25 м, радиус внутреннего ресивера высокого давления должен быть равен R8=4 м. Чтобы закачать такой объем воздуха в ресивер 8 требуется время работы компрессора-бустера 6 при производительности Р6=14 м3/мин ~ 1100 кг/ч t6=М/Р6=130 ч или 5.5 суток. При этом мощность компрессора-бустера порядка W6=130 кВт (КП-2/100Д1 ЧКЗ). В то же время винтовой компрессор должен поддерживать давление в резервуаре низкого давления и обеспечить подачу воздуха на вход компрессора-бустера с такой же производительностью Р9=14 м3/мин. Мощность такого винтового компрессора порядка=100 кВт (КВ-12/10 ЧКЗ). Для гарантированной бесперебойной работы такого устройства необходимо, чтобы в неделе было не более двух дней безветрия. Суммарная мощность ветродвигателя складывается из мощности электрогенератора W5=50 кВт и мощности обоих компрессоров (компрессора-бустера 6 и дополнительного компрессора 11) 230 кВт, т.е. номинальная средняя мощность ветродвигателя 3 с учетом потерь не менее 300 кВт. Необходимо отметить, что мощность ветродвигателя сильно зависит от скорости ветра, поэтому при выборе ветросиловой установки необходимы данные о ветропотенциале на месте сооружения установки.As an example, we consider the calculation of a low power installation, designed for a consumer W 16 = 50 kW. For the trouble-free operation of the turbogenerator (turboexpander 9, mechanically connected through a distributor 4 with an additional electric generator 10) in the absence of wind for two days (t = 48 h), it is necessary to provide the consumer with electric power equal to E = W 16 * t = 2,400 kW h. For this, it is necessary to have stocks of compressed air in the high-pressure tank M 8 = P 9 * E = 144,000 kg, provided that the flow rate of the turbogenerator is P 9 = 60 kg / kW h. For this, it is necessary to have a high volume tank (for example, up to 100 atm) pressure equal to V 8 = M / Ro = 144000 kg: (1.1 kg / m 3 * 100) = 1310 m 3 . When the height of the tower-support of the wind turbine is equal to H 1 = 25 m, the radius of the internal high-pressure receiver must be equal to R 8 = 4 m. To pump such a volume of air into the receiver 8, the compressor-booster 6 requires operating time at a capacity of P 6 = 14 m 3 / min ~ 1100 kg / h t 6 = M / P 6 = 130 h or 5.5 days. In this case, the compressor booster power is of the order of W 6 = 130 kW (KP-2 / 100D1 ChKZ). At the same time, the screw compressor must maintain the pressure in the low-pressure tank and provide air to the inlet of the compressor-booster with the same capacity P 9 = 14 m 3 / min. The power of such a screw compressor is about = 100 kW (KV-12/10 ChKZ). For guaranteed uninterrupted operation of such a device, it is necessary that there should be no more than two days of calm in a week. The total power of the wind turbine consists of the power of the generator W 5 = 50 kW and the power of both compressors (compressor-booster 6 and additional compressor 11) 230 kW, i.e. nominal average power of a wind turbine 3, taking into account losses of at least 300 kW. It should be noted that the power of the wind turbine is highly dependent on the wind speed, therefore, when choosing a wind power installation, data on the wind potential at the installation site are necessary.

Claims (4)

1. Автономный источник энергоснабжения, включающий установленную на башне-опоре 1 ветросиловую установку, механически связанную с электрогенератором и компрессором-бустером, связанным трубопроводом с резервуаром высокого давления, и турбодетандер, отличающийся тем, что содержит дополнительный компрессор, механически связанный с ветросиловой установкой, дополнительный электрогенератор, механически связанный с турбодетандером, и резервуар низкого давления, корпус которого образован стенками башни-опоры, внутри которого соосно размещен резервуар высокого давления, при этом резервуар низкого давления снабжен регулирующим клапаном и связан трубопроводом с дополнительным компрессором, компрессором-бустером и турбодетандером, причем резервуар высокого давления выполняет одновременно функции аккумулятора энергии сжатого воздуха и аккумулятора тепла, используемого для нагрева воздуха в резервуаре низкого давления, поступающего на вход турбодетандера.1. An autonomous source of power supply, including a wind power installation installed on a tower-support 1, mechanically connected with an electric generator and a booster compressor, connected by a pipeline to a high pressure tank, and a turboexpander, characterized in that it contains an additional compressor mechanically connected to the wind power installation, additional an electric generator mechanically connected to the turboexpander, and a low pressure tank, the body of which is formed by the walls of the tower-support, inside of which is coaxially placed a high-pressure tank is provided, while the low-pressure tank is equipped with a control valve and is connected by a pipe to an additional compressor, a booster compressor and a turboexpander, the high-pressure tank acting simultaneously as a compressed air energy accumulator and a heat accumulator used to heat the air in the low-pressure tank, incoming turbine expander. 2. Автономный источник энергоснабжения по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный компрессор установлен непосредственно за ветродвигателем ветросиловой установки.2. An autonomous source of energy supply according to claim 1, characterized in that the additional compressor is installed directly behind the wind turbine of the wind power installation. 3. Автономный источник энергоснабжения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного компрессора использован винтовой компрессор или турбокомпрессор.3. An autonomous power supply according to claim 1, characterized in that a screw compressor or a turbocompressor is used as an additional compressor. 4. Автономный источник энергоснабжения по п. 1, отличающийся тем, что компрессор-бустер установлен на фундаменте в основании башни-опоры.4. An autonomous source of energy supply according to claim 1, characterized in that the compressor booster is installed on the foundation at the base of the support tower.
RU2015155640A 2015-12-24 2015-12-24 Independent power source based on wind power installation RU2614451C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155640A RU2614451C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Independent power source based on wind power installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155640A RU2614451C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Independent power source based on wind power installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614451C1 true RU2614451C1 (en) 2017-03-28

Family

ID=58505504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155640A RU2614451C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Independent power source based on wind power installation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614451C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107612004A (en) * 2017-08-28 2018-01-19 重庆京天能源投资（集团）股份有限公司 Adaptive wind power generation and energy storage system
RU2792492C1 (en) * 2023-01-25 2023-03-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU43367A1 (en) * 1934-05-17 1935-05-31 М.Ф. Маринич The method of operation of the wind power installation to obtain and accumulate compressed air
RU730U1 (en) * 1992-03-19 1995-08-16 Глушко Валентин Николаевич Wind energy storage plant
RU22199U1 (en) * 2001-07-05 2002-03-10 Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия COMPRESSED AIR STORAGE
CN103925164A (en) * 2014-04-01 2014-07-16 张楠希 Wind power generating device and method
US20150184641A1 (en) * 2010-03-24 2015-07-02 Lightsail Energy, Inc. Storage of compressed air in wind turbine support structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU43367A1 (en) * 1934-05-17 1935-05-31 М.Ф. Маринич The method of operation of the wind power installation to obtain and accumulate compressed air
RU730U1 (en) * 1992-03-19 1995-08-16 Глушко Валентин Николаевич Wind energy storage plant
RU22199U1 (en) * 2001-07-05 2002-03-10 Ставропольская Государственная Сельскохозяйственная Академия COMPRESSED AIR STORAGE
US20150184641A1 (en) * 2010-03-24 2015-07-02 Lightsail Energy, Inc. Storage of compressed air in wind turbine support structure
CN103925164A (en) * 2014-04-01 2014-07-16 张楠希 Wind power generating device and method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107612004A (en) * 2017-08-28 2018-01-19 重庆京天能源投资（集团）股份有限公司 Adaptive wind power generation and energy storage system
CN107612004B (en) * 2017-08-28 2023-12-29 江西零碳未来能源发展有限公司 Self-adaptive wind power generation energy storage system
RU2792492C1 (en) * 2023-01-25 2023-03-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6343587B2 (en) Compressed air storage power generation method and compressed air storage power generation apparatus
JP5723871B2 (en) Compression and / or expansion device
JP6373794B2 (en) Compressed air storage power generation apparatus and compressed air storage power generation method
JP6510876B2 (en) Compressed air storage power generation method and compressed air storage power generation device
EP3303778B1 (en) Improvements in energy storage
CN201606189U (en) Vertical-shaft aerogenerator
RU2614451C1 (en) Independent power source based on wind power installation
JP6993350B2 (en) Improved power recovery
US20130127170A1 (en) Wind to electric energy conversion with hydraulic storage
Enis et al. Operation of hybrid wind-turbine compressed-air system for connection to electric grid networks and cogeneration
CN113039351A (en) Compressed air energy storage power generation device and compressed air energy storage power generation method
US20190136832A1 (en) Energy storage and recovery
CN203822394U (en) Integral oil supply unit for steam turbine
DK180903B1 (en) Pumped-heat thermal energy storage system
RU2608918C2 (en) Method for power plant control and supply, and power plant
US20230175472A1 (en) System for storing and recovering energy
GB2538037A (en) Energy storage and recovery
RU2598116C2 (en) Method and device for uninterrupted electric power generation on a wind power plant
CN103089544A (en) Fixed vertical worm-type compressed air steam turbine generating unit