RU65150U1

RU65150U1 - HELIOVETRODIESEL GENERATOR PLANT FOR POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU65150U1
Application number: RU2007109144/22U
Authority: RU
Inventors: Сакен Койшибаевич Шерьязов; Алексей Александрович Аверин; Радмиль Азатович Ахметжанов
Original assignee: ФГОУ ВПО "Челябинский государственный агроинженерный университет"
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2007-07-27

Abstract

Полезная модель относится к области ветроэнергетики, гелиотехники и сельского хозяйства, а именно к установкам, обеспечивающим электрической и тепловой энергией потребителей, удаленных от источников централизованного электро- и теплоснабжения.The utility model relates to the field of wind energy, solar engineering and agriculture, and in particular to installations providing electric and thermal energy to consumers remote from sources of centralized electricity and heat supply.

Устройство содержит ветроэлектроагрегат, вырабатывающий электрическую энергию, которая направляется к шинам потребителя электрической энергии через выпрямитель и инвертор, снабженный системой управления, причем за выпрямителем подключена аккумуляторная батарея, работающая в буферном режиме, в которую избыток, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом энергии, поступает в первую очередь, а при полном заряде аккумуляторной батареи, в бак-аккумулятор, в верхней и средней секциях которого расположены нагреватели, электрически связанные с ветроэлектроагрегатом. Устройство содержит также теплообменник, связанный с солнечным коллектором через трехходовый клапан и с дополнительным теплообменником, который расположен в нижней секции бака-аккумулятора и связан с солнечным коллектором через обратный клапан, причем дополнительный теплообменник соединен перемычкой с трехходовым клапаном; а также насос для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора в его среднюю секцию и насос для перекачивания воды из нижней секции бака-аккумулятора в его среднюю (или верхнюю) секцию через трехходовый клапан, установленный на нагнетательном патрубке этого насоса, при этом к шинам потребителя электрической энергии через выключатель подключена синхронная машина, которая соединена с двигателем внутреннего сгорания.The device contains a wind power generating electric energy, which is sent to the tires of the consumer of electric energy through a rectifier and an inverter equipped with a control system, and a battery operating in a buffer mode is connected behind the rectifier, into which the excess generated by the wind power comes first of all, and when the battery is fully charged, in the storage tank, in the upper and middle sections of which there are heaters electrically connected to electro-electric unit. The device also comprises a heat exchanger connected to the solar collector via a three-way valve and with an additional heat exchanger, which is located in the lower section of the storage tank and connected to the solar collector through a non-return valve, the additional heat exchanger connected by a jumper to the three-way valve; as well as a pump for pumping water from the upper section of the storage tank to its middle section and a pump for pumping water from the lower section of the storage tank to its middle (or upper) section through a three-way valve installed on the discharge pipe of this pump, while to the tires a consumer of electrical energy through a switch connected to a synchronous machine, which is connected to an internal combustion engine.

Технический результат заключается в снижении расхода органического топлива, повышении надежности энергоснабжения за счет максимального использования энергии ветра и расширения технологических возможностей установки.The technical result consists in reducing the consumption of fossil fuels, increasing the reliability of energy supply by maximizing the use of wind energy and expanding the technological capabilities of the installation.

Description

Известно устройство (авторское свидетельство RU N 2182986, МПК7 F03D 9/00), использующее возобновляемые источники энергии для автономного электроснабжения и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Основной элемент этого устройства - термоэлектрический генератор, вырабатывающий электрическую энергию, которая накапливается в аккумуляторе электрической энергии, в него же поступает электрическая энергия от ветроэлектрического агрегата. Теплоту сгораемого в термоэлектрическом генераторе газа, не преобразованную в электрическую, передают в аккумулятор теплоты, в него же направляют теплоту, полученную преобразованием солнечной энергии.A device is known (copyright certificate RU N 2182986, MPK7 F03D 9/00) using renewable energy sources for autonomous power supply and heat supply to agricultural consumers. The main element of this device is a thermoelectric generator that generates electrical energy, which is accumulated in an electric energy accumulator, and it receives electric energy from a wind-electric unit. The heat of gas burned in a thermoelectric generator that is not converted into electric gas is transferred to a heat accumulator, and the heat obtained by converting solar energy is sent to it.

Недостатком данного устройства является то, что при полном заряде аккумулятора электрической энергии энергия ветра не используется.The disadvantage of this device is that when the battery is fully charged with electric energy, wind energy is not used.

Известно устройство (патент ЕР 0046530, МПК7 F03D 9/00, H02J 3/38, Н02Р 9/42), продолжительного оптимального использования переменных, тяжело управляемых источников энергии, содержащее ветроэнергетическую установку, включающую ветровую турбину и первый синхронный генератор, выпрямитель, инвертор, второй синхронный генератор, дизельный агрегат, частотный регулятор и регулятор напряжения второго синхронного генератора с системами управления, соединительную муфту, дополнительную полезную нагрузку и связанный с ней управляемый выпрямитель.A device is known (patent EP 0046530, IPC7 F03D 9/00, H02J 3/38, Н02Р 9/42), continuous optimal use of variables, heavily controlled energy sources, containing a wind power installation, including a wind turbine and a first synchronous generator, a rectifier, an inverter, a second synchronous generator, a diesel unit, a frequency regulator and a voltage regulator of a second synchronous generator with control systems, a coupling, an additional payload and an associated controlled rectifier.

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность использования солнечной энергии для теплоснабжения потребителей.The disadvantage of this device is that there is no possibility of using solar energy to heat consumers.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней и средней секциях которого расположены нагреватели, электрически связанные с ветроэлектроагрегатом, теплообменники, насосы для перекачивания воды, трехходовые клапаны (патент РФ №2228492).The closest in technical essence to the claimed device is a device for hot water supply, containing a solar collector, a three-section storage tank, in the upper and middle sections of which are heaters electrically connected to the wind power plant, heat exchangers, pumps for pumping water, three-way valves (RF patent No. 2228492).

Прототип имеет следующие недостатки:The prototype has the following disadvantages:

1 Отсутствует возможность для электроснабжения.1 There is no possibility for power supply.

2 При достижении требуемой температуры воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора энергия ветра не используется.2 When the required water temperature is reached in the upper and lower sections of the storage tank, wind energy is not used.

Целью предлагаемого технического решения является максимальное использование энергии ветра, расширение технологических возможностей установки и повышение надежности энергоснабжения.The aim of the proposed technical solution is to maximize the use of wind energy, expand the technological capabilities of the installation and increase the reliability of energy supply.

Поставленная цель достигается тем, что в гелиоветродизельгенераторной установке, содержащей солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней и средней секциях которого расположены нагреватели, электрически связанные с ветроэлектроагрегатом, теплообменники, насосы для перекачивания воды, трехходовые клапаны, ветроэлектроагрегат через выпрямитель, за которым присоединены аккумуляторная батарея и инвертор, подключен к шинам потребителя электрической энергии, установка также содержит двигатель внутреннего сгорания, синхронную машину, присоединенную к шинам потребителя электрической энергии, к шинам потребителя электрической энергии через выключатель подключен также дополнительный нагреватель, установленный в средней секции бака-аккумулятора.This goal is achieved by the fact that in a solar-wind-diesel generator set containing a solar collector, a three-section storage tank, in the upper and middle sections of which there are heaters electrically connected to the wind power unit, heat exchangers, pumps for pumping water, three-way valves, the wind power unit through a rectifier, behind which are connected the battery and inverter, connected to the buses of the consumer of electric energy, the installation also contains an internal combustion engine, syn a chronic machine connected to the tires of the consumer of electrical energy, to the tires of the consumer of electrical energy through the switch is also connected an additional heater installed in the middle section of the storage tank.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленной полезной модели, According to the information available to the authors, the set of essential features characterizing the essence of the claimed utility model,

позволяющих максимально использовать энергию ветра, повысить надежность энергоснабжения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".allowing maximum use of wind energy, to improve the reliability of energy supply, is not known from the prior art, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором показана принципиальная схема устройства.The essence of the utility model is illustrated in the figure, which shows a schematic diagram of the device.

Устройство (Рис.) включает в себя солнечный коллектор 1; трехсекционный бак-аккумулятор 2, в верхней секции которого расположен нагреватель 3, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 5; а в средней секции - нагреватель 6, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 7; и теплообменник 8, вход которого связан с выходом солнечного коллектора 1 через трубопровод 10 и трехходовый клапан 11, а выход - с дополнительным теплообменником 12, расположенным в нижней секции бака-аккумулятора 2 и своим выходом связанного с входом солнечного коллектора 1 через обратный клапан 13. Вход дополнительного теплообменника 12 соединен перемычкой 14 с трехходовым клапаном 11. Кроме того, устройство содержит насос 15 для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию и насос 16, на нагнетательном патрубке которого установлен трехходовый клапан 17, через который перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию по трубопроводу 18 или верхнюю секцию по трубопроводу 19. В нижней секции бака-аккумулятора 2 встроен клапан 20 для заполнения этой секции холодной водой из водопровода. Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 21, который вращает синхронную машину 22, подключенную к шинам потребителя электрической энергии 30 через выключатель 23. К шинам потребителя электрической энергии 30 подключен ветроэлектроагрегат 4 через выключатель 27, выпрямитель 24, инвертор 26 и выключатель 29, причем за выпрямителем 24 присоединена аккумуляторная батарея 25, работающая в буферном режиме.The device (Fig.) Includes a solar collector 1; a three-section accumulator tank 2, in the upper section of which a heater 3 is located, electrically connected to the wind power unit 4 through a switch 5; and in the middle section - a heater 6, electrically connected to the wind turbine 4 through a switch 7; and a heat exchanger 8, the input of which is connected to the output of the solar collector 1 through the pipeline 10 and the three-way valve 11, and the output - with an additional heat exchanger 12 located in the lower section of the storage tank 2 and its output connected to the input of the solar collector 1 through the check valve 13. The input of the additional heat exchanger 12 is connected by a jumper 14 to a three-way valve 11. In addition, the device includes a pump 15 for pumping water from the upper section of the storage tank 2 to its middle section and a pump 16, on the discharge pipe A three-way valve 17 is installed through which water is pumped from the lower section of the storage tank 2 to its middle section through a pipe 18 or the upper section through a pipe 19. A valve 20 is built into the lower section of the storage tank 2 to fill this section with cold water from the water supply. The installation includes an internal combustion engine 21, which rotates a synchronous machine 22 connected to the tires of the consumer of electric energy 30 through a switch 23. To the tires of the consumer of electric energy 30 is connected a wind turbine 4 through a switch 27, a rectifier 24, an inverter 26 and a switch 29, and behind the rectifier 24 connected to the battery 25, operating in a buffer mode.

Гелиоветродизельгенераторная установка работает следующим образом:The solar wind turbine diesel generator works as follows:

Ветроэлектроагрегат 4 вырабатывает электрическую энергию, которая через выключатель 27 поступает в выпрямитель 24. Выпрямленный ток поступает в инвертор 26 для получения трехфазного тока стандартной частоты. При этом аккумуляторная батарея 25 работает в буферном режиме, сглаживая колебания энергии, поступающей потребителю от ветроэлектроагрегата 4. В случае отсутствия электропотребления энергия, вырабатываемая ветроэлектроагрегатом 4, направляется на заряд аккумуляторной батареи 25, а в случае его полного заряда, в бак-аккумулятор 2.The wind generator 4 generates electrical energy, which through the switch 27 enters the rectifier 24. The rectified current enters the inverter 26 to obtain a three-phase current of a standard frequency. In this case, the battery 25 operates in a buffer mode, smoothing out fluctuations in the energy supplied to the consumer from the wind farm 4. In the absence of power consumption, the energy generated by the wind farm 4 is sent to charge the battery 25, and in case of a full charge, to the storage tank 2.

Бак-аккумулятор 2 используется для теплоснабжения. При температуре воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой включается выключатель 7, обеспечивающий подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на нагреватель 6. Одновременно с этим, при условии, что температура воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовый клапан 11 открывает трубопровод 10 и закрывает трубопровод 14, и теплоноситель, нагретый под действием солнечной радиации в солнечном коллекторе 1, за счет термосифонной циркуляции поступает в теплообменники 8 и 12 и возвращается в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.The storage tank 2 is used for heat supply. When the water temperature in the middle section of the storage tank 2 is lower than the required value, the switch 7 is turned on, which supplies the electricity generated by the wind turbine 4 to the heater 6. At the same time, provided that the temperature of the water in the middle section of the storage tank 2 is lower than the outlet temperature from the solar collector 1, the three-way valve 11 opens the pipeline 10 and closes the pipeline 14, and the heat carrier heated by the action of solar radiation in the solar collector 1, due to the thermosiphon circulator and enters the heat exchanger 8 and 12 and returns to the solar collector 1 through a check valve 13.

При достижении водой в средней секции бака-аккумулятора 2 температуры выше или равной температуре теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовый клапан 11 закрывает трубопровод 10 и открывает трубопровод 14, обеспечивая поступление теплоносителя из солнечного коллектора 1 в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.When water in the middle section of the storage tank 2 reaches a temperature higher than or equal to the temperature of the coolant at the exit of the solar collector 1, the three-way valve 11 closes the pipeline 10 and opens the pipeline 14, ensuring the flow of heat from the solar collector 1 to the heat exchanger 12 and back to the solar collector 1 through the check valve 13.

После нагрева воды в средней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключается выключатель 7. обеспечивающий включение выключателя 5, который, в свою очередь, обеспечивает подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на дополнительный нагреватель 3. Одновременно с этим трехходовый клапан 11 закрывает трубопровод 10 (если последний был открыт), и теплоноситель из солнечного коллектора 1 через трубопровод 14 поступает в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13. В случае снижения температуры воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой цикл нагрева воды в этой секции повторяется.After heating the water in the middle section of the accumulator tank 2 to the required temperature, the switch 7 turns off. The switch 5 is turned on, which, in turn, provides the electric power generated by the wind turbine 4 to the additional heater 3. At the same time, the three-way valve 11 closes the pipeline 10 (if the latter was opened), and the coolant from the solar collector 1 through the pipe 14 enters the heat exchanger 12 and back to the solar collector 1 through the check valve 13. In the case of a decrease in t water temperature in the middle section of the storage tank 2 below the desired cycle of heating the water in this section is repeated.

При нагреве воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключатель 5 выключается.When heating the water in the upper section of the storage tank 2 to the desired temperature, the switch 5 is turned off.

При снижении уровня воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже допустимого пополнение этой секции новой порцией воды производится из той секции бака-аккумулятора, в которой находится вода с более высокой температурой, причем при снижении уровня воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 15) ниже допустимого вода в эту секцию перекачивается из нижней секции бака-аккумулятора 2 насосом 16 путем открытия трубопровода 19 и закрытия трубопровода 18 трехходовым клапаном 17, а при снижении уровня воды в нижней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в верхнюю или среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 16) ниже допустимого открывается клапан 20 и эта секция пополняется холодной водой из водопровода.If the water level in the middle section of the accumulator tank 2 decreases below the permissible level, replenishment of this section with a new portion of water is made from that section of the accumulator tank containing water with a higher temperature, and when the water level in the upper section of the accumulator tank 2 decreases as a result of its pumping into the middle section of the storage tank 2 by pump 15) below the permissible water, this section is pumped from the lower section of the storage tank 2 by pump 16 by opening the pipe 19 and closing the pipe 18 with a three-way valve 17, and when the water level in the lower section of the storage tank 2 decreases (as a result of pumping it to the upper or middle section of the storage tank 2 by the pump 16), the valve 20 opens below the permissible level and this section is replenished with cold water from the water supply.

В случае равенства температур воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора 2 в среднюю секцию перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 с помощью насоса 16 через трехходовый клапан 17 и трубопровод 18.In case of equal water temperatures in the upper and lower sections of the storage tank 2, water is pumped into the middle section from the lower section of the storage tank 2 using pump 16 through a three-way valve 17 and pipe 18.

В случае увеличения электропотребления или снижения качества электрической энергии у потребителя запускается двигатель внутреннего In the event of an increase in power consumption or a decrease in the quality of electric energy, the consumer starts the internal engine

сгорания 21 и включается выключатель 23. Тогда синхронная машина 22 вырабатывает мощность, необходимую для обеспечения требуемого качества электроэнергии.combustion 21 and the switch 23 is turned on. Then the synchronous machine 22 generates the power necessary to ensure the required quality of electricity.

Качество электроэнергии может снизиться вследствие уменьшения скорости ветра. Тогда отключается выключатель 29 и вырабатываемая энергия ветроэлектроагрегатом направляется на заряд аккумуляторной батареи 25 и для теплоснабжения, а потребитель получает электрическую энергию от синхронной машины 22, которая вращается двигателем внутреннего сгорания 21.Electricity quality may decrease due to reduced wind speed. Then, the switch 29 is turned off and the generated energy by the wind generator is sent to charge the battery 25 for heat supply, and the consumer receives electric energy from the synchronous machine 22, which is rotated by the internal combustion engine 21.

Дальнейшее снижение скорости ветра приводит к тому, что ветроэлектроагрегат 4 не вырабатывает энергию. Тогда вода в баке-аккумуляторе 2 в течение дня нагревается только солнечным коллектором 1.A further decrease in wind speed leads to the fact that the wind turbine 4 does not generate energy. Then the water in the storage tank 2 during the day is heated only by the solar collector 1.

Если температура воды в средней секции бака-аккумулятора в заданное время ниже требуемого значения, выключатель 28 включается и электроэнергия подается на нагреватель 9.If the water temperature in the middle section of the storage tank at a predetermined time is lower than the required value, the switch 28 is turned on and electric power is supplied to the heater 9.

Таким образом, описанная выше работа гелиоветродизельгенераторной установки позволяет максимально использовать энергию ветра, расширить технологические возможности установки и повысить надежность энергоснабжения.Thus, the above-described operation of the solar-wind-diesel generator set allows maximum use of wind energy, expand the technological capabilities of the installation and increase the reliability of energy supply.

Claims

A solar wind-diesel generator for energy supply, comprising a solar collector, a three-section storage tank, in the upper and middle sections of which there are heaters electrically connected to the wind power unit, heat exchangers, pumps for pumping water, three-way valves, characterized in that the wind power unit is connected to the tires of the consumer of electric energy through the rectifier, behind which the battery and inverter are installed, is also connected to the buses of the consumer of electric energy with an synchronous machine connected to the internal combustion engine, and an additional heater installed in the middle section of the storage tank.