ВЕТРОПНЕВМОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использовано при производстве и непрерывном энергоснабжении автономного потребителя электрической энергией из возобновляемых источников энергии.
Известны установки для производства электрической энергии из возобновляемых источников энергии, например, используя напор воды в плотинах, силу ветра, прилив, отлив и волны моря, солнечное излучение, тепло земли, однако еще не в полной мере решен вопрос аккумулирования (накопления) полученной электрической энергии, особенно для автономного потребителя.
Недостатком известных накопителей энергии, например, накопление воды в водохранилищах, является их громоздкость, следовательно, они не приемлемы для автономного потребителя.
Для накопления электрической энергии в технике широко применяются аккумуляторные батареи (АКБ) (Родичев В.А. Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей. - М.: Издательский центр «Академия», 2004). Однако они не способны в достаточном количестве аккумулировать электрическую энергию, а из-за их высокой стоимости, большой массы, малого срока службы они еще недостаточно используются в электрических и гибридных автомобилях, ветроэнергетических установках.
Недостатком использования АКБ в качестве накопителя электрической энергии является недостаточная удельная энергетическая емкость, и как следствие - большая металлоемкость и значительно высокие эксплуатационные затраты, что увеличивает стоимость произведенной электроэнергии для автономного потребителя.
Альтернативой АКБ может стать способ аккумулирования механической энергии путем превращения ее в потенциальную энергию сжатого, воздуха и хранения его в баллонах под большим давлением, чтобы при необходимости его использовать для преобразования в механическую или электрическую энергию. В Индии создан автомобиль, работающий на сжатом воздухе (Авто на пневматической тяге. - Ж-л.: «Популярная механика», №7. - Москва, 2007. - С.27), который проезжает на одной заправке 340-литрового баллона сжатым воздухом при давлении в 300 атм. около 200 км со скоростью 110 км/ч.
Известна ветросиловая установка с ветродвигателем и пневматическим аккумулятором, снабженная компрессором для всасывания воздуха из атмосферы, ресивером, аккумулирующим энергию сжатого воздуха и соединенным с компрессором и пневмодвигателем, передающим вращение на тот же генератор переменного тока, что и ветродвигатель, что обеспечивает непрерывное энергоснабжение потребителя из возобновляемых источников энергии и, следовательно, снижение затрат на производство энергии (Я.И.Штефтер, И.В.Рождественский. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. - Изд-во министерства сельского хозяйства СССР, М., 1957. - С.131, рис.92).
Недостатками описанного устройства непрерывного энергоснабжения автономного потребителя являются: недопустимые отклонения величины напряжения в питающей сети потребителя при переходе ветроагрегата на режим восполнения энергии с помощью работы пневмодвигателя на сжатом воздухе в случае снижении силы ветра и наоборот; нерациональное использование энергии ветромеханической установки, одновременно вращающей генератор электрического тока и компрессор как в режиме буферного, так и в режиме емкостного пневмоаккумулятора. В режиме емкостного пневмоаккумулятора вообще вся энергия вращения ветроколеса используется на сжатие и аккумулирование воздуха, который сразу же используется пневмодвигателем на вращение генератора электрического тока (т.е. происходят двойные потери при преобразовании энергии до генератора электрического тока).
В гелиоветродизельгенераторной установке для энергоснабжения автономных потребителей (Шерьязов С.К., Аверин А.А. Гелиоветродизельгенера-торная установка для автономных потребителей: Вестник ЧГАУ, Т.52. - Челябинск: ЧГАУ, 2008), непрерывное энергоснабжение осуществляется как из возобновляемых источников энергии - солнечного излучения и силы ветра, так и из невозобновляемых - дизельного топлива. Дизельгенератор ветроэнергетиче-ской установки производит выработку электрической энергии в виде переменного тока, выпрямление его в постоянный, преобразование его в трехфазный ток стандартной частоты, стабилизацию колебаний электрической энергии, поступающей потребителю. Накопление электрической энергии происходит в АКБ, а отдача (разрядка АКБ) - в моменты прекращения работы ветроэнерге-тической установки при снижении скорости ветра или его отсутствия.
Однако аккумуляторная батарея не обеспечивает автономного потребителя электрической энергией длительное время и в достаточном количестве, поэтому применяется дизельгенератор и, соответственно, возникает необходимость поставки и хранения дизельного топлива. Поэтому проблема аккумулирования электрической энергии постоянно актуальна из-за отсутствия надежных, емких и дешевых аккумуляторов.
Описанное выше известное устройство для автономного энергоснабжения потребителей (Патент RU 2325551 C1, F03D 9/02, 27.05.2008) принято в качестве прототипа к заявляемому устройству. Оно содержит ветроэнергетическую установку, подключенную через выпрямитель и автономный инвертор к шинам потребителя электрической энергии; двигатель внутреннего сгорания, снабженный реле запуска и регулятором мощности двигателя внутреннего сгорания, соединенный с синхронной машиной, которая присоединяется к шинам потребителя; подключенный за ветроэнергетической установкой стабилизатор;
аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и автономным инвертором, снабженную контроллером заряда, подключенным к реле запуска двигателя внутреннего сгорания и блоку управления, к ветроэнергетической установке подключен нагревательный элемент, установленный в баке-аккумуляторе, устройство снабжено регулятором мощности тепловой нагрузки, системой управления автономным инвертором и стабилизатором.
Недостатком известного устройства для автономного энергоснабжения потребителей, принятого в качестве прототипа, является использование органического (дизельного) топлива, что связано с повышением затрат на производство электрической энергии, особенно для автономного потребителя в случае отдаленности его от источников энергии.
Целью настоящей полезной модели является снижение затрат на производство электрической энергии путем разработки ветропневмогенераторной установки для непрерывного энергоснабжения автономного потребителя, используя возобновляемые источники энергии.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом ветропневмогенераторной установке для непрерывного энергоснабжения автономного потребителя, содержащей ветроэнергетической устройство, подключенное через выпрямитель и автономный инвертор к шинам потребителя электрической энергии, аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и автономным инвертором, в отличие от прототипа содержит компрессор для всасывания воздуха из атмосферы, подключенный к шинам потребителя электрической энергии, ресивер, аккумулирующий энергию сжатого воздуха и соединенный с компрессором и пневмогенератором, преобразующим энергию сжатого воздуха в переменный ток и подключенным между ветроэнергетической установкой и выпрямителем.
В результате проведенных патентных исследований не выявлены признаки, заявляемые в предлагаемом техническом решении. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Сущность предлагаемой ветропневмогенераторной установки поясняется рисунком, на котором показана схема непрерывного энергоснабжения автономного потребителя.
Разработанная ветропневмогенераторная установка для непрерывного энергоснабжения автономного потребителя содержит ветроэнергетическое устройство 1, подключенное через выпрямитель 2 и автономный инвертор 3 к шинам потребителя электрической энергии, аккумуляторную батарею 4, подключенную между выпрямителем 2 и автономным инвертором 3, компрессор 5, подключенный к шинам потребителя электрической энергии, ресивер 6, соединенный с компрессором 5 и пневмогенератором 7, подключенным между ветроэнергетическим устройством 1 и выпрямителем 2.
Предлагаемая ветропневмогенераторная установка работает следующим образом: ветроэнергетическое устройство 1 при наличии ветра вырабатывает переменный ток, который подается на выпрямитель 2 и далее на инвертор 3 и аккумуляторную батарею 4, которая работает в буферном режиме, сглаживая колебания энергии. Далее выпрямленный ток в инверторе 3 преобразуется в трехфазный ток стандартной частоты и поступает к потребителю, однако, когда потребитель не использует всю электрическую энергию, она используется для привода компрессора 5, который всасывает воздух из атмосферы, сжимает его и под давлением подает в ресивер 6. Когда в электрической сети потребителя снижается напряжение, что свидетельствует о недостатке электрической энергии, аккумулированная энергия сжатого воздуха в ресивере 6 преобразуется пневмогенератором 7 в переменный ток, который поступает в выпрямитель 2, инвертор 3 и далее к потребителю. Снижение напряжения в сети потребителя возникает при неработающей ветроэнергетическом устройстве 1 из-за отсутствия ветра или недостаточной его скорости, а также в результате кратковременного увеличения потребления электрической энергии потребителем.
Использование предлагаемой ветропневмогенераторной установки для непрерывного энергоснабжения автономного потребителя позволит снизить стоимость производимой электрической энергии за счет снижения затрат на приобретение большого количества аккумуляторов при накоплении электрической энергии более одних суток. Также произойдет снижение эксплуатационных затрат на периодическую смену и обслуживание дорогостоящих аккумуляторных батарей, используемых в качестве накопителей электрической энергии, и отпадает необходимость использования невозобновляемых источников энергии таких, как дизельное топливо.