ГЕЛИОВЕТРОДИЗЕЛЬГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области ветроэнергетики, гелиотехники и сельского хозяйства, а именно к установкам, обеспечивающим электрической и тепловой энергией потребителей, удаленных от источников централизованного электро- и теплоснабжения.
Известно устройство (авторское свидетельство RU N 2182986, МПК7 F03D 9/00), использующее возобновляемые источники энергии для автономного электроснабжения и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Основной элемент этого устройства - термоэлектрический генератор, вырабатывающий электрическую энергию, которая накапливается в аккумуляторе электрической энергии, в него же поступает электрическая энергия от ветроэлектрического агрегата. Теплоту сгораемого в термоэлектрическом генераторе газа, не преобразованную в электрическую, передают в аккумулятор теплоты, в него же направляют теплоту, полученную преобразованием солнечной энергии.
Недостатком данного устройства является то, что при полном заряде аккумулятора электрической энергии энергия ветра не используется.
Известно устройство (патент ЕР 0046530, МПК7 F03D 9/00, H02J 3/38, Н02Р 9/42), продолжительного оптимального использования переменных, тяжело управляемых источников энергии, содержащее ветроэнергетическую установку, включающую ветровую турбину и первый синхронный генератор, выпрямитель, инвертор, второй синхронный генератор, дизельный агрегат, частотный регулятор и регулятор напряжения второго синхронного генератора с системами управления, соединительную муфту, дополнительную полезную нагрузку и связанный с ней управляемый выпрямитель.
Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность использования солнечной энергии для теплоснабжения потребителей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней и средней секциях которого расположены нагреватели, электрически связанные с ветроэлектроагрегатом, теплообменники, насосы для перекачивания воды, трехходовые клапаны (патент РФ №2228492).
Прототип имеет следующие недостатки:
1 Отсутствует возможность для электроснабжения.
2 При достижении требуемой температуры воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора энергия ветра не используется.
Целью предлагаемого технического решения является максимальное использование энергии ветра, расширение технологических возможностей установки и повышение надежности энергоснабжения.
Поставленная цель достигается тем, что в гелиоветродизельгенераторной установке, содержащей солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней и средней секциях которого расположены нагреватели, электрически связанные с ветроэлектроагрегатом, теплообменники, насосы для перекачивания воды, трехходовые клапаны, ветроэлектроагрегат через выпрямитель, за которым присоединены аккумуляторная батарея и инвертор, подключен к шинам потребителя электрической энергии, установка также содержит двигатель внутреннего сгорания, синхронную машину, присоединенную к шинам потребителя электрической энергии, к шинам потребителя электрической энергии через выключатель подключен также дополнительный нагреватель, установленный в средней секции бака-аккумулятора.
По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленной полезной модели,
позволяющих максимально использовать энергию ветра, повысить надежность энергоснабжения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором показана принципиальная схема устройства.
Устройство (Рис.) включает в себя солнечный коллектор 1; трехсекционный бак-аккумулятор 2, в верхней секции которого расположен нагреватель 3, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 5; а в средней секции - нагреватель 6, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 7; и теплообменник 8, вход которого связан с выходом солнечного коллектора 1 через трубопровод 10 и трехходовый клапан 11, а выход - с дополнительным теплообменником 12, расположенным в нижней секции бака-аккумулятора 2 и своим выходом связанного с входом солнечного коллектора 1 через обратный клапан 13. Вход дополнительного теплообменника 12 соединен перемычкой 14 с трехходовым клапаном 11. Кроме того, устройство содержит насос 15 для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию и насос 16, на нагнетательном патрубке которого установлен трехходовый клапан 17, через который перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию по трубопроводу 18 или верхнюю секцию по трубопроводу 19. В нижней секции бака-аккумулятора 2 встроен клапан 20 для заполнения этой секции холодной водой из водопровода. Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 21, который вращает синхронную машину 22, подключенную к шинам потребителя электрической энергии 30 через выключатель 23. К шинам потребителя электрической энергии 30 подключен ветроэлектроагрегат 4 через выключатель 27, выпрямитель 24, инвертор 26 и выключатель 29, причем за выпрямителем 24 присоединена аккумуляторная батарея 25, работающая в буферном режиме.
Гелиоветродизельгенераторная установка работает следующим образом:
Ветроэлектроагрегат 4 вырабатывает электрическую энергию, которая через выключатель 27 поступает в выпрямитель 24. Выпрямленный ток поступает в инвертор 26 для получения трехфазного тока стандартной частоты. При этом аккумуляторная батарея 25 работает в буферном режиме, сглаживая колебания энергии, поступающей потребителю от ветроэлектроагрегата 4. В случае отсутствия электропотребления энергия, вырабатываемая ветроэлектроагрегатом 4, направляется на заряд аккумуляторной батареи 25, а в случае его полного заряда, в бак-аккумулятор 2.
Бак-аккумулятор 2 используется для теплоснабжения. При температуре воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой включается выключатель 7, обеспечивающий подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на нагреватель 6. Одновременно с этим, при условии, что температура воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовый клапан 11 открывает трубопровод 10 и закрывает трубопровод 14, и теплоноситель, нагретый под действием солнечной радиации в солнечном коллекторе 1, за счет термосифонной циркуляции поступает в теплообменники 8 и 12 и возвращается в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.
При достижении водой в средней секции бака-аккумулятора 2 температуры выше или равной температуре теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовый клапан 11 закрывает трубопровод 10 и открывает трубопровод 14, обеспечивая поступление теплоносителя из солнечного коллектора 1 в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.
После нагрева воды в средней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключается выключатель 7. обеспечивающий включение выключателя 5, который, в свою очередь, обеспечивает подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на дополнительный нагреватель 3. Одновременно с этим трехходовый клапан 11 закрывает трубопровод 10 (если последний был открыт), и теплоноситель из солнечного коллектора 1 через трубопровод 14 поступает в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13. В случае снижения температуры воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой цикл нагрева воды в этой секции повторяется.
При нагреве воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключатель 5 выключается.
При снижении уровня воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже допустимого пополнение этой секции новой порцией воды производится из той секции бака-аккумулятора, в которой находится вода с более высокой температурой, причем при снижении уровня воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 15) ниже допустимого вода в эту секцию перекачивается из нижней секции бака-аккумулятора 2 насосом 16 путем открытия трубопровода 19 и закрытия трубопровода 18 трехходовым клапаном 17, а при снижении уровня воды в нижней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в верхнюю или среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 16) ниже допустимого открывается клапан 20 и эта секция пополняется холодной водой из водопровода.
В случае равенства температур воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора 2 в среднюю секцию перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 с помощью насоса 16 через трехходовый клапан 17 и трубопровод 18.
В случае увеличения электропотребления или снижения качества электрической энергии у потребителя запускается двигатель внутреннего
сгорания 21 и включается выключатель 23. Тогда синхронная машина 22 вырабатывает мощность, необходимую для обеспечения требуемого качества электроэнергии.
Качество электроэнергии может снизиться вследствие уменьшения скорости ветра. Тогда отключается выключатель 29 и вырабатываемая энергия ветроэлектроагрегатом направляется на заряд аккумуляторной батареи 25 и для теплоснабжения, а потребитель получает электрическую энергию от синхронной машины 22, которая вращается двигателем внутреннего сгорания 21.
Дальнейшее снижение скорости ветра приводит к тому, что ветроэлектроагрегат 4 не вырабатывает энергию. Тогда вода в баке-аккумуляторе 2 в течение дня нагревается только солнечным коллектором 1.
Если температура воды в средней секции бака-аккумулятора в заданное время ниже требуемого значения, выключатель 28 включается и электроэнергия подается на нагреватель 9.
Таким образом, описанная выше работа гелиоветродизельгенераторной установки позволяет максимально использовать энергию ветра, расширить технологические возможности установки и повысить надежность энергоснабжения.