МОБИЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к автономным системам электроснабжения двух-трехфазным переменным током и автономному теплоснабжению объектов при использовании энергии ветра, солнца и двигателя внутреннего сгорания.
Мобильный автономный источник энергии предназначен для полноценного энергоснабжения как жилых и производственных помещений, не имеющих центрального энергоснабжения, например, районы дальнего севера, так и для энергоснабжения сезонных детских, спортивных и военных полевых лагерей.
Известна солнечно-ветровая водонагревательная установка (RU №2386907, МПК F24J 2/42, опубликовано 20.04.2010), состоящая из секционного теплообменника типа «труба в трубе», вертикального секционного теплогенератора, вал которого вращает ветродвигатель, размещенных в помещении, на крыше которого установлена водяная емкость, связанная гидравлически прямым и обратным трубопроводами с ними. Изобретение позволяет комбинировать известное оборудование для обеспечения нагрева воды, используя солнечную и ветровую энергии.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются наличие установки для преобразования солнечной энергии в тепловую, теплового аккумулятора, выполненного в виде термоизолированной емкости с водой, и возможность обеспечения автономности работы системы энергоснабжения потребителя.
Недостатком аналога является то, что в нем не предусмотрена выработка электроэнергии для энергоснабжения.
Отличием заявляемой полезной модели от аналога является наличие ветроэлектрической установки для выработки электроэнергии, теплообменника с встроенным электронагревателем, аккумулятора электрической энергии, автоматической системы управления, насоса, осуществляющего циркуляцию теплоносителя по контурам системы, установки для преобразования солнечной энергии в электрическую, дизельной генераторной установки, обеспечивающей бесперебойное энергоснабжение потребителя.
Известна автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии (RU №2262790, МПК H02J 7/34, H02J 3/38, F03D 9/00, опубликовано 20.10.2005), состоящая из двух независимых источников электроснабжения, соединенных между собой блоком переключения, функцию одного из них выполняет дизель-генераторная установка, снабженная системой автоматического регулирования активной мощности, функцию другого - синхронный компенсатор с устройством разгона и системой автоматического регулирования скорости, ветротурбина переменой скорости вращения, жестко связанная многоскоростной асинхронной машиной, управляемой блоком выбора режима, задающего ее рабочую скорость в функции активной мощности, аккумуляторная батарея, соединенная с синхронным компенсатором посредством двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя, который при превышении мощности ветротурбины над мощностью нагрузки управляется в системе автоматической стабилизации скорости синхронного компенсатора, а в режиме, когда мощность ветротурбины меньше мощности нагрузки и аккумуляторная батарея разряжена - в системе стабилизации активной мощности дизель-генераторной установки.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются наличие ветроэлектрической установки, аккумулятора электрической энергии, автоматической системы управления, дизельной генераторной установки, возможность нагревания воды, и обеспечения автономности и бесперебойности работы системы энергоснабжения потребителя.
Недостатком аналога является то, что в нем при помощи энергии ветра и дизельной генераторной установки производится только электроснабжение объекта. Использование энергии солнца для энергоснабжения потребителя не предусмотрено.
Отличием заявляемой полезной модели от аналога является то, что заявляемая полезная модель дополнительно содержит установку для преобразования солнечной энергии в тепловую, теплообменник со встроенным электронагревателем, отдельный аккумулятор электроэнергии для автоматической системы управления, установку для преобразования солнечной энергии в электрическую.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятой за прототип, является система автономного энергоснабжения жилых и производственных помещений (RU №35386, МПК F03D 9/00, F25B 27/00, F25B 29/00, H02J 7/35, опубликовано 10.01.2004), содержащая связанные с потребителями энергии ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, установку для преобразования солнечной энергии в тепловую, тепловой аккумулятор, аккумулятор электрической энергии, тепловой насос, обеспечивающий преобразование низкопотенциальной энергии, и автоматическую систему управления, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами.
Общими признаками заявляемой полезной модели и прототипа являются наличие ветроэлектрической установки, электрических аккумуляторов автоматической системы управления, насоса, осуществляющего циркуляцию теплоносителя по контурам системы, теплового аккумулятора, выполненного в виде термоизолированной емкости с водой.
Недостатком прототипа является то, что он не позволяет обеспечивать бесперебойное энергоснабжение, так как в нем отсутствует дизельная генераторная установка.
Отличием заявляемой полезной модели от прототипа является наличие солнечно-воспринимающей фотоэлектрической поверхности, установленной на крыше контейнера, предназначенной для выработки электроэнергии, дизельной электрической генераторной установки, а также теплового электрического нагревателя, встроенного в бак нагрева воды. Заявляемая полезная модель обеспечивает мобильное исполнение всей системы, рациональное размещение оборудования внутри контейнера, что в свою очередь обеспечивает комфортные условия для работы обслуживающего персонала.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение бесперебойным автономным качественным энергоснабжением отдаленных от центральных энергосетей жилых, производственных, военных и других объектов.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности и качества энергоснабжения, снижение расхода топлива дизельной генераторной установки до 80% путем оптимизации ее работы в системе, повышение КПД системы за счет управления режимом работы установки с помощью автоматической системы управления.
Технический результат достигается тем, что мобильный автономный источник энергии, содержащий контейнер, и установленные в нем: основной блок электрических аккумуляторов, связанный линиями передачи электрической энергии с ветроэлектрической установкой, размещенной на крыше контейнера, насосом, системой электроснабжения потребителя через вывод электрической энергии потребителю 220 В/50 Гц, автоматическую систему управления, связанную линиями передачи электрической энергией и линиями передачи сигнала с блоком электрических аккумуляторов автоматической системы управления, а так же с основным блоком электрических аккумуляторов и датчиком регулирования мощности теплового электрического нагревателя, инверторы, регулирующую арматуру, обратные клапаны, трубопроводы, ввод обратной воды, вывод подаваемой горячей воды, связанные с системой теплоснабжения потребителя, согласно полезной модели дополнительно содержит бак нагрева воды с встроенным в него тепловым электрическим нагревателем, солнечно-воспринимающую поверхность, размещенную на крыше контейнера, дизельную электрическую генераторную установку.
Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фиг. схематично представлен мобильный автономный источник энергии.
Мобильный автономный источник энергии содержит солнечно-воспринимающую поверхность 1, связанную линиями передачи электрической энергии 2 с основным блоком электрических аккумуляторов 3 и блоком электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4, и предназначенную для выработки электроэнергии, ветроэлектрическую установку 5, также связанную линиями передачи электрической энергии 2 с основным блоком электрических аккумуляторов 3 и блоком электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4, и предназначенную для выработки электроэнергии, основной блок электрических аккумуляторов 3, связанный линиями передачи электрической энергии 2 с солнечно-воспринимающей поверхностью 1, ветроэлектрической установкой 5, тепловым электрическим нагревателем 6, насосом 7, системой электроснабжения потребителя через вывод 8 и дизельной электрической генераторной установкой 9, линиями передачи сигнала 10 с автоматической системой управления 11 и предназначенный для обеспечения электрической энергией потребителя, насоса 7 и теплового электрического нагревателя 6, блок электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4, связанный линиями передачи электрической энергии 2 с солнечно-воспринимающей поверхностью 1, ветроэлектрической установкой 5, дизельной электрической генераторной установкой 9, автоматической системой управления 11, с которой также связан линиями передачи сигнала 10, предназначенный для обеспечения питанием автоматической системы управления 11, автоматическую систему управления 11, связанную линиями передачи электрической энергией 2 с блоком электрических аккумуляторов 4, линиями передачи сигнала с блоком электрических аккумуляторов 4, основным блоком электрических аккумуляторов 3, датчиком регулирования мощности теплового электрического нагревателя 12, насосом 7 и дизельной электрической генераторной установкой 9, предназначенную для эффективного и рационального управления всей системой мобильного автономного источника энергоснабжения, в зависимости от погодных условий, потребности потребителя, зарядки аккумуляторов 3 и 4, дизельную электрическую генераторную установку 9, связанную линиями передачи электрической энергии 2 с основным блоком электрических аккумуляторов 3 и блоком электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4, линиями передачи сигнала 10 с автоматической системой управления 11, предназначенную для поддержания необходимого уровня вырабатываемой электроэнергии в периоды неудовлетворительной солнечной и ветровой природных активностей, отвод продуктов сгорания 13 от дизельной электрической генераторной установки 9, бак нагрева воды 14, связанный трубопроводами 15 с системой теплоснабжения потребителя через ввод 16 и вывод 17 и насосом 7, предназначенный для нагрева и аккумулирования нагретой воды, подаваемой потребителю, тепловой электрический нагреватель 6, встроенный в бак нагрева воды 14 и предназначенный непосредственно для нагрева воды, насос 7, связанный линиями передачи электрической энергии 2 через инвертор 18 с основным блоком электрических аккумуляторов 3 и линиями передачи сигнала 10 с автоматической системой управления 11, подающий потребителю по трубопроводу 17 нагретую в баке 10 воду, регулирующую арматуру 19, предназначенную для регулирования гидравлического режима работы системы теплоснабжения, обратные клапаны 20, предназначенные для предотвращения гидравлического воздействия на оборудование мобильного автономного источника энергии со стороны системы теплоснабжения потребителя, трубопроводы 15, связывающие гидравлически между собой элементы системы теплоснабжения, инверторы 18, установленные на линиях передачи электрической энергии 2 на выводах из аккумуляторов 3 и 4, предназначенные для обеспечения необходимого напряжения электрической энергии, линии передачи электрической энергии 2 внутри системы мобильного автономного источника энергии, связывающие между собой элементы системы электроснабжения; линии передачи сигнала 10 соединяющие датчики с автоматической системой управления 11, датчик регулирования мощности теплового электрического нагревателя 12, связанный линией передачи сигнала 10 с автоматической системой управления 11, ввод 16 обратной воды от потребителя, вывод 17 подаваемой потребителю воды, вывод 8 электрической энергии потребителю 220 В/50 Гц, контейнер 21, в котором рационально размещено все оборудование, кроме солнечно-воспринимающей поверхности 1 и ветроэлектрической установки 5, расположенных на крыше контейнера 21.
Мобильный автономный источник энергии работает следующим образом. При воздействии солнечной радиации на солнечно-воспринимающую поверхность 1, состоящую из фотоэлектрических элементов, в последних вырабатывается электрическая энергия, которая собираясь со всех элементов поверхности 1 поступает в основной блок электрических аккумуляторов 3, проходя через инверторы 18, электропотребляющих устройств системы мобильного автономного источника энергии, и в блок электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4 для обеспечения питанием автоматической системы управления 11, что позволяет повысить надежность работы автоматической системы управления 11.
При вращении ветром турбины ветровой электрической установки 5, генератор, установленный на одном валу с турбиной, вырабатывает электрическую энергию которая, как и в случае с солнечной воспринимающей поверхностью 1, поступает в основной блок электрических аккумуляторов 3 и в блок электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4.
В период времени, когда активность солнечного излучения и потоков ветра неудовлетворительна, и мощность вырабатываемой солнечно-воспринимающей поверхностью 1 и ветроэлектрической установкой 5 электроэнергии становится меньше 40% от номинальной электрической мощности мобильного автономного источника энергии, в работу включается дизельная электрическая генераторная установка 9, управляемая автоматической системой управления 11, вырабатывая необходимое количество электроэнергии и повышая уровень мощности вырабатываемой мобильным автономным источником энергии электрической энергии до требуемого. Вырабатываемая дизельной электрической генераторной установкой 9 электроэнергия, как и в случае с солнечно-воспринимающей поверхностью 1 и ветроэлектрической установкой 5, поступает в основной блок электрических аккумуляторов 3 и в блок электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4, обеспечивая бесперебойность и надежность, как самой системы мобильного автономного источника энергии, так и энергоснабжения потребителя. Продукты сгорания от дизельной электрической генераторной установки отводятся через отвод 13.
Из блока электрических аккумуляторов автоматической системы управления 4 электроэнергия подается только на автоматическую систему управления 11 через инвертор 18 для ее питания, а из основного блока электрических аккумуляторов 3 - на двигатель вращающий вал насоса 7, подающего потребителю нагретую воду из бака 14, в котором вода нагревается тепловым электрическим нагревателем 6, питающимся через инвертор 18 от основного блока электрических аккумуляторов 3. Мощность теплового электрического нагревателя 6 регулируется автоматической системой управления 11 посредством датчика регулирования мощности 12 в зависимости от нужд потребителя и заряда электрических аккумуляторов основного блока 3.
Нагретая в баке 14 вода подается потребителю насосом 7 через вывод трубопровода 17, на котором установлены регулирующая арматура 19 и обратный клапан 20 для регулирования гидравлического режима и предотвращения гидравлического воздействия на оборудование мобильного автономного источника энергии со стороны системы теплоснабжения потребителя. Для той же цели на вводе обратной воды 16 от потребителя так же установлены обратный клапан 20 и регулирующая арматура 19. Так же регулирующая арматура 19 стоит на трубопроводе между баком нагрева воды 14 и насосом 7.
Таким образом, потребителю тепловая энергия подается через вывод 17, обратная вода возвращается через ввод 16, а электрическая энергия подается через вывод 8, от основного блока электрических аккумуляторов 3 проходя через инвертор 18, с напряжением 220 В и частотой 50 Гц.
Использование полезной модели позволяет повысить надежность и качество энергоснабжения, а также снизить расход топлива дизельной генераторной установки.