Автономная ветроэнергетическая станция пака калифа

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к автономным универсальным энергосистемам, и может быть использовано для бесперебойного энергообеспечения потребителей, удаленных от источников централизованного электро- и теплоснабжения, различными видами энергий. Автономная ветроэнергетическая станция содержит ветродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, электрическую систему, механическую систему и электрохимическую систему. Электрическая система включает генератор переменного тока, трансформатор с регулируемым выходным напряжением, выпрямитель переменного тока в постоянный и блок аккумуляторных батарей. Ветродвигатель содержит не менее чем три вала отбора мощности. Механическая система включает воздушный компрессор и ресивер. Электрохимическая система включает генератор постоянного тока, два электролизера, один из которых соединен с помощью электрокабеля с генератором постоянного тока, а второй - с выпрямителем переменного тока электрической системы, компрессоры для закачки водорода и кислорода в газгольдеры и систему трубопроводов для подвода водорода и кислорода к двигателю внутреннего сгорания, котельной и заправочной станции транспортных средств. Для электролиза воды используют морскую воду. Газгольдеры выполнены подземными. Техническим результатом является преобразование энергии ветрового потока в механическую, электрическую, электрохимическую виды энергии, их аккумулирование и полное бесперебойное энергообеспечение потребителя аккумулированной энергией. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к автономным универсальным энергосистемам, и может быть использовано для бесперебойного энергообеспечения потребителей, удаленных от источников централизованного электро- и теплоснабжения различными видами энергий.

Из уровня техники известна ветроэнергетическая установка по производству водорода и кислорода, содержащая ветродвигатель с электрогенератором и электролизер для электролиза воды с получением водорода и кислорода, соединенным с генератором электрического тока посредством кабелей высокого напряжения, а с емкостями для хранения воды, водорода и кислорода - посредством трубопроводов и насосов (RU, п. 44153, F03D 9/00).

Результатом данной установки является ее односторонняя направленность, а именно - только получение водорода и кислорода и их аккумулирование, и не решает другие вопросы энергообеспечения потребителей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является автономная система бесперебойного энергообеспечения, содержащая ветродвигатель, кинематически связанный с генератором переменного тока, трансформатор с выпрямителем и аккумуляторные батареи, образующие электрическую систему для получения и аккумулирования электрической энергии. Кроме того, система содержит второй независимый источник электроснабжения - двигатель внутреннего сгорания, при этом оба источника электроснабжения соединены между собой блоком переключения (RU, п. 2262790, F03D 9/00, H02J 7/34).

Данная система, содержащая два независимых источника электроснабжения - ветродвигатель и двигатель внутреннего сгорания (ДВС), имеет возможность получать и аккумулировать только электрическую энергию, что в некоторых случаях даже при больших емкостях аккумулированной энергии этой энергии может не хватить на длительный период работы электрического устройства, а бесперебойное снабжение всей системы зависит от наличия дизтоплива для ДВС.

Техническим результатом данного технического решения является преобразование энергии ветрового потока в механическую, электрическую, электрохимическую виды энергии, их аккумулирование и полное бесперебойное энергообеспечение потребителя аккумулированной энергией.

Технический результат достигается тем, что автономная ветроэнергетическая станция Пака Калифа содержит ветродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и электрическую систему для получения электрической энергии и ее аккумулирования, включающую генератор переменного тока, кинематически соединенный с ветродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, трансформатор с регулируемым выходным напряжением, выпрямитель переменного тока в постоянный и блок аккумуляторных батарей, соединенный с электрическим устройством, при этом ветродвигатель содержит не менее чем три вала отбора мощности, а станция дополнительно содержит: механическую систему для получения и аккумулирования механической энергии, включающую воздушный компрессор, кинематически соединенный с ветродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, ресивер для аккумулирования сжатого воздуха, соединенный посредством труб с воздушным компрессором и механическим устройством; электрохимическую систему для получения и аккумулирования водорода и кислорода, включающую генератор постоянного тока, кинематически соединенный с ветродвигателем, два электролизера для электролиза воды, один из которых соединен с помощью электрокабеля с генератором постоянного тока, а второй - с выпрямителем переменного тока электрической системы, компрессоры для закачки водорода и кислорода в газгольдеры и систему трубопроводов для подвода водорода и кислорода к двигателю внутреннего сгорания, котельной и заправочной станции транспортных средств.

Кроме того, для электролиза воды используют морскую воду, а газгольдеры выполнены подземными.

Наличие трех благодаря ветродвигателю, имеющему не менее трех валов отбора мощности, самостоятельных систем в станции, производящих и аккумулирующих энергию различного вида - механическую, электрическую и электрохимическую, работающих как от ветродвигателя, так и ДВС, позволяет снабжать аккумулированной энергией для работы механических и электрических устройств, а снабжение ДВС топливом в виде водорода и кислорода, полученного в результате электролиза воды электрохимической системы, обеспечивает бесперебойную работу станции в целом, а также каждой системы в отдельности.

На чертеже представлена схема станции.

Станция содержит два источника энергии - ветродвигатель 1 с валами отбора мощности не менее трех, например ветродвигатель Пака Калифа по п. 2231684, и ДВС 2 и три системы:

- механическую для получения и аккумулирования механической энергии от ветродвигателя или от ДВС, состоящую из воздушного компрессора 3 крыльчатого типа, кинематически соединенного с ветродвигателем 1 и ДВС 2, ресивера 4 для аккумулирования сжатого воздуха, соединенного с помощью труб 5 с воздушным компрессором 3, и механическое устройство 6, например пневмоинструмент;

- электрическую систему для получения электрической энергии от ветродвигателя или от ДВС, включающую генератор переменного тока 7, кинематически соединенный с ветродвигателем 1 и ДВС 2. К генератору 7 подключен трансформатор 8 с регулируемым выходным напряжением, имеющий выпрямитель 9 переменного тока в постоянный и блок аккумуляторных батарей 10, соединенный с электрическим устройством 11, например, телевизор, холодильник и т.д.;

- электрохимическую систему, включающую генератор 12 постоянного тока, кинематически соединенный с ветродвигателем 1, два электролизера 13 для электролиза воды с получением водорода и кислорода. Один из электролизеров 13 соединен с помощью электрокабеля 14 с генератором 12 постоянного тока, а второй - с выпрямителем 9 переменного тока электрической системы, то есть электролизеры могут работать как от ветродвигателя 1, так и через выпрямитель 9, трансформатор 8 и генератор 7 переменного тока от ДВС. Для электролиза используют морскую воду, которая является идеальным природным раствором для электролиза. Полученные в электролизерах 13 водород и кислород с помощью водородного и кислородного компрессоров 15, 16, по трубопроводам 17 закачиваются в газгольдеры 18, 19 для аккумулирования водорода и кислорода. Оба компрессора 15, 16 подсоединены к блоку аккумуляторных батарей 10. Для обеспечения безаварийной эксплуатации газгольдеры 18, 19 выполнены подземными, с размещением их друг от друга на расстоянии не менее 50 м, и через систему трубопроводов 20 соединены с котельной 21, заправочной станцией 22 для транспортных средств и ДВС.

На данной станции все три системы вместе или в отдельности каждая работают на аккумулированной энергии, полученной либо от ветродвигателя, либо от ДВС, при этом в качестве топлива для ДВС используют водород и кислород, полученные в электролизерах 13 электрохимической системы.

Работа станции проиллюстрирована примерами в зависимости от скорости ветра при работе условных потребителей с суммарной мощностью 2,5 кВт.

Пример 1.

Скорость ветра >7 м/с. Мощность ветродвигателя 1>14 кВт. Аккумуляторы (ресивер 4 и блок аккумуляторных батарей 10) механической и электрической энергии соответственно заряжены полностью. Генераторы переменного и постоянного тока 7, 12 работают на получение в электролизерах 13 водорода и кислорода, которые компрессорами 15, 16 закачиваются в газгольдеры 18, 19, где они аккумулируются под давлением 5-15 МПа. Из газгольдеров 18, 19 водород и кислород по трубопроводам 20 подается в ДВС 2 и котельную 21 для нужд теплоснабжения.

Водный и наземный транспорт, приводимые в движение с помощью двигателей внутреннего сгорания, запитываются смесью газов водород + кислород, которые компрессорами 15, 16 закачиваются из газгольдеров 18, 19 в баллонные или специальные емкости, выполняющие роль топливных баков под давлением 5÷15 МПа.

Пример 2.

Скорость ветра >5 м/с. Мощность ветродвигателя 1>5 кВт. Часть энергии затрачивается на восстановление запасов сжатого воздуха в ресивере 4, другая - на зарядку аккумуляторных батарей 10.

Пример 3.

Скорость ветра <5 м/с. Ветродвигатель 1 не работает. Устройства для выполнения механической работы питаются от аккумулятора механической энергии - ресивера 4 сжатого воздуха, запаса которого должно хватить, например, на 24 часа непрерывной работы одного из механических устройств 6, а бытовые электрические устройства 11 - от блока аккумуляторных батарей 10, емкости которых без подзарядки хватает, например, на 150-200 часов непрерывной работы электрических устройств. При длительном безветрии, когда запасы энергии в ресивере 4 и блоке аккумуляторных батарей 10 снижаются до предельно допустимой величины, включается ДВС 2, механически связанный с генератором 7 переменного тока, и через трансформатор 8 и выпрямитель 9 заряжает аккумуляторные батареи 10 до нормы. Одновременно ДВС механически связан с воздушным компрессором 3, который восстанавливает запасы сжатого воздуха в ресивере 4 до необходимой величины. ДВС работает на смеси газов водород + кислород, которые по трубам 20 поступают из газгольдеров 15, 16.

Заявляемая ветроэнергетическая станция, позволяющая получать и аккумулировать три вида энергии - механическую, электрическую и электрохимическую от двух источников энергии - ветродвигателя и ДВС и обеспечивающая бесперебойную работу потребителей указанных видов энергии, найдет, по мнению автора, промышленное применение.

1. Автономная ветроэнергетическая станция, содержащая ветродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и электрическую систему для получения электрической энергии и ее аккумулирования, включающую генератор переменного тока, кинематически соединенный с ветродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, трансформатор с регулируемым выходным напряжением, выпрямитель переменного тока в постоянный и блок аккумуляторных батарей, соединенный с электрическим устройством, отличающаяся тем, что ветродвигатель содержит не менее чем три вала отбора мощности, а станция дополнительно содержит механическую систему для получения и аккумулирования механической энергии, включающую воздушный компрессор, кинематически соединенный с ветродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, ресивер для аккумулирования сжатого воздуха, соединенный посредством труб с воздушным компрессором и механическим устройством; электрохимическую систему для получения и аккумулирования водорода и кислорода, включающую генератор постоянного тока, кинематически соединенный с ветродвигателем, два электролизера для электролиза воды, один из которых соединен с помощью электрокабеля с генератором постоянного тока, а второй с выпрямителем переменного тока электрической системы, компрессоры для закачки водорода и кислорода в газгольдеры и систему трубопроводов для подвода водорода и кислорода к двигателю внутреннего сгорания, котельной и заправочной станции транспортных средств.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что для электролиза воды используют морскую воду.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что газгольдеры выполнены подземными.