Гелиоветроэнергокомплекс Советский патент 1992 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к использованию возобновляемых источников энергии (ВИЗ - Солнца, ветра, тепла Земли и т.д.).

Известна комплексная система использования ВИЗ (Денисенко Г.И., Шевченко В.Н., и др. Применение возобновляемых источников энергии в системах энергообеспечения. Теплоэнергетика №9, 1987, с. 10-12), содержащие поле фотопреобразователей, геотермальные установки и теплоносные станции, основным недостатком которой являются энергетические потери на концах каждой цепочки и, как следствие, пониженный КПД преобразования различных видов ВИЗ и высокая общая себестоимость вырабатываемой энергии.

Наиболее близким к заявляемому является комплекс Комбинированная гелиовет- ровая установка Э.З.Керимова. В указанный комплекс входят ветроагрегаты, секционные баки-аккумуляторы, тепловые насосы. Бак-аккумулятор изготавливается трех секционным, верхняя секция которого входными патрубками сообщены с выходами солнечного коллектора и охладителя теп- лового насоса, а нижняя с входами коллектора и циркуляционного насоса. Однако комплекс по этому А.С. является частью предлагаемого и поэтому имеет пониженный кпд использования энергии. .

Целью настоящего изобретения является полная утилизация солнечной и ветровой энергии, снижение себестоимости получаемой энергии за счет увеличения кпд преобразования различных видов ВИЗ.

Поставленная цель достигается тем, что гелиоветрознергокомплекс для получения тепловой и электрической энергии содержит поле солнечных коллекторов, подключенных выходом к первой секции бака-аккумулятора, последовательно соединенных со второй секцией, к которой солнечные коллекторы подключены входом, потребитель тепла, тепловой дублер, выполненный в виде теплового насоса или электронагревателя и связанный с источником электроэнергии в виде ветроустановки, и циркуляционные насосы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования солнечной энергии, ге- лиоветроэнергокомплекс дополнительно содержит два приемника солнечной энергии, один из которых снабжен неподвиж-. ным концентратором, установлен с возможностью перемещения вдоль его фокальной зоны и двумя сообщенными между собой подземными аккумуляторами, а другой - снабжен ориентируемым концентратором с системой слежения, установлен в его фокальной зоне и турбогенератором,

при этом один из подземных аккумуляторов соединен с первой секцией бака-аккумулятора и установлен на входе приемника, а другой - установлен на его выходе и соединен через тепловой дублер с приемником, установленным в фокальной зоне ориентируемого концентратора, а конденсатор турбогенератора подключен ко входу потребителя тепла, выход которого подключен ко второй секции бака-аккумулятора.

При этом поле солнечных коллекторов расположено на крыше .здания, первая секция бака-аккумулятора на чердаке, а вторая - под полом.

Комплекс содержит дополнительно фотопреобразователи, которые совместно с ветроустановкой и турбогенератором служат источниками электроэнергии всего комплекса.

Предлагаемый гелиоветроэнергокомп- лекс представлен на рис.1. Первый контур предназначен для улавливания солнечной энергии на уровне нормальной радиации. Солнечные коллектора 1 располагаются на

крыше здания и соединены выходом с первой секцией теплоизолированного бака-аккумулятора расположенного на чердаке 2, а входом со второй секцией бака-аккумулятора, расположенного через теплоизоляционный слой 17 под полом здания 18.

Второй контур связан трубопроводом с первым и предназначен для улавливания и аккумулирования сконцентрированного солнечного излучения. Состоит из неподвижного концентратора 7с.фокальнойдугой 6 и размещенным на ней приемником излучения 5 и двух термостатированных подземных баков-аккумуляторов расположенных под восточным 4 и западным концами 8 фокальной дуги 6.

Третий контур связан трубопроводом со вторым и предназначен для получения электрической и тепловой энергии. Состоит из теплонасосной установки (или термоэлектронагревателя) 15, подвижного концентратора 10 с датчиком слежения за Солнцем 9 и приемником излучения в фокальном объеме концентратора в виде камеры 12 с прозрачным термостойким окном 11 и

паротурбогенератором 14, 13, отработанный пар из которого поступает к потребителю тепла 16, а затем в подземный бак-аккумулятор 18, откуда с помощью циркуляционного насоса теплоноситель подается в солнечные

коллектора 1.

Гелиоветроэнергокомплекс снабжен также ветроэнергетической установкой парусного типа 19 отличающийся тем, что целью повышения кпд преобразования ветррвой энергии в электрическую, устранения

шума, сохранения территории без отчуждения, снижения металлоемкости и повышения надежности в работе содержит центральный флюгер и по крайней мере одну уравновешенную фрикционную пару кольца и колеса бегущего по нему, соединенную посредством передачи с генератором тока и смонтированной на спице, один конец которой закреплен посредством шарнира с центральной осью, а другой с приводом генератора с возможностью перемещения по кольцу под воздействием аэродинамического напора на паруса относительно направления воздушного потока.

Стабилизированная по частоте часть электрической энергии от ветроэнергетической установки 19 поступает в общую сеть, некондиционная часть подается на питание термоэлектронагревателя 15.

Улавливание и накопление солнечной и ветровой энергии гелиоэнергокомплексом происходит следующим образом. В контуре первом теплоноситель нагревается до температуры 40-50°С за счет нормальной солнечной радиации. Циркуляция его в контуре обеспечивается насосом (Нз), который включается автоматически при уровне нормальной солнечной радиации 100 Вт/м2. При уровне нормальной радиации ниже 100 Вт/м2 насос (Hi) не работает и вследствие этого не происходит отдачи тепла из аккумулятора через солнечные коллектора.

Теплоноситель из первого контура поступает во второй, где с помощью циркуляционного насоса (Hi) (также включается при Ro 100 Вт/м2), происходит его догревание в концентраторе до температуры 60-80°С. Фокальная дуга 6 в виде трубы, изогнутой по кривой эквидистантной неподвижному параболлоиду, ориентирована с востока на запад и имеет степень свободы по углу наклона к горизонту. Указанный угол устанавливается каждый раз в соответствии с углом склонения Солнца. Положение приемника излучения 5 перемещающегося автоматически по фокальной дуге соответствует зени- тальному углу Солнца в течение дня. Теплоноситель циркулирует по контуру через два подземных резервуара-аккумулятора и фокальную дугу с приемником.

В третий контур теплоноситель из база- аккумулятора второго контура поступает че- рез теплонасосную установку (или термоэлектронагреватель) 15 в виде пара в приемную камеру 12 с прозрачным термостойким окном 11 размещенную в фокальном объеме подвижного концентратора 10. Подвижный конденсатор с помощью датчика 9 непрерывно следит за Солнцем. Пар в камере доводится до нужных параметров и

поступает на лопатки турбогенератора расположенного на задней стенке камеры. От- работанный пар из турбогенератора поступает в систему теплоснабжения ближайшего здания, а затем в систему аккумулирования тепла 18. Теплоноситель из аккумулятора 19 подается в первый контур 1 с помощью насоса (Нз).

Электрическая энергия, получаемая с

помощью турбогенератора ветровой энергетической установки парусного типа и поля фотопреобразователей, используется для собственных нужд гелиоветроэнергокомп- лекса - запитываются: датчик слежения концентратора за Солнцем, исполнительные механизмы слежения подвижного концентратора, циркуляционные насосы Hi, H2, Нз, теплонасосная установка, механизм поворота дуги и перемещения приемника излучения неподвижного концентратора, а также для прочих бытовых нужд.

Некондиционная часть (нестабилизированная по частоте) электрическая энергия от ветроэнергетической установки идет на

ТЭН и дополнительный подогрев теплоносителя в аккумулирующих емкостях (на схеме не представлено).

Таким образом почти вся энергия окружающей природной среды при нормальной

солнечной радиации свыше 100 Вт/м2 и скоростях ветра более 3 м/с предлагаемым ге- гелиоветроэнергокомплексом полностью используется и запасается на длительное хранение с помощью подземных термостатированных баков аккумуляторов.

В качестве практического осуществления гелиоветроэнергокомплекса был создан стенд-имитатор Атон-2, расположенный на Крымской гелиотехнической базе ИПМ АН

УССР. Принципиальная схема показана на рис.2.

Стенд-имитатор солнечного теплообес- печения, предназначен для выявления всего потенциала солнечной энергии региона за год, определения длительности хранения тепла и эксплуатационной надежности отдельных узлов (приемника концентрирован- ного излучения, его теплоизоляции,

системы слежения за Солнцем, коррозионной стойкости солнечных коллекторов и т.д.

При площади солнечных коллекторов 12,2 м2 и аккумулирующей емкости объе- мом 11 м стенд-имитатор Атон-2 для условий Крыма (2000 ч/год ясного Солнца при нормальной радиации 350 - 1000 Вт/м2) в соответствии с экспериментальными результатами за период с апреля по октябрь позволяет получить следующее:

1.Тепловую энергию в 15000 квт.ч в год при среднем уровне нормальной радиации 350 вт/м .

2.Съэкономить около 300 тонн моторного топлива, из расчета на водогрейный агрегат Факел-08.

3.Улучшить экологическую обстановку региона.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Гелиоветроэнергокомплекс, содержащий солнечные коллекторы, подключенные выходом к первой секции бака-аккумулятора, последовательно соединенной с второй секцией, к которой солнеч- ные коллекторы подключены входом, потребитель тепла, тепловой дублер, выполненный в виде теплового насоса или электронагревателя и связанный с источником электроэнергии в виде ветроустановки, и циркуляционные насосы, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности использования солнечной энергии, Гелиоветроэнергокомплекс дополнительно содержит два приемника солнечной энер- гии, один из которых снабжен неподвижным концентратором, установлен с

возможностью перемещения вдоль его фокальной зоны и двумя сообщенными между собой подземными аккумуляторами, а другой снабжен ориентируемым концентратором с системой слежения, установлен в его фокальной зоне и турбогенератором, при этом один из подземных аккумуляторов соединен с первой секцией бака-аккумулятора и установлен на входе приемника, а другой установлен на его выходе и соединен через тепловой дублер с приемником, установленным в фокальной зоне ориентируемого концентратора, а конденсатор.турбогенератора подключен к входу потребителя тепла, выход которого подключен к второй секции бака-аккумулятора.

2.Гелиоветроэнергокомплекс по п.1, о т- личающийся тем, что солнечные коллекторы расположены на крыше здания, первая секция бака-аккумулятора - на чердаке, а вторая - под полом.

3.Гелиоветроэнергокомплекс по п.1, о т- личающийся тем, что он дополнительно содержит фотопреобразователи, которые совместно с ветроустановкой и турбогенератором служат источниками электроэнергии всего комплекса.

Использование: изобретение может быть применено в системах теплоэнергос- набжения индивидуальных хозяйств, отдельных ферм и промышленных объектов. Сущность изобретения: гелиоветроэнерго- комплекс(Г8К) содержит солнечные коллекторы 1, подключенные выходом к первой секции 2 бака-аккумулятора, последовательно соединенной со второй секцией 3, к которой солнечные коллекторы 1 подключены входом, потребитель 16 тепла, циркуляционные насосы, тепловой дублер, выполненный в виде теплового насоса или электронагревателя 15 и связанный с источником электроэнергии в виде ветроустанов- ки 19. ГВК содержит два дополнительных приемника солнечной энергии, один из торых снабжен неподвижным концентратором 7, установлен с возможностью перемещения вдоль его фокальной зоны и снабжен двумя сообщенными между собой подземными аккумуляторами 4, 8, а другой - снабжен ориентируемым концентратором 10 с системой слежения, установлен в его фокальной зоне и снабжен турбогенератором, при этом один из подземных аккумуляторов соединен с первой секцией бака-аккумулятора и установлен на входе приемника, э другой - установлен на его выходе и соединен через тепловой дублер с приемником, а конденсатор турбогенератора подключен ко входу потребителя тепла 16, выход которого подключен ко второй секции бака-аккумулятора. Солнечные коллекторы 1 расположены на крыше здания, первая секция бака-аккумулятора на чердаке, а вторая под слоем теплоизоляции под полом. ГВК содержит также дополнительно фотопреобразователи 20, которые совместно с ветро- установкой и турбогенератором служат источником электроэнергии всего комплекса. Некондиционная (нестабилизированная по частоте) часть вырабатываемого электричества от ветроустановки и турбогенератора используется для нагрева теплоносит по 2 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л С vj о 00 00 00 VJ