Тригенерационный энергетический комплекс
TRIGENERATION POWER COMPLEX

Изобретение относится к области комбинированных источников энергии и предназначено для комплексного энергоснабжения электрической, тепловой энергией и холодом автономных потребителей, расположенных на небольшом удалении от малых рек и других водных объектов равнинного характера с небольшими естественными геометрическими перепадами в русле.
Из уровня техники известна гибридная тригенерационная система на основе микросети комбинированного охлаждения, тепло- и энергоснабжения, обеспечивающее нагрев, охлаждение, производство электроэнергии и накопление энергии с использованием интегрированной автоматической системы мониторинга, анализа и управления (см. US 2014174080 A1, 26.06.2014, F03G 7/04), состоящий из системы преобразования, извлечения и/или хранения электрической и тепловой энергии. Изобретение представляет собой комплекс на основе возобновляемых источников (солнечной и ветровой энергии), включающий производство энергии, процесс теплового нагрева и охлаждения с помощью встроенных компонентов (теплообменного контура), установленных для распределенной генерации (автономного энергоснабжения) на основе возобновляемых источников энергии, накопления энергии и автоматической системы управления.
Недостатками настоящего изобретения являются непостоянство функционирования тепловой части тригенерационной системы, неэкологичность технического устройства электрической и холодогенерирующей части гибридной тригенерационной системы.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является известный энергетический комплекс (см. RU 134240 U1, 10.11.2013, F01K 13/00), состоящий из солнечного вакуумного коллектора, теплового насоса, грунтового зонда, буферной емкости, паровой турбины с герметичным конденсатором, питательного насоса, электрического генератора, трехходовых клапанов, отопительных приборов и бойлера системы горячего водоснабжения.
Недостатком настоящего энергетического комплекса является непостоянство функционирования энергетического комплекса в пределах суточного цикла.
Техническая задача заявляемого изобретения заключается в непрерывном производстве электрической, тепловой энергии и холода в пределах суточного цикла, конструктивном упрощении схемного решения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности снабжения автономного потребителя электрической, тепловой энергией и холодом, повышение энергетической эффективности тригенерационного энергетического комплекса в целом.
Это достигается тем, что известный тригенерационный энергетический комплекс, содержащий тепловой насос, турбину, электрический генератор, теплообменный контур и бойлер снабжен микрогидроэлектростанцией и системой автоматического управления, состоящей из регулирующего и распределяющего энергию контроллера, связанного электрически с аккумулятором, автономной электросетью, блоком индуктивной нагрузки и микроэлектродвигателем теплового насоса, при этом микрогидроэлектростанция включает по меньшей мере одну проточную часть, имеющую электромагнитный клапан и гидравлическую насос-турбину, а теплообменный контур состоит из парокомпрессионной установки теплоотдачи и хладоснабжения, связанной с бойлером и тепловым насосом гидравлически.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема реализации тригенерационного энергетического комплекса.
Тригенерационный энергетический комплекс содержит микрогидроэлектростанцию 1, с двумя резервуарами, размещенными на разных геометрических отметках, моделирующих верхний и нижний бьефы плотины естественного перепада, размещенной в русле реки, по меньшей мере, с одной проточной частью 2, переброшенной через плотину и снабженной электромагнитным клапаном 3 и гидравлической насос-турбиной 4, расположенной в восходящем участке проточной части 2 и связанной с электрическим генератором 5 кинематически. Систему автоматического управления 6, состоящую из регулирующего и распределяющего энергию контроллера 7, связанного электрически с аккумулятором 8, автономной электросетью 9, блоком индуктивной нагрузки 10 и микроэлектродвигателем теплового насоса 11. Теплообменного контура 12, состоящего из парокомпрессионной установки теплоотдачи и хладоснабжения 13, связанную с бойлером 14 и тепловым насосом 15 гидравлически.
Тригенерационный энергетический комплекс работает следующим образом.
При запуске микрогидроэлектростанции 1, электрический генератор 5 принудительно включается в кратковременный режим двигателя с помощью питания от аккумулятора 8 через регулирующий и распределяющий энергию контроллер 7, приводя в принудительное вращение гидравлическую насос-турбину 4, переход которой из насосного режима в турбинный обеспечивается самовсасывающей способностью проточной части 2, выполненной в форме сифона.
Регулирующий и распределяющий энергию контроллер 7 обеспечивает передачу основной части произведенной электрической энергии на заряд аккумулятора 8 и потребителю в автономную электросеть 9, распределяя остальную часть на собственные нужды (питание микроэлектродвигателя 11, электромагнитного привода клапана 3) и к блоку индуктивной нагрузки 10, являющегося буферной нагрузкой и обеспечивающего преобразование электрической энергии в тепловую в процессе регулирования микрогидроэлектростанции 1 в суточном цикле. Высвобождаемая тепловая энергия направляется на нагрев теплоносителя в бойлере 14. Тепловой насос 15 с помощью микроэлектродвигателя 11, получающего питание от электрического генератора 5 через регулирующий и распределяющий энергию контроллер 7 обеспечивает циркуляцию теплоносителя (воды) по теплообменному контуру 12, содержащему парокомпрессионную установку 13, работающую в режиме теплоотдачи или хладоснабжения в зависимости от требований потребителя. Останов тригенерационного энергетического комплекса обеспечивается подачей через регулирующий и распределяющий энергию контроллер 7 сигнала на открытие электромагнитного клапана 3. В результате чего опустошается проточная часть 2 микрогидроэлектростанции 1, гидравлическая насос-турбина 4 вместе с электрическим генератором 5 останавливается и тригенерационный энергетический комплекс отключается от автономной электросети 9. Отключение влечет за собой также и остановку работы теплообменного контура 12.
Построение принципиальной схемы тригенерационного энергетического комплекса на основе микрогидроэлектростанции - объекта микрогидроэнергетики, как самому устойчивому виду возобновляемых источников энергии, обеспечивает более равномерное энергоснабжение потребителя в суточном цикле, а также исключает возможность полной потери работоспособности, связанной с переменой погодных условий. Тем самым, обеспечивается повышение надежности комплексного энергоснабжения автономного потребителя.
Более простое устройство принципиальной схемы тригенерационного энергетического комплекса обеспечивает использование водных ресурсов малых рек и других водных объектов в качестве основного источника, приводит к упрощению механизмов преобразования энергии и другие ее виды, оказывая значительное влияние на снижении тарифа на единицу энергии.
Исключение из принципиальной схемы компонентов, работающих с использованием химически активных и/или агрессивных жидкостей, а также производящих выброс вредных веществ в атмосферу, обеспечивается экологическая безопасность тригенерационного энергетического комплекса.
Применение автоматической системы управления, содержащей регулирующий и распределяющий энергию контроллер и блок индуктивной нагрузки, обеспечивает регулирование соотношения электрической, тепловой энергии и холода, передаваемых потребителю (затрачиваемых на собственные нужды), в результате чего достигается повышение энергетической эффективности тригенерационного энергетического комплекса в целом до 10%.
Использование изобретения обеспечивает повышение надежности комплексного энергоснабжения потребителя, а также позволяет провести  электро-, теплофикацию и охлаждение экологически безопасным способом.