RU2749932C1 - Solar power plant - Google Patents
Solar power plant Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
-
- 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
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Abstract
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2020
- 2020-11-10 RU RU2020137124A patent/RU2749932C1/en active
Patent Citations (5)
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) |