ГИБРИДНЫЙ АККУМУЛЯТОР - ТРАНСФОРМАТОР ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ (ГАТВЭ) И СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАТВЭ Российский патент 2019 года по МПК H02N1/00 

Изобретение относится к области альтернативной электроэнергетики, использующей возобновляемые источники энергии и представляет собой гибридный аккумулятор - трансформатор возобновляемой энергии, способный достаточно просто и надежно аккумулировать и трансформировать возобновляемую энергию источников альтернативной электроэнергетики в стандартную электроэнергию переменного тока промышленной частоты с помощью уже существующих электроустановок в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток.

2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Как известно, одной из причин ограниченного использования нетрадиционных источников возобновляемой энергии является их нестабильность в работе: отсутствие солнечной энергии и ветра предопределяет периодичность энергоснабжения, а неравномерная скорость ветра и интенсивность солнечного излучения приводит к нестабильности энергетических характеристик, что требует надежных и эффективных систем аккумулирования энергии, обеспечивающих стабильное и бесперебойное энергоснабжение потребителей в любое время суток. Кроме того, по причине нестабильности в работе нетрадиционных источников возобновляемой энергии не представляется сегодня простая и надежная возможность их включения в состав генерирующих мощностей единой энергетической системы, работающей по диспетчерскому графику нагрузки и потребления.

Из уровня техники известен патент на изобретение RU 2666682 от 25.04.2017 «Трансформатор постоянного тока (ТПТ) и способ функционирования ТПТ» (автор Криштоп Анатолий Михайлович (RU), в котором описан трансформатор постоянного тока, один из вариантов которого содержит, как минимум, две гальванически несвязанные между собой электрические системы шин разных классов постоянного напряжения с устройствами электрических вводов, к каждому из которых подключены стационарные буферные накопители электрической энергии постоянного тока соответствующих классов постоянного напряжения, как минимум, одну электродинамическую систему, состоящую, как минимум, из одного блока статических накопительных элементов, построенных на основе конденсаторов и трансформирующего коммутатора, переключающего каждый конденсатор, соответствующего блока статических накопительных элементов, по схеме соединения последовательно при подключении к системе шин высокого класса напряжения и/или по смешанной схеме соединения последовательно - параллельно при подключении к системе шин среднего класса напряжения и/или по схеме соединения параллельно при подключении к системе шин низкого класса напряжения. И способ функционирования трансформатора постоянного тока (далее - ТПТ), заключающийся в том, что после подачи напряжения на стационарные буферные накопители электрической энергии постоянного тока, например трех энергосистем разных классов постоянного напряжения, трансформирующий коммутатор блока электродинамической системы ТПТ, находящийся в исходном отключенном положении, начинает переключать каждый накопительный элемент, соответствующего блока накопительных элементов по схеме соединения последовательно при подключении к системе шин высокого класса напряжения и/или по смешанной схеме соединения последовательно - параллельно при подключении к системе шин среднего класса напряжения и/или по схеме соединения параллельно при подключении к системе шин низкого класса напряжения с подключением к стационарным буферным накопителям электрической энергии постоянного тока соответствующих классов постоянного напряжения, двух или нескольких систем (напряжений) постоянного тока, и при этом каждый накопительный элемент, соответствующего блока накопительных элементов трансформирующего коммутатора блока электродинамической системы будет заряжаться при подключении к стационарным буферным накопителям электрической энергии постоянного тока того класса постоянного напряжения, которые имеют более высокий уровень напряжения относительно номинального соответствующего класса постоянного напряжения и соответственно будет разряжаться при подключении к стационарным буферным накопителям электрической энергии постоянного тока того класса постоянного напряжения, которые имеют более низкий уровень напряжения относительно номинального соответствующего класса постоянного напряжения, осуществляя, таким образом, обратимое преобразование постоянного напряжения между двумя или несколькими системами (напряжений) и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения - электроэнергетике, а также радиотехнике и электронике.

Из уровня техники известны также несколько разновидностей накопителей энергии в альтернативной электроэнергетике, которые разделяются по назначению на автономные и стационарные, по строению и виду накапливаемой энергии - на механические, тепловые, электрические и индуктивные. Общий недостаток всех этих накопителей в том, что они не способны компенсировать нестабильности в работе нетрадиционных источников возобновляемой энергии достаточной для простой и надежной возможности их включения в состав генерирующих мощностей единой энергетической системы, работающей по диспетчерскому графику нагрузки и потребления.

Таким образом, присутствует актуальной задача создания устройства, способного достаточно просто и надежно аккумулировать и трансформировать возобновляемую энергию источников альтернативной электроэнергетики в стандартную электроэнергию переменного тока промышленной частоты с помощью уже существующих электроустановок в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток.

Задачей достижения технического результата, на который направлено заявленное изобретение, является создание устройства, способного достаточно просто и надежно аккумулировать и трансформировать возобновляемую энергию источников альтернативной электроэнергетики в стандартную электроэнергию переменного тока промышленной частоты с помощью уже существующих электроустановок в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток.

Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен гибридный аккумулятор - трансформатор возобновляемой энергии, характеризующийся тем, что содержит, как минимум, один первичный преобразователь возобновляемой энергии в электроэнергию постоянного тока, как минимум, один первичный трансформатор постоянного тока, который содержит дополнительно устройство контроля направления перетока мощности и который подключен стороной низкого напряжения к первичному преобразователю возобновляемой энергии в электроэнергию постоянного тока, а стороной высокого напряжения к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, как минимум, один вторичный трансформатор постоянного тока, который подключен стороной высокого напряжения к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, а стороной низкого напряжения к электрическому распределительному устройству постоянного тока, к которому подключен, как минимум, один электродвигатель постоянного тока привода дополнительного водяного насоса, подключенного к дополнительному технологическому водоводу, который подключается в технологическую схему существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции, и который предназначен для перекачивания воды из нижнего бьефа в верхний бьеф гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции для трансформации возобновляемой энергии в потенциальную энергию воды гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления.

Технический результат достигается также в способе функционирования гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии (далее - ГАТВЭ), заключающийся в том, что, на первом этапе энергия источников возобновляемой энергии через первичный преобразователь в составе ГАТВЭ преобразуется в электроэнергию постоянного тока низкого класса напряжения, затем на втором этапе трансформируется со стороны низкого класса напряжения постоянного тока через первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в высокий класс напряжения постоянного тока, затем на третьем этапе первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ подключается с контролем направления перетока мощности к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, и осуществляется передача электроэнергии постоянного тока высокого напряжения в точку подключения вторичного трансформатора постоянного тока в составе ГАТВЭ, затем на четвертом этапе осуществляется трансформация высокого класса напряжения постоянного тока через вторичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в низкий класс напряжения постоянного тока для подключения к электрическому распределительному устройству постоянного тока низкого класса напряжения в составе ГАТВЭ, к которому подключен электродвигатель постоянного тока привода дополнительного водяного насоса, в составе ГАТВЭ, и функция которого перекачивать воду по технологическому водоводу в составе ГАТВЭ из нижнего водоема в верхний водоем существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции, таким образом, завершая процесс аккумулирования и трансформирования возобновляемой энергии источников альтернативной электроэнергетики в потенциальную энергию воды существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе энергосистемы, для последующей выработки электроэнергии переменного тока промышленной частоты, в соответствии с диспетчерским графиком нагрузки и потребления в энергосистеме.

Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг. 1.

На чертеже Фиг. 1 представлена функциональная схема гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии, на которой показаны источник возобновляемой энергии 1, первичный преобразователь 2 возобновляемой энергии в электроэнергию постоянного тока, первичный трансформатор постоянного тока 3, который содержит дополнительно устройство 4 контроля направления перетока мощности, вторичный трансформатор постоянного тока 5, электрическое распределительное устройство постоянного тока 6, электродвигатель постоянного тока 7, дополнительный водяной насос 8, дополнительный технологический водовод 9, который подключен в технологическую схему существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток.

Работа гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии (далее - ГАТВЭ), по схеме на чертеже Фиг. 1 осуществляется следующим образом. При наличии действующих источников возобновляемой энергии, их энергия через первичный преобразователь в составе ГАТВЭ преобразуется в электроэнергию постоянного тока низкого класса напряжения, затем она трансформируется со стороны низкого класса напряжения постоянного тока через первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в высокий класс напряжения постоянного тока, затем первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ подключается с контролем направления перетока мощности к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, и таким образом, осуществляется передача электроэнергии постоянного тока высокого напряжения в точку подключения вторичного трансформатора постоянного тока в составе ГАТВЭ, а далее осуществляется трансформация высокого класса напряжения постоянного тока через вторичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в низкий класс напряжения постоянного тока для подключения к электрическому распределительному устройству постоянного тока низкого класса напряжения в составе ГАТВЭ, к которому подключен электродвигатель постоянного тока привода дополнительного водяного насоса, в составе ГАТВЭ, и функция которого перекачивать воду по технологическому водоводу в составе ГАТВЭ из нижнего водоема в верхний водоем существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции, таким образом, завершая процесс аккумулирования и трансформирования возобновляемой энергии источников альтернативной электроэнергетики в потенциальную энергию воды существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе энергосистемы, для последующей выработки электроэнергии переменного тока промышленной частоты, в соответствии с диспетчерским графиком нагрузки и потребления в существующей энергосистеме.

Таким образом, использование изобретения - гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии позволяет осуществлять процесс аккумулирования и трансформирования возобновляемой энергии источников альтернативной электроэнергетики в потенциальную энергию воды существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе существующей энергосистемы, для последующей выработки электроэнергии переменного тока промышленной частоты, в соответствии с диспетчерским графиком нагрузки и потребления в энергосистеме.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является создание гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии, способного достаточно просто и надежно аккумулировать и трансформировать возобновляемую энергию источников альтернативной электроэнергетики в стандартную электроэнергию переменного тока промышленной частоты с помощью уже существующих электроустановок в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток.

Литература:

1. Елистратов В.В. Использование возобновляемой энергии / учебное пособие Санкт - Петербургский государственный политехнический университет, 2008.

2. Владимир Сидорович. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир. - М.: Альпина Паблишер, 2015. - 208 с.

3. Непорожний П.С., Обрезков В.И. Введение в специальность: гидроэлектроэнергетика. М., 1982 Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. М., 1985 Аршеневский Н.Н. и др. Гидроэлектрические станции. М., 1987

Изобретение относится к области альтернативной электроэнергетики, использующей возобновляемые источники энергии, и представляет собой гибридный аккумулятор - трансформатор возобновляемой энергии, способный достаточно просто и надежно аккумулировать и трансформировать возобновляемую энергию источников альтернативной электроэнергетики в стандартную электроэнергию переменного тока промышленной частоты с помощью уже существующих электроустановок в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления для удовлетворения нужд потребителей электроэнергии в любое время суток. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибридный аккумулятор - трансформатор возобновляемой энергии, характеризующийся тем, что содержит как минимум один первичный преобразователь возобновляемой энергии в электроэнергию постоянного тока, как минимум один первичный трансформатор постоянного тока, который содержит дополнительно устройство контроля направления перетока мощности и который подключен стороной низкого напряжения к первичному преобразователю возобновляемой энергии в электроэнергию постоянного тока, а стороной высокого напряжения к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, как минимум один вторичный трансформатор постоянного тока, который подключен стороной высокого напряжения к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, а стороной низкого напряжения к электрическому распределительному устройству постоянного тока, к которому подключен как минимум один электродвигатель постоянного тока привода дополнительного водяного насоса, подключенного к дополнительному технологическому водоводу, который подключается в технологическую схему существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции и который предназначен для перекачивания воды из нижнего бьефа в верхний бьеф гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции для трансформации возобновляемой энергии в потенциальную энергию воды гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе существующих энергосистем, работающих по диспетчерскому графику нагрузки и потребления.

2. Способ функционирования гибридного аккумулятора - трансформатора возобновляемой энергии (далее - ГАТВЭ), заключающийся в том, что на первом этапе энергия источников возобновляемой энергии через первичный преобразователь в составе ГАТВЭ преобразуется в электроэнергию постоянного тока низкого класса напряжения, затем на втором этапе трансформируется со стороны низкого класса напряжения постоянного тока через первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в высокий класс напряжения постоянного тока, затем на третьем этапе первичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ подключается с контролем направления перетока мощности к проводам высоковольтной линии постоянного тока, которые смонтированы дополнительно на опорах существующих ЛЭП переменного тока в составе существующих энергосистем, и осуществляется передача электроэнергии постоянного тока высокого напряжения в точку подключения вторичного трансформатора постоянного тока в составе ГАТВЭ, затем на четвертом этапе осуществляется трансформация высокого класса напряжения постоянного тока через вторичный трансформатор постоянного тока в составе ГАТВЭ в низкий класс напряжения постоянного тока для подключения к электрическому распределительному устройству постоянного тока низкого класса напряжения в составе ГАТВЭ, к которому подключен электродвигатель постоянного тока привода дополнительного водяного насоса, в составе ГАТВЭ, и функция которого - перекачивать воду по технологическому водоводу в составе ГАТВЭ из нижнего водоема в верхний водоем существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции, таким образом, завершая процесс аккумулирования и трансформирования возобновляемой энергии источников альтернативной электроэнергетики в потенциальную энергию воды существующей гидроаккумулирующей электростанции или гидроэлектростанции в составе энергосистемы, для последующей выработки электроэнергии переменного тока промышленной частоты, в соответствии с диспетчерским графиком нагрузки и потребления в энергосистеме.