Комбинированная ветроэнергетическая установка

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно, к установкам, вырабатывающим электроэнергию для получения горячей воды с целью ее промышленного использования. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) за счет утилизации выхлопных (горячих) газов двигателей и тепла рассеяния, а также в расширении областей промышленного использования установки. Комбинированная ветроэнергетическая установка, содержащая энерговоспроизводящий блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем, согласно изобретению, снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком, например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистиллятора и обратно-осмотического устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с возможностью поворота их относительно друг друга и с возможностью поворота относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который связан с генератором газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе управления имеется устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров, аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством деления воздушного потока, связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель выполнен программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды термодистиллятора и обратно-осмотическим устройством, которые соединены с блоком утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным двигателем и турбиной. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области использования энергии ветра в целях выработки электроэнергии, а также горячей и экологически чистой воды для использования в практических целях.

Известна ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем, снабженная компрессором наддува, воздушной турбиной и компрессором, соединенным с ветродвигателем (см. патент Р.Ф. №2112153, 6 F 03 D 9/00, 9/02, 1995 г.).

Недостатками известного технического решения являются:

- низкий КПД теплового двигателя;

- сложность использования установки с электросетью из-за зависимости скорости вращения генератора от скорости ветра;

- сложность и малая эффективность установки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем (Полезная модель №15759, 7 F 03 D 09/00, 2000 г.), установка содержит ветродвигатель, теплодвигатель, подсоединенные к электрогенератору, дополнительно содержит регуляторы оборотов в интервале допустимых значений, к недостаткам данного технического решения следует отнести:

- конструктивную сложность агрегата;

- низкий КПД газовой турбины из-за значительной величины теплового выброса после сжигания топлива, а также низкую экономичность;

- сложность управления агрегатом при изменении скорости ветра, особенно порывистого характера.

Целью предлагаемого изобретения является многоцелевое использование комбинированной ветроэнергетической установки, а также значительное повышение КПД за счет утилизации выхлопных (горячих) газов двигателей и тепла рассеяния.

Поставленная цель достигается в комбинированной ветроэнергетической установке, содержащей энерговоспроизводящий блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем, установка снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком, например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистиллятора и обратно-осмотического устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с возможностью поворота их относительно друг друга и с возможностью поворота относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который связан с генератором газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе управления имеется устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров, аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством деления воздушного потока, связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель выполнен программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды термодистиллятора и обратно-осмотическим устройством, которые соединены с блоком утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным двигателем и турбиной, установка снабжена дополнительным двигателем внутреннего сгорания, установленным соосно ветродвигателю, газотурбинный двигатель и двигатель внутреннего сгорания выполнены с различной мощностью, двигатель внутреннего сгорания выполнен с устройством охлаждения, а блок утилизации тепла выполнен в виде газодинамического теплообменника с выходом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и газотурбинного двигателя.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где изображена схема комбинированной ветроэнергетической установки, содержащей ветроэнергетическую установку 1, ветроколесо выполнено конусным и лопастным с членением на отдельные поворотные лопасти с устройством самоориентации ветроустановки “на ветер” за счет демпфера рыскания, активным элементом которого является кривошипно-шатунный механизм, связанный с пружинным приводом, осуществляющий поворот лопастей (изменение угла их перевоначальной установки), при этом снижается (повышается) крутящий момент и частота вращения (на схеме не показано) с редуктором 2, связанным с нагнетателем воздушного потока (компрессором) 3, оснащенным коллектором высокого давления 4 и блоком низкого давления 5, компрессор 3 питает воздушную силовую турбину 6, состыкованную с основным электрогенератором 7 и газотурбинным двигателем 8, дополнительный двигатель внутреннего сгорания 9 связан с дополнительным электрогенератором 10, основной электрогенератор 7 и дополнительный 10 подключены к энергоблоку 11, который управляется блоком 12 с устройством, оснащенным ЭВМ, обеспечивающим получение электрических параметров, аналогичных электросетевым, от энергоблока 11 электроэнергия по линии 13 направляется в сеть; электрогенератор 7, газотурбинный двигатель 8, дополнительный двигатель 9, дополнительный электрогенератор 10 соединены с блоком утилизации тепла 14, оснащенным газодинамическим 15 и трубчатым 16 теплообменниками, а также электроподогревателем (на схеме не показан), блок утилизации тепла 14 подключен к термодистиллятору 17, подключен также к дополнительному элетрогенератору 10, термодистиллятор имеет сборник чистой воды 18, блок утилизации имеет линию подачи горячей воды потребителю 16А, сборник чистой воды термодистиллятора 18 соединен с обратно-осмотическим устройством, состоящим из заборного блока загрязненной воды 19, блока очистки I-й ступени 20 и блока обратного осмоса 21, и совместно связаны с коммуникацией подачи чистой воды потребителю 22; элементы обратно-осмотического устройства и термодистиллятора 17, 19, 20, 21 для надежного функционирования связаны с редуктором 2 и муфтой между турбиной 6 и основным генератором 7 торсионными валами 23, они (элементы) подключены также к пневмотрассе низкого и высокого давления, а также к электросистеме в одной точке как для технологических целей - приводы насосов, арматуры, элементов управления, так и для управления.

Комбинированная ветроэнергетическая установка работает следующим образом: компрессор 3, имеющий две ступени давления (низкую и высокую), нагнетает воздух в коллектор 4 и блок низкого давления 5, от компрессора 3 воздух направляется в воздушную силовую турбину 6 и вращает основной электрогенератор ОЭГ 7, связанный с газотурбинным двигателем ГТД 8 через муфту скольжения, он включается при слабом ветре и малом числе оборотов турбины 6, дополнительный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 9 связан с компрессором 3 и дополнительным электрогенератором ДЭГ 10, он включается при остановке турбины 6 и ГТД 8, электроэнергия от ОЭГ 7 и ДЭГ 10 направляется в энергоблок 11, который управляется блоком 12 и при напряжении, аналогичном сетевому, направляется потребителю по линии 13, выхлопные газы и тепло рассеяния, а также электроэнергия подаются от ОЭГ, ГТД, ДЭГ, ДВС - поз. 7, 8, 9 и 10 в блок утилизации тепла 14, в котором размещены газодинамический 15 и трубчатый 16 теплообменники и теплообогреватель, блок утилизации 14 связан с 10 подачей горячей воды потребителю (при температуре 95°С) 16А, а также с термодистиллятором 17, к которому подведена также электроэнергия от ДЭГ 10 и энергоблока 11, термодистиллятор оснащен сборником очищенной воды 18, кроме того, он соединен с коммуникацией подачи чистой воды потребителю 22, к которой подключен и блок очистки обратно-осмотическим способом 21, перед которым находятся блок забора загрязненной воды 19 и блок очистки I-й ступени 20. Термодистиллятор 17 и блоки 19, 20 и 21 с целью надежного управления и функционирования подключены торсионными валами 23 к термодистиллятору 17 и блокам 19, 20 и 21.

Достижение решения предлагаемого изобретения проверено испытаниями экспериментальных 11 моделей, входящих в него устройств: блока утилизатора с входящими в него элементами, блока стабилизации напряжения электрического тока, а также, блоками-элементами очистки воды и т.д.; оптимизированы конструкции аппаратов; испытания подтвердили высокую надежность и полезность принятых решений.

Данное предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.

1. Комбинированная ветроэнергетическая установка, содержащая энерговоспроизводящий блок в виде лопастного ветродвигателя, связанного с ним нагнетателя воздушного потока и энергообеспечивающий и трансформирующий блок в виде воздушной турбины и подключенного к ней генератора, состыкованного с газотурбинным двигателем, отличающаяся тем, что она снабжена блоком утилизации тепла и технологическим блоком, например, опреснения морской воды и очистки ее, выполненным в виде термодистилятора и обратно-осматического устройства, соединенных с блоком утилизации тепла, лопасти ветродвигателя выполнены расчлененными на секции с возможностью поворота их относительно друг друга и с возможностью поворота относительно их продольной оси, энерговоспроизводящий и трансформирующий блок выполнен с дополнительным, автономным двигателем внутреннего сгорания и соединенным с ним электрогенератором, который связан с генератором газотурбинного двигателя в единый энергоблок, при этом в системе управления имеется устройство, которое совместно с ЭВМ обеспечивает получение электрических параметров аналогичных электросетевым, причем энерговоспроизводящий блок выполнен с устройством деления воздушного потока, связанного гибкой пневмотрассой с нагнетателем воздушного потока, причем нагнетатель выполнен программируемым, например, пневматическим и многоступенчатым, ступень низкого давления которого соединена с воздушной турбиной и с каждым элементом технологического блока, а ступень высокого давления - с устройством испарения воды термодистилятора и обратно-осматическим устройством, которые соединены с блоком утилизации тепла, при этом точка подключения пневмотрассы и электропитания выполнена единой, к которой подключены торсионные валы, связанные с лопастным ветродвигателем и турбиной.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный двигатель внутреннего сгорания установлен соосно ветродвигателю.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель и дополнительный двигатель внутреннего сгорания выполнены с различной мощностью.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания выполнен с устройством охлаждения, а блок утилизации тепла выполнен в виде газодинамического теплообменника с выходом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и газотурбинного двигателя.