RU2749932C1 - Solar power plant - Google Patents

Solar power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2749932C1
RU2749932C1 RU2020137124A RU2020137124A RU2749932C1 RU 2749932 C1 RU2749932 C1 RU 2749932C1 RU 2020137124 A RU2020137124 A RU 2020137124A RU 2020137124 A RU2020137124 A RU 2020137124A RU 2749932 C1 RU2749932 C1 RU 2749932C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
heat
solar
power plant
same time
Prior art date
Application number
RU2020137124A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Васильевич Ясаков
Original Assignee
Николай Васильевич Ясаков
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 Николай Васильевич Ясаков filed Critical Николай Васильевич Ясаков
Priority to RU2020137124A priority Critical patent/RU2749932C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749932C1 publication Critical patent/RU2749932C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00Solar heat systems not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V99/00Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Abstract

FIELD: energy.SUBSTANCE: invention relates to the field of energy, in particular to solar power plants with a system of beam concentrators, it can be used in systems of integrated energy supply of residential and other objects from renewable energy sources. The solar power plant consists of a primary energy converter in the form of a heat-mechanical converter containing heating and cooling zones with hot and cold heat carriers supply channels and a heat-sensitive element (hereinafter – HSE) located in them in the form of a thin-walled pipe that contacts the stop device during its working bend and which is a drive shaft at the same time. At the same time, the HSE is equipped with a parabolic-cylindrical concentrator of solar rays, and the power plant includes an energy-intensive heat accumulator with an energy recovery system for its use in the absence or attenuation of solar radiation. The presence of a heat accumulator with an energy intensity calculated for the weather conditions of the specified area ensures uninterrupted round-the-clock operation of the power plant in a given mode of electricity and heat supply of consumers. At the same time, the complete automation of the recovery system and the transition of the plant operation from solar energy to the thermal resource of the heat accumulator and back frees consumers from any operational management.EFFECT: simple design of the solar power plant, the stability of its operation, and the high efficiency in the use of solar energy due to heat recovery create the prospect of its large-scale use.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к солнечным установкам с системой лучевых концентраторов, и может быть использовано в системах комплексного энергоснабжения жилых помещений и иных объектов от возобновляемых источников энергии.The invention relates to the field of energy, in particular, to solar installations with a system of beam concentrators, and can be used in integrated power supply systems for residential premises and other facilities from renewable energy sources.

Солнечные электростанции представляют один из основных видов сооружений в альтернативной энергетике. И парк их приумножается в возрастающем темпе. Их главные достоинства общеизвестны. Онако следует вкратце сказать о недостатках.Solar power plants are one of the main types of structures in alternative energy. And their park is multiplying at an increasing pace. Their main advantages are well known. However, it should be briefly said about the shortcomings.

Установки с фотоэлектрическими преобразователями имеют очень низкий к.п.д. Тепловые преобразователи солнечной энергии в электрическую с паровыми двигателями из-за своей сложности требуют больших капитальных вложений и эксплуатационных расходов, что увеличивает срок их окупаемости. Но самым главным недостатком всех солнечных энергоустановок является непостоянство их работы, зависящей не только от времени суток, но и от погодных условий.Plants with photovoltaic converters have very low efficiency. Thermal converters of solar energy into electricity with steam engines, due to their complexity, require large capital investments and operating costs, which increases their payback period. But the main drawback of all solar power plants is the inconstancy of their work, which depends not only on the time of day, but also on weather conditions.

В принципе возможен режим непрерывной работы за счет аккумулирования тепловой энергии, но практически преобразование низкотемпературного ресурса в электроэнергию с помощью паросиловых блоков с водной рабочей средой не реально, а с другим тепловым агентом, имеющим низкую температуру парообразования, вся конструкция усложняется, а при ее неисправности возможны даже загрязнения окружающей среды.In principle, a mode of continuous operation is possible due to the accumulation of thermal energy, but in practice, the conversion of a low-temperature resource into electricity using steam power units with an aqueous working medium is not realistic, but with another thermal agent having a low vaporization temperature, the whole structure becomes more complicated, and if it malfunctions, it is possible even environmental pollution.

Имеются проблемы и с самими теплоаккумуляторами. Например, их конструкции, представленные в Справочнике "Тепловые сети", М., Стройиздат, 1982, с. 175-178. и авторском свидетельстве СССР N 985632, кл. F24J 2/16, 1982., а также в более поздних патентах RU №2027121 и 2275560, не обладают надежной теплоизоляцией и потому несовершенны.There are also problems with the heat accumulators themselves. For example, their designs, presented in the Handbook "Heat networks", M., Stroyizdat, 1982, p. 175-178. and USSR author's certificate N 985632, class. F24J 2/16, 1982., as well as in later patents RU No. 2027121 and 2275560, do not have reliable thermal insulation and therefore are imperfect.

Возвращаясь к вопросу о способах преобразования тепловой энергии в механическую (в приводе электрогенератора), следует отметить, что за исключением двигателя Стерлинга с его ограниченной мощностью другой альтернативы паровым машинам пока не существует. Так что найти аналог заявляемого изобретения не удалось.Returning to the question of how to convert thermal energy into mechanical energy (in the drive of an electric generator), it should be noted that, with the exception of the Sterling engine with its limited power, there is no other alternative to steam engines yet. So it was not possible to find an analogue of the claimed invention.

Главной задачей при разработке заявляемой энергоустановки было создание варианта солнечной теплоэлектрической станции, работающей кругосуточно с использованием рекуперации энергии с ее сбросом в энергоемкий теплоаккумулятор и возможностью использования при отсутствии достаточно интенсивного солнечного излучения.The main task in the development of the claimed power plant was to create a variant of a solar thermal power plant operating around the clock using energy recovery with its discharge into an energy-intensive heat accumulator and the possibility of using it in the absence of sufficiently intense solar radiation.

Эта задача решена созданием солнечной энергоустановки, в которой - согласно изобретению - первичным преобразователем энергии является тепломеханический преобразователь, содержащий зоны нагрева и охлаждения с каналами подачи к ним горячего и холодного теплоносителей и расположенный в них теплочувствительный элемент (ТЧЭ) в виде тонкостенной трубы, контактирующей при своем рабочем изгибе с упорным устройством и являющейся заодно приводным валом; при этом ТЧЭ оснащен параболоцилиндрическим концентратором солнечных лучей, а в состав энергоустановки входит энергоемкий теплоаккумулятор с системой рекуперации энергии для ее использования при отсутствии или ослаблении солнечного излучения.This problem was solved by the creation of a solar power plant, in which, according to the invention, the primary energy converter is a thermomechanical converter containing heating and cooling zones with channels for supplying hot and cold coolants to them and a heat-sensitive element (TCE) located in them in the form of a thin-walled tube in contact with its working bend with a thrust device and which is at the same time a drive shaft; at the same time, the TPE is equipped with a parabolic-cylindrical concentrator of solar rays, and the power plant includes an energy-intensive heat accumulator with an energy recovery system for its use in the absence or weakening of solar radiation.

Описание изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид энергоустановки с условным изображением каналов теплоносителей с насосно-компрессорным и дроссельным оборудованием; на фиг. 2 - поперечное сечение тепломеханического преобразователя; на фиг. 3 - вариант преобразователя с упорной площадкой вместо ролика.The description of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a power plant with a conventional image of the channels of heat carriers with pump-compressor and throttling equipment; in fig. 2 - cross-section of the thermal-mechanical converter; in fig. 3 - a variant of the converter with a thrust platform instead of a roller.

Заявляемая энергоустановка состоит из тепломеханического преобразователя (ТМП), в основе конструкции которого использована тонкостенная труба 7 (фиг. 1) из материала с высоким коэфициентом теплового расширения (например, дюралюминия), она же является рабочим валом с подшипниковыми узлами 2 и мультипликатором, передающим вращение другим устройствам. Внутри трубы 1 по всей ее длине вставлены оболочки, образующие две тепловые зоны: зону нагрева 3 и зону охлаждения 4 (фиг. 2). С тепловыми зонами связаны каналы подачи 5 и удаления 6 горячего теплоносителя и - соответственно – каналы (труба) 7 и 8 -охлаждающего теплоносителя. Труба 7 в средней части усилена внешней втулкой 9, контактирующей при его тепловом изгибе с упорным роликом 10.The claimed power plant consists of a thermal-mechanical converter (TMP), the design of which is based on a thin-walled pipe 7 (Fig. 1) made of a material with a high coefficient of thermal expansion (for example, duralumin), it is also a working shaft with bearing assemblies 2 and a multiplier transmitting rotation other devices. Inside the pipe 1, shells are inserted along its entire length, forming two thermal zones: heating zone 3 and cooling zone 4 (Fig. 2). The heat zones are connected to the channels for supplying 5 and removing 6 of the hot coolant and, respectively, channels (pipe) 7 and 8 for the cooling coolant. The pipe 7 in the middle part is reinforced with an external sleeve 9, which is in contact with the thrust roller 10 during its thermal bending.

При небольшом диаметре трубы возможна (и целесообразна) замена втулки 9 на радиальный подшипник 11, а ролика 10 на упорную площадку 12 (см. фиг. 3). Идеальной ее формой является поверхность, образованная фрагментом спирали Архимеда (показан тонкой линией), однако вполне допустима и ее аппроксимация - цилиндрическая или даже плоская форма.With a small pipe diameter, it is possible (and expedient) to replace the sleeve 9 with a radial bearing 11, and the roller 10 with a thrust platform 12 (see Fig. 3). Its ideal shape is a surface formed by a fragment of the Archimedes spiral (shown by a thin line), but its approximation is also quite acceptable - a cylindrical or even flat shape.

К мультипликатору ТМП подключены электрический генератор со своей системой поддержания частоты и напряжения, а также сброса избытка энергии в теплоаккумулятор, компрессор 13, связанный с ресивером 14, являющимся заодно и теплообменником, с выходом через дроссель 15 и канал (трубу) 7 в зону охлаждения 4. Насос 16 имеет свой привод, управляемый датчиком интенсивности солнечного излучения, направляемого гелиоконцентратором 17 (например, по патенту RU №2661169 С1, 2018.) на нагрев соответствующего сегмента трубы 1 ТМП. Этот насос с забором жидкости из верхней -наиболее нагретой - области бассейна 18 связан через канал 5 с зоной нагрева 3 и далее с каналом 6 сброса жидкости в нижнюю область этого бассейна, являющегося энергоемким теплоаккумулятором. В нем могут размещаться также теплообменники системы теплоснабжения.An electric generator is connected to the TMP multiplier with its own system for maintaining the frequency and voltage, as well as dumping excess energy into the heat accumulator, the compressor 13 connected to the receiver 14, which is at the same time the heat exchanger, with an outlet through the throttle 15 and the channel (pipe) 7 to the cooling zone 4 The pump 16 has its own drive, which is controlled by the solar radiation intensity sensor directed by the solar concentrator 17 (for example, according to RU patent No. 2661169 C1, 2018) to heat the corresponding segment of the pipe 1 TMP. This pump with the intake of liquid from the upper - the most heated - area of the pool 18 is connected through channel 5 to the heating zone 3 and then to the channel 6 of liquid discharge into the lower area of this pool, which is an energy-intensive heat accumulator. It can also house heat exchangers of the heat supply system.

В целях тепловой изоляции трубы 1 от внешней среды она может быть оснащена теплоизолирующей оболочкой с прозрачным сегментом со стороны гелиоконцентратора.For the purpose of thermal insulation of the pipe 1 from the external environment, it can be equipped with a heat-insulating shell with a transparent segment on the side of the solar concentrator.

Работа заявляемой энергоустановки при солнечном излучении либо его отсутствии (или недостаточной интенсивности) практически неизменна. При нормальной инсоляции солнечный свет, сфокусированный гелиоконцентратором 17 на поверхности сегмента трубы 7, нагревает его, а противоположная сторона трубы остается холодной. Под действием разности температур труба 7 получает прогиб и своей втулкой 9 (либо радиальным подшипником 11) воздействует на ролик 10 (либо площадку 12). При этом составляющая сила F1 поворачивает трубу 7, а в зоны нагрева и охлаждения попадают ее новые сегменты и они, деформируясь, восстанавливают направление прогиба - из-за чего вращение трубы-вала продолжается.The operation of the claimed power plant in the presence of solar radiation or its absence (or insufficient intensity) is practically unchanged. During normal insolation, sunlight, focused by the solar concentrator 17 on the surface of the pipe segment 7, heats it up, while the opposite side of the pipe remains cold. Under the influence of the temperature difference, the pipe 7 receives a deflection and with its sleeve 9 (or radial bearing 11) acts on the roller 10 (or platform 12). In this case, the component force F 1 turns the pipe 7, and its new segments fall into the heating and cooling zones, and they, being deformed, restore the direction of deflection - due to which the rotation of the pipe-shaft continues.

При этом компрессор 13, сжимает нагретый в зоне охлаждения 4 воздух (от чего резко возрастает его температура), и направляет его в расположенный на дне бассейна 18 ресивер 14, через стенки которого тепло передается теплоаккумулятору. Далее, сбросивший температуру за дросселем 15 воздух еще более резко охлаждается и поступает по каналу (трубе) 7 в зону охлаждения 4, откуда по каналу 8 вновь поступает в компрессор 13.In this case, the compressor 13 compresses the air heated in the cooling zone 4 (from which its temperature rises sharply), and directs it to the receiver 14 located at the bottom of the pool 18, through the walls of which heat is transferred to the heat accumulator. Further, the air that has dropped the temperature downstream of the throttle 15 is cooled even more sharply and enters through the channel (pipe) 7 into the cooling zone 4, from where it again enters the compressor 13 through the channel 8.

При отсутствии (либо недостатке) солнечного излучения в работу включается насос 16, который подает горячую жидкость через канал 5 в зону нагрева 3, из которой она по каналу 6 сбрасывается на дно бассейна 18.In the absence (or lack) of solar radiation, the pump 16 is switched on, which supplies hot liquid through channel 5 to the heating zone 3, from which it is discharged through channel 6 to the bottom of the pool 18.

Важно отметить, что при работе в этом режиме, несмотря на постепенное падение температуры в теплоаккумуляторе, разность температур в тепловых зонах (а это - основное условие для ТМП) практически сохраняется, поэтому режим работы энергоустановки не нарушается. Этому способствует рост теплоотдачи воздуха в ресивере 14 при спаде температуры в теплоаккумуляторе.It is important to note that when operating in this mode, despite the gradual drop in temperature in the heat accumulator, the temperature difference in the thermal zones (and this is the main condition for TMP) is practically preserved, therefore, the operating mode of the power plant is not violated. This is facilitated by an increase in the heat transfer of air in the receiver 14 when the temperature in the heat accumulator drops.

Простая конструкция солнечной энергоустановки, стабильность ее работы при расчетной (для местных условий) энергоемкости теплового аккумулятора, высокая эффективность в использовании солнечной энергии благодаря рекуперации тепла создают перспективу ее широкомасштабного использования.The simple design of the solar power plant, the stability of its operation at the calculated (for local conditions) energy capacity of the heat accumulator, high efficiency in the use of solar energy due to heat recovery create the prospect of its large-scale use.

Claims (1)

Солнечная энергоустановка, состоящая из первичного преобразователеля энергии в виде тепломеханического преобразователя, содержащего зоны нагрева и охлаждения с каналами подачи к ним горячего и холодного теплоносителей и расположенный в них теплочувствительный элемент (ТЧЭ) в виде тонкостенной трубы, контактирующей при своем рабочем изгибе с упорным устройством и являющейся заодно приводным валом; при этом ТЧЭ оснащен параболоцилиндрическим концентратором солнечных лучей, а в состав энергоустановки входит энергоемкий теплоаккумулятор с системой рекуперации энергии для ее использования при отсутствии или ослаблении солнечного излучения.A solar power plant, consisting of a primary energy converter in the form of a heat-mechanical converter, containing heating and cooling zones with channels for supplying hot and cold coolants to them and a heat-sensitive element (TPE) located in them in the form of a thin-walled tube in contact during its working bend with a thrust device and which is at the same time a drive shaft; at the same time, the TPE is equipped with a parabolic-cylindrical concentrator of solar rays, and the power plant includes an energy-intensive heat accumulator with an energy recovery system for its use in the absence or weakening of solar radiation.
RU2020137124A 2020-11-10 2020-11-10 Solar power plant RU2749932C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137124A RU2749932C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Solar power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137124A RU2749932C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Solar power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749932C1 true RU2749932C1 (en) 2021-06-21

Family

ID=76504755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137124A RU2749932C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Solar power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749932C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442906C1 (en) * 2010-09-13 2012-02-20 Николай Васильевич Ясаков THERMAL MECHANICAL CONVERTER
US20120222421A1 (en) * 2010-11-10 2012-09-06 James Hanna Solar energy gas turbine
RU2569423C1 (en) * 2014-09-05 2015-11-27 Николай Васильевич Ясаков Solar heater with protection against precipitation
CN107061204A (en) * 2017-06-02 2017-08-18 中国航发南方工业有限公司 Solar heat air rotor engine and electric motor car
RU2650916C1 (en) * 2017-01-10 2018-04-18 Николай Васильевич Ясаков Marine energy complex

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442906C1 (en) * 2010-09-13 2012-02-20 Николай Васильевич Ясаков THERMAL MECHANICAL CONVERTER
US20120222421A1 (en) * 2010-11-10 2012-09-06 James Hanna Solar energy gas turbine
RU2569423C1 (en) * 2014-09-05 2015-11-27 Николай Васильевич Ясаков Solar heater with protection against precipitation
RU2650916C1 (en) * 2017-01-10 2018-04-18 Николай Васильевич Ясаков Marine energy complex
CN107061204A (en) * 2017-06-02 2017-08-18 中国航发南方工业有限公司 Solar heat air rotor engine and electric motor car

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ding et al. A review of power generation with thermoelectric system and its alternative with solar ponds
Chopra et al. Experimental performance evaluation of a novel designed phase change material integrated manifold heat pipe evacuated tube solar collector system
Santos et al. Concentrating solar power
US8104465B2 (en) Small-scale, concentrating, solar CHP system
US9624913B2 (en) Hybrid trigeneration system based microgrid combined cooling, heat and power providing heating, cooling, electrical generation and energy storage using an integrated automation system for monitor, analysis and control
EP2322796B1 (en) Systems and apparatus relating to solar-thermal power generation
US6434942B1 (en) Building, or other self-supporting structure, incorporating multi-stage system for energy generation
US20140224295A1 (en) Effective and scalable solar energy collection and storage
Gorjian et al. Solar thermal power plants: progress and prospects in Iran
CN103618479A (en) Power-generating and energy-storing system based on waste heat of diesel generating set of South-Pole astronomical observation station in South Pole
Badran Study in industrial applications of solar energy and the range of its utilization in Jordan
US20120138267A1 (en) Release Of Stored Heat Energy To Do Useful Work
Guler et al. Performance evaluation of a geothermal and solar-based multigeneration system and comparison with alternative case studies: Energy, exergy, and exergoeconomic aspects
Pitz-Paal Concentrating solar power systems
Singh et al. Applications of heat pipes in energy conservation and renewable energy based systems
RU2749932C1 (en) Solar power plant
CN102393079A (en) Integration energy supply system comprehensively utilizing solar energy and air energy
Camacho et al. Solar energy fundamentals
JP6138495B2 (en) Power generation system
Probert et al. Design optimisation of a solar-energy harnessing system for stimulating an irrigation pump
Xiao et al. Performance analysis of a solar power tower plant integrated with trough collectors
CN108692468A (en) Family's thermoelectricity energy conserving system based on photovoltaic and photothermal
Singh et al. Applications of heat pipes in thermal management and energy conservation
Sukhatme et al. Solar energy in western Rajasthan
Alalewi Concentrated solar power (CSP)