СОЛНЕЧНАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ВЛАГОКОНДЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2009 года по МПК F03G6/02 F24J2/05 F24J2/30 F24J2/34 F03D1/04 

Изобретение относится к энергетическим комплексам, источником тепловой энергии в которых является солнечная энергия в ряде ее проявлений (прямая солнечная радиация, отраженные лучи, естественный ветер и другие).

Известно техническое решение, обеспечивающее создание гелиоаэробарической теплоэлектростанции (ГАБ ТЭС) повышенной эффективности с использованием солнечной энергии в комплексе ее компонент, проявленных в окружающей среде, с применением теплоаккумуляторов, выполненных на основе водных или сыпучих теплоаккумулирующих материалов, гелиотеплопреобразующих устройств и текучих теплоносителей в виде воздуха или воды, ветронаправляющих поверхностей и образованных ими энергетических пространств, ветровоздухозаборных каналов, ветротурбогенератора, тяговой трубы с управляемой надстройкой к ней и образованием вращательно-поступательной вихревой траектории движения центрального энергетического воздухопотока, приводящего во вращение ветротурбогенератор, за счет чего ускоряется движение центрального энергетического воздухопотока (см. патенты РФ №2199703 «Энергетический комплекс», F24J 2/42, опубл. 27.02.2003 г.; №2200915 «Способ создания мощных гелиоэнергоустановок», F24J 2/42, опубл. 20.03.2003 г., №2199023 «Ветроэнергетический комплекс», F03D 9/00, F24J 2/42, опубл. 20.02.2003 г.). В этих патентах введена и дополнительная терминология в гелиоэнергетике, в том числе понятие «ГАБ ТЭС».

Кроме того, техника и технология создания вращательно-поступательного вихревого движения центрального энергетического воздухопотока, а также повышения эффективности применения прямых и отраженных солнечных лучей разработаны для ГАБ ТЭС в патентах РФ №2265161, «Способ преобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/00, опубл. 27.11.2005 г.) и №2267061 «Способ термопреобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/15, 2/18, опубл. 27.12.2005 г.)

Данные технические решения позволяют, используя ряд компонент солнечной энергии, проявленных в окружающей среде, обеспечить устойчивое производство электрической энергии в течение всего года. Однако недостатком их является необходимость на осенне-зимний период запасать увеличенное количество тепловой энергии в теплоаккумуляторах, в том числе в связи с недостаточно эффективным использованием его тепловой энергии при снижении температуры текучего теплоносителя ниже 90°С, при которой эффективность создания вращательной компоненты движения центрального энергетического воздухопотока уже снижается и, как следствие, понижается КПД ГАБ ТЭС. Это приводит к повышению удельной стоимости последней. Кроме того, недостатком данных технических решений является работа ГАБ ТЭС, что характерно и для большинства гелиоэлектростанций, с одним источником электрической энергии, в данном случае - с одним ветротурбогенератором. При выходе его из строя или необходимости профилактического обслуживания отпуск электроэнергии потребителям останавливается. Второй из указанных недостатков является еще более существенным, так как он относится к размещению ГАБ ТЭС в местностях, где часто нет резервных источников электропитания, в том числе и в условиях энергообеспечения обширных территорий на Востоке и Севере России, оазисов в пустынных местностях, в которых отсутствуют развитые системы линий электропередач.

В связи с этим проводятся работы по устранению этих недостатков ГАБ ТЭС, в том числе путем поиска технических возможностей применения отдельно стоящих наземных паротурбогенераторов, в частности с применением легко испаряемых жидкостей в качестве рабочего тела, успешно работающих на основе гелиотеплопреобразований, в частности при температурах до 30-50 градусов Цельсия.

Известно техническое решение, содержащие ветроколесо, электрогенератор, теплоаккумулятор, использующий резервные мощности ветроустановки для нагрева воды и получения пара, направляемого в контур с дополнительно установленной паровой турбиной (см. патент США №5384489 «Ветроэлектрическая установка с системой аккумулирования энергии», F03D 9/02, F22B 1/28, опубл. в 1993 году).

Данное техническое решение позволяет стабилизировать выработку электроэнергии ветроэлектроустановкой и повысить ее коэффициент полезного действия. Однако по своим техническим особенностям и конструкции такая ветроэлектроустановка не позволяет достигать технико-экономических показателей, характерных для разработанных ГАБ ТЭС.

Известно также техническое решение, основанное на преобразовании температуры водной поверхности, находящейся под тепловым воздействием солнечных лучей, в нагрев вспомогательной жидкости как рабочего тела с низкой температурой кипения и испарения. При этом образуемый пар легко испаряемой жидкости подается в паротурбогенератор для выработки электроэнергии (см. а.с. СССР №1495492 «Океаническая энергетическая установка», F03G 7/04, F01K 25/00, опубл. 23.07.89 г.).

Данное техническое решение использует тепловую энергию солнечных лучей, образующуюся в результате их поглощения водной средой, и позволяет стабильно вырабатывать электрическую энергию, в том числе в местностях, где нет развитых линий электропередач (наземная установка может иметь несколько паровых турбин). Однако технико-экономическая эффективность данного технического решения является низкой из-за его конструктивно-технологических особенностей, отсутствия применения в нем других источников энергопреобразования, например, специальных гелиопоглощающих поверхностей из темного материала и естественного ветра.

Использование паротурбогенераторов на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или атомной электростанции (АЭС) хорошо известно, однако они требуют применения ископаемых энергоносителей и засоряют окружающую среду, в том числе своими теплопотерями, а применение в них градирен не является полезным прототипом. Другие известные авторам технические решения по применению паротурбогенераторов в гелиоветроэнергетике не имеют преимуществ по отношению к описанным выше, а их технико-экономическая эффективность является низкой.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому авторами варианту гелиоаэробарической теплоэлектростанции с использованием дополнительной электрогенерирующей установки является указанная выше «Океаническая энергетическая установка» (а.с. СССР №1495492, F03G 7/04, F01К 25/00, опубл. 23.07.89 г), которая может быть использована в качестве наиболее близкого прототипа отдельных отличительных признаков настоящего изобретения. В целом же прототипом последнего являются известные технические решения по созданию ГАБ ТЭС, описанные в вышеуказанных патентах Российской Федерации, которые разработаны авторами настоящего изобретения.

Задачей настоящего технического решения является использование известных технических характеристик ГАБ ТЭС согласно названным патентам РФ №2199703 от 27.02.2003 г. №2200915 от 20.03.2003 г. №2199023 от 20.02.03 г., №2265161 от 27.11.05 г. и №2267061 от 27.12.05 г., обеспечивающих им высокие технико-экономические показатели, с разработкой и дополнением их новыми существенными признаками и доработкой их конструктивных решений для достижения более высокого коэффициента использования солнечной энергии, поступающей на территорию ГАБ ТЭС, и повышения их надежности.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание такого гелиоэнергокомплекса, в котором производится высокоэффективное преобразование прямых и отраженных солнечных лучей в тепловую энергию с помощью применения потоков высокотемпературного текучего теплоносителя, а также одновременно - в термовоздушные потоки с пониженной температурой во взаимодействии с энергией естественного ветра, с применением промышленной, новой, конструкции аккумулятора гелиотеплоэнергии. При этом дополнительным также является полезное изъятие из него тепловой энергии в зонах его наиболее активных теплопотерь - для непрерывного производства пара специальной жидкости с пониженной точкой кипения, например, фреона, этилового спирта и его смесей, других веществ. Этот пар направляется в наземный паротурбогенератор, вырабатывающий электроэнергию параллельно ветротурбогенератору, размещенному над землей, в устье тяговой трубы, причем с условием использования тепловой энергии, теряемой после паротурбогенератора при конденсации пара, для подогрева термовоздушных потоков, входящих в канал центрального энергетического воздухопотока ГАБ ТЭС. Последнее позволяет интенсифицировать придание ему вращательно-поступательного движения, за счет чего значительно повышается коэффициент полезного использования солнечной энергии, поступающей на территорию ГАБ ТЭС.

В дополнение к этому, техническим результатом настоящего изобретения является разработка дополнительного канала получения тепловой энергии за счет использования температуры окружающей среды и содержащейся влаги в атмосфере путем применения влагоконденсирующего коллектора и автономного теплового преобразователя, в частности теплового насоса.

Частными техническими результатами предложенного технического решения являются снижение удельных капитальных затрат на организацию гелиоэнергетического производства электрической и тепловой энергии и существенное снижение их себестоимости, обеспечение более равномерных производства и реализации вырабатываемой энергии, а также получение пресной воды, товарного льда и других преимуществ этого плана.

Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого изобретения достигается тем, что относительно вышеуказанных известных технических решений, содержащих гелиотеплопреобразующие источники тепловой энергии, ветровоздухонаправляющие поверхности и образованные ними энергетические пространства, ветротурбину с присоединенным к ней электрогенератором, которая приводится во вращение центральным энергетическим воздухопотоком, воздухоотводящий канал, расположенный над ветротурбиной и состоящий из стационарной тяговой трубы и управляемой надстройки к ней, канал термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока перед поступлением его в ветротурбину, включающий энергопреобразующие модули со встроенными теплообменными элементами, подключенными к источникам теплового воздействия на них, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, посредством которых для центрального энергетического воздухопотока создана вращательно-поступательная траектория движения, теплоаккумулятор, в котором хранится запас тепловой энергии на несолнечный и маловетреный периоды, ветровоздухозаборный канал, связанный с помощью воздухонаправляющего проема с каналом термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока и снабженный ветровоздухонаправляющими поверхностями, которые придают, благодаря образованным между ними щелевым проемам, вращательное движение воздушной среде в нем, и машинный зал, расположенный под ним, причем указанные энергопреобразующие модули расположены вертикально друг над другом и имеют общую центральную ось симметрии совместно с ветротурбиной, воздухоотводящим и ветровоздухозаборным каналами и центральным энергетическим воздухопотоком, имеются отличия в том, что теплообменные элементы энергопреобразующих модулей подключены через циркуляционный агрегат, по меньшей мере, к одной центральной емкости высокотемпературного текучего теплоносителя, расположенной в машинном зале, а последняя, в свою очередь, подключена через второй циркуляционный агрегат к высокотемпературному гелиотеплопреобразующему устройству в качестве нагревателя циркулирующего через них указанного теплоносителя, которое оборудовано средствами поглощения прямых и отраженных солнечных лучей и передачи тепловой энергии данному высокотемпературному теплоносителю, теплоизолированными от окружающей среды светопроницаемыми материалами, и связана термодинамически через третий циркуляционный агрегат с внутренней средой теплоаккумулятора, который создан за счет устройства емкости, теплоизолированной по всей ее поверхности, и заполнения последней теплоаккумулирующим материалом, где циркулирует высокотемпературный теплоноситель, при этом названный теплоаккумулирующий материал термодинамически связан с теплообменным агрегатом, выполненным с применением теплопроводного трубного коллектора, в который поступает для испарения второй теплоноситель, в частности в виде жидкости с пониженной точкой кипения, и который связан отводящим паропроводом со входом паротурбогенератора, а подводящим гидроканалом - с гидравлическим насосом, соединенным с выходом холодильника - конденсатора пара жидкого теплоносителя, причем вход последнего соединен вторым паропроводом с выходом паротурбогенератора, за счет чего создан, по меньшей мере, один дополнительный контур производства электрической энергии, электрогенератор в котором применен как независимый источник электрогенерации параллельно электрогенератору ветротурбины, при этом указанный холодильник содержит конденсирующий трубный коллектор, соединенный по циркуляционному каналу охлаждающего рабочего тела с входом автономного теплового преобразователя, нагретый тепловой отвод которого термодинамически связан со вспомогательным теплогенератором, размещенным в ветровоздухозаборном канале и/или посредством управляемой надстройки к тяговой трубе, в виде теплогенерирующих жалюзи, щелевые проемы в которых охватывают ее центральную ось и дополнительно усиливают вращательную и поступательную компоненты движения центрального энергетического воздухопотока, при этом на ее территории установлен влагоконденсирующий коллектор как автономный теплообменный агрегат - дополнительный источник преобразованной в тепло солнечной энергии, включенный в технологический процесс производства электрической энергии параллельно гелиотеплопреобразующим устройствам, который выполнен посредством плоских трубопроводов и расположен в окружающей воздушной среде, в частности по ее периметру в сочетании с оградой, причем последний подключен своими подводящими и отводящими каналами ко второму тепловому преобразователю как к средству его охлаждения и отвода от него тепловой энергии, поступающей из окружающей воздушной среды, а горячий тепловой отвод второго теплового преобразователя присоединен с помощью термодинамических средств к одному из потребителей тепловой энергии, при этом ниже уровня влагоконденсирующего трубного коллектора размещен водосборный канал, подключенный к средствам подготовки и накопления товарной питьевой воды и емкости дистиллированной воды для внутреннего технологического применения.

Имеется также отличие в том, что между названным вторым тепловым преобразователем и влагоконденсирующим коллектором установлена охлаждающая емкость в подводящем канале к последнему, причем в этой емкости размещен трубный коллектор, подключенный к водосборному каналу и емкости дистиллированной воды внутреннего технологического применения.

Отличие еще и в том, что к водосборному каналу подключена теплоизолированная морозильная установка, в которой размещены короба для замораживания части сконденсированной воды и расфасовки товарного льда, причем морозильная установка своим холодным выходом находится в термодинамическом контакте с названными коробами, а своим горячим тепловым отводом - с автономной емкостью, заполненной теплоносителем, которая термодинамически подключена к названному вспомогательному теплогенератору и/или к теплогенерирующим средствам управления воздухоотводящей надстройкой в воздухоотводящем канале.

Следствием приведенного технического решения является подключение к теплообменным элементам, расположенным в канале термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, каналов с высокотемпературным теплоносителем, который через его теплообменную (центральную) емкость циркулирует в нагреваемых солнечными лучами гелиотеплопреобразующих устройствах, где нагревается, при соответствующим теплоносителе, до температуры 150°С и более, в результате чего указанные теплообменные элементы оказывают сильное термоаэродинамическое воздействие на центральный энергетический воздухопоток, наращивая, в первую очередь, скорость его вращательно-вихревого движения (установившаяся вертикальная, поступательная компонента его скорости, наряду с другими факторами также зависит от их температуры, но в значительно меньшей пропорции). В ночное или несолнечное время дня высокотемпературный теплоноситель циркулирует между теплообменными элементами и теплоаккумулятором, что позволяет автоматически поддерживать его температуру на заданном высоком уровне и сохранять стабильным режим работы ветротурбогенератора. Между теплоаккумулятором или центральной емкостью теплоносителя и теплообменными элементами может быть установлен дополнительно тепловой преобразователь как повышающий «трансформатор» температуры теплоносителя. Такое схемное и технологическое решение обеспечивает высокую температурную стабильность высокотемпературного теплоносителя, направляемого в теплообменные элементы (через соответствующие регуляторы, которые не описываются с целью большей четкости изложения сути). Кроме того, согласно данному техническому решению теплоаккумулятор обеспечивает, в свою очередь, тепловой энергией и теплообменный агрегат, в котором осуществляется парообразование легко испаряемой жидкости, что позволяет привести в действие второй контур производства электроэнергии с помощью паротурбогенератора и холодильника-конденсатора отработанного в турбине пара. Исключительно важным элементом технического решения является утилизация тепловых потерь, выделяющихся в холодильнике при конденсации пара, путем извлечения из него тепловой энергии и передачи ее через тепловой (температурный) преобразователь во вспомогательный теплогенератор, нагревающий воздушный поток, который поступает через ветровоздухозаборный канал в основание центрального энергетического воздухопотока или в другие его технологические зоны. Это позволяет получить дополнительную выработку электроэнергии в ветротурбогенераторе параллельно ее производству паротурбогенератором, значительно сокращая теплопотери.

Дополнительная тепловая энергия, поступающая в третий теплообменный агрегат теплоаккумулятора, образуется, согласно разработанному техническому решению, за счет установки влагоконденсирующего коллектора в воздушной среде, в частности по периметру ГАБ ТЭС. В этом случае примененный тепловой преобразователь, например тепловой насос, «откачивает» тепловую энергию от влагоконденсирующего коллектора, которая поступает в него от воздуха окружающей среды и от конденсации влаги, содержащейся в нем, «трансформирует» ее на более высокий температурный уровень, и посредством текучего теплоносителя тепловая энергия из окружающей воздушной среды поступает в теплоаккумулятор.

Следствием указанного технического решения попутно становятся получение сконденсированной охлажденной дистиллированной воды и получение такого ценного продукта, как лед, в результате замораживания ее части. При этом морозильная установка выделяет много тепловой энергии при намораживании льда, и она не выбрасывается в атмосферу, а направляется также, в частности, в указанный вспомогательный теплогенератор, параллельно теплоотходам паротурбогенератора, либо к термодинамическим средствам управляемой надстройки к тяговой трубе. Охлажденная сконденсированная вода, если она применяется в качестве теплоносителя в данном контуре, подается в качестве охладителя в охлаждающую емкость перед входом рабочего тела от теплового преобразователя во влагоконденсирующий коллектор - в качестве обратной связи по температуре, что повышает интенсивность конденсации водяных паров из воздуха.

На чертеже дана иллюстрация одного из вариантов ГАБ ТЭС с применением влагоконденсирующего коллектора, теплоаккумулятора и паротурбогенератора.

Гелиотеплопреобразующее устройство 1, через которое тонким слоем прокачивается текучий, в данном случае жидкий, теплоноситель 2, выполнено теплоизолированным от окружающей среды светопроницаемыми материалами 3, 4, 5. При этом материалы 3, 4 представляют собой стекло, а материал 5 - высокотемпературную пленку, охватывающую воздушный объем 6, адсорбирующий теплопотери. Последние направляются, в свою очередь, воздухоканалом на формирование центрального энергетического воздухопотока 7 в различных его технологических зонах (на чертеже последнее не иллюстрируется). Он имеет вращательно-поступательную форму движения вокруг и вдоль центральной оси 8, а также локальные вихревые движения в своих поперечных сечениях благодаря термоаэродинамическим воздействиям на него в канале 9 термоаэродинамического преобразования и наращивания его мощности в ветровоздухозаборном канале 10 и воздухоотводящем канале 11 (композиция последнего в составе стационарной тяговой трубы и управляемой аэродинамической надстройки к ней не иллюстрируется).

Прямые 12 и отраженные 13 солнечные лучи выделяют тепловую энергию в гелиотеплопреобразующем устройстве 1, нагревая жидкий теплоноситель 2, который посредством циркуляционного насоса 14 и гидроканалов 15 непрерывно циркулирует между гелиотеплопреобразующим устройством 1 и центральной емкостью 16 высокотемпературного жидкого теплоносителя 2. Прямой и обратный потоки последнего между центральной емкостью 16 высокотемпературного теплоносителя и гелиотеплопреобразующим устройством 1 иллюстрируются стрелками 17.

Теплообменные элементы 18 энергопреобразующих модулей 19, 20, 21 и термоаэродинамических воздухонаправляющих межмодульных переходов 22 и 23, входящие в состав канала 9 термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, с помощью созданных в последних аэродинамических поверхностей придают центральному энергетическому воздухопотоку 7 ускоряющееся вращательно-поступательное вихревое движение на пути от энергопреобразующего модуля 19 к ветротурбине 24. Благодаря этому он приобретает вращательное движение, передаваемое электрогенератору (на чертеже не показан), который вырабатывает электроэнергию.

В других вариантах реализации ГАБ ТЭС, при которых в теплообменные элементы 18 через емкость 16 подается воздушный теплоноситель, данная технология модернизируется посредством выпуска из теплообменных (теплопередающих) элементов 18 горячего воздушного теплоносителя непосредственно в центральный энергетический воздухопоток под определенным углом в заданном направлении, за счет чего в последний поступает тепловая энергия, и он приобретает аналогичную вращательно-поступательную траекторию движения.

Центральный энергетический воздухопоток 7 создается за счет сложения части естественного ветропотока 25, поступающей в ветровоздухозаборный канал 10 через (управляемые) ветровоздухонаправляющие жалюзи-заслонки 26, созданные в боковой поверхности последнего, и воздуха 27 из окружающей среды, поступающего через неподвижные жалюзи 28 и частично через образованные щелевые проемы между заслонками 26, в результате чего внутри ветровоздухозаборного канала образуется вращающийся воздушный поток 29, который поступает в первый энергопреобразующий модуль 19.

Приводы для поворота заслонок 26 в нужное угловое положение относительно радиальных направлений со всех сторон боковой поверхности ветровоздухозаборного канала 10, который симметрично охватывает центральную ось 8, не иллюстрируются. Между установленными в соответствующее угловое положение заслонками 26, по всей их высоте, образуются свободные проходы - щелевые проемы, через которые ветропоток 25 и частично воздух 27 поступают во внутреннюю полость ветровооздухозаборного канала 10 под острым углом к касательным, проведенным к его наружной боковой поверхности. За счет этого воздушный поток 29 приобретает первичное вращательное движение вокруг центральной оси. Стационарные жалюзи 28 содержат наклонные пластины, проемы между которыми придают воздуху 27, поступающему снизу, также вращательное движение в ту же сторону, а именно по часовой стрелке, если смотреть сверху. Стационарные жалюзи 28 расположены в периферийной части днища 30 ветровоздухозаборного канала 10, которое является также потолком машинного зала 31 с наклонной ваздухонаправляющей боковой стеной 32. Воздух 27 из окружающей среды предварительно подогревается о стену 32, поглощающую солнечные лучи, и от дорожного покрытия, охватывающего машинный зал 31. В ветровоздухозаборный канал 10 поступает также часть термовоздушных потоков, создаваемых в других гелиопреобразующих сооружениях, энергетических пространствах ГАБ ТЭС, которые на чертеже не показаны, причем они подаются в центральный энергетический воздухопоток 7 также с вращением в том же направлении (по часовой стрелке). Стационарные жалюзи 28 в других исполнениях ГАБ ТЭС могут выполняться термоактивными, с подведением к ним горячего теплоносителя, а также могут и отсутствовать, когда воздух 27 поступает только через заслонки 26.

Воздушный поток 29 в процессе своего вращения поступает в энергопреобразующий модуль 19 через вторые стационарные жалюзи 33, образующие часть боковой поверхности последнего по высоте ветровоздухозаборного канала 10 и также охватывающие симметрично центральную ось 8. Жалюзи 33 образованы вертикальными пластинами, расположенными вокруг центральной оси 8 под соответствующими углами к радиальным направлениям, между которыми созданы щелевые проемы, стабилизирующие вращение воздушного потока, поступающего в энергопреобразующий модуль 19, в основание центрального энергетического воздухопотока 7.

На пути воздушного потока 29 к стационарным жалюзи 33 он проходит через установленный в ветровоздухозаборном канале вспомогательный теплогенератор, который выполнен в виде кольцевого трубного коллектора 34 (с воздушными проемами между его трубами), к которому подводится теплоноситель сверху посредством подводящей кольцевой гидромагистрали 35 и отводится посредством отводящей кольцевой гидромагистрали 36. Трубный коллектор 34 вспомогательного теплогенератора также симметрично охватывает центральную ось 8, имеет преимущественно одинаковые воздушные проемы между трубами и имеет уклон кверху с целью придания центральному энергетическому воздухопотоку 7 не только вращательного движения, но и поступательного - вверх вдоль центральной оси 8. Для лучшей теплопередачи от труб коллектора 34 вспомогательного теплогенератора в проходящий между ними воздушный поток 29 и сообщения ему соответствующего направленного движения внутрь энергопреобразующего модуля 19, на трубах коллектора 34 закреплены воздухонаправляющие теплопроводные пластины 37, которые могут легко сниматься для прохода обслуживающего персонала к кольцевой наружной стороне жалюзи 33 (последние также могут сниматься для прохода внутрь энергопреобразующего модуля 19, однако в нем имеется для этого снимаемый сегмент в днище). В других исполнениях ГАБ ТЭС трубный коллектор 34 может выполняться в виде термоактивных жалюзи, подобных конструкции жалюзи 28, с выпуском горячего воздушного теплоносителя, как указывалось выше, непосредственно во вращающийся воздухопоток. При этом вместо стационарных жалюзи 33, если достигается достаточно интенсивное вращение воздухопотока, может выполняться свободный воздушный проем в виде конусообразной поверхности.

В верхней части энергопреобразующего модуля 19, перед термоаэродинамическим воздухонаправляющим межмодульным переходом 22, установлен акселератор 38 - регулятор мощности центрального энергетического воздухопотока 7 пред входом его в ветротурбину 24, что позволяет регулировать скорость вращения ветротурбины и потребляемую ею мощность. Акселератор 38 имеет плоскую многогранную конструкцию, и в каждой из его граней расположена группа опор вращения радиально установленных осей, к которым закреплены поворотные воздухонаправляющие пластины (конструкция акселератора на чертеже не иллюстрируется). При горизонтальном положении этих пластин сквозной вертикальный канал для прохождения центрального энергетического воздухопотока 7 полностью перекрывается и он в ветротурбину 24 не поступает, сохраняя определенное время свое вращательное движение в энергетических модулях благодаря термоаэродинамическим воздействиям на него. При повороте пластин акселератора 38 на некоторый угол, центральный энергетический воздухопоток 7 начинает поступать в ветротурбину 24, и за каждый его оборот ей передается кинетическая энергия его вращательного движения и соответствующая порция его объема. Лопасти ветротурбины сконструированы так, чтобы в максимальной степени отбиралась кинетическая энергия вращательной компоненты движения центрального энергетического воздухопотока. Последняя по модулю в 4-6 раз превышает вертикальную, поступательную, компоненту его скорости, которая при значительной ее величине уносит большое количество тепловой энергии в атмосферу через вспомогательное аэродинамическое устройство 39 и воздухоотводящий канал 11. Поэтому канал 9 термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока сконструирован таким образом, чтобы вертикальная скорость последнего была минимизирована по условиям максимальной отдачи мощности ветротурбине его высокоскоростной вращательной компонентой. Это позволяет поднять коэффициент использования тепловой энергии гелиотеплопреобразующих устройств ГАБ ТЭС, а значит и коэффициент полезного использования солнечной энергии, поступающей на территорию ГАБ ТЭС. В других исполнениях акселератор 38 может устанавливаться в других зонах воздухопотока, даже встраиваться во входную полость ветротурбины 24.

Теплообменные элементы 18 подключены в данном примере гидроканалами 40 через циркуляционный насос 41 к центральной емкости 16 высокотемпературного жидкого теплоносителя 2. Прямые и обратные потоки жидкого теплоносителя в гидроканалах 40 условно показаны стрелками 42. Скорость жидкого теплоносителя при его прохождении через теплообменные элементы 18 регулируется (регулирующие аппараты не иллюстрируются), вследствие чего регулируется и температура их воздействия на центральный энергетический воздухопоток 7. Диапазон регулирования температур этого воздействия находится в пределах 50-200 и более градусов Цельсия, в зависимости от региона размещения ГА Б ТЭС, конструкции гелиотеплопреобразующих устройств 1, а также от типа применяемого теплоносителя. Из этого диапазона следует, что температурное воздействие на компоненты скорости центрального энергетического воздухопотока 7, во взаимосвязи со специальными аэродинамическими приспособлениями, может быть весьма мощным.

Центральная емкость 16 высокотемпературного теплоносителя своим третьим (двухтрубным) каналом 43 соединена через циркуляционный насос 44 с теплообменным агрегатом 45, размещенным в специальном высокотемпературном теплоаккумуляторе 46. Прямые и обратные потоки жидкого теплоносителя между центральной емкостью 16 и теплообменным агрегатом 45 условно показаны стрелками 47.

Теплоаккумулятор 46 выполнен в виде емкости, заполненной, в частности, сыпучим материалом с повышенной теплоемкостью, например суглинком. Суглинок представляет собой определенную смесь песка и глины, один кубический метр которого на каждый градус приращения температуры запасает тепловой энергии лишь на 20% меньше, чем запасает один кубически метр воды - вещества с особо высокой удельной теплоемкостью. При этом суглинок является дешевым материалом, часто имеющимся в структуре почвы под строящейся ГАБ ТЭС, и имеет свои преимущества как сыпучий высокотемпературный материал. В других исполнениях ГАБ ТЭС в качестве теплоаккумулирующего материала может быть применен щебень, жидкая среда, а в качестве теплоносителя - специальный газ или воздух. Новые разработки могут открыть новые недорогие материалы с высокой удельной теплоемкостью, применение которых позволило бы уменьшить объем и стоимость теплоаккумулятора 46. Указанная емкость последнего по всему периметру хорошо теплоизолирована, например пенобетоном - недорогим материалом с высокими теплоизоляционными характеристиками. При этом боковые стенки емкости, после их теплоизоляции, закрываются вторым слоем теплоизоляции с воздушным теплоизолирующим промежутком между слоями, который подключен в систему утилизации тепловых потерь. Под днищем емкости расположение второго слоя теплоизоляции и воздушного промежутка связано с существенными техническими затруднениями и значительным удорожанием стоимости теплоаккумулятора. Поэтому чаще всего соглашаются с теплопотерями из теплоаккумулятора через днище, через хорошую теплоизоляцию, в землю. Дальнейшее описание второго контура производства электроэнергии в ГАБ ТЭС, связанного с важным аспектом предлагаемого изобретения, имеет отношение и к теплопотерям через днище теплоаккумулятора 46. Для обеспечения второго контура производства электроэнергии тепловой энергией в теплоаккумуляторе 46 устанавливается второй теплообменный агрегат 48. Последний предназначен для испарения жидкого рабочего тела, получения его пара и направления его в паротурбогенератор с целью привода его во вращение и выработки электроэнергии. В качестве испаряемого рабочего тела может применяться и вода, но значительно лучшим вариантом, при котором отбирается из теплоаккумулятора меньше тепловой энергии на каждый киловатт-час вырабатываемой электроэнергии, является использование жидкости с пониженной точкой кипения. В качестве последней может быть применен фреон, этиловый спирт, а еще лучше - жидкие вещества с точкой кипения в диапазоне 30-50°С и пониженной теплотой испарения.

Теплообменные агрегаты 45 и 48 выполнены в виде теплопроводных трубных коллекторов, распложенных в сыпучем теплоносителе и находящихся с ним в тепловом контакте. По первому из них циркулирует нагретый, в данном случае жидкий, теплоноситель, запасая в теплоаккумуляторе 46 тепловую энергию в солнечный период и отдавая ее в центральную емкость 16 при несолнечном периоде, из которой тепловая энергия поступает к теплообменным элементам 18. По второму теплообменному агрегату 48 циркулирует испаряемая жидкость с температурой кипения значительно ниже, чем температура теплоаккумулирующего материала, а в случае, что преимущественно, применения легко испаряемой жидкости температура его не превышает 80-100 градусов Цельсия (чаще всего - не более 50 градусов Цельсия). Таким образом, если испарительный теплообменный агрегат 48 будет размещен непосредственно над днищем, то он будет представлять собой «прокладку», понижающую температуру внутренней поверхности днища. Следовательно, теплопотери через теплоизолированное днище в землю значительно понижаются. В других исполнениях ГАБ ТЭС теплообменный агрегат 45 может быть заменен прямыми соединениями теплоаккумулятора 46 с емкостью 16 и гелиотеплопреобразователем 1 через переключатели. Теплообменный агрегат 48, при хорошо теплоизолированном днище, может быть вынесен за пределы теплоаккумулятора. В этом случае более горячий тепловой поток изымается с верхней части теплоаккумулятора, а возвращаемый более холодный тепловой поток поступает в область его днища, чем достигается аналогичный эффект снижения теплопотерь в землю.

В теплообменный агрегат 48 по гидравлическому каналу 49 поступает испаряемое жидкое рабочее тело посредством гидравлического насоса 50. Пар рабочего тела под заданным давлением поступает по второму каналу - паропроводу 51 - на вход паротурбогенератора 52, с выхода которой по паропроводу 53 отработанный пар поступает в холодильник-конденсатор 54 пара рабочего тела, где последнее переходит в жидкое состояние и поступает к гидравлическому насосу 50. Движение рабочего тела - легко испаряемой жидкости по контуру отмечено стрелками без нумерации.

В холодильнике-конденсаторе 54 размещен автономный теплообменный агрегат 55, задачей которого является отвод тепловой энергии из холодильника, возникающей в нем в результате конденсации пара легко испаряемой жидкости. В связи с этим теплообменный агрегат 55 по двухтрубному каналу 56 (направления движения охлаждающей жидкости показаны стрелками 57) подключен к тепловому преобразователю 58, например, тепловому насосу, который обеспечивает охлаждение рабочего тела, циркулирующего в теплообменном агрегате 55 посредством двухтрубного канала 56, и теплопередачу от его горячего теплоотвода по каналу 59, которая отмечена стрелкой 60. При определенном варианте исполнения теплового преобразователя 58, как это имеет место в данном случае, теплопередача может осуществляться к емкости 61 непосредственным тепловым контактом, в частности к ее внутренним компонентам. За счет последнего нагревается емкость 61, заполненная, в частности, водой, которая через циркуляционный насос 62 и двухтрубный канал 63 поступает к подводящей кольцевой магистрали 35 трубного коллектора 34 вспомогательного теплогенератора и направляется через отводящую кольцевую магистраль 36 обратно в емкость 61. Стрелками 64 показано движение воды по каналу 63, а пунктирной стрелкой 65 условно показан возврат охлажденной во вспомогательном теплогенераторе воды в канал 63 и далее в емкость 61. Благодаря такому техническому решению согласно изобретению основное количество теплопотерь в канале паротурбогенератора 52, выделяющихся, в первую очередь, в процессе конденсации пара, передается в трубный коллектор 34, который дополнительно подогревает воздушный поток 29 в ветровоздухозаборном канале 10 и в котором происходит охлаждение воды, циркулирующей между ним и емкостью 61. Теплопотери, возникающие непосредственно в паровой турбине и в присоединенном к ней электрогенераторе, адсорбируются вентиляционными потоками, которые направляются в виде термовоздушных потоков на формирование центрального энергетического воздухопотока 7 (на чертеже это не показано), что способствует увеличению выработки электроэнергии в ветротурбине 24.

Вторым источником тепловой энергии, параллельным высокотемпературному гелиотеплопреобразующему устройству 1, в предложенном варианте ГАБТЭС является влагоконденсирующий коллектор 66, размещенный в открытой окружающей среде, преимущественно по периметру ГАБ ТЭС, в сочетании с ее оградой. Влагоконденсирующий коллектор выполняется из теплопроводного материала, в частности в виде соединенных между собой плоских трубопроводов, например из пищевого алюминия. Второй тепловой преобразователь 67, например тепловой насос, как автономный холодильник посредством компрессора и/или гидронасоса 68 и рабочего тела отнимает тепловую энергию от влагоконденсирующего коллектора 66, поступающую к нему от окружающего воздуха, в том числе от конденсируемых водяных паров из него (на трубном коллекторе 66), а его горячий теплоотвод подключен тепловым контактом к нагреваемой воде во второй промежуточной емкости 69. Направление этого теплового потока показано стрелкой 70. Вода из емкости 69 через автономный циркуляционный насос 71 поступает в третий теплообменный агрегат 72 по двухтрубному гидроканалу 73 со стрелками 74, установленный в теплоаккумуляторе 46 в тепловом контакте с вторым теплообменным агрегатом 48. При этом теплообменный агрегат 72 расположен между теплоизолирующим днищем емкости теплоаккумулятора 46 и теплообменным агрегатом 48 таким образом, что более высокотемпературный тепловой поток от первого теплообменного агрегата 45 не достигает днища, а замыкается на втором теплообменном агрегате 48. Этим резко сокращаются теплопотери через днище, а значительная часть тепловой энергии для работы паротурбогенератора 52 поступает по тепловому каналу (влагоконденсирующий коллектор 66, тепловой преобразователь 67, вторая промежуточная емкость 69, третий теплообменный агрегат 72, двухтрубный гидроканал 73) от окружающей воздушной среды.

При определенной конструкции теплоаккумулятора 46 второй теплообменный агрегат 48 может охватывать (накрывать) не только днище, но и часть стенок по высоте теплоаккумулятора. В этом случае задача остается прежней - минимизация теплопотерь в землю.

При работе второго теплового преобразователя 67 с влагоконденсирующего коллектора 66 стекает сконденсированная дистиллированная вода 75, сток которой отмечен стрелками 76. Вода 75 собирается в водосборном канале 77, который соединен через насосные агрегаты 78, 79, 80 соответственно с емкостью 81 дистиллированной воды для внутреннего технологического потребления, в том числе для полива возделываемых растений, со средствами 82 подготовки и накопления товарной питьевой воды и с теплоизолированной морозильной установкой 83 для намораживания товарного льда.

От насосного агрегата 78, водосборного канала 77 и емкости 81 дистиллированная вода 75 по охлаждающему каналу 84 поступает в теплообменный аппарат 85, установленный в охлаждающей емкости 86. Стрелками 87 показано направление движения воды 75 относительно трубного коллектора - теплообменного аппарата 85 и емкости 81.

Емкость 86 установлена между тепловым преобразователем 67 и влагоконденсирующим коллектором 66 в подводящей к последнему гидромагистрали, что указано стрелками 88 по движению рабочего тела. Теплообменный аппарат 85, в сущности, включен в охлаждающую емкость 86 как элемент обратной связи по температуре процесса конденсации влаги - воды 75 из окружающего воздуха, и содействует снижению температуры влагоконденсирующего коллектора 66. В зависимости от конструкции теплового преобразователя 67 емкость 86 может не применяться.

Средства 82 подготовки и накопления товарной питьевой воды содержат в себе емкости, автоматические механизмы для внесения добавок в дистиллированную воду, чтобы получать из нее питьевую, аппараты учета и отпуска воды потребителям (на чертеже не показаны)

Морозильная установка 83 представляет собой теплоизолированную камеру, в которой размещены короба 89, предназначенные для заливки воды, замораживания, расфасовки льда и его выемки, за пределами чего размещена инфраструктура подготовки и реализации товарных поставок льда как продукции. Своим холодным выходом - генератором холода - морозильная установка 83 находится в термодинамическом контакте с указанными коробами. А так как при работе морозильной установки 83 выделяется значительное количество тепловой энергии через теплоотвод 90 (и морозильная камера, и теплоотвод показаны на чертеже схематично, пунктиром), последний выполнен в тепловом контакте с автономной емкостью 91, заполненной нагреваемой водой, которая посредством соединенного с ней циркуляционного насоса 92 подключена к вспомогательному теплогенератору каналами 93 и 63 параллельно отводящему тепловому каналу (канал 59, емкость 61, циркуляционный насос 62) первого теплового преобразователя 58.

Стрелками 94 показаны направления движения воды в канале 93.

Работает устройство - предложенная гелиоаэробарическая теплоэлектростанция - следующим образом.

Прямые 12 и отраженные 13 солнечные лучи поступают через теплоизолирующие с воздушными зазорами светопроницаемые материалы 3, 4 (листовое стекло) и 5 (пленки) на темные теплопроводные конструкции гелиотеплопреобразующего устройства 1 и проходящий через последнее теплоноситель 2, нагревая его в солнечный период до температуры 95-150 градусов Цельсия и выше, в зависимости от типа теплоносителя. Тепловые потери, проходящие при этом через двойную стеклянную теплоизоляцию с воздушными зазорами, поступают в воздушный объем 6, который связан теплоизолированными воздуховодами с системой утилизации термовоздушных потоков (на иллюстрациях она не показана), которые направляются в центральный энергетический воздухопоток 7.

Нагреваемый теплоноситель 2 циркулирует в рассматриваемом варианте ГАБ ТЭС с помощью циркуляционного насоса 14 и гидравлических каналов 15 между гелиотеплопреобразующим устройством 1 и центральной емкостью 16 высокотемпературного жидкого теплоносителя, передавая в нее тепловую энергию. Температура в центральной емкости 16 может быть значительно увеличена относительно устройства 1 и теплоаккумулятора 46, если входы в нее (через переключатели) подключены к специальному тепловому преобразователю, который в данном варианте ГАБ ТЭС отсутствует.

Из центральной емкости 16 непрерывно подогреваемый теплоноситель 2 через другой циркуляционный насос 41 и гидравлические каналы 40 поступает в теплообменные элементы 18, установленные в энергопреобразующих модулях 19, 20, 21 и в термоаэродинамических воздухонаправляющих межмодульных переходах 22, 23. Нагретые теплообменные элементы 18 последовательно наращивают энергию вращательно-поступательного вихревого движения центрального энергетического воздухопотока 7 с увеличением соотношения модулей вращательной и поступательной компонент его скорости, вплоть до значения 4-6:1 и более, перед входом в ветротурбину 24. Ее лопасти сконструированы таким образом, чтобы вращательная компонента скорости воздухопотока максимально преобразовывалась в энергию вращения ветротурбины с минимизацией его скорости выхода из нее, с максимальным КПД ветротурбогенератора.

Вихревые компоненты в поперечном сечении центрального энергетического воздухопотока 7 создаются специальными формами аэродинамических приспособлений, размещаемых в энергопреобразующих модулях, чем создается существенное подобие его управляемому смерчу. Последнее усиливает воздействие воздухопотока 7 на ветротурбину 24, а также усиливает аэродинамические процессы тяги при продвижении его за ветротурбиной, со значительно уменьшенной скоростью вращения на ее выходе, через сопрягающее аэродинамическое устройство 39, воздухоотводящий канал 11 - тяговую трубу и слои атмосферы над ней.

Более подробное описание термоаэродинамических средств, приводящих центральный энергетический воздухопоток 7 к ускоряющемуся вращательно-вихревому движению, не является предметом настоящего изобретения.

Естественный ветропоток 25 и воздух 27 из окружающей среды, подогреваемый солнечными лучами посредством различных устройств и энергетических пространств (не раскрываются более подробно) в солнечный период, в том числе стенками 32 машинного зала 31, поступают внутрь ветровоздухозаборного канала 10 через управляемые жалюзи 26 и неуправляемые жалюзи 28, образуя в нем вращающийся поток 29 воздуха.

Последний, вращаясь вокруг центральной оси 8, продвигается во внутреннюю среду нижнего энергопреобразующего модуля 19 благодаря существующей в нем конвективной тяге, подпору снизу и влиянию воздухоотводящего канала 11, а также благодаря размещению в ветровоздухозаборном канале 10 аэродинамических устройств и приспособлений, содействующих этому продвижению. Одним из таких устройств является кольцевой наклонный трубный коллектор 34 вспомогательного теплогенератора, по которому от верхней кольцевой магистрали 35 к нижней кольцевой магистрали 36 протекает горячая жидкость, в частности горячая вода, передающая свою тепловую энергию вращающемуся воздушному потоку 29. Так как трубный коллектор 34 снабжен радиаторными и воздухонаправляющими теплопроводными пластинами 37, отрезающими от вращающегося воздушного потока 29 слои воздуха, направляемые внутрь модуля 19, с подпором вверх (благодаря показанному на чертеже уклону трубного коллектора 34 и его пластин 37), воздушный поток 29 проходит через щелевые проемы между вторыми стационарными жалюзи 33, дополнительно сообщающими ему вращательное движение, и образует основание центрального энергетического воздухопотока 7 с начальным вращательно-поступательным движением.

Горячая вода, проходящая внутри кольцевого трубного коллектора 34, энергетически усиливает этот процесс, а тепловая энергия для нагрева воды поступает благодаря утилизации теплопотерь во втором контуре производства электроэнергии в ГАБ ТЭС (а также дополнительного получения тепловой энергии в морозильной установке 83).

Источником тепловой энергии является теплоаккумулятор 46, который, в свою очередь, снабжается тепловой энергией через теплообменный агрегат 45, трубный коллектор которого подключен с помощью циркуляционного насоса 44 и гидравлического канала 43 к центральной емкости 16 высокотемпературного теплоносителя 2. Фактически в этой части технического решения тепловая энергия в теплоаккумулятор, на достаточно высоком потенциальном уровне, поступает от гелиотеплопреобразующих устройств 1.

Для энергетического обеспечения второго контура производства электрической энергии согласно предлагаемому изобретению в теплоаккумуляторе 46 установлен второй теплообменный агрегат 48, в который гидравлическим насосом 50 подается жидкость с пониженной точкой кипения (и пониженной температурой интенсивного парообразования). В связи с этим в теплообменном агрегате 48 создается избыточное давление пара, который по паропроводу 51 поступает в паротурбогенератор 52, который приводит во вращение свой генератор, электрически подключенный к генератору ветротурбины 24 (на чертеже генераторы не показаны).

Отработанный пар, прошедший через паротурбогенератор 52, по паропроводу 53 поступает в холодильник-конденсатор 54, где пар (легко испаряемой жидкости) проходит стадию конденсации, превращаясь в жидкость благодаря подаче в трубный коллектор - теплообменный агрегат 55 охлаждающего рабочего тела, поступающего из температурного преобразователя 58 по циркуляционному каналу 56. Температурный преобразователь 58 может быть выполнен посредством применения классического теплового насоса, который отнимает тепло от теплообменного агрегата 55 и передает его на повышенном потенциальном уровне в емкость 61, заполненную, в частности, водой. Последняя, непрерывно нагреваясь от температурного преобразователя 58, поступает с помощью циркуляционного насоса 62 в подводящую кольцевую гидромагистраль 35 трубного коллектора 34 вспомогательного теплогенератора и возвращается в емкость 61 через его отводящую кольцевую гидромагистраль 36 и гидравлический канал 63. Горячая вода, достигающая температуры 95°С, передает свое тепло через трубный коллектор 34 и его радиаторные воздухонаправляющие пластины 37 вращающемуся воздушному потоку 29 во внутренней среде ветровоздухозаборного канала 10.

Вследствие этого центральный энергетический воздухопоток 7 получает энергетическую прибавку, определяемую величиной теплопотерь во втором контуре производства электроэнергии из-за конденсации пара легко испаряемой жидкости в холодильнике-конденсаторе 54, что позволяет увеличить выработку электроэнергии ветротурбиной 24, соединенной со своим электрогенератором.

Таким образом, из изложенного следует, что согласно предлагаемому изобретению с помощью теплоаккумулятора 46, паротурбогенератора 52, соединенного с электрогенератором, и холодильника-конденсатора 54 паров легко испаряемой жидкости, направляемой насосом 50 в теплообменный агрегат 48 теплоаккумулятора, в ГАБ ТЭС создан второй контур производства электроэнергии, чем повышается надежность электроснабжения потребителей тепловой энергии.

В ГАБ ТЭС эти теплопотери не отводятся в окружающую среду, а утилизируются в дополнительную выработку электроэнергии ветротурбогенератором посредством их направления на формирование центрального энергетического воздухопотока 7, вращающего ветротурбину 24. Повышение надежности электроснабжения потребителей электроэнергии ГАБТЭС достигается тем, что электрические выходы обоих электрогенераторов, соответственно ветротурбины 24 и паротурбогенератора 52, соединены между собой параллельно (не показано).

Согласно предлагаемому изобретению в данном варианте ГАБ ТЭС создан также еще один контур производства тепловой энергии параллельно гелиотеплопреобразующим устройствам. Этот контур теплоснабжения ГАБ ТЭС является более низкопотенциальным: в нем в качестве источника тепловой энергии использована энергия атмосферы окружающей воздушной среды, в том числе энергия находящегося в ее составе водяного пара, который при конденсации выделяет также значительное количество тепловой энергии и позволяет получать воду.

С этой целью, как показано на чертеже, на территории ГАБ ТЭС установлен влагоконденсирующий коллектор 66, который охлаждается тепловым преобразователем 67, рабочее тело которого поступает внутрь него, как показано стрелкой. В зависимости от типа теплового преобразователя 67 на выходе влагоконденсирующего коллектора (по стрелке) по трубопроводу движется воздух, парообразная среда или жидкость, а в качестве агрегата применен соответственно компрессор или гидронасос 68. Рабочее тело теплового преобразователя 67 должно иметь температуру на входе в коллектор 66 не выше 10°С, а лучше - около 0°С, при которой на последнем происходит интенсивная конденсация влаги из воздуха, за исключением периода морозной погоды.

Во входном канале влагокондесирующего коллектора 66 может быть установлена дополнительно промежуточная охлаждающая емкость 86, трубный коллектор - теплообменный аппарат 85 которой подключен к источнику сконденсированной холодной воды 75, стекающей согласно стрелкам 76 в водосборный канал 77. Сконденсированная холодная вода дополнительно охлаждает рабочее тело в жидкой фазе, поступающее на вход влагоконденсирующего коллектора 66. Тем самым последний дополнительно охлаждается, чем запускается процесс обратной связи, направленный на снижение его температуры и на наращивание скорости конденсации воды и поглощения тепловой энергии из окружающей воздушной среды. Эта отнятая у воздушной среды тепловая энергия передается на горячий тепловой отвод температурного преобразователя 67, который (как тепловой «трансформатор») посредством теплопередачи направляет добытую тепловую энергию во вторую промежуточную емкость 69, заполненную, в частности, водой (процесс теплопередачи к емкости 69 показан стрелкой 70). Вода по циркуляционному циклу (стрелки 74) через автономный циркуляционный насос 71 поступает с помощью двухтрубного гидравлического канала 73 в третий теплообменный агрегат 72. В последний передается указанная тепловая энергия, извлеченная из окружающей среды посредством влагоконденсирующего коллектора 66 и теплового преобразователя 67, с температурным уровнем 80-95°С. Трубный коллектор теплообменного агрегата 72 расположен практически в непосредственном тепловом контакте со вторым теплообменным агрегатом 48 и размещен с внешней его стороны, то есть со стороны теплоизолирующего днища (а в отдельных случаях - и стенок) теплоаккумулятора 46. В результате этого тепловая энергия от первого теплообменного агрегата 45 (из-за интенсивной теплопередачи) достигает теплообменного агрегата 48, по которому проходит испаряемое рабочее тело, также на температурном уровне не более 80-95 градусов Цельсия, вследствие чего теплопотери из теплоаккумулятора через днище в землю значительно снижаются. Теплоснабжение второго контура производства электроэнергии (паротурбогенератора с легко испаряемой жидкостью) в большей мере обеспечивается за счет низкопотенциальной тепловой энергии, извлекаемой из воздушной окружающей среды.

Конденсируемая при этом влага стекает по трубам коллектора 66 вниз (стрелки 76) в водосборный канал 77, откуда образовавшаяся охлажденная вода поступает:

а) в охлаждаемую промежуточную емкость 86, в которой рабочее тело теплового преобразователя 67 дополнительно (предварительно) доохлаждается перед входом во влагоконденсирующий коллектор 66, чем, как по каналу обратной связи, дополнительно снижается температура влагоконденсирующего коллектора. Если в качестве теплового преобразователя 67 применен классический тепловой насос, то (при определенном режиме давлений) в коллектор 66 входит жидкое рабочее тело (например, фреон, а выходит из него в парообразном состоянии через компрессор, с последующей конденсацией и значительным тепловым выделением при повышенной температуре;

б) в емкость 81 дистиллированной воды для технического применения в ГАБ ТЭС, в том числе и для полива возделываемого грунта и растений, а также в емкость средств 82 подготовки и накопления товарной питьевой воды;

в) в морозильную установку 83, посредством которой организованно производство ценного продукта - товарного льда, причем параллельно со льдообразованием, как известно, морозильная установка выделяет и соответствующее количество тепловой энергии с температурой, которая может превысить 100 градусов Цельсия, и эта температура преобразуется в водный тепловой поток, поступающий во вспомогательный теплогенератор с трубным коллектором 34 через автономный циркуляционный насос 92 и гидроканал 93, подключенный параллельно гидроканалу 63. Фактически, тепловой поток от горячего теплоотвода морозильной установки 83 сливается с тепловым потоком от теплоотвода холодильника-конденсатора 54, и вместе они, параллельно, воздействуют на формирование основания центрального энергетического воздухопотока 7.

Таким образом, рассмотренные технические решения согласно предполагаемому изобретению существенно повышают устойчивость работы ГАБ ТЭС при обеспечении потребителей электрической и тепловой энергией, увеличивают коэффициент использования солнечной энергии, поступающей на территорию ГАБ ТЭС, привлекают для дополнительного теплообеспечения ее работы тепловую энергию воздушной окружающей среды и позволяют получать особо ценные попутные продукты - пресную воду и лед.

Все это достигается при реализации всех пунктов формулы изобретения, однако значительный технический и экономический эффект достигается при реализации и одного лишь п.1 формулы изобретения.

Изобретение относится к области солнечных теплоэлектростанций. Теплоэлектростанция содержит ветротурбину с электрогенератором, воздухоотводящий канал над ветротурбиной, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока перед поступлением его в ветротурбину, теплоаккумулятор, устройство нагрева теплоносителя солнечными лучами и заборный канал, связанный с помощью воздухонаправляющего проема с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока. Канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока включает энергопреобразующие модули со встроенными теплообменными элементами и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами. На территории теплоэлектростанции установлен влагоконденсирующий трубный коллектор. Ниже уровня влагоконденсирующего трубного коллектора размещен водосборный канал, подключенный к средствам подготовки и накопления товарной питьевой воды, и емкости дистиллированной воды для внутреннего технологического применения. Техническим результатом является увеличение коэффициента использования солнечной энергии. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Теплоэлектростанция, содержащая ветротурбину с присоединенным к ней электрогенератором, которая приводится во вращение центральным воздухопотоком, воздухоотводящий канал, расположенный над ветротурбиной и состоящий из стационарной тяговой трубы и управляемой надстройки к ней, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока перед поступлением его в ветротурбину, теплоаккумулятор, в котором хранится запас тепловой энергии, отличающаяся тем, что содержит устройство нагрева теплоносителя солнечными лучами, заборный канал, связанный с помощью воздухонаправляющего проема с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока и снабженный направляющими поверхностями, которые придают благодаря образованным между ними щелевым проемам вращательное движение воздушной среде в заборном канале, и машинный зал, расположенный под заборным каналом, причем канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока включает энергопреобразующие модули со встроенными теплообменными элементами и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, посредством которых для центрального воздухопотока создана вращательно-поступательная траектория движения, указанные энергопреобразующие модули расположены вертикально друг над другом и имеют общую центральную ось симметрии совместно с ветротурбиной, воздухоотводящим и заборным каналами и центральным воздухопотоком, теплообменные элементы энергопреобразующих модулей подключены через циркуляционный насос, по меньшей мере, к одной центральной емкости первого текучего теплоносителя, расположенной в машинном зале, а последняя, в свою очередь, подключена через второй циркуляционный насос к устройству нагрева теплоносителя солнечными лучами, при этом первый теплоноситель циркулирует между центральной емкостью и устройством нагрева теплоносителя солнечными лучами, которое оборудовано средствами поглощения прямых и отраженных солнечных лучей и передачи тепловой энергии первому теплоносителю, теплоизолированными от окружающей среды светопроницаемыми материалами, и связана через третий циркуляционный насос с внутренней средой теплоаккумулятора, который создан за счет устройства емкости, теплоизолированной по всей ее поверхности, и заполнения этой емкости теплоаккумулирующим материалом, в котором расположен первый теплопроводный трубный коллектор, по которому циркулирует первый теплоноситель, и второй теплопроводный трубный коллектор, в который поступает для испарения второй теплоноситель, в частности, в виде жидкости с пониженной точкой кипения, и который связан отводящим паропроводом со входом паротурбогенератора, а подводящим гидроканалом - с гидравлическим насосом, соединенным с выходом холодильника-конденсатора пара жидкого теплоносителя, причем вход последнего соединен вторым паропроводом с выходом паротурбогенератора, за счет чего создан, по меньшей мере, один дополнительный контур производства электрической энергии, электрогенератор в котором применен как независимый источник электрогенерации параллельно электрогенератору ветротурбины, при этом холодильник-конденсатор пара жидкого теплоносителя содержит конденсирующий трубный коллектор, соединенный по циркуляционному каналу охлаждающего рабочего тела со входом автономного теплового преобразователя, нагретый тепловой отвод которого связан со вспомогательным теплогенератором, размещенным в заборном канале и выполненным в виде кольцевого трубного коллектора, охватывающего центральную ось, на трубах которого закреплены воздухонаправляющие теплопроводные пластины, при этом на территории теплоэлектростанции установлен влагоконденсирующий трубный коллектор, который выполнен посредством плоских трубопроводов и который расположен в окружающей воздушной среде, в частности, по периметру теплоэлектростанции, причем последний подключен своими отводящими каналами ко второму тепловому преобразователю как к средству охлаждения влагоконденсирующего трубного коллектора и отвода от него тепловой энергии, поступающей из окружающей воздушной среды, причем между названным вторым тепловым преобразователем и влагоконденсирующим трубным коллектором установлена охлаждающая емкость в подводящем канале к последнему, а горячий тепловой отвод второго теплового преобразователя присоединен к одному из потребителей тепловой энергии, при этом ниже уровня влагоконденсирующего трубного коллектора размещен водосборный канал, подключенный к средствам подготовки и накопления товарной питьевой воды и емкости дистиллированной воды для внутреннего технологического применения.

2. Теплоэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в охлаждающей емкости размещен трубный коллектор, подключенный к водосборному каналу и емкости дистиллированной воды внутреннего технологического применения.

3. Теплоэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что к водосборному каналу подключена теплоизолированная морозильная установка, в которой размещены короба для замораживания части сконденсированной воды и расфасовки товарного льда, причем морозильная установка своим генератором холода находится в контакте с названными коробами, а своим горячим тепловым отводом - с автономной емкостью, заполненной теплоносителем и подключенной к названному вспомогательному теплогенератору.