Геліовітроенергокомплекс

Изобретение относится к области использования возобновляемых источников энергии: (ВИЗ) Солнца, ветра, тепла Земли и т. д. Известна комплексная система использования ВИЭ, содержащие фотопреобразующие установки геотермальные и теплоносные станции, основным недостатком которой является потери различных ВИЭ на концах каждой цепочки и, как следствие, пониженный код преобразования различных видов энергии и высокая общая себестоимость вырабатываемой энергии [1]. Наиболее близким к заявляемому является комплекс "Комбинированная гелиоветровая установка Э. 3. Керимова [2]. В указанный комплекс входят ветроагрегаты, фотопреобразователи, геотермальные установки, тепловые насосы. Несмотря на наличие взаимосвязи между различными видами энергии (ветра и Солнца), в этом комплексе также существуют потери в каждой цепочке и цикл не замкнут после потребления тепла и поэтому комплекс имеет пониженный КПД использования энергии. Задачей изобретения является усовершенствование конструкции гелиоветроэнергокомплекса путем обеспечения возможности подачи теплоносителя после потребления на вход солнечного коллектора, что создает общий замкнутый цикл теплоносителя при исключении потерь тепла в каждой цепочке путем длительного его подземного аккумулирования, чем достигают полной утилизации солнечной, ветровой энергии и тепла Земли, а также снижают себестоимость получаемой энергии. Это достигается тем, что гелиоветроэнергокомплекс, содержащий солнечные коллекторы, подключенные выходом к первой секции бака-аккумулятора, последовательно соединенной со второй секцией, к которой солнечные коллекторы" подключены входом, потребитель тепла, тепловой дублер, выполненный в виде теплового насоса или электронагревателя и связанный с источником электроэнергии в виде ветроустановки, и циркуляционные насосы согласно изобретению, дополнительно содержит два приемника солнечной энергии, один из которых снабжен неподвижным концентратором, установлен с возможностью перемещения вдоль его фокальной зоны и двумя сообщенными между собой подземными аккумуляторами, а другой снабжен ориентируемым концентратором с системой слежения, установлен в его фокальной зоне и турбогенератором, при этом один из подземных аккумуляторов соединен с первой секцией бака-аккумулятора и установлен на входе приемника, а другой установлен на его выходе и соединен через тепловой дублер с приемником, установленным в фокальной зоне ориентируемого концентратора, а конденсатор турбогенератора подключен ко входу потребителя тепла, выход которого подключен ко ! второй секции бака-аккумулятора. При этом солнечные коллекторы расположены на крыше здания, первая секция бака-аккумулятора на чердаке, а вторая - под полом. Кроме того, гелиоветроэнергокомплекс дополнительно содержит фотопреобразователи, которые совместно с ветроустановкой и турбогенератором служат источниками электроэнергии всего комплекса. Совокупность существенных признаков изобретения позволяет объединить в единый замкнутый цикл подачу тепловой энергии из контуров аккумулирования солнечной энергии (на уровне нормальной и концентрированной радиации), контура преобразования энергии ветра в тепло и тепла Земли за счет подземного аккумулирования. Создание единого замкнутого цикла устраняет потери тепловой энергии в каждом отдельном контуре, что способствует пол ной утилизации солнечной, ветровой энергии и тепла Земли, а также снижает себестоимость получаемой энергии. Предлагаемый гелиоветроэнергокомплекс представлен на чертеже. Первый контур предназначен для улавливания солнечной энергии на уровне нормальной радиации. Солнечные коллекторы 1 располагаются на крыше здания и соединены с теплоизолированными баками-аккумуляторами, которые располагаются на чердаке 2 и под зданием. Второй контур связан трубопроводом 3 с первым и предназначен для улавливания и аккумулирования сконцентрированного солнечного излучения. Состоит из бака-аккумулятора 4, приемника излучения 5, расположенного на фокальной дуге 6 неподвижного концентратора 7, и второго бака-аккумулятора 8, расположенного под восточным концом фокальной дуги. Третий контур связан трубопроводом со вторым и предназначен для получения электрической и тепловой энергии. Состоит из датчика слежения за движением Солнца 9, подвижного концентратора 10, приемника излучения с прозрачным термостойким окном 11 в фокальном объеме концентратора в виде камеры 12 с паротурбогенератором 13, 14, соединенным с электронагревателем 15, отработанный пар из которого поступает к потребителю тепла 16, а затем через теплоизоляцию 17 в подземный бак-аккумулятор 18, откуда с помощью циркуляционного насоса теплоноситель подается на вход в солнечные коллекторы 1. Гелиоветроэнергокомплекс снабжен также ветроэнергетической установкой парусного типа 19, характеризующейся тем, что для повышения КПД преобразования ветровой энергии в электрическую, устранения шума, сохранения территории без отчуждения. снижения металлоемкости и повышения надежности в работе, содержит центральный флюгер и. по крайней мере, одну уравновешенную фрикционную пару кольца и колеса, бегущего по нему, соединенную посредством передачи с генератором тока и смонтированную на спице, один конец которой закреплен посредством шарнира с центральной осью. а другой - с приводом генератора с возможностью перемещения по кольцу под воздействием аэродинамического напора на паруса относительно направления воздушного потока. Ветроприемники ориентированы в рабочем и нейтральном положении. Стабилизированная по частоте электрическая энергия от ветроэнергетической установки 19 поступает в общую се ть, "некондиционная" часть подается на питание теплонасосной установки (или термоэлектронагревателя) (15). Улавливание и накопление солнечной и ветровой энергии гелиоветроэнергокомп-лексом происходит следующим образом. В контуре первый теплоноситель нагревается до температуры 40-50°С за счет нормальной солнечной радиации. Циркуляция его в контуре обеспечивается насосом Hi, который включается автоматически при уровне нормальной солнечной радиации 100 Вт/м . При отсутствии Солнца насос Н 1 не работает и не происходит отдачи тепла из аккумулятора (СК) через солнечные коллекторы. Теплоноситель из первого контура поступает во второй, где с помощью циркуляционного насоса Н2 (который также включался при Ro = 100 Вт/м 2) происходит его догревание в концентраторе 7 до температуры 60 - 80°С. Фокальная дуга 6 в виде тр убы, изогнутой по кривой, эквидистантной неподвижному параболоиду, ориентирована с востока на запад и имеет степень свободы по углу наклона к горизонту. Указанный угол устанавливается каждый раз в соответствии с углом склонения Солнца в данный период. Положение приемника излучения 5, перемещающегося по фокальной дуге 6, соответствует зенитальному углу Солнца в течение летнего дня. Теплоноситель циркулирует по контур у через два подземных резервуара-аккумулятора 4, 8 и фокальную дугу 6 с приемником 5. В третьем контуре с помощью теплонасосной установки (или термоэлектронагревателя) 15 теплоноситель в виде пара поступает в приемную камеру 12с прозрачным термостойким окном 11, размещенный в фокальном объеме подвижного концентратора 10. Подвижный концентратор 10 с помощью датчика 9 непрерывно следит за Солнцем. Пар в камере 12 доводится до нужных параметров и поступает на лопатки турбогенератора 13, 14, расположенного на задней стене камеры 12. Отработанный пар из турбогенератора 13, 14 поступает в систему теплоснабжения 16. расположенную вблизи здания, а затем в систему аккумулирования тепла 18. Теплоноситель из аккумулятора 18 подается в первый контур с помощью насоса Н 3. Электроэнергия от турбогенератора ветровой энергетической установки наружного типа 19 и поля фотопреобразователей (на схеме не показано) используется для собственных нужд гелиоветроэнергокомплекса запитывается датчик слежения концентратора за Солнцем 9 и исполнительные механизмы поворота концентратора, циркуляционные насосы Н1, Н2, Н3 и тепловая насосная установка (ГНУ), механизм поворота дуги 6 неподвижного концентратора 7 и перемещения приемника 5 и для прочих бытовых нужд. "Некондиционная" часть (нестабилизированная по частоте) электрическая энергия от ветроэнергетической установки идет на дополнительный подогрев теплоносителя в аккумулирующи х емкостях (на схеме не представлено). Таким образом почти вся энергия окружающей природной среды при нормальной солнечной радиации свыше 100 Вт/м 2 и скоростях ветра ³ 3 м/с предлагаемым телиоветроэнергокомплексом полностью используется и запасается на длительное хранение с помощью подземных термоста-тированных баков аккумуляторов. В качестве практического осуществления гелиоветроэнергокомплекса создан стенд-имитатор "Атон-2": расположенный на Крымской гелиотехнической базе ИПМ АН Украины. Стенд-имитатор, предназначен для выявления всего потенциала солнечной энергии региона за год, определения длительности хранения тепла и эксплуатационной надежности отдельныхузлов (приемника концентрированного излучения, его теплоизоляции, точности слежения за Солнцем), коррозионной стойкости солнечных коллекторов и т.д. и т.п. При площади солнечных коллекторов 12,2 м 2 и аккумулирующей емкости объемом 11м 3 стенд-имитатор "Атон-2" для условий Крыма (2000 ч/год ясного Солнца) в соответствии с экспериментальными результатами исследований позволяет получить следующее (цены 1990 г.): 1. Тепловую энергию в 15000 кВт. ч в год при нормальной радиации 350 Вт/м 2. 2. Сэкономить около 300 тонн моторного топлива. 3. Получить прибыль порядка 30 тыс. руб./год. 4. Улучшить экологическую обстановку региона.