Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов

Изобретение относится к области энергетики. Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов содержит электростанцию, подключенную к приводу воздушного компрессора с системой жидкостного охлаждения, выход компрессора подключен к пневмоаккумуляторам. Система жидкостного охлаждения содержит теплообменник, который через систему трубопроводов, содержащую насос, подключен к входу термостатированной емкости для хранения подогревающей жидкости, выход термостатированной емкости через насос подключен к теплообменнику подогревающей жидкости, расположенному на внешней поверхности сопла подачи сжатого воздуха в горизонтально расположенную аэродинамическую трубу, вход сопла соединен через центральный трубопровод с пневмоаккумуляторами, выход сопла расположен по оси симметрии входной части аэродинамической трубы, причем периферия входной части аэродинамической трубы соединена с атмосферой, а с другой стороны примыкает к смесительной камере, длина которой не менее чем в 10 раз превышает ее диаметр, на выходе смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос, которая примыкает к рабочей части аэродинамической трубы, состоящей из последовательно установленных отрезков труб цилиндрической формы различного диаметра, соединенных конфузорами, причем внутри цилиндрических участков соосно с ними установлены по меньшей мере две осевые турбины, каждая из которых через редуктор подключена к своему электрогенератору, при этом на выходе аэродинамической трубы расположен диффузор, внутри которого находятся нагревательные элементы, подключенные к выходу одного из электрогенераторов, а перед диффузором расположена вакуумируемая емкость, вход которой через воздуховод с управляемым клапаном соединен с аэродинамической трубой, а выход вакуумируемой емкости подсоединен к вакуумному насосу. Изобретение направлено на повышение КПД и мощности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам аккумулирования и генерации электроэнергии, использующим в своей работе накопители сжатого воздуха (пневмоаккумуляторы).

В последнее время в энергетике все большее внимание уделяется вопросам аккумулирования энергии. Это связано с тем, что режим работы энергосетей отличается значительной неравномерностью. В зимнее время за счет возрастания бытовой составляющей общая нагрузка энергосетей выше, чем летняя. А также в течение суток возможны перепады нагрузки в 2÷2,5 раза. Особенно актуальным вопрос аккумулирования энергии стал при расширении использования возобновляемых источников энергии, в частности, ветрогенераторов, выходная мощность которых не регулируется и зависит от силы ветра. Поэтому аккумуляторы энергии используют наиболее часто с ветрогенераторами.

Известна (RU, патент 2101562, опубл. 10.01.1998) ветровая аккумулирующая электростанция, содержащая несколько ветроэнергетических установок, каждая из которых включает ветродвигатель и кинематически связанный с ним компрессор, а также систему трубопроводов для подачи сжатого воздуха от ветроэнергетических установок к турбинам, кинематически связанным с электрическими генераторами. Кроме того, она снабжена маховиками с лопатками и дополнительными компрессорами, кинематически связанными с маховиками с использованием включаемых муфт сцепления, при этом система трубопроводов снабжена соплами для подачи сжатого воздуха на лопатки маховиков и турбин, а также задвижками и датчиками давления и частоты вращения для регулирования подачи сжатого воздуха на лопатки турбин и маховиков.

Основным недостатком данного устройства является то, что ветродвигатель кинематически связан с входным валом компрессора и передает ему крутящий момент с помощью трансмиссии. Соответственно, это снижает КПД устройства и сильно уменьшает диапазон работы ветроэнергетических установок, так как требуемую величину крутящего момента на компрессоре невозможно создать при малых скоростях ветра. Давление воздуха на выходе компрессора при малых скоростях ветра будет низким.

Известна (RU, патент 2611725, опубл. 27.02.2017) электрогенерирующая установка, содержащая средства генерации электроэнергии газотурбинного или паротурбинного типа, или средства генерации электроэнергии с комбинированным циклом, соединенные с генератором, или источники возобновляемой энергии, или комбинацию некоторых или всех упомянутых средств, которые предназначены для подключения к распределительной сети, и содержащая средства аккумулирования кинетической энергии и электроэнергии вместе со средствами для резервной генерации электроэнергии. Установка дополнительно включает также контроллер, выполненный с возможностью управления работой средств аккумулирования энергии и управления подключением средств аккумулирования энергии к упомянутым средствам генерации и к упомянутой сети, при этом контроллер осуществляет управление средствами аккумулирования энергии для предоставления активной или реактивной мощности упомянутой сети и вспомогательным системам установки на основе принятой информации, исходящей соответственно от сети, средств аккумулирования энергии, упомянутых средств генерации электроэнергии и оператора сети.

Недостатком известного технического решения следует признать то, что в основном в нем раскрыты средства автоматизированного управления генерирования электричества, а не сам процесс генерирования.

Кроме того, в данной установке используются механические аккумуляторы в виде быстро вращающихся маховиков. Эти устройства отличаются сложностью и большой стоимостью.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2583168, опубл. 10.05.2016) систему генерации электроэнергии на основе накопления и хранения энергии, использующую природную энергию, содержащую использующую природную энергию электростанцию на основе накопления энергии, причем указанная использующая природную энергию электростанция на основе накопления энергии содержит устройство сжатия воздуха для образования сжатого воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды, причем устройство сжатия воздуха присоединено к устройству для хранения воздуха, используемому для хранения сжатого воздуха, а указанное устройство для хранения воздуха дополнительно присоединено к другим электростанциям для подачи энергии с целью стабильной генерации электроэнергии и регулировки компенсации пиковой нагрузки.

Известная система работает следующим образом.

Используют природную энергию для генерации электроэнергии, причем используют электростанцию, работающую на природной энергии, для генерации электроэнергии и приводят в действие устройство сжатия воздуха, а затем используют устройство сжатия воздуха для получения сжатого воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды с последующим хранением сжатого воздуха в устройстве для хранения воздуха, причем затем сжатый воздух полагают основным источником движущей силы или вспомогательным источником движущей силы для других электростанций.

В качестве электростанции, работающая на природной энергии, может быть использована ветровая электростанция, или электростанция с воздуховодной шахтой.

В некоторых вариантах реализации указанная использующая природную энергию электростанция с воздуховодной шахтой генерирует электроэнергию посредством своего ветрового генератора для приведения в действие воздушного компрессора, а сжатый воздух хранят в резервуаре для хранения воздуха, причем указанный резервуар для хранения воздуха присоединен к другой, по меньшей мере, одной электростанции и подает сжатый воздух к электростанции в качестве основного источника движущей энергии или в качестве энергии для регулирования компенсации пиковой нагрузки.

В предпочтительном примере осуществления этого изобретения предложена использующая объединенную энергию электростанция, содержащая компрессор, электрически связанный с природной электростанций, воздуховодную шахту, которая перпендикулярна земле и на основании которой установлено несколько подводящих каналов, камеру для предварительного нагрева солнечным излучением, нижняя поверхность которой расположена на одном уровне с нижней поверхностью воздуховодной шахты, верхняя поверхность которой расположена выше указанных подводящих каналов, окружающих указанное основание, по меньшей мере, один ветровой генератор с воздушным приводным устройством, установленный в суженной части воздуховодной шахты, причем указанная камера для предварительного нагрева солнечным излучением содержит тепловой коллектор и оптический коллектор, который собирает солнечный свет к тепловому коллектору, устройство регулировки пиковой нагрузки, содержащее электрический воздушный компрессор, устройство зарядки и разрядки, и устройство управления распределением энергии, присоединенные к указанному ветровому генератору, причем воздушный компрессор присоединен к группе резервуаров для хранения воздуха (пневмоаккумуляторам) посредством трубопровода, отверстия для впуска воздуха, соответствующие указанным подводящим каналам, выполнены вокруг указанной камеры для предварительного нагрева солнечным излучением, связаны с указанными подводящими каналами через основной ветровой канал и дополнительно снабжены вентиляторами, сжимающими и подающими воздух в камеру для предварительного нагрева солнечным излучением.

По сути, в известном техническом решении электроэнергия, вырабатываемая на природных электростанциях, таких как гидроэлектростанция, ветроэлектростанция, солнечная электростанция, электростанция, использующая энергию приливов и отливов и прочие, используется для работы компрессора, который сжимает воздух до давления 120÷180 атмосфер и закачивает его в резервуары для хранения воздуха. По мере необходимости, эти резервуары подключаются с помощью трубопроводов к стоящей вертикально воздуховодной шахте, в суженной части которой стоит турбина ветрогенератора, вырабатывающая электроэнергию в сеть потребителям. Перед поступлением в воздуховодную шахту воздух предварительно нагревается.

Недостатком этого изобретения является то, что воздушный поток, поступая из резервуара в вертикально стоящую воздуховодную шахту, значительную часть своей кинетической энергии расходует не на вращение турбины ветрогенератора, а на совершение работы по подъему собственного веса на высоту воздуховодной шахты. Это приводит к уменьшению КПД установки. Кроме того, использование ветрогенератора в качестве генерирующей электростанции приводит к большому расходу воздуха из пневмоаккумуляторов. Поэтому построение системы хранения энергии большой емкости, которая могла бы генерировать энергию на протяжении нескольких часов, требует наличия большого количества резервуаров для хранения сжатого воздуха. Это приводит к увеличению стоимости хранения энергии.

Техническая задача, решаемая использованием настоящего изобретения, состоит в уменьшении стоимости хранения энергии, увеличении КПД и мощности генератора, использующего кинетическую энергию воздушного потока.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в упрощении конструкции за счет уменьшения количества резервуаров для хранения сжатого воздуха за счет увеличения воздушного потока при работе в аэродинамической трубе, которая выполняет роль эжектора, что, в свою очередь, приводит к уменьшению стоимости хранения энергии.

Также технический результат заключается в использовании в генераторе N осевых турбин, каждая из которых связана со своим электрогенератором, причем воздушный поток перед поступлением на лопатки очередной турбины подвергается дополнительному разгону на промежуточных участках аэродинамической трубы с переменным диаметром. В результате увеличивается мощность и КПД устройства.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство для хранения и генерации электроэнергии разработанной конструкции. Разработанное устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов содержит электростанцию, подключенную к приводу воздушного компрессора с системой жидкостного охлаждения, а выход компрессора подключен к пневмоаккумуляторам. Система жидкостного охлаждения содержит теплообменник, который через систему трубопроводов, содержащую насос, подключен к входу термостатированной емкости для хранения подогревающей жидкости, а выход термостатированной емкости через насос подключен к теплообменнику подогревающей жидкости, расположенному на внешней поверхности сопла подачи сжатого воздуха в горизонтально расположенную аэродинамическую трубу, вход сопла соединен через центральный трубопровод с пневмоаккумуляторами, выход сопла расположен по оси симметрии входной части аэродинамической трубы, причем периферия входной части аэродинамической трубы соединена с атмосферой, а с другой стороны примыкает к смесительной камере, длина которой не менее чем в 10 раз превышает ее диаметр, а на выходе смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос, которая примыкает к рабочей части аэродинамической трубы, состоящей их последовательно установленных отрезков труб цилиндрической формы различного диаметра, соединенных конфузорами, причем внутри цилиндрических участков соосно с ними установлены, по меньшей мере, две осевых турбины, каждая из которых через редуктор подключена к своему электрогенератору, причем на выходе аэродинамической трубы расположен диффузор, внутри которого находятся нагревательные элементы, подключенные к выходу одного из электрогенераторов, а перед диффузором расположена вакуумируемая емкость, вход которой через воздуховод с управляемым клапаном соединен с аэродинамической трубой, а выход вакуумируемой емкости подсоединен к вакуумному насосу. Предпочтительно, все трубопроводы снабжены управляемыми клапанами.

Как отмечено ранее, разработанное устройство содержит электростанцию, к которой подключен воздушный компрессор с системой жидкостного охлаждения. Выход компрессора через систему трубопроводов соединен с резервуарами для хранения сжатого воздуха (пневмоаккумуляторами). Каждый из резервуаров подключается к компрессору в нужный момент путем открытия управляемого клапана. Жидкостная система охлаждения компрессора замыкается на теплообменник, который нагревает аккумулирующую тепло жидкость. Эта жидкость через систему трубопроводов с использованием насоса закачивается на хранение в термостатированную емкость.

Поступление жидкости в термостатированную емкость и извлечение из нее регулируется управляемыми клапанами. В нужный момент подача горячей жидкости для подогрева сжатого воздуха в сопле обеспечивается насосом через систему трубопроводов.

В отличие от прототипа, турбины генератора установлены в горизонтально расположенной аэродинамической трубе. Причем во входной части трубы расположены сопло, а периферия входной части аэродинамической трубы соединена с атмосферой, ось симметрии сопла совпадает с осью симметрии аэродинамической трубы. Сопло через центральный трубопровод соединено с резервуарами для хранения сжатого воздуха и подключается к ним при открытии управляемых клапанов.

Сжатый воздух перед поступлением в аэродинамическую трубу подвергается подогреву в теплообменнике, распложенном вокруг сопла. Сжатый воздух из резервуаров смешивается с атмосферным воздухом в смесительной камере. Длина смесительной камеры должна не менее чем в 10 раз превышать ее диаметр.

Перед рабочей частью аэродинамической трубы после смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос.

Аэродинамическая труба заканчивается диффузором.

Перед диффузором расположена вакуумная емкость, соединенная с выходной частью трубы с помощью воздуховода, открывающегося через управляемый клапан. Вакуумная емкость соединена с вакуумным насосом, который подключен к электростанции. Кроме того в диффузоре расположены нагревательные элементы, подключенные к одному из электрогенераторов.

В средней рабочей части аэродинамической трубы расположены турбины числом не менее двух. Предпочтительно турбины осевого типа и ось вращения турбин совпадает с осью симметрии аэродинамической трубы. Турбины через редукторы связаны каждая со своим электрогенератором. Каждая очередная турбина расположена в рабочей части аэродинамической трубы меньшего диаметра, по сравнению с предыдущей. Участки аэродинамической трубы разного диаметра соединены друг с другом конфузорами.

Количество турбин ограничено минимально возможным сечением аэродинамической трубы.

Аэродинамическая труба расположена на опорах.

На чертеже приведена конструкция разработанного устройства генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов.

Устройство содержит электростанцию 1, воздушный компрессор 2, с системой жидкостного охлаждения 3, систему трубопроводов для сжатого воздуха 4, резервуары (пневмоаккумуляторы) для хранения сжатого воздуха 5, управляемые клапаны для сжатого воздуха 6, теплообменник 7, систему трубопроводов для подогревающей жидкости 8, насос для закачивания подогревающей жидкости 9, термостатированную емкость 10, управляемые клапаны в системе подачи подогревающей жидкости в емкость 11, управляемые клапаны в системе подачи подогревающей жидкости на сопло 12, насос для подачи подогревающей жидкости на сопло 13, систему трубопроводов для подачи подогревающей жидкости на сопло 14, рабочая часть аэродинамической трубы 15, входная часть аэродинамической трубы 16, сопло 17 для подачи сжатого воздуха в аэродинамическую трубу, центральный трубопровод 18, управляемый клапан центрального трубопровода 19, теплообменник подогрева сжатого воздуха 20, смесительную камеру 21, решетку, представляющую собой ячеистую структуру из металлических полос 22, диффузор 23, вакуумируемую емкость 24, воздуховод 25, управляемый клапан вакуумируемой емкости 26, вакуумный насос 27, нагревательные элементы 28, первый конфузор 29, первую турбину 30, редуктор первой турбины 31, первый электрогенератор 32, второй конфузор 33, вторую турбину 34, редуктор второй турбины 35, второй электрогенератор 36, N-ный конфузор 37, N-ную турбину 38, редуктор N-ной турбины 39, N-ный электрогенератор 40, опоры аэродинамической трубы 41.

Устройство работает следующим образом.

Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией 1, предпочтительно электростанцией на возобновляемых источниках энергии, таких как, энергия ветра, солнечная энергия и другие, используется для работы воздушного компрессора 2 с системой жидкостного охлаждения 3. Компрессор сжимает воздух до требуемого давления и закачивает его в резервуары для хранения сжатого воздуха (пневмоаккумуляторы) 5 через, систему трубопроводов 4 поочередно при открывании управляемых клапанов 6.

Выделяемое при работе компрессора тепло отводится с помощью системы жидкостного охлаждения на теплообменник 7, который нагревает жидкостной теплоноситель в системе подогревающей жидкости. С помощью насоса 9 по системе трубопроводов 8 при открытых управляемых клапанах 11 нагретая жидкость поступает в термостатированную емкость 10, где и хранится до момента начала генерации электроэнергии.

После закачки требуемого количества сжатого воздуха в резервуары 5, управляемые клапаны 6 и 11 в трубопроводах закрываются.

При пиковых нагрузках электросетей для обеспечения электроэнергией потребителей, сжатый воздух, хранимый в резервуарах, используют как основной источник энергии для генератора. Сжатый воздух поочередно начинает поступать из резервуаров при открытии управляемых клапанов 6 и 19 через центральный трубопровод 18 на сопло 17. При этом одновременно открываются управляемые клапаны 12 и насос 13 через систему трубопроводов 14 подает подогревающую жидкость на теплообменник 20, расположенный вокруг сопла 17. Подогревающая жидкость отдает свое тепло сжатому воздуху, поступающему из резервуаров 5.

Сжатый воздух через сопло 17 поступает в аэродинамическую трубу. Периферия входной части аэродинамической трубы 16 соединена с атмосферой, а с другой стороны примыкает смесительной камере 21. Такое строение аэродинамической трубы позволяет ей выполнять функцию эжектора, что в свою очередь позволяет подать большое количество воздуха сравнительно невысокого давления за счет энергии небольшого количества воздуха высокого давления. Чем больше давление сжатого воздуха, тем большее количество атмосферного воздуха можно привести в движение с заданной скоростью. Передача энергии от одного потока к другому происходит путем их турбулентного смешивания.

Смешивание потоков происходит в смесительной камере 21. Для того, чтобы в ней успел закончиться процесс смешивания потоков, длина камеры должна быть не менее, чем в десять раз больше ее диаметра. На выходе смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос 22, которая уменьшает турбулентность результирующего потока, полученного в результате смешивания высокоскоростного потока сжатого воздуха, поступающего из пневмоаккумуляторов, и атмосферного воздуха. Таким образом, использование эжекторной аэродинамической трубы позволяет не ограничиваться подачей на турбины генератора только сжатого воздуха, запасенного в пневмоаккумуляторах, а значительно увеличить расход воздушного потока за счет привлечения атмосферного воздуха. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить количество резервуаров для хранения сжатого воздуха и, тем самым, уменьшить стоимость хранения энергии.

Однако, в процессе смешивания происходит уменьшение кинетической энергии результирующего потока воздуха. Мощность воздушного потока, т.е. количество энергии, которое можно выработать, используя кинетическую энергию движения воздуха, определяется выражением [2]:

где q - плотность воздуха в кг/м3;

s - площадь сечения участка аэродинамической трубы в м2;

V - скорость движения воздуха в м/с.

Из формулы (1) следует, что мощность зависит от куба скорости движения воздушных масс. Поэтому, прежде чем войти в контакт с лопатками первой турбины 30, воздушные массы форсируют, т.е. разгоняют до скорости V, за счет сужения рабочей части аэродинамической трубы 15. Сужение делается плавно с использованием конусообразного первого конфузора 29.

Согласно уравнению Бернулли для горизонтального участка трубы [2]:

где q - плотность воздуха в кг/м3;

Vo - скорость движения воздуха на участке трубы с сечением S0 в м/с;

Рo - статическое давление воздуха на участке трубы с сечением S0 в н/м2;

V1 - скорость движения воздуха на участке трубы с сечением S1 в м/с;

P1 - статическое давление воздуха на участке трубы с сечением s1 в н/м2;

(q*Vo2)/2 - динамическое давление или скоростной напор воздуха на участке трубы сечением So в н/м2.

Закон Бернулли гласит, что увеличение скорости воздуха (динамического давления) на участке трубы с меньшим сечением происходит за счет уменьшения статического давления, но в сумме статическое и динамическое давление на участках трубы с разным сечением составляют неизменную величину. Согласно уравнению неразрывности [2]:

где Sо - площадь сечения трубы на участке с большим диаметром в м2;

Vо - скорость воздуха на участке трубы с большим диаметром в м/с;

S1 - площадь сечения трубы на участке с меньшим диаметром в м2;

V1 - скорость воздуха на участке трубы с меньшим диаметром в м/с.

Тогда:

т.е. скорость воздуха увеличивается прямо пропорционально уменьшению площади сечения аэродинамической трубы.

Предварительно разогнавшись в конфузоре 29, воздух поступает на лопатки первой турбины 30. Турбина выполнена по схеме осевой авиационной турбины. Причем лопатки турбины расположены по периферии колеса, где они работают наиболее эффективно. Центральная часть турбины остается свободной для движения воздушных масс и создает минимальное сопротивление их движению. Турбина служит для преобразования кинетической энергии воздушных масс в крутящий момент, который с использованием редуктора 31 передается на генератор электрической энергии 32.

Проходя через лопатки турбины, воздух тормозится не полностью, а до скорости V11, так как максимальный коэффициент использования ветра, согласно критерию Бетца [1], [3], составляет величину 0,593.

Смешиваясь с воздухом, прошедшим через центральную часть турбины, воздух на выходе первой турбины будет иметь суммарную скорость V2 [4]:

где m2 - масса воздуха, прошедшего через лопатки турбины в кг;

V11 - скорость воздуха, прошедшего через лопатки турбины в м/с;

m1 - масса воздуха, прошедшего через центр турбины в кг;

V1 - скорость воздуха, прошедшего через центр турбины в м/с;

V2 - суммарная скорость всего воздуха после смешивания в м/с.

Далее воздушный поток опять разгоняется до начальной скорости V). Для этого сечение аэродинамической трубы с помощью второго конфузора 33 уменьшают до сечения S2. Так как после прохождения лопаток первой турбины 30 скорость воздушного потока на участке трубы с сечением S1 уменьшилась до V2, то имеем соотношение:

Отсюда следует:

Следовательно, сечение трубы надо уменьшить перед второй турбиной 34 в V2/V1 раз. После разгона воздуха на конфузоре 33, он поступает на лопатки второй осевой турбины 34, мощность на выходе которой будет в S1/S2 раз меньше, чем на первой. Вторая турбина 34 с использованием редуктора 35, приводит в движение генератор 36.

Так как кинетическая энергия воздушных масс на второй турбине также не полностью преобразовалась в крутящий момент генератора, то воздух на выходе второй турбины можно подать на вход третьей турбины, предварительно произведя форсирование через уменьшение сечения трубы. На третьей турбине мощность вырабатываемой электроэнергии будет, естественно, меньше чем на второй в S2/S3 раз, где S3 - сечение трубы на участке, где расположена третья турбина. Всю описанную выше процедуру можно повторить N раз до уменьшения сечения аэродинамической трубы в разумных пределах.

На последнем участке трубы будет расположен N-ый конфузор 37, N-ная турбина 38, N-ный редуктор 39 и N-ный электрогенератор 40.

Одновременно с открытием управляемого клапана центрального трубопровода 19, т.е. с подачей сжатого воздуха в аэродинамическую трубу, открывается управляемый клапан 26 вакуумной емкости.

В вакуумируемой емкости 24 предварительно с использованием вакуумного насоса 27 создается требуемое разрежение. Так как вакуумируемая емкость с использованием воздуховода 25 соединена с выходной частью аэродинамической трубы, то ее использование позволяет создать в аэродинамической трубе дополнительный перепад давления на начальном этапе работы устройства. Это положительным образом влияет на преодоление трения в подшипниках турбины, редуктора и электрогенератора, и обеспечивает более быстрый выход турбины на требуемую скорость вращения, т.е. выход на режим.

Для устранения аэродинамических шумов на выходе аэродинамической трубы расположен диффузор 23.

Для более устойчивой работы устройства в режиме генерации электроэнергии в диффузоре 23 расположены нагревательные элементы 28, которые запитываются от одного из электрогенераторов. Нагрев воздуха в диффузоре приводит к дополнительному перепаду давления в аэродинамической трубе и увеличению скорости воздушного потока.

Применение в предлагаемом устройстве эжектора позволяет увеличить расход воздушного потока за счет привлечения атмосферного воздуха, применение конфузоров позволяет форсировать воздушный поток, а использование турбин и, соответственно, электрогенераторов в количестве N штук позволяет более полно использовать кинетическую энергию воздушного потока в аэродинамической трубе.

Естественным результатом описанной выше схемы является увеличение мощности устройства, увеличение его КПД и уменьшение стоимости хранения энергии.

Устройство легко реализуемо на современном этапе развития науки и техники. В качестве электрогенератора можно использовать генератор любого типа: на постоянных магнитах, асинхронный, вентильный. Аэродинамическая труба устанавливается на фундаментных опорах любого типа с приваренными к ним при монтаже ложементами, обхватывающими трубу по внешнему диаметру. Аэродинамическая труба собирается из отрезков облегченных труб, сделанных из металла (например, алюминия) или пластика (например, поликарбоната) с минимальной шероховатостью по внутренней стороне для уменьшения трения при движении воздуха. Аэродинамическая труба крепится в ложементах при монтаже винтами. Отрезки труб соединяют встык и фиксируют стягивающими хомутами. Участки аэродинамической трубы, где расположены конфузоры, турбины и редукторы, делают из любого подходящего металла, например алюминия.

В качестве воздушного компрессора может использоваться любой компрессор с системой жидкостного охлаждения требуемой производительности.

Резервуары для хранения сжатого воздуха (пневмоаккумуляторы) представляют собой группу стальных резервуаров, количество которых превышает единицу, выдерживающих требуемое давление, и удовлетворяющих действующим в настоящее время гражданским стандартам на работающее под давлением оборудование.

Термостатированная емкость представляет собой резервуар требуемого объема, сделанный из металла или пластика, покрытый теплоизолирующим материалом.

В качестве управляемых клапанов можно использовать быстродействующие задвижки.

В качестве вакуумного насоса можно использовать насос любого типа: масляный диффузионный насос, турбомолекулярный насос, крионасос.

Список литературы

1. Betz. A, Introduktion to the theory of Flon Machines (D.G. Rancall, Trans)

Oxford:PergamonPress, 1966.

2. "Проектирование и эксплуатация установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ветроэлектрические установки ". Санкт Петербург, издательство политехнического университета, 2011.

3. Энергия ветра и ее использование ветряными мельницами. Бетц книга, 1926, Германия.

4. Ветряные двигатели с самоустанавливающимися лопастями. Сабинин Г.X. Труды ЦАГИ, выпуск 32, 1927.

1. Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов, содержащее электростанцию, подключенную к приводу воздушного компрессора с системой жидкостного охлаждения, выход компрессора подключен к пневмоаккумуляторам, отличающееся тем, что система жидкостного охлаждения содержит теплообменник, который через систему трубопроводов, содержащую насос, подключен к входу термостатированной емкости для хранения подогревающей жидкости, выход термостатированной емкости через насос подключен к теплообменнику подогревающей жидкости, расположенному на внешней поверхности сопла подачи сжатого воздуха в горизонтально расположенную аэродинамическую трубу, вход сопла соединен через центральный трубопровод с пневмоаккумуляторами, выход сопла расположен по оси симметрии входной части аэродинамической трубы, причем периферия входной части аэродинамической трубы соединена с атмосферой, а с другой стороны примыкает к смесительной камере, длина которой не менее чем в 10 раз превышает ее диаметр, на выходе смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос, которая примыкает к рабочей части аэродинамической трубы, состоящей из последовательно установленных отрезков труб цилиндрической формы различного диаметра, соединенных конфузорами, причем внутри цилиндрических участков соосно с ними установлены по меньшей мере две осевые турбины, каждая из которых через редуктор подключена к своему электрогенератору, при этом на выходе аэродинамической трубы расположен диффузор, внутри которого находятся нагревательные элементы, подключенные к выходу одного из электрогенераторов, а перед диффузором расположена вакуумируемая емкость, вход которой через воздуховод с управляемым клапаном соединен с аэродинамической трубой, а выход вакуумируемой емкости подсоединен к вакуумному насосу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все трубопроводы снабжены управляемыми клапанами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении мощности в области применения установки для производства электроэнергии и достигается благодаря тому, что гелиоветряная установка для выработки электроэнергии состоит из полотна элементов, являющихся несоединенными между собой пластинами солнечной батареи, электрически связанными между собой и через аккумулятор и инвертор соединенными с нагрузкой, образующими общую плоскость, каждая пластина жестко соединена с поршнем гидравлического цилиндра, имеющим впускной и выпускной клапаны, через общую систему трубопроводов, снабженную расширительной емкостью, соединенную с гидротурбиной с редуктором на валу, выход которого соединен с генератором электроэнергии и через аккумулятор и систему управления с нагрузкой.

Изобретение относится к области автономных систем электроснабжения, использующих энергию ветра и солнца. Ветросолнечная установка автономного электроснабжения состоит из ветродвигателя 1, механически соединенного с мультипликатором 2, который через обгонную муфту 3 механически соединен с генератором 4 электрической энергии, являющимся синхронным генератором с двухконтурной магнитной системой, к которому подключены первый и второй диодные мосты 5 и 6, соответственно, при этом первый диодный мост 5 связан с инвертором 7, соединенным со стабилизатором 8 напряжения, соединенным с реле 9 обратного тока, подключенного к однофазной сети 10 переменного напряжения, к которой подключена система управления 11, соединенная с инвертором 7, с системой 12 ориентации солнечных батарей, управляемой устройством 13 ориентации по солнцу, на котором расположены гибкие солнечные панели 14, подключенные к контроллеру 15 заряда аккумуляторных батарей, который соединен с балластной нагрузкой 16 в виде электрических нагревательных элементов и аккумуляторными батареями 17, причем второй диодный мост 6 соединен с компаратором 18 напряжения, имеющим петлю гистерезиса и выход которого соединен с системой 11 управления и с базой силового транзистора 19, через который идет подключение аккумуляторных батарей 17 к инвертору 7 напряжения, к системе 11 управления подсоединены бензогенератор 20 и реле 21 подключения бензогенератора 20 к однофазной сети 10 переменного напряжения, к однофазной сети 10 переменного напряжения подключены потребители 22 электрической энергии.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектростанция включает опорную раму с расположенным на ней валом и лопастную систему, закрепленную на валу.

Изобретение относится к альтернативной энергетике. Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра содержит миниатюрный генератор постоянного тока, каркас, на котором установлены желобчатый концентратор дождевой воды или снега с желобами, турбина с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал, причем турбина устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора дождевой воды или снега, концентратор ветра с установленными во входной части вертикальными перегородки, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический, установленный под концентратором дождевой воды или снега, причем концентратор ветра монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе турбину, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины и вал генератора соединяются посредством магнитных муфт.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэроэнергостат наземно-генераторный содержит в составе воздухоплавательного модуля выполненные за одно целое аэростатную оболочку, крепежное базовое кольцо, прижатое к днищу оболочки меридианными лентами, опорную раму в плоскости, перпендикулярной ветру, к горизонтальной перекладине которой подвешена гондола с радиально-лопастной турбиной, ось вращения которой совпадает с направлением ветра, гибкий вал, привязные тросы, силовой блок из мультипликатора и генератора, свободно раскачивающийся внутри вертикальных стоек, причальную тумбу с расположенной на ней поворотной платформой с двумя соосными лебедками.

Изобретение относится к устройству для рекуперации кинетической энергии торможения высокоскоростных железнодорожных составов. Энергетическая установка на воздушном потоке содержит полый цилиндрический корпус, снабженный входным и выходным воздушными каналами и направляющими ребрами для закручивания воздушного потока, внутри которого размещен шнековый ротор, механически связанный с электрическим генератором, при этом в нее введен второй электрический генератор, причем торцы электрических генераторов жестко присоединены к торцам полого электрического корпуса, а оси их роторов соединены с осью шнекового ротора, входной и выходной воздушные каналы выполнены в виде отверстий в полом электрическом корпусе и накрыты снаружи подвижно закрепленными к верхней части корпуса секторами с магнитными защелками, бесконтактно взаимодействующими с дистанционно управляемыми электромагнитными деблокираторами.

Изобретение относится к устройствам автономного энергоснабжения маломощных потребителей. Устройство автономного энергоснабжения с модулем светового ограждения, содержащее, по меньшей мере, две солнечные панели из монокристаллических или поликристаллических фотогальванических модулей, ветрогенератор, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, блок управления и контроля, состоящий из контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и/или гибридного контроллера заряда аккумуляторной батареи, совмещающего функции контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и позволяющего одновременно использовать ветрогенератор и фотогальванические модули, климатический модуль, исполнительный модуль светового ограждения, включающий модуль автоматики включения/отключения с возможностью подключения контроллера управления по GSM каналам и выносные сдвоенные заградительные огни.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Сегментный ветроэлектрогенератор содержит трубостойку, сегментный статор и сегментный ротор в виде ветроколеса с лопастями, вращающееся основание.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ротор сегментного ветроэлектрогенератора содержит ступицу, лопасти, ферромагнитные элементы, установленные на дугах, уголки крепления к ступице лопастей.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Парусная ветроустановка имеет подвижную мачту, пластинчатый рабочий парус с переменной парусностью, а также устройство вторичного преобразования энергии.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветрогенераторная установка состоит из вертикально расположенного трубчатого воздухозаборника с горизонтально ориентированным входным каналом, изогнутого в нижней части и соединенного с выпускной трубой, оснащенной на части ее длины сужением, в котором размещен турбогенератор.

Изобретение относится к ветроэнергетической установке и способу получения электроэнергии с помощью ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка, содержащая элементы, направляющие воздушные потоки на лопатки установки, генератор.
Изобретение относится к электростанциям. Способ получения электрической энергии от наземной электростанции на естественной тяге заключается в том, что наземную электростанцию располагают в сквозном канале, соединенном с привязным летательным аппаратом, в котором используют подъемную силу пара.
Изобретение относится к электростанциям. Электростанция с постоянной тягой от паронагревателя содержит помещение, сквозной канал, турбину, электрогенератор, паронагреватель с электронагревателями и терморегуляторами.

Изобретение относится к системе генерирования электрической энергии для летательного аппарата. Система (20) содержит обтекатель (21), содержащий по меньшей мере одну турбину (22), размещенную в передней части (21a) обтекателя (21), и генератор (23) электрической энергии, соединенный с упомянутой турбиной.

Изобретение относится к турбине на воздушном или водном потоке. Турбина состоит, по меньшей мере, из двух полых объемных колес, вложенных одно в другое.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии: ветровой и солнечной энергетики. Солнечно-ветровая энергетическая установка содержит неподвижную платформу, на которой в подшипниковой опоре установлен вертикальный вращающийся вал, на верхнем конце которого жестко закреплена аэродинамическая конструкция с аэродинамическими лопастями; солнечные батареи с солнечными элементами, часть которых функционально соединена посредством электропроводов с обмоткой ротора электрогенератора, блоки преобразования напряжения и распределения электроэнергии потребителям.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроустановка с вихревыми аэродинамическими преобразователями воздушного потока, содержащая ветроприемное устройство с ускорителем ветрового потока, выполненным в виде трубки Вентури, отличающаяся тем, что включает в себя полый кольцевой концентратор, в котором ускоряется воздушный поток, размещенный в центре ветроприемного устройства с расположенным внутри концентратора завихрителем воздушного потока, а также вихревым эжектором потоков воздуха, состоящим из n модулей.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности относится к ветроэлектростанциям. Ветроэлектростанция содержит воздуховод, состоящий из комплектов, каждый из которых включает сопло в виде конфузора с входной частью, рабочей части, диффузора, в выходной части снабженного направляющими лопатками, ветроколесо, установленное с помощью подшипников и опор в рабочей части, электрогенератор, соединенный посредством передаточного механизма с ветроколесом.

Изобретение относится к ветровым и солнечным энергетическим установкам, объединенным в единую конструкцию. Энергоэффективная солнечно-ветровая энергетическая установка содержит: трехлопастную конусно-шнековую ветроэнергетическую установку с горизонтальным вращающимся валом, которая образована тремя половинками спиральных цилиндров, расположенных относительно друг друга под углом 120°, усеченных криволинейными поверхностями второго порядка; поворотную платформу с вертикальным валом; солнечную энергетическую установку, представляющую собой пленочную солнечную фотоэлектронную батарею, нанесенную на внешнюю поверхность трех лопастей конусно-шнековой ветроэнергетической установки; вертикальную пластину, расположенную под поворотной платформой; монтажные фигурные пластины для крепления к ним примыкающей части половинок спиральных цилиндров, неподвижно соединенные с горизонтальным вращающимся валом; основание, к которому крепятся примыкающие части трех лопастей конусно-шнековой ветроэнергетической установки; переднюю треугольную опорную стойку с подшипниковым узлом; две задние параллельные стойки с подшипниковым узлом, установленным между ними и служащим для крепления задней части горизонтального вращающегося вала; две поперечные планки, прикрепленные к двум задним параллельным стойкам; тихоходный магнитоэлектрический генератор, установленный на двух параллельных стойках и двух поперечных планках; конфузор-диффузор с цилиндрической частью между ними, выполненные из прозрачного поликарбоната, причем трехлопастная конусно-шнековая ветроэнергетическая установка с горизонтальным вращающимся валом, подшипниковыми узлами, передней треугольной стойкой и двумя задними параллельными стойками расположены в цилиндрической части конфузора-диффузора; передний и задний ложементы, служащие для крепления к ним цилиндрической части конфузора-диффузора, прикрепленные к поворотной платформе; двояковыпуклые продольные линзы, встроенные вдоль цилиндрической части конфузора-диффузора; литиевые аккумуляторные батареи; контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторных батарей; инвертор.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство генерации электроэнергии с использованием пневмоаккумуляторов содержит электростанцию, подключенную к приводу воздушного компрессора с системой жидкостного охлаждения, выход компрессора подключен к пневмоаккумуляторам. Система жидкостного охлаждения содержит теплообменник, который через систему трубопроводов, содержащую насос, подключен к входу термостатированной емкости для хранения подогревающей жидкости, выход термостатированной емкости через насос подключен к теплообменнику подогревающей жидкости, расположенному на внешней поверхности сопла подачи сжатого воздуха в горизонтально расположенную аэродинамическую трубу, вход сопла соединен через центральный трубопровод с пневмоаккумуляторами, выход сопла расположен по оси симметрии входной части аэродинамической трубы, причем периферия входной части аэродинамической трубы соединена с атмосферой, а с другой стороны примыкает к смесительной камере, длина которой не менее чем в 10 раз превышает ее диаметр, на выходе смесительной камеры расположена решетка, представляющая собой ячеистую структуру из металлических полос, которая примыкает к рабочей части аэродинамической трубы, состоящей из последовательно установленных отрезков труб цилиндрической формы различного диаметра, соединенных конфузорами, причем внутри цилиндрических участков соосно с ними установлены по меньшей мере две осевые турбины, каждая из которых через редуктор подключена к своему электрогенератору, при этом на выходе аэродинамической трубы расположен диффузор, внутри которого находятся нагревательные элементы, подключенные к выходу одного из электрогенераторов, а перед диффузором расположена вакуумируемая емкость, вход которой через воздуховод с управляемым клапаном соединен с аэродинамической трубой, а выход вакуумируемой емкости подсоединен к вакуумному насосу. Изобретение направлено на повышение КПД и мощности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх