Гибридный энергетический комплекс Российский патент 2025 года по МПК F03D9/00 H02S10/12 F03D7/00 H02J7/34 

Изобретение относится к энергетике, в частности к гибридным энергетическим комплексам, и предназначено для бесперебойного электро-, тепло- и холодоснабжения локальных объектов, удаленных от систем централизованного электро- и теплоснабжения, до которых экономически нецелесообразно строить традиционные линии электропередачи, и может быть использовано на объектах нефтедобычи, на промыслах, производственных объектах и на нефтяных скважинах при добыче нефти и газа на забалансовых месторождениях, а также может быть использовано как альтернативный автономный источник электрической и тепловой энергии в различных отраслях народного хозяйства, например фермерских хозяйствах и др., с использованием возобновляемых источников энергии путем суммирования кинетической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Земли или Солнца с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного и постоянного тока высокого качества, а также путем прямого преобразования тепловой энергии Земли или Солнца.

Известен комбинированный многофункциональный энергетический комплекс (пат. РФ №95434, авторы Матвеев Н.В., Переводчиков В.И. и др.), относящийся к гибридным энергетическим комплексам и содержащий разнородные источники и накопитель электроэнергии, присоединенные к входам сетевого и автономного преобразователей, входы которых подключены к нагрузке, выходы датчиков которой присоединены к входам агрегатных систем автоматического управления каждого преобразователя, а выходы указанных систем присоединены к цепям управления каждого преобразователя, при этом сетевой преобразователь выполнен на высоковольтных вакуумных приборах, а выходы агрегатных систем управления преобразователей подсоединяются к входу блока системы управления верхнего уровня, выходы которого соединены с цепями управления вентилей каждого преобразователя.

Однако такой энергетический комплекс не может осуществлять теплоснабжение потребителей.

К гибридным энергетическим комплексам можно отнести систему автономного электроснабжения (САЭ) (пат. РФ №2698864 RU, автор Кашин Я.М.), так как она преобразует в электроэнергию механическую, световую и тепловую энергию. Она содержит ветротурбину переменной скорости вращения, фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, и сумматор тепловой энергии с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом ветротурбина жестко связана с механическим входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выход теплового преобразователя подсоединен к первому входу сумматора тепловой энергии, при этом аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, выход которого подключен ко второму входу сумматора тепловой энергии.

Однако мощность, вырабатываемая известной из пат. РФ №2698864 RU САЭ, зависит от направления ветра, так как входящая в ее состав трехвходовая аксиальная генераторная установка получает механическую энергию от ветротурбины, скорость вращения которой зависит от направления ветра. Кроме того, известная из пат. РФ №2698864 RU САЭ не может осуществлять теплоснабжение потребителей.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым автором за прототип является гибридный энергетический комплекс (пат. 2759192 RU, 16.03.2021. Гибридный энергетический комплекс / Я.М. Кашин // Опубл. 10.1.2021. Бюл №31), содержащий фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, при этом выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, при этом гибридный энергетический комплекс дополнительно содержит солнечную тепловую панель, холодильный аппарат, преобразователь «тепло-холод» и тепловой аккумулятор, выполненный с первым и вторым входами и первым и вторым выходами, при этом его первый вход подключен к солнечной тепловой панели, а его второй вход подключен к выходу блока утилизации тепла, его первый выход выполнен с возможностью подключения к потребителям тепловой энергии, а его второй выход подключен ко входу преобразователя «тепло-холод», выход которого выполнен с возможностью подключения к потребителям холода, при этом аксиальная трехвходовая генераторная установка выполнена вертикально-осевой, а выход теплового преобразователя подключен к тепловому входу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом вход холодильного аппарата выполнен с возможностью подключения к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и инвертора, а выход выполнен с возможностью подключения к потребителям холода.

Однако выходное напряжение, генерируемое преобразователем кинетической энергии ветра в электроэнергию такого гибридного энергетического комплекса (вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки), зависит от частоты вращения ротора с установленным на нем элементами электромагнитной системы установки:

где С - конструктивный коэффициент, n - скорость вращения ротора, об/мин, Ф - магнитный поток возбуждения.

Это ограничивает область применения известного гибридного энергетического комплекса: комплекс с нестабилизированным напряжением непригоден для питания потребителей электроэнергии высокого качества напрямую (без накопителей электроэнергии).

Кроме того, частота выходного напряжения f синхронного генератора (генераторной установки) выражается следующим соотношением:

где n - скорость вращения ротора, об/мин.

Однако скорость вращения ротора генераторной установки непостоянна из-за того, что скорость ветра непрерывно изменяется в течение суток. Следовательно, частота выходного напряжения известного из пат. №2759192 RU гибридного энергетического комплекса при преобразовании кинетической энергии ветра в электроэнергию также не будет постоянной.

Кроме того, в принятом за прототип гибридном энергетическом комплексе не предусмотрено автоматическое подключение к локальной сети переменного тока резервного источника электроснабжения (аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора) при отсутствии ветра или его малой скорости. Это вызывает определенные неудобства, связанные с перерывами в электроснабжении потребителей и необходимостью постоянного контроля за параметрами напряжения на выходе гибридного энергетического комплекса.

Задачей изобретения является усовершенствование гибридного энергетического комплекса, позволяющее расширить область его применения и обеспечить улучшение его эксплуатационно-технических характеристик.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение автоматического подключения потребителей к резервному источнику электроснабжения, стабилизация выходного напряжения гибридного энергетического комплекса по величине и по частоте.

Технический результат достигается тем, что в состав предлагаемого гибридного энергетического комплекса (ГЭК), содержащего фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, вертикально-осевую трехвходовую аксиальную генераторную установку, имеющую механический, световой и тепловой входы, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью подключения через первый выпрямитель к локальной сети переменного тока и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, выход которого подключен к тепловому входу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, солнечную тепловую панель, холодильный аппарат, преобразователь «тепло-холод» и тепловой аккумулятор, выполненный с первым и вторым входами и первым и вторым выходами, при этом его первый вход подключен к солнечной тепловой панели, а его второй вход подключен к выходу блока утилизации тепла, его первый выход выполнен возможностью подключения к потребителям тепловой энергии, а его второй выход подключен ко входу преобразователя «тепло-холод», выход которого выполнен с возможностью подключения к потребителям холода, при этом вход холодильного аппарата выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока и к инвертору, а выход выполнен с возможностью подключения к потребителям холода, дополнительно включают автомат пуска приводного дизеля, содержащий измеритель напряжения, усилитель постоянного тока и реле с нормально-разомкнутыми контактам, аксиальный преобразователь частоты, выход которого выполняют с возможностью подключения к локальной сети переменного тока, второй и третий выпрямители, дифференциально-минимальное реле, содержащее поляризованное реле с нормально-разомкнутыми контактами и контактор с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактам, выполненный с возможностью подключения к аккумуляторной батарее через нормально разомкнутые контакты поляризованного реле, при этом выход вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки подключают к первому входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через второй выпрямитель и выполняют с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-замкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле, а выход аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора подключают ко второму входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через третий выпрямитель и выполняют с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-разомкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле, при этом вход измерителя напряжения подключают к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а его выход подключают ко входу усилителя постоянного тока автомата пуска приводного дизеля, к выходу которого подключают обмотку реле, а стартер приводного дизеля выполняют с возможностью автоматического подключения к аккумуляторной батарее через замкнутые нормально-разомкнутые контакты реле.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет обеспечить автоматическое подключение потребителей к резервному источнику электроснабжения и стабилизировать выходное напряжение гибридного энергетического комплекса по величине и по частоте.

Расширение области применения гибридного энергетического комплекса достигается стабилизацией его выходного напряжение по величине и по частоте путем дополнительного введения в состав гибридного энергетического комплекса аксиального преобразователя частоты, выход которого выполняют с возможностью подключения к локальной сети переменного тока, а вход - с возможностью подключения к выходу вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки или к выходу аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора. При отклонении выходного напряжения основного или резервного источника питания, подключенного ко входу аксиального преобразователя частоты, по величине или по частоте из-за изменения скорости вращения ротора вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки, обусловленного изменением скорости ветра, или изменением напряжения по величине или по частоте, обусловленного изменением нагрузки, аксиальный преобразователь частоты обеспечивает стабилизацию выходного напряжения по величине, уменьшая при этом колебания частоты и длительность переходного процесса регулирования выходного напряжения при изменении тока нагрузки, улучшая таким образом качество электрической энергии (Пат. 2781082 RU, 12.04.2022. Аксиальный преобразователь частоты / Я.М. Кашин, А.Б. Варенов, P.P. Бордиян // Опубл. 05.10.2022. Бюл №28), генерируемой предлагаемым гибридным энергетическим комплексом.

Автоматическое подключение потребителей к резервному источнику электроснабжения обеспечивается дополнительной установкой автомата пуска приводного дизеля, содержащего измеритель напряжения, усилитель постоянного тока и реле с нормально-разомкнутыми контактами.

Измеритель напряжения, вход которого подключен к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выход - ко входу усилителя постоянного тока автомата пуска приводного дизеля, сравнивает выходное напряжение вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки с нормативным и в случае снижения его от нормативного более, чем на 10% подает напряжение на вход усилителя постоянного тока. Усилитель постоянного тока подает напряжение на обмотку реле, которое замыкает свои нормально-разомкнутые контакты, которыми и подключает стартер приводного дизеля к аккумуляторной батарее.

Этим обеспечивается автоматический запуск приводного дизеля при уменьшении выходного напряжения вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки более, чем на 10% от нормативного.

Кроме того, автоматическое подключение потребителей к резервному источнику электроснабжения достигается введением в состав гибридного энергетического комплекса второго и третьего выпрямителей, дифференциально-минимального реле, содержащего поляризованное реле с нормально-разомкнутыми контактами и контактор с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами.

Подключение выхода основного источника электроснабжения - вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки -через второй выпрямитель к первому входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле и выхода резервного источника электроснабжения - аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора - ко второму входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле позволяет сравнить выходное напряжение этих источников, а возможность подключения их ко входу аксиального преобразователя частоты через соответственно нормально-замкнутые контакты или через нормально-разомкнутые контакты выполненного с возможностью подключения к аккумуляторной батарее через нормально разомкнутые контакты поляризованного реле контактора дифференциально-минимального реле позволяет подключить ко входу аксиального преобразователя частоты тот источник электроснабжения, на выходе которого напряжение соответствует нормативному.

Таким образом, совокупность представленных признаков позволяет обеспечить улучшение эксплуатационно-технических характеристик гибридного энергетического комплекса, которое выражается в улучшении качества выходного напряжения и в повышении надежности электроснабжения потребителей путем обеспечения возможности автоматического подключения потребителей к резервному источнику электроснабжения.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявленного гибридного энергетического комплекса, на фиг. 2 - схема подключения вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки и аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора к аксиальному преобразователю частоты посредством дифференциально-минимального реле, на фиг. 3 - схема подключения приводного дизеля к аккумуляторной батарее через автомат пуска приводного дизеля.

На фиг. 1, 2 обозначено: ФЭП - фотоэлектрический преобразователь; СТП - солнечная тепловая панель; ТП - тепловой преобразователь; И - инвертор; B1, В2, В3 - первый второй и третий выпрямители соответственно; АБ - аккумуляторная батарея; ВО ТАГУ - вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка; М - приводной дизель (мотор); АМБСГ - аксиальный многофазный бесконтактный синхронный генератор; БУТ -блок утилизации тепла приводного дизеля; ДМР - дифференциально-минимальное реле; АПЧ - аксиальный преобразователь частоты; АППД - автомат пуска приводного дизеля; ~П_ЭI, ~П_ЭII и ~П_ЭIII - потребители, электрической энергии трехфазного переменного синусоидального тока I, II, и III категорий соответственно; = П_Э - потребители электрической энергии постоянного тока; Пт - потребители тепловой энергии; Пх - потребители холода; ХА - холодильный аппарат, _______- электрическая связь; - тепловая связь; - холодосвязь; - механическая связь; - электрический выключатель; - нормально разомкнутые контакты; - нормально-замкнутые контакты.

Гибридный энергетический комплекс (ГЭК) содержит (фиг. 1) фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 1, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока; приводной дизель (мотор М) 16, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором (АМБСГ) 11, выполняющий роль резервного источника электроснабжения; вертикально-осевую трехвходовую аксиальную генераторную установку (ВО ТАГУ) 17, имеющую механический, световой и тепловой входы и выполняющую роль основного источника электроснабжения; аккумуляторную батарею (АБ) 19, выполняющую роль аварийного источника электроснабжения и выполненную с возможностью подключения через первый выпрямитель (В₁) 3 к локальной сети переменного тока 10 и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока (=П_Э) и через инвертор (И) 2 к потребителям переменного тока (~П_ЭI, ~П_ЭII и ~П_ЭIII), тепловой преобразователь (ТП) 9, выход которого подключен к тепловому входу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки 17; солнечную тепловую панель (СТП) 5; холодильный аппарат (ХА) 14; преобразователь «тепло-холод» (Т-Х) 13 и тепловой аккумулятор (ТА) 12, выполненный с первым и вторым входами и первым и вторым выходами.

Выход фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 1 соединен со световым входом вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки (ВО ТАГУ) 17.

Приводной дизель М 16 сообщен с блоком утилизации тепла (БУТ) 15.

Первый вход теплового аккумулятора (ТА) 12 подключен к солнечной тепловой панели (СТП) 5, а его второй вход подключен к выходу блока утилизации тепла (БУТ) 15. Первый выход теплового аккумулятора (ТА) 12 выполнен возможностью подключения к потребителям тепловой энергии (Пт), а его второй выход подключен ко входу преобразователя «тепло-холод» (Т-Х) 13, выход которого выполнен с возможностью подключения к потребителям холода (Пх).

Вход холодильного аппарата (ХА) 14 выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока 10 и инвертору (И) 2, а выход выполнен с возможностью подключения к потребителям холода (Пх).

Дополнительно гибридный энергетический комплекс содержит (фиг. 1, 2, 3) автомат пуска приводного дизеля (АППД) 18, содержащий измеритель напряжения (ИН) 28, усилитель постоянного тока (УПТ) 27 и реле (Р) 26 с нормально-разомкнутыми контактами (Р1) 25; аксиальный преобразователь частоты (АГТЧ) 8, выход которого выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока 10; второй 4 и третий 6 выпрямители (В₂ и В₃ соответственно); дифференциально-минимальное реле (ДМР) 7, содержащее поляризованное реле (ПР) 24 с нормально-разомкнутыми контактами (К_ПP) 20 и контактор (К) 21 с нормально-замкнутыми (К1) 22 и нормально-разомкнутыми контактами (К2) 23, выполненный с возможностью подключения к аккумуляторной батарее (АБ) 19 через нормально разомкнутые контакты (К_ПP) 20 поляризованного реле (ПР) 24. Выход вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки (ВО ТАГУ) 17 подключен к первому входу поляризованного реле (ПР) 24 дифференциально-минимального реле (ДМР) 7 через второй выпрямитель (B₂) 4 и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты (АПЧ) 8 через нормально-замкнутые контакты (К1) 22 контактора (К) 21 дифференциально-минимального реле (ДМР) 7, а выход аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора (АМБСГ) 11 подключен ко второму входу поляризованного реле (ПР) 24 дифференциально-минимального реле (ДМР) 7 через третий выпрямитель (B₃) 6 и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты (АПЧ) 8 через нормально-разомкнутые контакты 23 контактора (К) 21 дифференциально-минимального реле (ДМР) 7.

Вход измерителя напряжения (ИН) 28 (фиг. 3) подключен к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки (ВО ТАГУ) 17, а его выход подключен ко входу усилителя постоянного тока (УПТ) 27 автомата пуска приводного дизеля (АППД) 18. К выходу усилителя постоянного тока (УПТ) 27 подключена обмотка реле (Р) 26. Стартер (на фиг. 3 не показан, как не относящийся к существу изобретения) приводного дизеля М 16 выполнен с возможностью автоматического подключения к аккумуляторной батарее (АБ) 19 через замкнутые нормально-разомкнутые контакты (Кр) 25 реле Р 26.

Предлагаемый ГЭК преобразует в электрическую энергию следующие виды энергии:

- химическую энергию топлива, преобразуемую приводным дизелем М 16 в механическую энергию вращательного движения ротора аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора АМБСГ 11;

- кинетическую энергию ветра, преобразуемую лопастями вертикально-осевой трехвходовой генераторной установки ВО ТАГУ 17 в механическую энергию вращения ротора ВО ТАГУ 17;

- световую энергию Солнца, преобразуемую фотоэлектрическим преобразователем ФЭП 1 в электрическую энергию постоянного тока для запаса ее аккумуляторной батареей АБ 19, подачи на вход инвертора И 2 и на световой вход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17;

- тепловую энергию Солнца (или другого источника тепла), преобразуемую тепловым преобразователем ТП 9 в электрическую энергию постоянного тока и подаваемую на тепловой вход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17.

Первичными источниками электроэнергии в ГЭК являются:

- вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка ВО ТАГУ 17 (основной источник электроснабжения), в обмотке якоря которой вырабатывается многофазное (трехфазное) переменное синусоидальное напряжение 220/380 В, 50 Гц;

- аксиальный многофазный бесконтактный синхронный генератор АМБСГ 11 (резервный источник питания), также вырабатывающий многофазное (трехфазное) переменное синусоидальное напряжение 220/380 В, 50 Гц;

- аккумуляторная батарея АБ 19, преобразующая химическую энергию в электрическую энергию постоянного тока (аварийный источник электроснабжения).

Вторичным (аварийным) источником электрической энергии переменного тока является инвертор И 2, преобразующий постоянное напряжение, вырабатываемое аккумуляторной батареей АБ 19, в квазисинусоидальное трехфазное переменное напряжение 220/380 В, 50 Гц.

При этом «излишки» электрической энергии постоянного тока, генерируемой фотоэлектрическим преобразователем ФЭП 1, а также электрической энергии переменного тока системы ВО ТАГУ 17 - М 16 - АМБСГ 11, предварительно выпрямленного в первом выпрямителе В1 3, аккумулируются в аккумуляторной батарее АБ 19.

Потребители электрической энергии переменного тока согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяются на потребители I, II и III категории (~П_ЭI, ~П_ЭII и ~П_ЭIII) и разделены между собой выключателями нагрузки. Помимо этого в ГЭК предусмотрено питание потребителей постоянного тока = П_Э.

Источниками тепловой энергии (тепло-холод) в ГЭК являются:

- тепловая энергия Солнца, преобразуемая солнечной тепловой панелью СТП 5 в тепловую энергию системы, которая затем аккумулируется в тепловом аккумуляторе ТА 12;

- часть энергии топлива в виде тепловых потерь приводного дизеля М 16, которые целенаправленно утилизируются блоком утилизации тепла БУТ 15, а затем передаются в тепловой аккумулятор ТА 12 для накопления тепловой энергии, ее преобразования (при необходимости) и дальнейшего использования потребителями тепла Пт и холода Пх.

ГЭК работает следующим образом.

1. Снабжение потребителей электрической энергией постоянного и переменного тока.

а) при наличии в достаточном количестве кинетической энергии ветра и световой энергии Солнца.

Воздушный поток (ветер) набегает на ветроколеса (механический вход ВО ТАГУ) 17, установленные на вертикальном валу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17, которые преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения. Фотоэлектрический преобразователь ФЭП 1 преобразует световую энергию Солнца в электрическую энергию постоянного тока. С выхода фотоэлектрического преобразователя ФЭП 1 электроэнергия постоянного тока поступает на световой вход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17, на вход инвертора И 2 и на аккумуляторную батарею АБ 19 для ее зарядки. Тепловой преобразователь ТП 9 преобразует тепловую энергию Солнца или другого источника тепла в электрическую энергию постоянного тока. С выхода теплового преобразователя ТП 9 электроэнергия постоянного тока поступает на тепловой вход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17. Вертикально-осевая трехвходовая аксиальная генераторная установка ВО ТАГУ 17 суммирует поступающую на ее механический, световой и тепловой входы механическую, световую и тепловую энергию, соответственно, преобразует суммарную энергию в электрическую энергию переменного тока. Выходное напряжение ВО ТАГУ 17 через второй выпрямитель В24 поступает на обмотку поляризованного реле ПР 24 дифференциально-минимального реле ДМР 7 (фиг .2). Под действием этого напряжения по обмотке поляризованного реле ПР 24 протекает электрический ток в прямом направлении. При этом нормально-разомкнутые контакты К_ПP 20 поляризованного реле ПР 24 находятся в разомкнутом состоянии, напряжение от аккумуляторной батареи АБ 19 на обмотку контактора К 21 не поступает, нормально замкнутые контакты К1 22 контактора К 21 находятся в замкнутом состоянии. Напряжение с выхода ВО ТАГУ 17 через замкнутые нормально замкнутые контакты К1 22 контактора К 21 поступает на вход аксиального преобразователя частоты АПЧ 8. С выхода аксиального преобразователя частоты АПЧ 8 напряжение поступает в локальную сеть переменного тока 10 для питания потребителей переменного тока ~П_ЭI, ~П_ЭII и ~П_ЭIII, а также через первый выпрямитель В1 3 на аккумуляторную батарею АБ 19 для ее подзарядки и к потребителям постоянного тока = П_Э.

Измеритель напряжения ИН 28 (фиг.3) автомата пуска приводного дизеля АППД 18, вход которого подключен к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17, а выход - ко входу усилителя постоянного тока УПТ 27, сравнивает выходное напряжение вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17 с нормативным.

б) при отсутствии в достаточном количестве кинетической энергии ветра и световой энергии Солнца.

При слабом ветре в случае снижения выходного напряжения ВО ТАГУ 17 от нормативного более, чем на 10%, (или в случае выхода ВО ТАГУ 17 из строя) измеритель напряжения ИН 28 автомата пуска приводного дизеля АППД 18 подает напряжение на вход усилителя постоянного тока УПТ 27, который усиливает его и подает на обмотку реле Р 26. Под действием этого напряжения по обмотке реле Р 26 протекает электрический ток, который индуктирует магнитный поток, замыкающий нормально разомкнутые контакты Кр 25 реле Р 26. Нормально разомкнутые контакты Кр 25 реле Р 26 замыкаются, аккумуляторная батарея АБ 19 подключается к стартеру приводного дизеля М 16 и запускает его.

Приводной дизель М 16 преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения, подаваемую на механический вход (вал) аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора АМБСГ 11, который преобразуют ее в электроэнергию переменного тока. Выходное напряжение АМБСГ 11 через третий выпрямитель ВЗ 6 поступает на обмотку поляризованного реле ПР 24. Таким образом, обмотка поляризованного реле ПР 24 оказывается подключенной на разность выходных напряжений ВО ТАГУ 17 и АМБСГ И. При этом, когда выходное напряжение ВО ТАГУ 17 ниже выходного напряжения АМБСГ 11 по обмотке поляризованного реле ПР 24 протекает электрический ток в обратном направлении. При этом нормально-разомкнутые контакты Кпр 20 поляризованного реле ПР 24 замыкаются, напряжение от аккумуляторной батареи АБ 19 поступает на обмотку контактора К 21, нормально замкнутые контакты К1 22 контактора К 21 размыкаются, а нормально разомкнутые контакты К2 23 контактора К 21 замыкаются. Напряжение с выхода АМБСГ 11 через замкнутые нормально разомкнутые контакты К2 23 контактора К 21 поступает на вход аксиального преобразователя частоты АПЧ 8. С выхода аксиального преобразователя частоты АПЧ 8 напряжение поступает в локальную сеть переменного тока 10 для питания потребителей переменного тока, а также через первый выпрямитель В1 3 на аккумуляторную батарею АБ 19 для ее подзарядки и к потребителям постоянного тока = П_Э.

в) при отсутствии ветра и топлива.

В этом режиме питание потребителей переменного тока осуществляется от аварийного источника электроснабжения - аккумуляторной батареи АБ 19 через инвертор И 2, а потребителей постоянного тока - от аккумуляторной батареи АБ 19 напрямую.

При отклонении выходного напряжения основного (вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17) или резервного (аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора АМБСГ 11) источника электроснабжения, который подключен ко входу аксиального преобразователя частоты АПЧ 8, по величине или по частоте из-за изменения скорости вращения ротора вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17, обусловленного изменением скорости ветра, или изменением выходного напряжения основного или резервного источника по величине или по частоте, обусловленного изменением нагрузки, аксиальный преобразователь частоты АПЧ 8 обеспечивает стабилизацию выходного напряжения по величине, уменьшая при этом длительность переходного процесса регулирования выходного напряжения и уменьшая колебания частоты выходного напряжения, улучшая таким образом качество электрической энергии (Пат. 2781082 RU, 12.04.2022. Аксиальный преобразователь частоты / Я.М. Кашин, А.Б. Варенов, P.P. Бордиян // Опубл. 05.10.2022. Бюл №28), генерируемой предлагаемым гибридным энергетическим комплексом.

2. Снабжение потребителей тепловой энергией.

Солнечная тепловая панель СТП 5 поглощает тепловую энергию Солнца и передает ее на первый вход теплового аккумулятора ТА 12. Кроме того, часть энергии топлива в виде тепловых потерь приводного дизеля М 16, которые целенаправленно утилизируются блоком утилизации тепла БУТ 15, и с его выхода подаются на второй вход теплового аккумулятора ТА 12. С первого выхода теплового аккумулятора ТА 12 тепловая энергия поступает потребителям тепла Пт.

3. Холодоснабжение потребителей.

Солнечная тепловая панель СТП 5 поглощает тепловую энергию Солнца и передает ее на первый вход теплового аккумулятора ТА 12. Кроме того, часть энергии топлива в виде тепловых потерь приводного дизеля М 16, которые целенаправленно утилизируются блоком утилизации тепла БУТ 15, подается с выхода БУТ 15 на второй вход теплового аккумулятора ТА 12. Со второго выхода теплового аккумулятора ТА 12 тепловая энергия поступает на вход преобразователя «тепло-холод» Т-Х 13, в котором осуществляется преобразование тепла в холод. С выхода преобразователя «тепло-холод» Т-Х 13 охлажденный теплоноситель поступает потребителям холода Пх.

Кроме того, в холодильном аппарате ХА 14 электроэнергия переменного тока, поступающая на его вход с выхода вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки ВО ТАГУ 17, аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора АМБСГ 11 или инвертора И 2, преобразуется в холод. С выхода холодильного аппарата ХА 14 охлажденный теплоноситель поступает потребителям холода Пх.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике, в частности к гибридным энергетическим комплексам, и предназначено для бесперебойного электро-, тепло- и холодоснабжения локальных объектов. Гибридный энергетический комплекс содержит автомат пуска приводного дизеля, содержащий измеритель напряжения, усилитель постоянного тока и реле с нормально-разомкнутыми контактами, аксиальный преобразователь частоты, выход которого выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока, второй и третий выпрямители, дифференциально-минимальное реле. Реле содержит поляризованное реле с нормально-разомкнутыми контактами и контактор с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами, выполненный с возможностью подключения к аккумуляторной батарее через нормально разомкнутые контакты поляризованного реле. Выход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки подключен к первому входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через второй выпрямитель и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-замкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле. Выход аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора подключен ко второму входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через третий выпрямитель и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-разомкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле. Вход измерителя напряжения подключен к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а его выход подключен ко входу усилителя постоянного тока автомата пуска приводного дизеля, к выходу которого подключена обмотка реле. Стартер приводного дизеля выполнен с возможностью автоматического подключения к аккумуляторной батарее через замкнутые нормально-разомкнутые контакты реле. Технический результат заявленного изобретения - обеспечение автоматического подключения потребителей к резервному источнику электроснабжения, стабилизация выходного напряжения гибридного энергетического комплекса по величине и по частоте. 3 ил.

Гибридный энергетический комплекс, содержащий фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, вертикально-осевую трехвходовую аксиальную генераторную установку, имеющую механический, световой и тепловой входы, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью подключения через первый выпрямитель к локальной сети переменного тока и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, выход которого подключен к тепловому входу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, солнечную тепловую панель, холодильный аппарат, преобразователь «тепло-холод» и тепловой аккумулятор, выполненный с первым и вторым входами и первым и вторым выходами, при этом его первый вход подключен к солнечной тепловой панели, а его второй вход подключен к выходу блока утилизации тепла, его первый выход выполнен с возможностью подключения к потребителям тепловой энергии, а его второй выход подключен ко входу преобразователя «тепло-холод», выход которого выполнен с возможностью подключения к потребителям холода, при этом вход холодильного аппарата выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока и инвертора, а выход выполнен с возможностью подключения к потребителям холода, отличающийся тем, что дополнительно содержит автомат пуска приводного дизеля, содержащий измеритель напряжения, усилитель постоянного тока и реле с нормально-разомкнутыми контактами, аксиальный преобразователь частоты, выход которого выполнен с возможностью подключения к локальной сети переменного тока, второй и третий выпрямители, дифференциально-минимальное реле, содержащее поляризованное реле с нормально-разомкнутыми контактами и контактор с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами, выполненный с возможностью подключения к аккумуляторной батарее через нормально-разомкнутые контакты поляризованного реле, при этом выход вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки подключен к первому входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через второй выпрямитель и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-замкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле, а выход аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора подключен ко второму входу поляризованного реле дифференциально-минимального реле через третий выпрямитель и выполнен с возможностью подключения ко входу аксиального преобразователя частоты через нормально-разомкнутые контакты контактора дифференциально-минимального реле, при этом вход измерителя напряжения подключен к выходу вертикально-осевой трехвходовой аксиальной генераторной установки, а его выход подключен ко входу усилителя постоянного тока автомата пуска приводного дизеля, к выходу которого подключена обмотка реле, а стартер приводного дизеля выполнен с возможностью автоматического подключения к аккумуляторной батарее через замкнутые нормально-разомкнутые контакты реле.