WO2009035363A1 - Autonomous power supply system - Google Patents

Autonomous power supply system Download PDF

Info

Publication number
WO2009035363A1
WO2009035363A1 PCT/RU2007/000514 RU2007000514W WO2009035363A1 WO 2009035363 A1 WO2009035363 A1 WO 2009035363A1 RU 2007000514 W RU2007000514 W RU 2007000514W WO 2009035363 A1 WO2009035363 A1 WO 2009035363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
power supply
supply system
heat
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2007/000514
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Vladimirovich Tsarev
Aleksandr Nikolaevich Alekseevich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AP2010005194A priority Critical patent/AP2010005194A0/xx
Priority to EP07870627A priority patent/EP2187048A4/en
Priority to AU2007358778A priority patent/AU2007358778B2/en
Priority to PCT/RU2007/000514 priority patent/WO2009035363A1/ru
Priority to CN2007801005852A priority patent/CN101802396B/zh
Publication of WO2009035363A1 publication Critical patent/WO2009035363A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US12/724,184 priority patent/US8312733B2/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/007—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/22—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus producing heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003—Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
    • F03G6/005—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/071—Devices for producing mechanical power from solar energy with energy storage devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Definitions

  • the invention relates to heat and power supply of residential and industrial premises using energy systems using renewable energy sources.
  • a known system of autonomous electric and heat supply for residential and industrial premises (RU, A, 2249125), which uses wind, solar and earth heat.
  • the autonomous electric and heat supply system of residential and industrial premises contains a wind generator for generating electricity associated with consumers of electric energy; an electric energy accumulator associated with a wind generator and electric energy consumers.
  • a wind generator for generating electricity associated with consumers of electric energy
  • an electric energy accumulator associated with a wind generator and electric energy consumers.
  • an inverter is used, through which the electric energy accumulator is connected to consumers.
  • the system includes an installation for converting solar energy into heat and heat accumulator associated with consumers of thermal energy.
  • a heat pump operating from a wind generator is also used.
  • an automatic control system is used, connected via heat and electric load sensors to actuators.
  • the installation for converting solar energy into thermal energy contains a block of solar collectors connected via a heat carrier to at least two heat exchangers, one of which is located in a heat accumulator, and the other in a heat exchanger connected via a heat carrier to the Earth’s heat collector.
  • the heat pump comprises: a compressor operating from a wind generator, at least two remote evaporators, one of which is integrated in a heat exchanger connected via the heat carrier to the Earth heat collector, and another external evaporator is integrated in the waste water heat recovery unit, and at least , two remote condensers, one of which is built into the hot water tank, and the second remote condenser is built into the heat exchanger connected via heat transfer medium to consumers of thermal energy.
  • the described system uses renewable wind, solar and Earth heat, which ensures a stable supply of heat and electricity to consumers even in the absence or low energy flows from one of the energy sources.
  • the system involves the use of not only the heat generated in solar collectors, but also the so-called “collection” of heat sources, for example, by utilizing waste water heat.
  • the disadvantage of this system is the lack of efficiency associated with the presence of energy losses during its conversion.
  • the generators used in wind turbines have a direct dependence of the output parameters (voltage and frequency) on the rotor speed, and hence on wind speed.
  • the battery acts as an energy storage device and voltage regulator
  • the electric current generated by the wind generator is converted: first, the current is converted to obtain the parameters necessary for charging the battery. Then the direct current from the battery is converted (inverted) for supply to the consumer (usually requires alternating current 220 V 50 Hz). With each conversion, energy losses occur that worsen the technical and economic parameters of the system. When the heat and electric batteries are fully charged, the excess energy is simply dissipated, for example, in the form of thermal radiation from a generator.
  • the basis of the present invention is the task to create a system of autonomous energy supply, providing increased efficiency by reducing losses on the conversion of electric current while expanding the working wind range of the wind generator.
  • the autonomous energy supply system containing a wind generator for generating electricity, associated with consumers of electric energy, an installation for converting solar energy into heat, heat accumulator, connected via a heat carrier with the specified installation for converting solar energy into heat, battery electric energy and an inverter associated with the wind generator and consumers of electric energy and an automatic control system connected through
  • the sensors of thermal and electric loadings with executive mechanisms supplemented by rotation of the rotor of wind turbine stabilization system consisting of a network controller electrically connected to the wind generator, including an active load control unit and electrically connected to the latter, containing wind generator and active load current sensors, generator rotor speed sensor, synchronizer, controllable switch and active load, which is a system of thermal electric heaters (TENs), at
  • TENs thermal electric heaters
  • the electricity generated by the wind generator has parameters that allow directing it directly to the consumer. This eliminates the need for electricity conversion to obtain the required parameters of the power grid, which reduces losses.
  • the maximum use of the energy generated by the wind generator is ensured due to its redistribution between direct consumers and the controlled active load in real time.
  • the indicated active load is a heating element system
  • thermal energy is generated, which is stored in the heat accumulator and can be used in a hot water supply or heating system.
  • a second adjustment stage for operation at high wind speeds including a device for turning the blades of the wind generator to change the angle of attack, electrically connected to the ACS and the wind speed sensor.
  • Such a device allows for high winds to reduce the wind load on the rotor blades and the mast of the wind generator, as well as to control the maximum power generated by the generator. This is not only the optimal operating mode of the wind generator is ensured, which increases its service life, but also reduces the risk of an accident.
  • AXM absorption refrigeration machine
  • Fig.l depicts a block diagram of a power supply system of the SAE, made in accordance with the invention.
  • Figure 2 depicts in more detail a block diagram of a system for stabilizing the speed of rotation of a rotor of a wind generator as part of a power supply system;
  • Fig. 3 schematically depicts an SAE for operation in cold climates, made in accordance with the invention
  • FIG. 4 schematically depicts an SAE for operation in hot climates, made in accordance with the invention.
  • the power supply system of the SAE includes a wind generator 1 and an electric accumulator 2 with an inverter 3.
  • the SAE is equipped with an automatic control system (ACS) 4 connected via actuators of thermal and electrical loads.
  • ACS automatic control system
  • the wind generator 1 and the accumulator 2 with the inverter 3 are electrically connected with network regulator 5.
  • Active load 6 through the network regulator 5 is electrically connected to the wind generator 1.
  • Active load 6 is a system of heat electric heaters (TENOV), while the power dissipated on them depends on the operation of the wind generator and electricity consumers.
  • TENOV heat electric heaters
  • the network controller 5 (FIG. 2) includes a synchronizer 7, an active load control unit 8, a switch 9 and sensors 10.11 of the active load current and a wind generator, respectively, and a charger 12.
  • the wind generator 1 is equipped with a mechanism 13 of rotation of the blades for changing the angle of attack, controlled by ACS 4.
  • the mechanism 13 of rotation of the blades can be performed, for example, in the form of a bevel gear.
  • the switch 9 and the synchronizer 7 are used to coordinate the joint operation of the inverter 3 and the wind generator 1.
  • the active load 4 is placed in the heat accumulator 14 (Fig.Z).
  • the heat generated by the regulated active load of the wind generator rotor stabilization system is supplied to the generator of the absorption refrigeration machine.
  • the active load 4 is placed directly in the generator 15 of the absorption refrigeration machine (Fig. 4), i.e. the generator 15 of the absorption refrigeration machine acts as a heat accumulator 14.
  • the heat exchanger 16 of the installation for converting solar energy into heat is also located in the generator 15 of the absorption refrigeration machine.
  • the installation for converting solar energy into thermal energy includes a solar collector 17 connected via a heat transfer medium to a heat exchanger 16, a circulation pump 18 and a temperature sensor 19.
  • the pump 18 and the sensor 19 are electrically connected to the ACS 4.
  • the active load 6 is connected, which will lead to braking of the rotor and in the future, depending on the readings of the sensor 20 of the rotor speed of the generator, the active power load 6 is adjusted in one direction or another.
  • P G is the power given by the generator
  • P AL is the power given to the active load.
  • the switch 9 is activated, the consumers disconnect from the inverter 3 and connect to the generator line (these operations are synchronized using synchronizer 7).
  • the power at the active load 6 will decrease by an amount equal to the power of consumers:
  • the thermal energy generated by the active load 6 during the operation of the stabilization system is accumulated in the heat accumulator 14 and then supplied to consumers of thermal energy. Heat can be used to heat a room or provide a hot water system.
  • the described system has a higher efficiency of use of electricity generated by the wind turbine compared with the known constructions, since the energy required to stabilize the rotor speed is not lost, as in the case of mechanical or electromagnetic stabilizers, but is used to produce useful thermal energy.
  • the generator of the absorption refrigeration machine 15 is used instead of the heat accumulator 14, the generator of the absorption refrigeration machine 15 is used.
  • AXM generator receives thermal energy both from the active load 6 of the stabilization system, and from the solar collector 17 through the heat exchanger 16, which ensures the normal operation of the AXM even in relatively light winds.
  • the inventive system of autonomous energy supply reliably operates in a relatively wide range of winds, and the use of a stabilization system for the rotor speed allows the most efficient use of the energy generated by the wind generator and to ensure reliable trouble-free operation of the entire system as a whole.
  • the inventive system can be used both in cold and in hot climates.
  • the system can be manufactured using industrially produced components and materials.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение связано с тепло- и электроснабжением жилых и производственных помещений с помощью энергосистем, использующих возобновляемые источники энергии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В условиях дефицита и постоянного роста стоимости традиционных углеводородных источников энергии особое внимание уделяется использованию так называемой альтернативной или возобновляемой энергии.
Известны энергосистемы, вырабатываемые установками на экологически чистых возобновляемых источниках энергии (ветра, солнца и т.д.). Однако нестабильность потока энергии в источнике (изменение силы ветра, климатические и сезонные колебания потока световой энергии) создают проблемы обеспечения качества подаваемой потребителю энергии.
Для повышения стабильности энергоснабжения разрабатываются комбинированные системы, в которых одновременно используется энергия нескольких источников, например, энергия ветра и солнца.
Известна система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений (RU, А, 2249125), в которой используется энергия ветра, солнца и тепло Земли.
Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений содержит ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; аккумулятор электрической энергии, связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии. Для преобразования постоянного тока электроаккумуляторов в переменный ток с требуемыми потребителями параметрами используется инвертор, через который аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям. Система включает установку для преобразования солнечной энергии в тепловую и тепловой аккумулятор, связанные с потребителями тепловой энергии. Для обеспечения потребителей тепловой энергией используется также работающий от ветрогенераторной установки тепловой насос. Для управления системой автономного энергоснабжения использована автоматическая система управления, соединенная через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами. Установка для преобразования солнечной энергии в тепловую содержит блок солнечных коллекторов, связанных по теплоносителю, по меньшей мере, с двумя теплообменниками, один из которых расположен в тепловом аккумуляторе, а другой - в теплообменном аппарате, связанном по теплоносителю с коллектором тепла Земли. Тепловой насос содержит: работающий от ветрогенераторной установки компрессор, по меньшей мере, два выносных испарителя, один из которых встроен в тешюобменный аппарат, связанный по теплоносителю с коллектором тепла Земли, а другой выносной испаритель встроен в утилизатор теплоты сточных вод, и, по меньшей мере, два выносных конденсатора, один из которых встроен в бак горячей воды, а второй выносной конденсатор встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии.
Описанная система использует возобновляемую энергию ветра, солнца и тепло Земли, что позволяет обеспечить стабильное снабжения потребителей тепло- и электроэнергией даже при отсутствии или малых энергопотоках от одного из источников энергии. Система предполагает использование не только тепла вырабатываемого в солнечных коллекторах, но и так назыраемьjх «cбpocныχ» источников тепла, например, путем утилизации тепла сточных вод.
Недостатком данной системы является недостаточная эффективность, связанная с наличием потерь энергии при ее преобразовании. Используемые в ветрогенераторных установках генераторы имеют прямую зависимость выходных параметров (напряжения и частоты) от скорости вращения ротора, а значит, и от скорости ветра. Аккумуляторная батарея выполняет функции накопителя энергии и стабилизатора напряжения
В системе вырабатываемый ветрогенератором электрический ток подвергается преобразованию: вначале ток преобразуется для получения параметров, необходимых для зарядки батареи. Затем постоянный ток от батареи преобразуется (инвертируется) для подачи потребителю (обычно требуется переменный ток 220 В 50 Гц). При каждом преобразовании происходят потери энергии, ухудшающие технико-экономические параметры системы. При полной зарядке тепло- и электроаккумулятора избыток энергии просто рассеивается, например, в виде теплового излучения генератора.
Кроме того, описанная система эффективно работает только в определенном расчетном диапазоне ветров. Так, при сильных ветрах частота тока генератора чрезмерно увеличивается, что повышает потери при преобразовании тока, а при штормовом ветре возможно даже разрушение ветрогенераторной установки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу настоящего изобретения поставлена задача создать систему автономного энергоснабжения, обеспечивающую повышение эффективности ее работы путем снижения потерь на преобразования электрического тока при расширении рабочего ветрового диапазона ветрогенератора.
Поставленная задача решается тем, что система автономного энергоснабжения (САЭ), содержащую ветрогенератор для выработки электроэнергии, связанный с потребителями электрической энергии, установку для преобразования солнечной энергии в тепловую, тепловой аккумулятор, связанный по теплоносителю с указанной установкой для преобразования солнечной энергии в тепловую, аккумулятор электрической энергии и инвертор, связанные с ветрогенератором и потребителями электрической энергии и автоматическую систему управления, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами, в соответствии с изобретением, дополнена системой стабилизации вращения ротора ветрогенератора, включающей электрически связанный с ветрогенератором сетевой регулятор, включающий блок управления активной нагрузкой и электрически связанный с последней, содержащий датчики тока ветрогенератора и активной нагрузки, датчик скорости вращения ротора генератора, синхронизатор, управляемый коммутатор и активную нагрузку, представляющую собой систему теплоэлектронагревателей (ТЭНов),, при этом рассеиваемая на ТЭНах энергия аккумулируется в тепловом аккумуляторе.
Благодаря наличию системы стабилизации частоты вращения ротора, вырабатываемая ветрогенератором электроэнергия имеет параметры, позволяющие направлять её непосредственно потребителю. При этом исключается необходимость преобразования электроэнергии для получения требуемых параметров электросети, что обеспечивает снижение потерь.
Благодаря наличию сетевого регулятора и блока управления активной нагрузкой обеспечивается максимальное использование вырабатываемой ветрогенератором энергии за счет перераспределения её между непосредственными потребителями и управляемой активной нагрузкой в режиме реального времени.
Поскольку указанная активная нагрузка представляет собой систему ТЭНов, то при работе системы стабилизации вырабатывается тепловая энергия, которая накапливается в теплоаккумуляторе и может использоваться в системе горячего водоснабжения или отопления.
Целесообразно дополнительно включить в систему стабилизации вращения ротора вторую ступень регулировки для работы на больших скоростях ветра, включающую устройство поворота лопастей ветрогенератора для изменения угла атаки, электрически связанное с АСУ и датчиком скорости ветра.
Такое устройство позволяет при больших ветрах снизить ветровую нагрузку на лопасти ротора и мачту ветрогенератора, а также контролировать максимальную мощность, вырабатываемую генератором. Этим не только обеспечивается оптимальный режим работы ветрогенератора, что увеличивает срок его службы, но и снижается опасность аварии.
При работе системы автономного энергоснабжения в условиях жаркого климата, когда основные энергозатраты приходятся на систему охлаждения, целесообразно применять абсорбционную холодильную машину (AXM), а тепло, вырабатываемое активной нагрузкой системы стабилизации вращения ротора ветрогенератора, подавать непосредственно на генератор AXM. Благодаря этому повышается эффективность работы всей системы энергоснабжения в целом.
Целесообразно теплообменник установки для преобразования солнечной энергии в тепловую также разместить в генераторе AXM.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг.l изображает блок-схему системы электроснабжения САЭ, выполненную в соответствии с изобретением;
Фиг.2 более подробно изображает блок-схему системы стабилизации скорости вращения ротора ветрогенератора в составе системы электроснабжения;
Фиг.З схематически изображает САЭ для работы в условиях холодного климата, выполненную в соответствии с изобретением;
Фиг.4 схематически изображает САЭ для работы в условиях жаркого климата, выполненную в соответствии с изобретением.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг.l, система электроснабжения САЭ включает ветрогенератор 1 и электроаккумулятор 2 с инвертором 3. САЭ снабжена автоматической системой управления (АСУ) 4, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами.
Ветрогенератор 1 и электроаккумулятор 2 с инвертором 3 электрически связаны с сетевым регулятором 5. Активная нагрузка 6 через сетевой регулятор 5 электрически связана с ветрогенератором 1. Активная нагрузка 6 представляет собой систему теплоэлектронагревателей (ТЭНов), при этом рассеиваемая на них мощность зависит от работы ветрогенератора и потребителей электроэнергии.
Сетевой регулятор 5 (фиг.2), включает в себя синхронизатор 7, блок управления активной нагрузкой 8, коммутатор 9 и датчики 10,11 тока активной нагрузки и ветрогенератора соответственно и зарядное устройство 12.
Ветрогенератор 1 оснащен механизмом 13 поворота лопастей для изменения угла атаки, управляемым АСУ 4. Механизм 13 поворота лопастей может быть выполнен, например, в виде конической зубчатой передачи.
Коммутатор 9 и синхронизатор 7 служат для согласования совместной работы инвертора 3 и ветрогенератора 1.
При работе системы автономного энергоснабжения в условиях холодного климата активная нагрузка 4 размещается в теплоаккумуляторе 14 (фиг.З).
При работе системы автономного энергоснабжения в условиях жаркого климата тепло, вырабатываемое регулируемой активной нагрузкой системы стабилизации вращения ротора ветрогенератора, подается на генератор абсорбционной холодильной машины. При этом активная нагрузка 4 размещается непосредственно в генераторе 15 абсорбционной холодильной машины (фиг.4), т.е. генератор 15 абсорбционной холодильной машины выполняет роль теплоаккумулятора 14. Теплообменник 16 установки для преобразования солнечной энергии в тепловую также размещается в генераторе 15 абсорбционной холодильной машины. Установка для преобразования солнечной энергии в тепловую включает в себя солнечный коллектор 17, связанный по теплоносителю с теплообменником 16, циркуляционный насос 18 и датчик 19 температуры теплоносителя. Насос 18 и датчик 19 электрически связаны с АСУ 4. Рассмотрим основные режимы работы системы электроснабжения с системой стабилизации вращения ротора ветрогенератора и перераспределения электроэнергии (фиг.2).
1. При отсутствии ветра ветрогенератор 1 не работает, а питание потребителей обеспечивает аккумуляторная батарея 2 через инвертор 3 и коммутатор 9 сетевого регулятора 5.
2. При достаточной скорости ветра начинают вращаться лопасти ветроколеса ветрогенератора 1. Когда скорость вращения вала ветрогенератора 1 превысит расчетную величину, подключится активная нагрузка 6, что приведет к торможению ротора и в дальнейшем, в зависимости от показаний датчика 20 скорости вращения ротора генератора, мощность активной нагрузки 6 корректируется в ту или иную сторону. При этом:
PG = PAL
где:
PG - мощность, отдаваемая генератором;
РАL - мощность, отдаваемая в активную нагрузку.
Как только мощность генератора PG превысит мощность потребителей PPL , сработает коммутатор 9, потребители отключатся от инвертора 3 и подключатся к линии генератора (эти операции синхронизируются с помощью синхронизатора 7).
При этом мощность на активной нагрузке 6 уменьшится на величину, равную мощности потребителей:
PG = PPL + РАL
или
PAL = PG - P PL
В том случае, когда сила ветра превысит расчетные значения, для предотвращения неконтролируемого увеличения частоты вращения ротора и мощности ветрогенератора 1 АСУ 4 с помощью механизма 13 поворачивает лопасти ветроколеса, изменяя угол атаки; при этом снижается ветровая нагрузка на лопасти ротора и мачту ветрогенератора 1. Лопасти могут быть повернуты так, что даже при штормовом ветре нагрузка на них будет находиться в допустимых пределах, обеспечивая контролируемую частоту вращения. Этим достигается работа ветрогенератора в оптимальном режиме и, соответственно, надежность и долговечность системы.
3. При снижении скорости ветра и уменьшении вырабатываемой ветрогенератором 1 мощности до величины PPL подключается питание от аккумуляторной батареи 2.
Таким образом, как следует из описанного выше, в рабочем диапазоне ветровых нагрузок и при стабилизированном режиме работы установки не требуется преобразования электрического тока от генератора, соответственно, отсутствуют потери, связанные с таким преобразованием. Электроэнергия поступает непосредственно потребителю, при этом ее параметры соответствуют параметрам электрической сети.
Тепловая энергия, вырабатываемая активной нагрузкой 6 в процессе работы системы стабилизации, аккумулируется в тепловом аккумуляторе 14 и далее подается потребителям тепловой энергии. Тепло может использоваться для обогрева помещения или обеспечения системы горячего водоснабжения.
Описанная система обладает более высокой эффективностью использования электроэнергии, вырабатываемой ветрогенераторной установкой, по сравнению с известными конструкциями, поскольку энергия, требуемая для стабилизации частоты вращения ротора не теряется, как при работе механических или электромагнитных стабилизаторов, а используется для получения полезной тепловой энергии.
Если система энергоснабжения предназначена для работы в условиях жаркого климата, на первый план выходит потребность в «xoлoдe» для работы систем кондиционирования воздуха. В этом случае вместо теплоаккумулятора 14 используется генератор абсорбционной холодильной машины 15. Причем на генератор AXM поступает тепловая энергия как от активной нагрузки 6 системы стабилизации, так и от солнечного коллектора 17 через теплообменник 16, что обеспечивает нормальную работу AXM даже при относительно слабом ветре.
Таким образом, заявляемая система автономного энергоснабжения надежно работает в относительно широком диапазоне ветров, а использование системы стабилизации частоты вращения ротора позволяет максимально эффективно использовать вырабатываемую ветрогенератором энергию и обеспечить надежную безаварийную работу всей системы в целом.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемая система может использоваться как в условиях холодного, так и в условиях жаркого климата. Система может быть изготовлена с использованием производимых промышленным путем компонентов и материалов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система автономного энергоснабжения, содержащая ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; установку для преобразования солнечной энергии в тепловую, тепловой аккумулятор, связанный по теплоносителю с указанной установкой для преобразования солнечной энергии в тепловую, аккумулятор электрической энергии и инвертор, связанные с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии и автоматическую систему управления системы автономного энергоснабжения, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами, отл и чающая ся тем, что система автономного энергоснабжения дополнена системой стабилизации вращения ротора ветрогенератора, включающей электрически связанный с ветрогенератором сетевой регулятор, включающий блок управления активной нагрузкой и электрически связанный с последней, содержащий датчики тока ветрогенератора и активной нагрузки, датчик скорости вращения ротора генератора, синхронизатор, управляемый коммутатор и активную нагрузку, представляющую собой систему теплоэлектронагревателей, при этом рассеиваемая на теплоэлектронагревателях энергия аккумулируется в тепловом аккумуляторе.
2. Система автономного энергоснабжения по п.l, о тл ичающаяся тем, что включает устройство поворота лопастей ветрогенератора для изменения угла атаки, электрически связанное с автоматической системой управления и датчиком скорости ветра.
3. Система автономного энергоснабжения по п.2, отли чающаяся тем, что система дополнительно снабжена абсорбционной холодильной машиной, электрически связанной с ветрогенераторной установкой, а тепло, вырабатываемое регулируемой активной нагрузкой системы стабилизации вращения ротора ветрогенератора, подается на генератор абсорбционной холодильной машины.
4. Система автономного энергоснабжения по п.З, отли чающая ся тем, что теплообменник установки для преобразования солнечной энергии в тепловую размещен в генераторе абсорбционной холодильной машины.
PCT/RU2007/000514 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system Ceased WO2009035363A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AP2010005194A AP2010005194A0 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system
EP07870627A EP2187048A4 (en) 2007-09-14 2007-09-14 AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM
AU2007358778A AU2007358778B2 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system
PCT/RU2007/000514 WO2009035363A1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system
CN2007801005852A CN101802396B (zh) 2007-09-14 2007-09-14 独立供电系统
US12/724,184 US8312733B2 (en) 2007-09-14 2010-03-15 Autonomous power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000514 WO2009035363A1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/724,184 Continuation US8312733B2 (en) 2007-09-14 2010-03-15 Autonomous power supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009035363A1 true WO2009035363A1 (en) 2009-03-19

Family

ID=40452223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000514 Ceased WO2009035363A1 (en) 2007-09-14 2007-09-14 Autonomous power supply system

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8312733B2 (ru)
EP (1) EP2187048A4 (ru)
CN (1) CN101802396B (ru)
AP (1) AP2010005194A0 (ru)
AU (1) AU2007358778B2 (ru)
WO (1) WO2009035363A1 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806481A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 黄中山 立轴风力发电机机房降温装置
US7851935B2 (en) * 2009-08-11 2010-12-14 Jason Tsao Solar and wind energy converter
US8487464B2 (en) 2008-12-30 2013-07-16 Hywind As Blade pitch control in a wind turbine installation
CN105673340A (zh) * 2016-02-19 2016-06-15 彭伟成 一种太阳能风力混合发电机组
RU2688213C1 (ru) * 2018-08-03 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Двухвходовый двухроторный ветро-солнечный генератор
RU2727119C1 (ru) * 2019-10-09 2020-07-20 Общество с ограниченной ответственностью «Институт конгломеративных технологий» Система адаптивной стабилизации скорости вращения ветроротора
CN111780453A (zh) * 2019-04-04 2020-10-16 李启飞 吸附式风能制冷机
CN111780452A (zh) * 2019-04-04 2020-10-16 李启飞 吸收式风能制冷机

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101981310B (zh) * 2009-06-05 2013-10-30 三菱重工业株式会社 风力发电装置及其控制方法、风力发电系统
US8369997B2 (en) * 2010-04-28 2013-02-05 David Valin Solar panel wind turbine communication server network apparatus method and mechanism
JP5240785B2 (ja) * 2009-08-10 2013-07-17 朱裕麟 太陽エネルギー及び風力の発電構造
IN2012DN02690A (ru) 2009-09-12 2015-09-04 Fenix International Inc
DE102009051215A1 (de) * 2009-10-29 2011-05-12 Li-Tec Battery Gmbh Windkraftanlage mit Batterieanordnung
US20110253126A1 (en) * 2010-04-15 2011-10-20 Huiming Yin Net Zero Energy Building System
RU2012110772A (ru) * 2010-08-26 2013-09-27 Олтэнэтив Энэджи Рисеч Кампэни Элтиди Способ и солнечная ветростанция для производства электрической энергии
GB2488800A (en) * 2011-03-09 2012-09-12 Simon Madin Fluid heating system having an immersion heater that may be powered by a renewable energy source
US20110232630A1 (en) * 2011-06-03 2011-09-29 Jason Tsao Solar collector/wind deflector conversion of a solar and wind converter
US8847425B2 (en) * 2012-04-04 2014-09-30 Donnie E. JORDAN, SR. Hybrid energy harvesting device and fixed threshold power production
CN103378620B (zh) * 2012-04-25 2016-08-17 周登荣 一种用于发电的变频加热装置
JP5868809B2 (ja) * 2012-08-06 2016-02-24 株式会社東芝 発電プラントおよび熱供給方法
JP6139530B2 (ja) * 2012-08-07 2017-05-31 株式会社東芝 発電システム
CN104797814B (zh) * 2012-11-27 2018-05-08 Abb 技术有限公司 用于运行能量设备和带有这样的能量设备的能量系统的方法
WO2014123586A1 (en) 2013-02-05 2014-08-14 Jordan Donnie E Hybrid energy harvesting device and fixed threshold power production
DE102013222452A1 (de) * 2013-11-05 2015-05-07 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
CN103925630B (zh) * 2014-04-14 2017-02-15 沈阳农业大学 负载功率随风自适应的离网型农村住宅风电储热供暖系统
US9859839B2 (en) * 2014-08-29 2018-01-02 Marcio Pugina Combined solar and wind power generation
RU2598864C1 (ru) * 2015-11-17 2016-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Управление и Финансирование" Способ управления автономной контейнерной электростанцией и система его осуществления
CN105605656A (zh) * 2015-11-26 2016-05-25 孙福杰 太阳能风能电热膜供暖系统
CN105375860B (zh) * 2015-12-15 2017-11-14 湖南工学院 一种风光结合型的智能追日供电系统
DE102016105662A1 (de) 2016-03-29 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mit einem Windpark sowie Windpark
DE102016106215A1 (de) 2016-04-05 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren sowie Windenergieanlage zum Einspeisen elektrischer Leistung
WO2020230148A1 (en) * 2019-06-02 2020-11-19 Chandan Sharma Multi-tier elevated super-structural novel renewable energy infrastructures (mesnrei)
CN110502791B (zh) * 2019-07-22 2021-05-11 清华大学 基于能源集线器的综合能源系统稳态建模方法
DE102020102532B4 (de) 2020-01-31 2022-02-24 fothermo System AG Anpassungsschaltung zur Regelung einer Leistungsabgabe an eine resistive Last und Schaltungsvorrichtung zur Versorgung eines Warmwassererzeugers aus einer regenerativen Energiequelle
CN115111119B (zh) * 2022-06-29 2024-08-23 华蒲(青岛)能源环保科技有限公司 一种风力制热装置及方法
CN116398366A (zh) * 2023-06-09 2023-07-07 中船重工海为(新疆)新能源有限公司 一种电加热管与热泵耦合制热的风能制热装置及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3640121A1 (de) * 1986-11-25 1988-06-01 Siegfried Herbert Gaertner Controll energie station
RU2174191C1 (ru) * 2000-03-10 2001-09-27 Открытое акционерное общество "Звезда" Автономная ветродизельэлектрическая установка
RU41497U1 (ru) * 2004-07-06 2004-10-27 Закрытое акционерное общество "Ветроэнергетическая компания" Ветроэнергетическая установка
RU2249125C1 (ru) 2003-09-24 2005-03-27 Царев Виктор Владимирович Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений
US20060033338A1 (en) * 2004-05-11 2006-02-16 Wilson Kitchener C Wind flow estimation and tracking using tower dynamics

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4206608A (en) * 1978-06-21 1980-06-10 Bell Thomas J Natural energy conversion, storage and electricity generation system
US4369629A (en) * 1981-01-08 1983-01-25 Lockwood Lawrence B Natural energy extractor
JPS5974375A (ja) * 1982-10-21 1984-04-26 Agency Of Ind Science & Technol 風力エネルギを利用する蓄熱・蓄冷水槽の補助熱源
FR2557957B3 (fr) * 1984-01-11 1986-04-18 Montenay Rene Installation de chauffage de batiments et plus particulierement de maisons d'habitation
CN2328122Y (zh) * 1998-05-29 1999-07-07 王渊 风力、太阳能发电专用控制逆变器
GB0306075D0 (en) * 2003-03-18 2003-04-23 Renewable Devices Ltd Wind turbine
EP1577548A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-21 Abb Research Ltd. Apparatus and method for storing thermal energy and generating electricity
CN2859897Y (zh) * 2005-12-16 2007-01-17 新疆新能源研究所 风、光互补家用电源装置
EP2098791A1 (de) * 2008-03-05 2009-09-09 Roth Werke GmbH Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3640121A1 (de) * 1986-11-25 1988-06-01 Siegfried Herbert Gaertner Controll energie station
RU2174191C1 (ru) * 2000-03-10 2001-09-27 Открытое акционерное общество "Звезда" Автономная ветродизельэлектрическая установка
RU2249125C1 (ru) 2003-09-24 2005-03-27 Царев Виктор Владимирович Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений
US20060033338A1 (en) * 2004-05-11 2006-02-16 Wilson Kitchener C Wind flow estimation and tracking using tower dynamics
RU41497U1 (ru) * 2004-07-06 2004-10-27 Закрытое акционерное общество "Ветроэнергетическая компания" Ветроэнергетическая установка

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2187048A4

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8487464B2 (en) 2008-12-30 2013-07-16 Hywind As Blade pitch control in a wind turbine installation
US7851935B2 (en) * 2009-08-11 2010-12-14 Jason Tsao Solar and wind energy converter
US7964981B2 (en) * 2009-08-11 2011-06-21 Jason Tsao Solar and wind energy converter
CN101806481A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 黄中山 立轴风力发电机机房降温装置
CN105673340A (zh) * 2016-02-19 2016-06-15 彭伟成 一种太阳能风力混合发电机组
RU2688213C1 (ru) * 2018-08-03 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Двухвходовый двухроторный ветро-солнечный генератор
CN111780453A (zh) * 2019-04-04 2020-10-16 李启飞 吸附式风能制冷机
CN111780452A (zh) * 2019-04-04 2020-10-16 李启飞 吸收式风能制冷机
RU2727119C1 (ru) * 2019-10-09 2020-07-20 Общество с ограниченной ответственностью «Институт конгломеративных технологий» Система адаптивной стабилизации скорости вращения ветроротора

Also Published As

Publication number Publication date
US8312733B2 (en) 2012-11-20
AP2010005194A0 (en) 2010-04-30
US20100170293A1 (en) 2010-07-08
AU2007358778B2 (en) 2011-10-06
EP2187048A4 (en) 2013-01-09
AU2007358778A1 (en) 2009-03-19
CN101802396A (zh) 2010-08-11
CN101802396B (zh) 2012-09-19
EP2187048A1 (en) 2010-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007358778B2 (en) Autonomous power supply system
US7378820B2 (en) Electrical power generation system and method for generating electrical power
CN107532511B (zh) 压缩空气储藏发电装置以及压缩空气储藏发电方法
RU2249125C1 (ru) Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений
US20090228150A1 (en) HVAC system
WO2018164647A1 (en) Dynamic energy demand management system
JP4376089B2 (ja) ガスエンジン発電設備
CN109687520B (zh) 一种用于电力孤网的太阳能光伏与光热互补发电系统
KR20130039865A (ko) 저속 풍력을 이용한 하이브리드 발전 시스템
US20110121575A1 (en) Systems, methods, and kits for power generation
JP6037786B2 (ja) 熱電供給システム
KR101262126B1 (ko) 소규모 하이브리드 발전 시스템
GB2452787A (en) Power generation system
CN204244139U (zh) 一种风光互补发电系统
CN115789760A (zh) 一种基于蓄电池储能的风光互补发电供暖系统
Prasad et al. Design and management of an integrated solar-wind conversion system using dfig
CA2975109C (en) Solar and wind energy collection system and method
JP2006029635A (ja) 太陽光発電利用の給湯システム
RU35386U1 (ru) Система автономного энергоснабжения жилых и производственных помещений
Kaidir et al. Performance study of air conditioning system using solar power photovoltaic as energy source
US20140150418A1 (en) Regenerating Generator
KR101819177B1 (ko) 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치
Assaf et al. Energy Management of a Surface Water Heat Pump Powered by Wind and a Battery System
KR101116123B1 (ko) 건물 통풍구를 활용한 대체에너지 시스템
Bujnowski et al. Smart heating system for home extending utilization of renewable energy sources

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780100585.2

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07870627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007870627

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007358778

Country of ref document: AU

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2007358778

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20070914

Kind code of ref document: A