УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Техническое решение относится к области энергетики, а именно, к области генерирования электрической энергии, и может быть использовано в качестве источника электрической энергии в условиях малых поселений, удаленных объектов, а также полевых работ и лесо- и торфоразработок.
При характеристике разработанного технического решения в дальнейшем будет использован термин «теплогенератор». В рамках данного описания он означает любое устройство, способное при сжигании органического материала генерировать тепловую энергию.
Известна (SU, авторское свидетельство 1760147) электротеплостанция, содержащая дизельную силовую установку, котел-утилизатор и электрогенератор, приводимый во вращение дизелем. При работе электротеплостанции происходит сжигание топлива в цилиндрах дизеля и в топке котла-утилизатора, куда подают выхлопные газы дизеля, и получение электрической энергии от электрогенератора, приводимого во вращение дизелем, и тепловой энергии от котла-утилизатора, причем количество сжигаемого в котле-утилизаторе топлива регулируют в диапазонах относительных электрической и тепловой нагрузок 0,2-1,0 и 0,4-1,0 соответственно.
Недостатком известной электротеплостанции следует признать ее низкую экономичность, необходимость подвоза жидкого топлива для дизельной силовой установки, а также ее стационарность.
Известен (RU, патент 2035667) теплоэлектрогенератор, содержащий корпус, в котором размещены топочное устройство с трубой для отвода отходящих газов, встроенное в водяной кожух охлаждения и включающее керамическую горелку, подключенную к газопроводу с запорно-регулирующей арматурой, вентилятор с патрубками забора и подачи воздуха, зажигательное устройство и теплообменник, соединенный трубопроводом с водяным кожухом охлаждения и через циркуляционный насос и трехпозиционный вентиль с системой отопления и/или бойлером системы горячего водоснабжения, блок управления вентилятором, запорно-регулирующей арматурой, циркуляционным насосом и трехпозиционным вентилем. Кроме того, устройство дополнительно содержит теплообменник-рекуператор, термоэмиссионные преобразователи, включающие эмиттеры, коллекторы, тепловые трубы и общую систему охлаждения, а также инвертор, включенный в систему энергоснабжения, при этом теплообменник-рекуператор размещен в среде отходящих газов между керамическими горелками и теплообменником с возможностью нагрева воздуха после вентилятора, тепловые трубы установлены в верхней части топочного устройства и взаимодействуют с коллекторами и системой охлаждения, последняя образует с теплообменником, водяным кожухом охлаждения, системой отопления и/или бойлером системы горячего водоснабжения единый контур циркуляции теплоносителя, причем керамические горелки выполнены в виде горелок инфракрасного излучения, а эмиттеры расположены в зоне их излучения и скоммутированы вместе с коллекторами на инвертор.
Недостатком известного устройства следует признать сложность конструкции, а также ее стационарность.
Известен (http://www//metodolog.ru/node/220) аппарат для получения электроэнергии в полевых условиях, содержащий теплогенератор, установленный на шасси, смонтированный на теплогенераторе, по меньшей мере, один двигатель внутреннего сгорания, к которому подключен к генератору электрической энергии.
Недостатком известного устройства следует признать его недостаточную эффективность, обусловленную неполнотой утилизации тепловой энергии, выделяемой теплогенератором.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (httt://www.rn-energy.ru/card_prod.php?id=414) дизель генераторную установку ЭД-30С-Т400-1РПМ1, содержащую теплогенератор и генератор электрической энергии, раму, выполненную с возможностью закрепления на транспортном средстве, причем на раме установлены бункер-питатель топлива, размещенный с возможностью подачи топлива в теплогенератор, теплогенератор и генератор электрического тока.
Недостатком известного аппарата следует признать невысокую эффективность, обусловленную значительными тепловыми потерями.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении эффективности аппарата за счет уменьшения тепловых потерь при превращении тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в электрическую энергию.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство генерирования электроэнергии. Разработанное устройство содержит раму, выполненную с возможностью закрепления на транспортном средстве, на раме установлены бункер-питатель топлива, установленный с возможностью подачи топлива в теплогенератор, теплогенератор и турбина с генератором электрического тока, выход которой по рабочему телу подключен к охладителю рабочего тела.
В зависимости от области применения разработанного устройства оно может использовать различные виды теплогенераторов, работающих на различных видах топлива.
Так в частности, в случае применения на лесоразработках в качестве теплогенератора может быть использован паровой водотрубный котел на твердых видах топлива, причем в качестве твердого топлива могут быть использованы не только дрова, но и отходы лесоразработок (кора, сучья, некондиционная древесина). В этом варианте желательно дополнительно вводить в состав устройства либо средство пакетирования отходов, либо средство изготовления пеллет. В случае использования устройства на торфоразработках желательно дополнительно вводит в состав устройства средство изготовления торфяных брикетов. Также в случае отсутствия дешевого и доступного твердого топлива устройство может содержать паровой водотрубный котел на жидком топливе (дизельное топливо, керосин, отработанное масло и т.д.). Подобные устройства предпочтительно устанавливают для фермерских хозяйств, для дач и отдельно стоящих строений.
Бункер - питатель в любом случае выполнен с соответствие с используемым топливом. В состав бункера - питателя могут входить все ранее перечисленные средства подготовки твердого топлива. Из бункера - питателя твердое топливо может поступать в теплогенератор любым известным топливом, в частности, по транспортеру. В случае использования жидкого топлива бункер - питатель обычно представляет собой емкость, снабженную насосом и трубопроводом подачи жидкого топлива, заканчивающегося, как правило, форсункой. При этом может быть использован как механический, так и электрический насос.
При реализации разработанного устройства в качестве рабочего тела, поступающего в турбину, может быть использован водяной пар или органическая низкокипящая жидкость или газ/смесь газов.
При использовании в качестве рабочего тела водяного пара в качестве средства, приводящего в действие генератор электрического тока, используют паровую турбину.
Паровая турбина представляет собой тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.
В разработанном устройстве предпочтительно используют транспортные конденсационные паровые турбины, обеспечивающие превращение максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Их обычно устанавливают на плавсредствах в качестве главных или вспомогательных двигателей. Они работают с выпуском отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум.
В процессе работы конденсационной турбины пар из теплогенератора по паропроводу попадает на рабочие лопатки паровой турбины. При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу с электрическим генератором. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор, в котором, охладившись до состояния воды путем теплообмена с циркуляционной водой по трубопроводу, поступает обратно в теплогенератор с использованием насоса.
При использовании в качестве рабочего тела органической низкокипящей жидкости или газа/смеси газов в качестве средства, приводящего в действие генератор электрического тока, используют турбину Ренкина.
Отличие турбины Ренкина от паровой турбины состоит в том, что рабочее тело (органическая рабочая жидкость или газ/смесь газов) превращается в пар в испарителе, использующем тепловой поток, отходящий от термогенератора. Рабочее тело проходит через турбину, обеспечивая необходимый крутящий момент для привода генератора, и затем конденсируется с использованием потока воды в охладителе (как вариант, также для охлаждения можно использовать атмосферный воздух). Конденсат нагнетают обратно в испаритель, таким образом, завершая термодинамический цикл. Тепловые и охлаждающие источники напрямую не соприкасаются с рабочим телом и с турбиной. Предпочтительно использовать в качестве рабочего тела фреоны или хладоны.
Используемая рама может быть выполнена как с возможностью закрепления на самоходном транспортном средстве, так и с возможностью закрепления на несамоходном транспортном средстве.
В качестве охладителя рабочего тела может быть использован конденсатор или теплообменник.
Устройство может быть смонтировано на раме с возможностью применения погрузочно-разгрузочного механизма с крюковым или тросовым захватом. Это облегчит перевозку устройства с одного места пользования на другое место. Также устройство может быть смонтировано на раме, содержащей контейнерные фитинги в нижнем основании и/или выдвигающиеся опоры, позволяющиеся раме устойчиво располагаться на поверхности земли. Это облегчает установку устройства на неровную поверхность землю в полевых условиях, а именно - в случае использования агрегата в условиях лесосек и торфоразработок.
Использование разработанного устройства обеспечивает повышение эффективности получения электрической энергии за счет уменьшения тепловых потерь при превращении тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в электрическую энергию.