Солнечная энергетическая установка

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения. Установка содержит парогазовую турбину 6, соединенную с генератором переменного электрического тока, и емкость 9 для сконденсированного пара, соединенную с выходом по пару парогазовой турбины 6. Выход указанной емкости посредством не менее одного насоса 8 и гибкого трубопровода 7 подачи воды соединен с внутренней оболочкой 1 привязного аэростата. Внутренняя оболочка 1 аэростата посредством гибкого паропровода 5, внутри которого расположен гибкий трубопровод 7 подачи воды во внутреннюю оболочку 1, соединена с входом по пару парогазовой турбины 6. Внутренняя оболочка 1 аэростата выполнена светопоглощающей и отделена от атмосферы внешней оболочкой 2, прозрачной для солнечных лучей, а также слоем газа 3, расположенным между оболочками. Изобретение должно обеспечить получение электроэнергии и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Известна солнечная энергетическая установка (RU, патент 1606733, F 03 G 6/00, 1990). Указанная установка содержит гелиостатическое поле с установленными на башнях приемниками лучистой энергии Солнца для нагрева и испарения рабочей среды и, по меньшей мере, одну турбину - электрогенератор. Установка дополнительно снабжена топливным блоком (тепловая электростанция на органическом топливе). Гелиостатическое поле выполнено в виде гелиостатных участков в форме окружностей, соприкасающихся между собой с образованием центральной свободной зоны. Башни расположены по одной на каждом участке вблизи центральной зоны и снабжены дополнительным приемником излучения для предварительного нагрева рабочей среды. Турбина установлена в центральной зоне и связана одновременно со всеми башнями и тепловым блоком.

Установка работает следующим образом. В течение солнечного времени турбина вырабатывает электроэнергию за счет разогрева рабочего тела лучистой энергией Солнца, а при отсутствии лучистой энергии - за счет работы теплового блока.

К недостаткам известной установки следует отнести сложность ее конструкции, высокую себестоимость получаемой электроэнергии, а также относительно невысокий коэффициент полезного действия.

Известна термовоздушная электростанция (RU, патент 2018761, F 16 L 3/00, 1994), содержащая коллектор, турбогенератор, воздуховод в виде каркаса с закрепленной на нем обшивкой из гибкого материала и аэростат, прикрепленный к воздуховоду, причем аэростат имеет форму тороида, соединен по внутренней поверхности, ограничивающей отверстие тороида, с внешней поверхностью воздуховода, а внешняя по отношению к его отверстию поверхность тороида соединена с тросами, расположенными под углом к вертикали и закрепленными на земле.

Известная установка работает следующим образом. Под действием градиента температур, вызываемого нагревом воздуха в аэростате, происходит перемещение воздуха снизу вверх, в том числе и через турбогенератор. Вращение турбогенератора приводит к выработке электроэнергии.

Недостатком известного устройства следует признать его низкую эффективность, вызванную низкой скоростью прохода воздуха через турбогенератор.

Известна также солнечная паротурбинная установка (SU, авторское свидетельство 855249, F 03 G 6/00, 1981). Указанная установка содержит концентратор лучистой энергии и включенные в контур циркуляции рабочего тела приемник-парогенератор, паровую турбину, регенеративный подогреватель с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемой сред, струйный конденсатор, активное сопло которого соединено с выходным патрубком греющей среды регенеративного подогревателя, а пассивное сопло - с радиатором, причем установка дополнительно снабжена дополнительным регенеративным подогревателем, подключенным по линии греющей среды на входе к выходу струйного конденсатора, а на выходе - к патрубку отвода греющей среды регенеративного подогревателя, а на выходе - к входу радиатора.

Установка работает следующим образом. Рабочее тело нагревается до высшей температуры цикла в приемнике-парогенераторе теплом лучистой энергии Солнца и поступает в первую ступень турбины, где адиабатно расширяется. Затем в основном регенеративном подогревателе от рабочего тела изобарно отводят тепло к потоку среды, идущему в приемник-парогенератор. После указанного основного регенеративного подогревателя поток рабочего тела разделяют. Часть его поступает сначала во вторую ступень турбины, где адиабатно расширяется, а затем в дополнительный регенеративный подогреватель, где от него изобарно отводят тепло к потоку, вышедшему из диффузора струйного конденсатора, и далее в радиатор, где рабочее тело изобарно-изотермически конденсируют и изобарно переохлаждают до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Из радиатора рабочее тело поступает в пассивное сопло конденсатора, где адиабатно расширяется и нагревается в его камере смешения теплом, отбираемым от другой части потока рабочего тела. Другая часть потока рабочего тела из основного регенеративного подогревателя поступает в активное сопло конденсатора, где адиабатно расширяется, а затем охлаждается в камере смешения. В диффузоре струйного конденсатора давление обоих потоков рабочего тела адиабатно повышается до максимального в цикле, после чего рабочее тело изобарно нагревается в обоих подогревателях и поступает в приемник-парогенератор, где его температура опять повышается до максимальной температуры цикла.

Недостатком указанной установки следует признать возможность использования только в солнечные дни.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке конструкции солнечной энергетической установки, позволяющей получать электроэнергию вне зависимости от погодных условий без применения дополнительных источников энергии.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении получения электроэнергии и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии.

Для получения указанного технического результата предложено использовать солнечную энергетическую установку, содержащую паровую турбину, соединенную с генератором переменного электрического тока, емкость для сконденсированного пара, соединенную с выходом по пару указанной паровой турбины, выход указанной емкости посредством не менее одного насоса и гибкого трубопровода подачи воды соединен с внутренней оболочкой привязного аэростата. Указанная внутренняя оболочка аэростата выполнена с возможностью улавливания тепловой энергии солнечного излучения и передачи его пару, находящему во внутренней оболочке, посредством гибкого паропровода, внутри которого расположен указанный гибкий трубопровод подачи воды во внутреннюю оболочку, соединена с входом по пару паровой турбиной. Внутренняя оболочка аэростата выполнена светопоглощающей и отделена от атмосферы внешней оболочкой, прозрачной для солнечных лучей, и слоем газа, расположенным между оболочками.

Предпочтительно, между указанными оболочками расположены средства, предотвращающие контакт первой и второй оболочек, а также способствующие равномерному распределению газа в межоболочечном слое. Указанные средства могут быть выполнены в виде отдельных изолированных указанными оболочками и перпендикулярно расположенными лентами отсеков, или в виде пирамидальных элементов, основания которых являются или частью первой оболочки, или частью второй оболочки.

Преимущественно использован газ с теплопроводностью, не превышающей теплопроводность воздуха. Предпочтительно внутренняя оболочка содержит фотолюминофор, поглощающий солнечное излучение в УФ-диапазоне и генерирующий излучение в ИК-диапазоне. В частности, это может быть фотолюминофор на основе алюмината стронция, активированного европием и диспрозием (US, патент 5424006).

Преимущественно, трубопровод подачи воды выполнен с возможностью разбрызгивания подаваемой воды во внутренней оболочке.

В дальнейшем сущность изобретения будет рассмотрена с использованием графического материала. На чертеже приняты следующие обозначения: внутренняя оболочка 1, внешняя оболочка 2, слой 3 газа, перегретый пар 4, находящийся во внутренней оболочке 1, гибкий паропровод 5 перегретого пара, паровая турбина б, трубопровод 7 подачи воды в оболочку 1, насосы 8, емкость 9.

Установка работает следующим образом. Внутреннюю оболочку 1 аэростата наполняют водяным паром 4. Пространство между внешней 2 и внутренней 1 оболочками заполнено водородом. Количество водорода выбрано таким образом, что оболочки 1 и 2 отделены одна от другой. Под действием водяного пара 4 оболочки 1 и 2 аэростата поднимаются вверх. Высоту подъема регулируют, отпуская крепящие оболочки 1 и 2 к земле канаты (не показаны). При подъеме оболочек 1 и 2 выше облачного покрова канаты фиксируют в одном положении. Солнечные лучи, проходя через оболочку 2 и слой газа, проходят и через оболочку 1, выполненную, например, из полиэтиленовой пленки. Указанная оболочка, дополнительно содержащая люминофор на основе алюмината стронция, активированного европием и диспрозием, не только пропускает ИК-диапазон солнечного излучения, но и преобразует УФ-диапазон в ИК-диапазон. Прошедшее излучение нагревает водяной пар 4, который при этом расширяется. Поскольку объем оболочки 1 ограничен, то давление водяного пара 4 увеличивается и перегретый водяной пар по трубопроводу 5 поступает в паровую турбину 6. Вращение указанной паровой турбины 6 вызывает вращение вала генератора (не показан) и выработку электрической энергии. Сконденсированная вода из емкости 9 действием насосов 8 по трубопроводу 7, расположенному внутри трубопровода 5, поступает во внутреннюю оболочку 1. Прохождение воды внутри трубопровода перегретого пара вызывает подогрев воды.

При диаметре шара аэростата примерно 200 м подъемная сила составит примерно 2000 т. Подобная система способна поднять вверх и трубопроводы, и насосы. При подобном размере шара аэростата установка способна выработать до 1000 кВт электрической энергии.

Поскольку над облачным покровом в дневное время суток всегда присутствует солнце, то независимо от облачности генерирование электрической энергии происходит все светлое время суток. В темное время суток установка работает за счет запасов водяного пара во внутренней оболочке аэростата.

Формула изобретения

1. Солнечная энергетическая установка, содержащая паровую турбину, соединенную с генератором переменного электрического тока, емкость для сконденсированного пара, соединенную с выходом по пару указанной паровой турбины, отличающаяся тем, что выход указанной емкости посредством не менее одного насоса и гибкого трубопровода подачи воды соединен с внутренней оболочкой привязного аэростата, указанная внутренняя оболочка аэростата, выполненная с возможностью улавливания тепловой энергии солнечного излучения и передачи его пару, находящемуся во внутренней оболочке, посредством гибкого паропровода, внутри которого расположен указанный гибкий трубопровод подачи воды во внутреннюю оболочку, соединена с входом по пару паровой турбины, причем внутренняя оболочка аэростата выполнена светопоглощающей и отделена от атмосферы внешней оболочкой, прозрачной для солнечных лучей, а также слоем газа, расположенным между оболочками.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между указанными оболочками расположены средства, предотвращающие контакт первой и второй оболочек и способствующие равномерному распределению газа в межоболочечном слое.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что использован газ с теплопроводностью, не превышающей теплопроводность воздуха.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя оболочка содержит фотолюминофор, поглощающий солнечное излучение в УФ-диапазоне и генерирующий излучение в ИК-диапазоне.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод подачи воды выполнен с возможностью разбрызгивания подаваемой воды во внутренней оболочке.

РИСУНКИ

Рисунок 1