СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ПРИРОДНУЮ ЭНЕРГИЮ, И СИСТЕМА ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2016 года по МПК F03D9/00 F03D3/04 F03G6/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе генерации электроэнергии на основе накопления энергии и, в частности, относится к способу генерации электроэнергии на основе накопления энергии, с использованием природного энергетического ресурса ветра, и к системе генерации электроэнергии, реализующей указанный способ.

Уровень техники

Системы генерации электроэнергии на основе энергии ветра привлекают большое внимание во всем мире и в последнее время, ввиду неисчерпаемости энергии ветра, в этом направлении были сделаны огромные достижения. В стадию промышленного использования уже вошли и обычный ветровой генератор с лопастями, приводимыми в действие естественным ветром, и генератор, приводимый в действие механической энергией, преобразованной из солнечной энергии. Но все вышеуказанные конструкции, использующие энергию ветра и солнечную энергию, обладают недостатками, например зависимостью от естественных условий ветровой обстановки и солнечного излучения, сложной структурой и низким коэффициентом полезного действия. Здесь описаны средства использования комбинации энергии ветра с солнечной энергией, направленные на устранение указанных недостатков.

В настоящее время самая сложная техническая проблема при генерации электроэнергии на основе нестабильных источников природной энергии, таких как солнечная энергия, энергия ветра и т.д., состоит в невозможности получения стабильной электрической выходной мощности. Этот недостаток еще более очевиден при соединении с общественной электрической энергосистемой. Хотя в современных ветровых электростанциях и используется дорогая система согласования частоты, эта техническая проблема еще не имеет удовлетворительного решения. Это одно из узких мест, препятствующих широкому использованию такой экологически чистой энергии, как энергия ветра.

В заявке на патент Китая CN 201110259228.9 описан способ генерации электроэнергии на основе операций накопления и разделения энергии с использованием сжатого воздуха и устройства генерации электроэнергии. Способ генерации электроэнергии на основе операций накопления и разделения энергии с использованием сжатого воздуха содержит шаги, на которых: ветровое колесо преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию; ветровое колесо запускает воздушный компрессор и производит сжатый воздух; сжатый воздух накапливают в резервуаре для хранения воздуха; сжатый воздух приводит в действие воздушный двигатель или паровую турбину; воздушный двигатель или паровая турбина приводит в действие генератор для генерации электроэнергии; а затем накапливают избыточную электроэнергию. Использующее сжатый воздух устройство генерации электроэнергии на основе накопления энергии ветра содержит ветровое колесо, увеличивающую скорость коробку передач, воздушный компрессор, резервуар для хранения воздуха, электрораспределитель, воздушный двигатель или паровую турбину и генератор. Хотя этот способ и устройство могут решить проблему со стабильностью электрической выходной мощности, но имеет место большой недостаток, связанный с производительностью и размерами электростанции, поскольку они могут быть применены только к малым электростанциям при достаточной энергии ветра.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание способа нового поколения, использующего природную энергию, в котором природная энергия, такая как энергия ветра, солнечная энергия, световая энергия, ночная солнечная энергия, геотермальная энергия, циклическая энергия механического тепла преобразуется сначала в энергию сжатого воздуха, а затем сжатый воздух рассматривают как источник мощности, подающий электроэнергию в электрическую сеть или подающий энергию для транспортных средств, так что наблюдаемая при известном уровне техники и связанная с нестабильным природным ресурсом техническая проблема решена здесь посредством технического решения с более низкой стоимостью, причем устранено узкое место, препятствующее использованию энергии ветра.

Настоящее изобретение также направлено на выполнение системы генерации электроэнергии, использующей природную энергию и реализующей вышеуказанный способ, такой как система генерации электроэнергии на основе энергии ветра.

Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение сначала реализует способ генерации электроэнергии с использованием природной энергии системы генерации и накопления электроэнергии на основе накопления энергии, в котором использована объединенная электростанция для генерации электроэнергии и приведения в действие устройства сжатия воздуха, а также использовано устройство сжатия воздуха для получения сжатого воздуха в качестве среды аккумулирования энергии с последующим хранением сжатого воздуха в N группах устройств для хранения воздуха, причем затем сжатый воздух полагают основным источником движущей силы или вспомогательным источником движущей силы для других электростанций, чтобы достигнуть функции стабилизации и регулирования компенсации пиковой нагрузки.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция представляла собой ветровую электростанцию, причем, в частности, предпочтительно, чтобы она представляла собой использующую объединенную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция с воздуховодной шахтой генерировала электроэнергию посредством ветрового генератора, приводящего в действие воздушный компрессор, а сжатый воздух хранился в резервуарах для хранения воздуха; указанные резервуары для хранения воздуха присоединены к другим электростанциям, количество которых больше одной, причем сжатый воздух поступает на электростанцию в качестве основного источника движущей силы или в качестве источника для регулирования компенсации пиковой нагрузки.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция представляла собой гидроэлектростанцию.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция представляла собой электростанцию, использующую энергию волн.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция представляла собой электростанцию, использующую энергию приливов и отливов.

Предпочтительно, чтобы давление указанного сжатого воздуха составляло 120-180 атмосфер.

В настоящем изобретении также предложена использующая объединенную энергию система генерации электроэнергии на основе накопления энергии, которая содержит использующую природную энергию электростанцию на основе накопления энергии, причем указанная использующая естественную энергию электростанция на основе накопления и хранения энергии присоединена к устройству сжатия воздуха для создания сжатого воздуха в качестве среды аккумулирования энергии, а устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, в котором хранится сжатый воздух, причем указанное устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям, чтобы подавать энергию для стабильной генерации электроэнергии и регулировки компенсации пиковой нагрузки электростанции.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления энергии представляла собой гидроэлектростанцию.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления и хранения энергии представляла собой электростанцию, использующую энергию волн.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления и хранения энергии представляла собой электростанцию, использующую энергию приливов и отливов.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления и хранения энергии представляла собой использующую природную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция с воздуховодной шахтой содержала установленный в ней ветровой генератор, причем ветровой генератор присоединен к устройству сжатия воздуха, а устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, используемому для хранения сжатого воздуха, и устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям.

Предпочтительно, чтобы указанная другая электростанция представляла собой использующую объединенную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой.

Предпочтительно, чтобы указанная использующая природную энергию электростанция с воздуховодной шахтой содержала воздушный двигатель, установленный в воздуховодной шахте, а выходной конец устройства для хранения воздуха был присоединен к входному концу воздушного двигателя.

Предпочтительно, чтобы указанный воздушный двигатель был присоединен к ветровому генератору указанной использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой посредством механического или электрического передаточного механизма.

Предпочтительно, чтобы указанная другая электростанция представляла собой электростанцию, использующую напорный турбогенератор, причем входной конец напорного турбогенератора присоединен к выходному концу устройства для хранения воздуха.

Предпочтительно, чтобы указанная другая электростанция представляла собой электростанцию, использующую лопастной ветровой генератор.

Указанный лопастной ветровой генератор предпочтительно содержит приводное устройство воздушной турбины, соединенное с приводным валом, причем входной конец приводного устройства воздушной турбины присоединен к выходному концу резервуара для хранения воздуха.

Предпочтительно, чтобы указанное устройство для хранения воздуха представляло собой N групп стальных железобетонных резервуаров для хранения воздуха, количество которых превышает единицу, способных выдерживать давление 120-180 атмосфер, и удовлетворяющую действующим в настоящее время гражданским стандартам на работающее под давлением оборудование емкость для воздуха, представляющую собой обернутую углеволокном емкость с облицовкой из алюминиевого сплава и клеем из эпоксидной смолы, выдерживающую давление 42 МПа.

В предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения также предложена использующая объединенную энергию электростанция, содержащая воздуховодную шахту, которая перпендикулярна земле и на основании которой установлено несколько подводящих каналов, камеру для предварительного нагрева солнечным излучением, нижняя поверхность которой расположена на одном уровне с нижней поверхностью воздуховодной шахты, а верхняя поверхность которой расположена выше указанных подводящих каналов, окружающих указанное основание, по меньшей мере один ветровой генератор с воздушным приводным устройством, установленный в воздуховодной шахте, причем указанная камера для предварительного нагрева солнечным излучением содержит тепловой коллектор и оптический коллектор, который собирает солнечный свет к тепловому коллектору, устройство регулировки пиковой нагрузки, содержащее электрический воздушный компрессор, устройство зарядки и разрядки и устройство управления распределением энергии, присоединенное к указанному ветровому генератору, причем воздушный компрессор присоединен к группе резервуаров для хранения воздуха посредством трубопровода, отверстия для впуска воздуха, соответствующие указанным подводящим каналам, выполнены вокруг указанной камеры для предварительного нагрева солнечным излучением, связаны с указанными подводящими каналами через основной ветровой канал и дополнительно снабжены вентиляторами, сжимающими и подающими воздух в камеру для предварительного нагрева солнечным излучением.

Предпочтительно, чтобы верхняя поверхность камеры для предварительного нагрева солнечным излучением представляла собой верхнюю поверхность из прозрачного стеклянного покрытия, а указанная нижняя поверхность представляла собой рефлектор, способный отражать оптическое излучение вовнутрь.

Предпочтительно, чтобы указанная камера для предварительного нагрева солнечным излучением содержала трехслойную круговую окружающую стенку, расположенную концентрически и кольцеобразно с образованием трех групп концентрических и кольцевых пространств, причем каждая группа указанных пространств разделена на три слоя указанной верхней поверхностью, а двухслойная обшивка, образуемая оптическим коллектором, помещенным между верхней поверхностью и нижней поверхностью, разделена тремя слоями; каждый кольцевой канал снабжен каналом теплового потока, соединенным с основным ветровым каналом.

Предпочтительно, чтобы указанный оптический коллектор представлял собой собирающую линзу.

Предпочтительно, чтобы указанный тепловой коллектор представлял собой основанную на циклах аккумулирующую теплоту трубку, сообщающуюся с жидкой аккумулирующей теплоту средой и заполненную такой средой.

Предпочтительно, снаружи указанной камеры для предварительного нагрева солнечным излучением выполнен жидкостной солнечный тепловой коллектор, который присоединен к указанной основанной на циклах собирающей теплоту трубке.

Предпочтительно, чтобы указанная основанная на циклах собирающая теплоту трубка была дополнительно подсоединена к системе отвода тепла посредством жидкостного охлаждения воздушного компрессора.

Предпочтительно, чтобы указанная основанная на циклах собирающая теплоту трубка была дополнительно присоединена к наземному тепловому насосу, входящему в подземную систему водяного отопления.

Предпочтительно, более чем один воздушный двигатель, используемый для приведения в действие указанного ветрового генератора, установлен в воздуховодной шахте и присоединен к указанному резервуару для хранения воздуха, причем указанные воздушные двигатели присоединены к указанному ветровому генератору через механический или электрический передаточный механизм.

Предпочтительно, чтобы указанный вентилятор был присоединен к пневматическому двигателю и электродвигателю, причем пневматический двигатель присоединен к указанному резервуару для хранения воздуха, а электродвигатель присоединен к устройству зарядки и разрядки.

Предпочтительно, чтобы ветровой генератор, используемый в вышеуказанной электростанции с воздуховодной шахтой, представлял собой устройство, установленное внутри воздуховодной шахты и содержащее устройство сужения воздуховода с суженной частью; причем генератор установлен в этом устройстве сужения, а рабочее колесо, приводящее в действие генератор для совершения поворота, размещено в месте с наименьшим диаметром в суженной части указанного устройства сужения воздуховода, причем рабочее колесо присоединено к оси ротора генератора, ось ротора проходит через генератор, открытый конец оси ротора присоединен к нагнетательной турбине и относительно указанного рабочего колеса ось ротора идет во впускном направлении указанного устройства сужения.

Предпочтительно, чтобы входное отверстие и выходное отверстие устройства сужения воздуховода были одинаковы, а его внешняя стена имела цилиндрическую форму.

Предпочтительно, чтобы две стороны продольного сечения боковой стены указанного устройства сужения воздуховода были в виде симметричных гладких плавно изменяющихся кривых с направленной внутрь выпуклой частью, причем эта гладкая плавно изменяющаяся кривая формирует указанную суженную часть.

Предпочтительно, чтобы указанная симметричная гладкая плавно изменяющаяся кривая представляла собой симметричную гиперболу.

Предпочтительно, чтобы площадь поперечного сечения указанного ветрового генератора составляла меньше 50% от площади поперечного сечения воздуховодной шахты или была равна 50%.

Предпочтительно, чтобы указанное устройство сужения воздуховода было установлено коаксиально с воздуховодной шахтой.

Предпочтительно, чтобы составная структура указанного генератора с рабочим колесом и нагнетательной турбиной полностью находилась внутри линии внешнего контура указанного устройства сужения воздуховода.

Предпочтительно, чтобы указанное рабочее колесо было присоединено к осям ротора генератора посредством передаточного механизма, используемого для увеличения частоты.

Предпочтительно, чтобы указанная нагнетательная турбина содержала передаточный механизм, используемый для регулирования угловой частоты нагнетательной турбины между осями ротора.

Предпочтительно, чтобы указанный генератор представлял собой генератор переменной частоты на постоянных магнитах.

Электростанция с воздуховодной шахтой использует объединенную энергию согласно настоящему изобретению, в которой использовано любое из вышеуказанных ветровых генераторов.

Что касается конструкции ветровой башни, использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой согласно настоящему изобретению, то предпочтителен следующий вид ветровой башни: несколько групп опорных колец воздуховодной шахты, окружающих внешнюю стену воздуховодной шахты, установлены сверху донизу, несколько точек соединения воздуховодной шахты равномерно распределены вдоль окружности на каждой группе опорных колец воздуховодной шахты; стена несущей конструкции содержит несколько групп опорных колец несущей конструкции в положениях, соответствующих указанным поддерживающим кольцам воздуховодной шахты, кроме того, точки соединения несущей конструкции равномерно распределены вдоль окружности на указанных опорных кольцах несущей конструкции; указанная точка соединения воздуховодной шахты соединена с точкой соединения несущей конструкции, причем сохранена одинаковая высота вдоль опорного стержня, один конец указанного опорного стержня соединен с указанной точкой соединения воздуховодной шахты, а другой конец соединен с точкой соединения несущей конструкции на боковой стене несущей конструкции, причем все опорные стержни симметрично распределены в плоскости.

Предпочтительно, чтобы восемь точек соединения опорного кольца воздуховодной шахты были равномерно распределены вдоль окружности на указанном опорном кольце воздуховодной шахты по отдельности и двенадцать точек соединения несущей конструкции были равномерно распределены вдоль окружности на указанном опорном кольце несущей конструкции по отдельности. На двух соответствующих опорных кольцах одинаковой высоты четыре равномерно распределенные точки соединения воздуховодной шахты и соответствующие им четыре точки соединения несущей конструкции образуют крестообразную форму посредством четырех прямолинейных опорных стержней, распределенных вдоль радиального направления, указанные точки соединения несущей конструкции присоединены к точкам соединения воздуховодной шахты посредством наклонных опорных стержней и образуют симметричную конструкцию в форме восьмиугольника. Предпочтительно, чтобы указанная несущая конструкция представляла собой конструкцию в виде стальной фермы или железобетонной конструкции; причем воздуховодная шахта представляет собой железобетонную конструкцию.

Предпочтительно, чтобы воздуховодная шахта представляла собой сращенную конструкцию с предварительно разбитой на секции железобетонной трубой.

Предпочтительно, чтобы указанная конструкция в виде стальной фермы была облицована легкими композитными панелями.

Предпочтительно, чтобы указанная легкая композитная панель представляла собой цветную композитную панель из стали и пены полиуретана.

Предпочтительно, чтобы воздуховодная шахта была выполнена посредством сращивания предварительно разбитой на секции железобетонной трубы.

Предпочтительно, чтобы все опорные кольца воздуховодной шахты или одно такое опорное кольцо воздуховодной шахты, указанное опорное кольцо несущей конструкции, опорный стержень были выполнены посредством двутавровой балки.

Настоящее изобретение описывает использующую объединенную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой, в которой для ветровой башни использована любая из вышеуказанных конструкций.

Что касается звукопоглощающего устройства, используемого в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой в соответствии с настоящим изобретением, то предпочтительно звукопоглощающее устройство, установленное наверху воздуховодной шахты электростанции, причем звукопоглощающее устройство покрывает отверстие для выпуска воздуха из воздуховодной шахты и имеет сообщение с указанной воздуховодной шахтой.

Предпочтительно, чтобы указанное звукопоглощающее устройство содержало торцевую крышку, установленную сверху ветровой башни, причем звукопоглощающее устройство содержит несколько рассредоточенных выхлопных отверстий.

Предпочтительно, чтобы указанное звукопоглощающее устройство содержало несколько групп расположенных с некоторым интервалом и коаксиально цилиндрических шумоглушительных труб, причем несколько горизонтальных выхлопных отверстий выполнены на шумоглушительных трубах; указанные торцевые крышки покрывают самую выдающуюся во внешнем направлении из указанных шумоглушительных труб с некоторым интервалом; нижнее отверстие шумоглушительной трубы связано с верхним концом воздуховодной шахты.

Предпочтительно, чтобы горизонтальные выхлопные отверстия, выполненные на указанных соседних шумоглушительных трубах, были расположены в шахматном порядке относительно друг друга.

Предпочтительно, чтобы указанная шумоглушительная труба представляла собой цилиндрическую конструкцию, содержащую больше трех слоев, по отдельности коаксиально установленных относительно воздуховодной шахты.

Предпочтительно, чтобы общая площадь выхлопных отверстий на шумоглушительной трубе каждого слоя была больше или равна площади поперечного сечения выходного отверстия воздуховодной шахты.

Предпочтительно, чтобы указанные выхлопные отверстия представляли собой круговые отверстия.

Предпочтительно, чтобы указанные выхлопные отверстия представляли собой соединения в виде канавки.

Что касается указанного звукопоглощающего устройства, то оно содержит полый конусообразный конец, причем несколько выхлопных отверстий выполнены на конусной поверхности конусообразного конца.

Предпочтительно, чтобы верхний конец указанного полого конусообразного конца содержал устройство грозозащиты или предупреждения о грозе и сигнальное устройство.

Настоящее изобретение описывает использующую объединенную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой, верхний конец ветровой башни которой содержит звукопоглощающее устройство согласно каждому устройству из вышеуказанных.

Настоящее изобретение относится к системе генерации и накопления электроэнергии, использующей природную энергию, к способу генерации и накопления электроэнергии, и к электростанциям с воздуховодной шахтой, использующим объединенную энергию, которая может быть подана в эту систему 5 генерации электроэнергии, причем принцип ее работы и положительные эффекты изложены ниже.

Электростанция, использующая объединенную энергию и, в частности, содержащая подводящие каналы в основании использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой, расположена в камере для предварительного нагрева солнечным излучением, которая окружает электростанцию, причем солнечное излучение нагревает трубу, заполненную аккумулирующей тепло средой, посредством оптического коллектора, состоящего из призмы и выпуклой поверхности. Согласно требованиям, предъявляемым к проектной температуре, труба может иметь многочисленные кольца и переплетения в камере для предварительного нагрева солнечным излучением, чтобы достичь достаточной температуры, причем труба может быть дополнительно присоединена к солнечному коллектору, который имеет повышенную эффективность нагрева, к системе отвода тепла посредством жидкостного охлаждения воздушного компрессора и к подземной системе водяного отопления и т.д., с целью полного использования тепловой энергии окружающей среды, так что труба может достичь гораздо более высокой температуры, чем при непосредственном воздействии солнечного излучения. При условии расположения труб с определенной плотностью окружающий трубы воздух может быть нагрет до более высокой температуры по сравнению с облучением только солнечным светом. Нагретый воздух поступает в подводящие каналы в основании воздуховодной шахты и затем образует повышенные скорость и давление воздуха в воздуховодной шахте. Изменение природных условий, таких как интенсивность ветра, наличие облаков, интенсивность солнечного света и т.д., приводит к флуктуациям воздушного потока. Например при возникновении хороших естественных условий, приводящих к генерации излишней электроэнергии, устройство регулировки пиковой нагрузки может направлять избыточную электроэнергию в аккумуляторную батарею посредством назначения, заданного системой управления распределением энергии, или приводить в действие воздушный компрессор для подачи сжатого воздуха в резервуар для хранения воздуха. Напротив, когда генерированной электроэнергии недостаточно, устройство регулировки пиковой нагрузки может высвободить вышеуказанную хранящуюся электроэнергию и подать ее на вентилятор для создания эффективного вспомогательного воздушного потока, а резервуар для хранения воздуха может приводить в действие воздушный двигатель в воздуховодной шахте для содействия работе генератора. Соответствующий размер регулируемой пиковой нагрузки может быть выбран согласно местным природным условиям, так что может быть обеспечена возможность сбалансированной генерации электроэнергии днем и ночью и на протяжении четырех времен года.

Равномерно распространяющийся восходящий воздушный поток в воздуховодной шахте имеет место в устройстве сужения воздуховода, причем воздушный поток вблизи стены воздуховодной шахты продолжает течь вверх согласно первоначальным направлению и частоты движения, а воздушный поток в центральной части воздуховодной шахты поступает в устройство сужения воздуховода. При нормальной работе нагнетательная турбина сжимает воздушный поток, поступающий во входное отверстие воздуховода, и ускоряет воздушный поток по направлению к верхнему рабочему колесу, причем воздушный поток дополнительно сжат суженной частью воздуховода с образованием параллельного потока с увеличенной скоростью и повышенным давлением, толкающего рабочее колесо для приведения в действие генератор для генерации электроэнергии. Тем временем, часть выходной мощности рабочего колеса отводится и поступает на нагнетательную турбину, что приводит в действие турбину с целью сжатия и ускорения введенного воздушного потока. Согласно принципам механики текучих сред внутренняя структура с симметричным гиперболическим сечением представляет собой форму сечения, заставляющую текучую среду течь по большей части равномерно с максимальным проявлением вытяжного эффекта, причем сечение имеет сравнительно большой проем и максимально приспособлено к уменьшению перепадов частоты и давления между впускаемыми или выпускаемыми воздушными потоками во входном или выходном отверстии воздуховода и окружающим воздушным потоком, и нет возможности легкого возникновения турбулентного потока, то есть возмущение всего перемещения воздушного потока минимально, и устранен основной источник шума. Таким образом, предпочтительно, чтобы продольное сечение боковой стены воздуховода представляло собой симметричную гиперболу. Согласно частоте вращения или частоте дополнительного генератора и конструкции воздуховода, разумные частоты вращения рабочего колеса и нагнетательной турбины вряд ли могут быть скоординированы. Соответствующий передаточный механизм может быть введен для координации частот вращения, так что и рабочее колесо, и нагнетательная турбина достигают оптимальной эффективности работы.

Устройство сужения воздуховода по возможности коаксиально установлено в центральной части воздуховодной шахты, и его площадь поперечного сечения не превышает 50% от площади поперечного сечения воздуховодной шахты. Такая конфигурация обеспечивает относительно малое вмешательство в окружающий воздушный поток и имеет преимущество, заключающееся в восстановлении частоты и давления рабочего воздушного потока, что гарантирует эффективную работу устройства генерации следующего уровня.

Выбор генератора переменной частоты на постоянных магнитах, имеющего простую конструкцию, может упростить техническое обслуживание. Такой генератор легко применим в условиях относительной нестабильности значения мощности на входе.

При использовании вышеуказанной структуры несущая конструкция поддерживает воздуховодную шахту в несущей конструкции и жестко формирует всю часть посредством симметрично распределенных опорных стержней, причем в несущей конструкции использована легко собираемая конструкция в виде стальной фермы, а симметрично распределенные опорные стержни обеспечивают стабильную сбалансированную поддержку в каждом направлении. Поскольку воздуховодная шахта не предназначена для поддержки нагрузки, она может быть выполнена из сращиваемых предварительно разбитых на секции железобетонных труб, что резко увеличивает эффективность строительства и уменьшает сложности при строительстве и, кроме того, гарантирует стандарт гладкости внутренней стены воздуховодной шахты. Такой подход выгоден для построения мощной электростанции с воздуховодной шахтой, в которой создаются высокие давление и скорость. Равномерный восходящий воздушный поток в воздуховодной шахте поступает в звукопоглощающее устройство через выходное отверстие шахты и выходит через многочисленные выпускные отверстия, распределенные по звукопоглощающему устройству. Больше не происходит резкое столкновение воздушного потока с внешней атмосферой, что делает выхлоп в большей степени равномерным, больше не возникает шум выхлопа и уменьшено непосредственное разрушение верхней структуры ветровой башни.

Устройство генерации и накопления электроэнергии, использующее объединенную энергию, производит и хранит сжатый воздух посредством воздушного компрессора, присоединенного к электростанции, в частности к использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой, так что сжатый воздух представляет собой аккумулирующую энергию среду и основную движущую силу для другой электростанции, использующей объединенную энергию, в частности, для подачи электроэнергии в электрическую сеть, или вспомогательную движущую силу для стабилизации частоты и регулировки пиковой нагрузки. Его конструкция проста, а стоимость намного меньше, чем у обычной электрической или механической системы управления с той же самой функцией.

В настоящем изобретении указанная объединенная энергия, в частности, относится к одному типу природной энергии, например к энергии ветра, гидроэнергии, солнечной энергии, энергии приливов и отливов, энергии волн или к комбинации этих типов.

Использующая объединенную энергию электростанция с воздуховодной шахтой по настоящему изобретению и технические решения, раскрытые в серии патентов заявителя и относящиеся к перемещению транспортных средств посредством двигателя на сжатом воздухе, образуют систему рециркуляции экологически чистой энергии.

Технические особенности настоящего изобретения далее подробно описаны посредством примеров осуществления изобретения со ссылками на чертежи.

Описание чертежей

На фиг. 1 схематически показана полная конфигурация одного предпочтительного варианта реализации использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематически показано поперечное сечение каркасной конструкции в одном предпочтительном варианте реализации камеры для предварительного нагрева солнечным излучением в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 схематически показан вид с пространственным разделением частей ветрового генератора, применяемым в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой.

На фиг. 4 схематически показан трехмерный вид рабочего колеса на фиг. 3.

На фиг. 5 схематически показан трехмерный вид нагнетательной турбины на фиг. 3.

На фиг. 6 схематически показан вид, иллюстрирующий структуру соединений в одном поперечном сечении ветровой башни на фиг. 1.

На фиг. 7 схематически показан вид с пространственным разделением частей одного предпочтительного варианта конструкции звукопоглощающего устройства, используемого в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой.

На фиг. 8 схематически показана принципиальная блок-схема системы генерации и накопления электроэнергии, использующей объединенную энергию в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 9 схематически показан вид варианта реализации системы генерации и накопления электроэнергии, использующей объединенную энергию, на фиг. 8.

Список позиционных обозначений на чертежах:

использующая объединенную энергию электростанция 1 с воздуховодной шахтой, ветровая башня 10, несущая башня 11, воздуховодная шахта 12, опорное кольцо 110 несущей конструкции, точка 111 соединения несущей конструкции, опорное кольцо 120 воздуховодной шахты, точка 121 соединения воздуховодной шахты, опорный кронштейн 122 ветрового генератора, звукопоглощающее устройство 13, конусообразный конец 131, выхлопное отверстие 132, концевая крышка 133, шумоглушительная трубка 134, выхлопное отверстие 135, камера 20 предварительного нагрева солнечным излучением, отверстие 21 для впуска воздуха, канал 210 теплового потока 210, основной ветровой канал 211, стеклянное верхнее покрытие 22, окружающая стена 220, вертикально стоящая колонна 221, рефлектор 23, собирающая линза 24, основанная на циклах аккумулирующая теплоту труба 25, солнечный жидкостной тепловой коллектор 26, наземный тепловой насос 27, система 30 регулирования пиковой нагрузки, устройство 31 управления распределением энергии, резервуар 32 для хранения воздуха, устройство 33 зарядки и разрядки, кабель 34 цепи управления, электродвигатель 35, воздушный компрессор 36, вентилятор 37, напорный двигатель 38, воздушный канал 39, ветровой генератор 40, генератор 401, рабочее колесо 402, нагнетательная турбина 403, передаточный механизм 404, внутренняя стена 405 устройства сужения воздуховода, внешняя стена 406 устройства сужения воздуховода, выходное отверстие 407 устройства сужения воздуховода, входное отверстие 408 устройства сужения воздуховода, поддерживающий кронштейн 409 генератора, суженная часть Н устройства сужения воздуховода, кабельный трубопровод 41, зарядный кабель 42, воздушный двигатель 43, прямолинейный опорный стержень 50, наклонный опорный стержень 51, напорный турбогенератор 6, лопастный ветровой генератор 7.

Подробное описание вариантов реализации изобретения

На фиг. 1 показана использующая объединенную энергию электростанция с воздуховодной шахтой, содержащая ветровую башню 10. Ветровая башня перпендикулярна поверхности земли и содержит поддерживающий кронштейн 11 башни со стальной каркасной конструкцией или железобетонной конструкцией, окружающей и поддерживающей воздуховодную шахту 12. В основании воздуховодной шахты 12 установлены четыре подводящих канала, причем основание окружено камерой для предварительного нагрева солнечным излучением, которая может покрывать указанные подводящие каналы, и камера для предварительного нагрева солнечным излучением содержит отверстия для впуска воздуха, соответствующие указанным подводящим каналам. Один или несколько ветровых генераторов 40 с воздушным приводным устройством установлены в воздуховодной шахте 12, и электроэнергия идет на выход из воздуховодной шахты 12 через кабель, установленный в кабельном трубопроводе 41. Камера 20 для предварительного нагрева солнечным излучением содержит прозрачное стеклянное верхнее покрытие 22 и окружает основание воздуховодной шахты 12, причем ее стеклянное верхнее покрытие расположено выше подводящих каналов воздуховодной шахты 12. Соответствуя подводящим каналам, четыре отверстия 21 для впуска воздуха расположены вокруг камеры 20 для предварительного нагрева солнечным излучением, причем каждое отверстие для впуска воздуха связано с вышеуказанными подводящими каналами через основной ветровой канал 211. Обратившись к фиг. 2, можно видеть, что сборная каркасная конструкция камеры 20 для предварительного нагрева солнечным излучением содержит окружающую стену 220, расположенную концентрически и кольцеобразно, и каркасная конструкция поддерживается прямостоящей колонной, вертикальной относительно поверхности земли, причем окружающая стена 220 и перегородочные панели, расположенные по отдельности вверх и вниз, образуют несколько кольцевых каналов воздушного потока. В настоящем примере реализации имеет место трехслойная коаксиальная кольцевая окружающая стена 220. Помимо верхней и нижней поверхностей, двухслойные перегородочные панели дополнительно выполнены между каждой окружающей стеной 220 с образованием трехслойных кольцевых каналов. Каждый кольцевой канал содержит канал 210 теплового потока, соединенный с основным ветровым каналом 211. В настоящем примере реализации изобретения каждая перегородочная панель образована собирающей линзой 24, и в фокусном положении собирающей линзы 24 расположена основанная на циклах аккумулирующая теплоту труба 25, причем основанные на циклах аккумулирующие теплоту трубы 25 расположены вдоль кольцевых каналов и заполнены жидкостью с большой теплоемкостью, например водой. Нижняя поверхность камеры 20 для предварительного нагрева солнечным излучением представляет собой рефлектор 23, способный отражать солнечный свет внутрь. За пределами камеры 20 для предварительного нагрева солнечным излучением расположен солнечный жидкостной тепловой коллектор 26, поверхность которого обычно обращена перпендикулярно направлению падения солнечного света, например может быть использован обычный солнечный водонагреватель, соединенный с аккумулирующей теплоту трубой 25, чтобы еще больше нагреть аккумулирующую теплоту среду в основанной на циклах аккумулирующей теплоту трубе 25. Кроме того, основанная на циклах аккумулирующая теплоту труба 25 соединена с системой отвода тепла посредством жидкостного охлаждения в указанном воздушном компрессоре 36, так что избыток тепла, возникающий при сжатии воздуха, может быть полностью использован. В соответствии с этим традиционный непосредственный нагрев воздуха солнечным излучением в камере для предварительного нагрева солнечным излучением заменен на сильный нагрев посредством использования главным образом основанной на циклах аккумулирующей теплоту трубы 25. Это сильно увеличивает эффективность нагрева и при этом может быть достигнута более высокая температура, чем в традиционном способе. Кроме того, это также может дополнительно стабилизировать флуктуации, связанные с изменением температуры в окружающей среде. Для регулировки пикового изменения генерируемой мощности, вызванного изменением внешних условий, таких как день и ночь, четыре сезона, энергия ветра, облачная и солнечная погода, электростанция по настоящему изобретению дополнительно содержит систему 30 регулирования пиковой нагрузки, которая дополнительно содержит электрический воздушный компрессор 36, соединенный с указанным ветровым генератором 40, и устройство 33 зарядки и разрядки, например аккумуляторную батарею, присоединенное к устройству управления зарядкой и разрядкой, причем управление и контроль всех этих устройств выполняет устройство 31 управления распределением энергии, принадлежащее к обычно используемой и общеизвестной технике. Воздушный компрессор обычно содержит теплоизлучатель с воздушным или жидкостным охлаждением, причем его принцип работы связан с пневматическими техническими средствами. Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, использован воздушный компрессор с теплоизлучателем жидкостного охлаждения, причем это выгодно с точки зрения восстановительного использования отработанного тепла.

Принцип работы устройства по настоящему изобретению описан ниже. При состоянии окружающей среды, пригодном для генерации электроэнергии, под управлением устройства распределения энергии, избыточное количество электричества запускает воздушный компрессор 36 для подачи воздуха в резервуар 32 для хранения воздуха. В то же самое время избыточное электричество снабжает энергией устройство 33 зарядки и разрядки через кабель 42 для зарядки, который присоединен к ветровому генератору. Предпочтительно, чтобы устройство 33 зарядки и разрядки представляло собой комплект аккумуляторных батарей. При неудовлетворительных для генерации электроэнергии условиях окружающей среды ветровой генератор 40 не может получать достаточно энергии для работы, и устройство 30 регулировки пиковой нагрузки посредством операций устройства 31 управления распределением энергии заставляет резервуар 32 для хранения воздуха подавать мощность на несколько воздушных двигателей 43, расположенных в воздуховодной шахте 12. Это помогает приводить в действие ветровой генератор посредством механического или электрического передаточного механизма. В то же самое время воздушный канал 39 может приводить в действие воздушный двигатель 38 с целью приведения в действие вентилятора 37 посредством механического передаточного механизма для подачи воздуха в основной ветровой канал 211. При необходимости вентилятор может приводить в действие электродвигатель 35 посредством электрического передаточного механизма, причем при этом происходит разрядка устройства 33 зарядки и разрядки через кабель 34 цепи управления. Кроме того, при подходящих условиях указанная основанная на циклах аккумулирующая теплоту труба 25 может быть присоединена к наземному тепловому насосу 27 системы нагрева геотермальной водой, и при этом происходит пополнение теплоты в аккумулирующей теплоту среде за счет геотермальной воды.

Как показано на фиг. 3, ветровой генератор 40 коаксиально установлен в центральной части воздуховодной шахты 12 и прикреплен к внутренней стене воздуховодной шахты 12 посредством нескольких опорных кронштейнов 122 ветрового генератора. Ветровой генератор 40 содержит устройство сужения воздуховода с суженной частью Н, генератор 401, установленный в этом устройстве сужения воздуховода, рабочее колесо 402, приводящее в действие генератор 401 и установленное в положении с минимальным диаметром суженной части Н в указанном устройстве сужения воздуховода, причем рабочее колесо присоединено к оси ротора генератора 401, ось ротора проходит через генератор 401, открытый конец оси ротора присоединен к нагнетательной турбине 403,и относительно указанного рабочего колеса 402 ось ротора идет во впускном направлении указанного устройства сужения. Входное отверстие устройства сужения, то есть апертура входного отверстия 408, и апертура выходного отверстия 407 устройства сужения воздуховода одинаковы, а его внешняя стена 406 имеет цилиндрическую форму.

Предпочтительно, чтобы линия внутреннего контура продольного сечения суженной части Н указанного устройства сужения воздуховода была симметричной гиперболой.

Ветровой генератор 40 в максимально возможной степени коаксиально установлен в центральной части воздуховодной шахты 12, и площадь поперечного сечения указанного ветрового генератора не превышает 50% от площади поперечного сечения воздуховодной шахты или равна 50% от этой площади, так что помеха для окружающего воздушного потока сравнительно мала, что способствует восстановлению частоты и давления действующего воздушного потока, чтобы гарантировать эффективную работу устройства генерации следующего уровня.

Как показано на фиг. 3-5, комбинированная конструкция из рабочего колеса 402, генератора 401 и нагнетательной турбины 403 полностью прикреплена к стене воздуховода посредством нескольких опорных кронштейнов генератора и попадает внутрь линии внешнего контура указанного устройства сужения воздуховода, т.е. между входным отверстием 408 и выходным отверстием 407 устройства сужения воздуховода, что может в максимальной степени уменьшить помехи для окружающего воздушного потока. Эффективная действующая частота поворота рабочего колеса 402 относительно низка по сравнению с рабочей частотой поворота генератора 401, причем рабочее колесо прикреплено к оси ротора генератора 401 через передаточный механизм 404, используемый для увеличения частоты с целью обеспечения возможности относительно высокой частоты поворота генератора 401.

Эффективная действующая частота поворота нагнетательной турбины 403 обычно совпадает с рабочей частотой поворота генератора 401 или превышает ее, а нагнетательная турбина также содержит передаточный механизм 404, используемый для регулировки частоты поворота нагнетательной турбины между осями ротора.

Предпочтительно, чтобы генератор 401 представлял собой генератор переменной частоты на постоянных магнитах, причем такая конструкция относительно проста в обслуживании и легко приспосабливаема к ситуации с нестабильной мощностью на входе. На фиг. 6 показано, что воздуховодная шахта 12 расположена в пределах несущей конструкции 11 и коаксиальна с несущей конструкцией 11. Несколько групп опорных колец 120 воздуховодной шахты, окружающих внешнюю стену воздуховодной шахты 12, установлены сверху донизу. Восемь точек 121 соединения воздуховодной шахты равномерно распределены вдоль верхней окружности на каждой группе опорных колец 120 воздуховодной шахты. Стена несущей конструкции 11 содержит несколько групп опорных колец 110 несущей конструкции в положениях, соответствующих указанным поддерживающим кольцам 120 воздуховодной шахты. Кроме того, двенадцать точек 111 соединения несущей конструкции равномерно распределены вдоль верхней окружности на указанных опорных кольцах 110 несущей конструкции. Точка 121 соединения воздуховодной шахты соединена с точкой 111 соединения несущей конструкции, причем сохранена одинаковая высота вдоль опорного стержня. Один конец опорного стержня соединен с точкой 121 соединения воздуховодной шахты, а другой конец соединен с точкой 111 соединения несущей конструкции на боковой стене несущей конструкции 11, причем все опорные стержни симметрично распределены в плоскости. В этой ситуации четыре равномерно распределенные точки соединения 121 воздуховодной шахты и соответствующие им четыре точки соединения 111 несущей конструкции образуют крестообразную форму посредством четырех прямолинейных опорных стержней, распределенных вдоль радиального направления, а указанные точки соединения несущей конструкции присоединены к точкам соединения воздуховодной шахты посредством наклонных опорных стержней 51 и образуют симметричную конструкцию в форме восьмиугольника.

Несущая конструкция 11 представляет собой конструкцию в виде стальной фермы или железобетонной конструкции в структуре ветровой башни, использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой. Воздуховодная шахта 12 представляет собой железобетонную конструкцию. Предпочтительно, чтобы воздуховодная шахта представляла собой конструкцию, выполненную посредством сращивания предварительно разбитой на секции железобетонной трубы.

Кроме того, несущая конструкция, использующая конструкцию в виде стальной фермы, облицована легкими композитными панелями. Помимо эстетической привлекательности, это также может уменьшить влияние бокового ветра на воздуховодную шахту 12. Предпочтительно, чтобы указанная легкая композитная панель представляла собой цветную композитную панель из стали и пены полиуретана.

Для увеличения прочности конструкции предпочтительно, чтобы все элементы типа (или один элемент) опорного кольца всех видов и опорного стержня были выполнены с помощью двутавровой балки.

Обратившись к фиг. 7, можно видеть, что указанное звукопоглощающее устройство 13 содержит торцевую крышку 133, установленную сверху ветровой башни 10, причем звукопоглощающее устройство 13 содержит несколько рассредоточенных выхлопных отверстий 132.

Звукопоглощающее устройство 13 содержит несколько групп расположенных с некоторым интервалом и коаксиально цилиндрических шумоглушительных труб 134. Предпочтительно, чтобы звукопоглощающее устройство 13 было образовано посредством выдвижения трех цилиндрических конструкций с различным диаметром и интервалом между ними. Несколько горизонтальных выхлопных отверстий 135 выполнены на шумоглушительных трубах, а торцевые крышки покрывают самую выдающуюся во внешнем направлении из указанных шумоглушительных труб 134 с некоторым интервалом. Нижнее отверстие шумоглушительной трубы 134 связано с верхним концом воздуховодной шахты 12.

Горизонтальные выхлопные отверстия 135 на соседних шумоглушительных трубах 134 расположены в шахматном порядке относительно друг друга, т.е. центры отверстий выхлопных отверстий 135 не расположены на одной линии друг относительно друга. Предпочтительно, чтобы была выполнена трехслойная шумоглушительная труба 134.

Звукопоглощающее устройство 13 содержит полый конусообразный конец 131, причем несколько выхлопных отверстий 132 выполнены на конусной поверхности конусообразного конца 131.

Общая площадь выхлопных отверстий 135 на шумоглушительной трубе каждого слоя больше или равна площади поперечного сечения выходного отверстия воздуховодной шахты 12.

Указанные выхлопные отверстия 135 представляют собой круговые отверстия или соединительные канавки. Соединительные канавки на каждом слое расположены в шахматном порядке друг относительно друга, чтобы исключить непосредственное прохождение воздушного потока через соседние шумоглушительные трубы 134.

Обычно, в соответствии с требованиями, верхний конец конусообразного конца 131 содержит устройство грозозащиты или предупреждения о грозе и сигнальное устройство.

На фиг. 8 показана система генерации электроэнергии на основе накопления энергии, использующая объединенную энергию. Эта система генерации электроэнергии на основе накопления энергии, в частности, содержит электростанцию на основе накопления энергии, которая присоединена к устройству сжатия воздуха для создания сжатого воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды, а устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, в котором хранится сжатый воздух, причем указанное устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям, так что система способна стабильно генерировать электроэнергию в качестве основной или вспомогательной движущей силы или регулировать пиковую нагрузку электростанции для удовлетворения требований электрической энергосистемы.

Предпочтительно, чтобы указанная объединенная энергия представляла собой один из таких видов природной энергии, как ископаемое топливо, энергия ветра, гидроэнергия, солнечная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн или их комбинация.

Для защиты окружающей среды предпочтительно, чтобы настоящее изобретение предлагало электростанцию с воздуховодной шахтой, использующей объединенную энергию в виде энергии ветра и солнечной энергии, в частности, чтобы указанная использующая объединенную энергию электростанция с воздуховодной шахтой по настоящему изобретению представляла собой электростанцию на основе накопления энергии, использующую сжатый воздух.

В частности, устройство сжатия воздуха в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой может быть установлено независимо или система сжатого воздуха, содержащаяся в системе регулирования пиковой нагрузки в использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой, может быть такой, как показано на фиг. 1. Эти два способа могут приводить к одинаковому техническому эффекту.

Обратившись к фиг. 9, можно видеть, что предпочтительный вариант реализации изобретения содержит устройство 30 регулировки пиковой нагрузки, скомбинированное с указанной использующей объединенную энергию электростанцией с воздуховодной шахтой, а выходной конец резервуара 32 для хранения воздуха из системы 30 регулирования пиковой нагрузки также подает сжатый воздух на другой ветровой генератор. В качестве общеизвестной техники выходной конец резервуара 32 для хранения воздуха обычно содержит устройство регулирования электрического напряжения и тока. Оно не входит в техническое решение, защищаемое настоящим изобретением, и не описано подробно.

Резервуар 32 для хранения воздуха присоединен к другому ветровому генератору, содержащему одну дополнительную использующую объединенную энергию электростанцию 1 с воздуховодной шахтой или все такие электростанции, напорный турбогенератор 6 и лопастный ветровой генератор 7.

Резервуар для хранения воздуха подает сжатый воздух к этим генерирующим устройствам в качестве основной движущей силы или дополнительной энергии.

Резервуар для хранения воздуха присоединен к напорному двигателю 38 из другой использующей объединенную энергию электростанции 1 с воздуховодной шахтой, напорный двигатель 38 присоединен к вентилятору 37, а вентилятор 37 установлен в отверстии 21 для впуска воздуха указанной использующей объединенную энергию электростанции 1 с воздуховодной шахтой.

Согласно вышеуказанному, использующая объединенную энергию электростанция 1 с воздуховодной шахтой содержит воздушный двигатель 43, установленный в воздуховодной шахте 12, причем выпускной конец указанного резервуара 32 для хранения воздуха дополнительно присоединен к входному концу воздушного двигателя 43. Посредством механического или электрического передаточного механизма воздушный двигатель 43 присоединен к ветровому генератору 40 из использующей объединенную энергию электростанции 1 с воздуховодной шахтой.

Резервуар 32 для хранения воздуха также может подавать приводящий в действие воздушный поток на напорный турбогенератор 6, а входной конец напорного турбогенератора 6 давления присоединен к выходному концу резервуара 32 для хранения воздуха.

Резервуар 32 для хранения воздуха также может подавать приводящий в действие воздушный поток на лопастный ветровой генератор 7. Лопастный ветровой генератор 7 содержит приводное устройство воздушной турбины, соединенное с приводным валом (не показан на фигуре). Входной конец приводного устройства воздушной турбины присоединен к выходному концу указанного резервуара 32 для хранения воздуха.

Принцип работы и конструкция приводного устройства воздушной турбины относятся к общеизвестной технике, причем существует много дополнительных конкретных технических решений, содержание которых не связано с охраной настоящего изобретения, и таким образом нет необходимости их детального описания.

Для достижения оптимальной эффективности пневматического оборудования резервуар 32 для хранения воздуха представляет собой N групп стальных железобетонных резервуаров для хранения воздуха, количество которых превышает единицу, которые выдерживают давление 120-180 атмосфер, и удовлетворяющую действующим в настоящее время гражданским стандартам на работающее под давлением оборудование емкость для воздуха, которая представляет собой обернутую углеволокном емкость с облицовкой из алюминиевого сплава и клеем из эпоксидной смолы, выдерживающую давление 42 МПа.

Согласно этому, способ генерации для использующей объединенную энергию электрической системы на основе накопления энергии, использующий электростанцию с воздуховодной шахтой, применяющей объединенную энергию 1 для генерации электроэнергии и приведение в действие воздушного компрессора 36, кроме того, производит сжатый воздух с давлением 120-180 атмосфер и хранит сжатый воздух в резервуаре 32 для хранения воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды с возможностью последующей стабильной подачи сжатого воздуха в более чем один ветровой генератор в качестве основной движущей или вспомогательной энергии.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение содержит любую комбинацию любой части этого описания.

Настоящее изобретение подробно описывает конструкцию и принцип работы использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой, и подразумеваемые предпочтительными варианты реализации использующей объединенную энергию электростанции с воздуховодной шахтой в качестве электростанции, работающей на основе накопления энергии, что представляет особый интерес для охраны окружающей среды. Но согласно сути настоящего изобретения не исключено применение другой использующей объединенную энергию электростанции в качестве электростанции, работающей на основе накопления энергии, и использование аккумулирующей энергию среды для другой электростанции в качестве основной или вспомогательной движущей силы. Эти электростанции основаны на использовании какого-либо вида природной энергии, таких как ископаемое топливо, гидроэнергия, энергия приливов и отливов, энергия волн или их комбинация, причем принцип генерации не представляет собой содержание, защищаемое настоящим изобретением, и необходимость его детального описания отсутствует.

Изобретение относится к способу генерации электроэнергии, использующему природную энергию, на основе накопления и хранения энергии и соответствующей системе генерации электроэнергии. Система сначала генерирует электроэнергию, используя природную энергию, такую как энергия ветра или солнечная энергия, и затем сжимает воздух или непосредственно сжимает воздух, а затем генерирует электроэнергию в электрическую энергосистему, используя сжатый воздух в качестве энергетического ресурса. Использующая объединенную энергию электростанция генерирует электроэнергию для приведения в действие устройства сжатия воздуха, а сжатый воздух затем используют в качестве аккумулирующей энергию среды и хранят сжатый воздух в устройстве для хранения воздуха. Затем сжатый воздух рассматривают как основной или вспомогательный источник энергии для другой электростанции, так что может быть реализована функция стабилизации регулирования пиковой нагрузки. Изобретение направлено на повышение производительности электростанции. 3 н. и 19 з.п. ф-лы,9 ил.

1. Способ генерации электроэнергии на основе накопления энергии, использующий природную энергию, включающий этапы, на которых
используют природную энергию для генерации электроэнергии,
отличающийся тем, что
используют электростанцию, работающую на природной энергии, для генерации электроэнергии и
приводят в действие устройство сжатия воздуха, а затем
используют устройство сжатия воздуха для получения сжатого воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды с последующим хранением сжатого воздуха в устройстве для хранения воздуха, причем
затем сжатый воздух полагают основным источником движущей силы или вспомогательным источником движущей силы для других электростанций.

2. Способ генерации по п. 1, в котором
указанная электростанция, работающая на природной энергии, представляет собой ветровую электростанцию.

3. Способ генерации по п. 2, в котором
указанная электростанция, работающая на природной энергии, представляет собой использующую объединенную энергию электростанцию с воздуховодной шахтой.

4. Способ генерации по п. 2, отличающийся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция с воздуховодной шахтой генерирует электроэнергию посредством своего ветрового генератора для приведения в действие воздушного компрессора, а сжатый воздух хранят в резервуаре для хранения воздуха, причем
указанный резервуар для хранения воздуха присоединен к другой по меньшей мере одной электростанции и подает сжатый воздух к электростанции в качестве основного источника движущей энергии или в качестве энергии для регулирования компенсации пиковой нагрузки.

5. Способ генерации по п. 1, отличающийся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция представляет собой гидравлическую электростанцию.

6. Способ генерации по п. 1, отличающийся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция представляет собой электростанцию, использующую энергию волн.

7. Способ генерации по п. 1, отличающийся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция представляет собой электростанцию, использующую энергию приливов и отливов.

8. Способ генерации по п. 1, отличающийся тем, что
давление указанного сжатого воздуха составляет 120-180 атмосфер.

9. Система генерации электроэнергии на основе накопления и хранения энергии, использующая природную энергию, содержащая использующую природную энергию электростанцию на основе накопления энергии, отличающаяся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления энергии содержит устройство сжатия воздуха для образования сжатого воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды, причем
устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, используемому для хранения сжатого воздуха, а
указанное устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям для подачи энергии с целью стабильной генерации электроэнергии и регулировки компенсации пиковой нагрузки.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления энергии представляет собой использующую объединенную энергию электростанцию (1) с воздуховодной шахтой.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что
указанная использующая объединенную энергию электростанция (1) с воздуховодной шахтой содержит установленный внутри нее ветровой генератор (40), причем
ветровой генератор (40) присоединен к устройству сжатия воздуха,
а устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, используемому для хранения сжатого воздуха, и
устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что указанные другие электростанции представляют собой использующие объединенную энергию электростанции (1) с воздуховодной шахтой.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что
указанная использующая объединенную энергию электростанция (1) с воздуховодной шахтой содержит воздушный двигатель (43), установленный в воздуховодной шахте (12), а
выходной конец устройства для хранения воздуха присоединен к входному концу воздушного двигателя (43).

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что
указанный воздушный двигатель (43) присоединен к воздушному двигателю (40) указанной использующей объединенную энергию электростанции (1) с воздуховодной шахтой посредством механического или электрического передаточного механизма.

15. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
указанная другая электростанция представляет собой электростанцию, использующую напорный турбогенератор (6), причем входной конец напорного турбогенератора (6) присоединен к выходному концу указанного устройства для хранения воздуха.

16. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
указанная другая электростанция представляет собой электростанцию, использующую ветровой генератор (7) лопастного типа.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что
указанный лопастной ветровой генератор (7) содержит приводное устройство воздушной турбины, соединенное с приводным валом, причем входной конец приводного устройства воздушной турбины присоединен к выходному концу указанного устройства для хранения воздуха.

18. Система по п. 9, отличающаяся тем, что указанная использующая природную энергию электростанция с накоплением энергии представляет собой гидравлическую электростанцию.

19. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция с накоплением энергии представляет собой электростанцию, использующую энергию волн.

20. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
указанная использующая природную энергию электростанция с накоплением энергии представляет собой электростанцию, использующую энергию приливов и отливов.

21. Система по любому из пп. 9-20, отличающаяся тем, что
указанное устройство для хранения воздуха представляет собой N групп стальных железобетонных резервуаров для хранения воздуха, количество которых превышает единицу, способных выдерживать давление 120-180 атмосфер, и удовлетворяющую действующим в настоящее время гражданским стандартам на работающее под давлением оборудование емкость для воздуха, представляющую собой обернутую углеволокном емкость с облицовкой из алюминиевого сплава и клеем из эпоксидной смолы, выдерживающую давление 42 МПа.

22. Электростанция с воздуховодной шахтой, использующая объединенную энергию, содержащая
воздуховодную шахту, которая перпендикулярна земле и на основании которой выполнено несколько подводящих каналов,
камеру для предварительного нагрева солнечным излучением, нижняя поверхность которой расположена на одном уровне с нижней поверхностью воздуховодной шахты и верхняя поверхность которой расположена выше указанных подводящих каналов, окружающуих указанное основание,
по меньшей мере один ветровой генератор с воздушным приводным устройством, установленный в воздуховодной шахте,
отличающаяся тем, что
указанная камера для предварительного нагрева солнечным излучением содержит
тепловой коллектор и оптический коллектор, собирающий солнечный свет к тепловому коллектору,
устройство регулировки пиковой нагрузки, содержащее электрический воздушный компрессор, устройство зарядки и разрядки и устройство управления распределением энергии, присоединенное к указанному ветровому генератору, причем воздушный компрессор присоединен к группе резервуаров для хранения воздуха через трубопровод,
отверстия для впуска воздуха, соответствующие указанным подводящим каналам, выполненные вокруг указанной камеры для предварительного нагрева солнечным излучением и сообщающиеся с указанными подводящими каналами через основной ветровой канал.