Маневрена енергетична система

Маневрена енергетична система, що включає двофазний рідинний акумулятор тепла, виконаний з можливістю утворення парової і рідинної зони, контур нагрівання рідини і контур споживання нагрітої рідини, що з'єднані з рідинним акумулятором тепла, тепловий генератор з приводом, включений 3 13313 4 поступає у акумулятор тепла, потім знову подаЗагальними ознаками прототипу і рішення, що ється у тепловий генератор, що дозволяє швидко заявляється є: маневрена енергетична система, досягти робочої температури. При досягненні защо включає двофазний рідинний акумулятор тепданої температури контур нагрівання рідини автола, виконаний з можливістю утворення парової і матично перекривається. Гаряча рідина циркулює рідинної зони, контур нагрівання рідини і контур по контуру споживання нагрітої рідини з можливісспоживання нагрітої рідини, що з'єднані з рідинним тю проходження через систему споживання тепла. акумулятором тепла, тепловий генератор з привоПри зниженні температури рідини у акумуляторі дом, включений в контур нагрівання рідини, паротепла, знову включається у роботу тепловий генесиловий контур, який з'єднаний з паровою зоною ратор, що дозволяє компенсувати зниження темрідинного акумулятора тепла і включає послідовно ператури. з'єднані перетворювач енергії пару у механічну Загальними ознаками відомого рішення і ріенергію і конденсатор, виконаний з можливістю шення, що заявляється є: маневрена енергетична підключення до системи споживання тепла. система, що включає рідинний акумулятор тепла, У енергетичній системі, вибраної у якості проконтур нагрівання рідини і контур споживання натотипу, як і у згаданому вище аналогу недостатньо грітої рідини, що з'єднані з рідинним акумулятором використовуються можливості взаємних перетвотепла, тепловий генератор з приводом, включений рювань електричної і теплової енергії з одержанв контур нагрівання рідини. ням тепла, холоду, з переводом низькопотенціаУ відомій енергетичній системі недостатньо льної теплової енергії у високопотенціальну, що використовуються можливості взаємних перетвообмежує можливості підвищення коефіцієнту корювань електричної і теплової енергії з одержанрисної дії енергетичної системи. ням тепла, холоду, з переводом низькопотенціаВ основу корисної моделі поставлена задача льної теплової енергії у високопотенціальну, що удосконалення маневреної енергетичної системи, обмежує можливості підвищення коефіцієнту коу якої за рахунок конструктивних особливостей рисної дії енергетичної системи. забезпечується більш повне використання взаємНайбільш близьким відомим рішенням до ріних перетворень електричної і теплової енергії, шення, що заявляється є маневрена енергетична чим досягається підвищення коефіцієнту корисної система [патент України на корисну модель дії енергетичної системи. №6402, МКВ F25B29/00, H02J15/00, пріоритет від Поставлена задача вирішується тим, що ма21.07.04], що включає двофазний рідинний акумуневрена енергетична система, що включає двофалятор тепла, виконаний з можливістю утворення зний рідинний акумулятор тепла, виконаний з мопарової і рідинної зони, контур нагрівання рідини і жливістю утворення парової і рідинної зони, контур контур споживання нагрітої рідини, що з'єднані з нагрівання рідини і контур споживання нагрітої рідинним акумулятором тепла, тепловий генерарідини, що з'єднані з рідинним акумулятором тептор з приводом, включений в контур нагрівання ла» тепловий генератор з приводом, включений в рідини, паросиловий контур, який з'єднаний з паконтур нагрівання рідини, паросиловий контур, ровою зоною рідинного акумулятора тепла і вклюякий з'єднаний з паровою зоною рідинного акумучає послідовно з'єднані перетворювач енергії пару лятора тепла і включає послідовно з'єднані перету механічну енергію і конденсатор, виконаний з ворювач енергії пару у механічну енергію і конденможливістю підключення до системи споживання сатор, виконаний з можливістю підключення до тепла. системи споживання тепла, відповідно до корисної Для використання відомої енергетичної системоделі, додатково містить пароежекторну холодими спільно з установками на поновлюваних джельну установку, підключену до входу перетворюрелах енергії обов'язковою умовою є їх безперервача енергії пару у механічну енергію, теплообмінвний режим роботи, а основною проблемою є різкі ник, що має первинний контур включений в контур коливання співвідношення між надходженням, споживання нагрітої рідини і вторинний контур та накопиченням і передачею енергії. У результаті теплові насоси, один із яких підключений до втотого, що цей процес є випадковим, то часто виниринного контура теплообмінника, а другий до викають ситуації розбалансу між накоплениям і споходу конденсатора, а у якості приводу використоживанням енергії, що поступає від поновлюваних вують електричний двигун. джерел енергії. Рідинний акумулятор тепла у такі Указані признаки складають сутність корисної періоди стає переповненим (тиск і температура моделі. стають критичними) і внаслідок цього, порушуєтьМіж сукупністю суттєвих ознак, маневреної ся баланс надходження і перерозподілу енергії і енергетичної системи, що заявляються і досягнутаким чином, порушується безперервний процес тим результатом існує причинно-наслідковий зв'яроботи енергетичної системи. зок, який пояснюється наступним. Для підвищення ефективності споживання Загальний коефіцієнт корисної дії маневреної енергії енергетична система включає двофазний енергетичної системи складається із коефіцієнтів рідинний акумулятор тепла, що має можливість корисної дії електричної енергії, коефіцієнтів кориутворення парової і рідинної зони і має додатковий сної дії теплової енергії і коефіцієнта корисної дії паросиловий контур, який може працювати як авенергії холоду. Підвищення загального коефіцієнту тономно так і паралельно з контуром нагрівання корисної дії забезпечується за рахунок розширенрідини і контуром споживання нагрітої рідини для ня повноти використання взаємних перетворень передачі енергії, як у вигляді теплової енергії, так і електричної, теплової енергії та енергії холоду. у вигляді других видів енергії, наприклад, механічВнаслідок використання в маневреній енергеної або електричної. тичній системі в якості приводу теплового генера 5 13313 6 тора - електричного двигуна, забезпечується підрегулювального вентиля 9 і має вхід і вихід, які вищення коефіцієнта корисної дії електричної енезамкнені до рідинного акумулятора тепла 3 та друргії, тому, що завдяки такої можливості в системі гий контур споживання нагрітої рідини, що складазабезпечується регулювання електричної енергії у ється із регулювальних вентилів 10 і 11 і теплообперіоди провалів навантаження, що значно знижує мінника 12, що має первинний контур 13 реактивну складову електричної енергії і відповідвключений у контур споживання нагрітої рідини і но поліпшує технічні і економічні показники роботи вторинний контур 14 підключений до теплового споживачів енергії (наприклад, за рахунок підвинасосу 15, який виконаний з можливістю підклющення частоти електричної мережі). чення до системи споживання тепла. Первинний Внаслідок введення теплових насосів, що доконтур 13 підключений послідовно до регулювальзволяють одержувати тепло для опалювання і них вентилів 16 і 17. Вхід і вихід контуру спожигарячого водопостачання за рахунок використання вання нагрітої рідини підключені до рідинного акупереносу енергії тепла низькотемпературного мулятора тепла 3. джерела до теплоносія з більш високою темпераДля маневреної циркуляції рідини як по пертурою, відповідно у контурі споживання нагрітої шому так і по другому рідинним контурам установрідини і на виході паросилового контуру підвищулені регулювальні вентилі 18 і 19, що з'єднують ються коефіцієнти корисної дії теплової енергії. контур нагрівання рідини і контур споживання наДані системи надзвичайно економічні, тому що при грітої рідини. прикладанні до теплового насосу, наприклад, 1кВт Для подачі нагрітої рідини до виходу 20 споелектричної енергії, у залежності від режиму та живачам, наприклад, для побутової потреби (душ, умов експлуатації, він виробляє до 3-4кВт теплової ванна та інше) до точки з'єднання регулювальних енергії. Окрім того, коефіцієнт корисної дії підвивентилів 10, 11 і 18 підключений регулювальний щується також за рахунок використання пароежеквентиль 21. торної холодильної установки, яка з'єднана з паРідина у акумуляторі тепла 3 з допомогою теровою зоною рідинного акумулятора тепла. плового генератора 2, наприклад, гідродинамічноПароежекторна холодильна установка це холодиго кавітаційного типу має можливість нагріватися льна пароконденсаційна машина, у якої зжимання до температури 350°С, причому рідинний акумулядосягається з допомогою парового ежектора. тор тепла 3 двофазний і має рідинну зону, яка розВисока маневреність енергетичної системи ташовується у нижній частині рідинного акумулядосягається за рахунок автономності роботи всіх тора тепла 3 і парову зону, яка розташовується у контурів, що можливо забезпечити з допомогою верхній частині акумулятора тепла 3. Пар має мотрадиційних елементів і вузлів регулювальної аржливість циркулювати по замкненому паросиломатури, а також за рахунок традиційних систем вому контуру, вхід якого підключений до парової автоматичного регулювання. зони рідинного акумулятора тепла 3. Сукупність ознак, що приведена у формулі коПаросиловий контур складається із регулюварисної моделі у повній мірі забезпечує можливість льного вентиля 22, перетворювача енергії пара 23 досягнення поставленої задачі. у механічну енергію. Вихід перетворювача енергії Нижче приводиться опис запропонованої мапара 23 у механічну енергію підключений до входу невреної енергетичної системи, яка ілюструється первинного контуру конденсатора 24, вихід якого кресленням, де на фігурі зображена загальна схечерез регулювальний вентиль 25 з'єднаний з регума маневреної енергетичної системи. лювальним вентилем 17, підключений до рідинноДана корисна модель пояснюється конкретним го акумулятора тепла 3. Вторинний контур 26 підкприкладом виконання, який однак не є єдино можлючений до теплового насосу 27, що має ливим, але наочно демонструє можливість досягможливість подачі тепла до споживачів. До паронення даною сукупністю ознак заданого технічного вої зони рідинного акумулятора тепла 3 через ререзультату. гулювальний вентиль 28 підключений контур хоМаневрена енергетична система відповідно лодильної установки, що включає пароежекторну фігурі містить електричний двигун 1, який безпохолодильну установку 29 для забезпечення холосередньо або через розподільну систему управдильного режиму для споживачів. ління (не показана) з'єднується з електричною Контур холодильної установки у разі необхідмережею. У якості двигунів 1 можуть використовуності перенастроюється у режим роботи теплового ватися будь-які відомі типи двигунів як постійного насосу для одержання додаткової кількості пара, так і змінного струму, у тому числі синхронні, асинщо подається через пароструминний змішувач (не хронні та інші. показаний) на перетворювач енергії пара 23 у меЕлектричний двигун 1 має механічне сполуханічну енергію для подальшого одержання елекчення з тепловим генератором 2, наприклад, гідтричної енергії. родинамічний кавітаційного типу, у якому нагріДля забезпечення розв'язання та узгодження вання рідини здійснюється шляхом перетворення дії контуру нагрівання рідини, контуру споживання енергії руху рідини (ефект кавітації) у теплову ененагрітої рідини і паросилового контуру, останній ргію. Холодна рідина подається у рідинний акумучерез регулювальний вентиль 25 підключений до лятор тепла 3 через вхід 4 теплового генератора 2 контуру нагрівання рідини через регулювальний и магістралі подачі холодної рідини 5. Для циркувентиль 19 і до контуру споживання нагрітої рідини ляції рідини маневрена енергетична система має (точка з'єднання регулювальних вентилів 16,17 і два замкнених контури: перший контур нагрівання 19). рідини, що складається із регулювальних вентилів Для передачі технологічного пара до спожива7 і 8, входу 4 і виходу 6 теплового генератора 2 і чів (вихід 30) установлений регулювальний вен 7 13313 8 тиль 31, який підключений до входу замкненого чної енергії, а далі гальмується і перетворюється у паросилового контуру. теплову енергію. Пароежекторна холодильна установка 29 Теплова енергія нагріває рідину, яка в виходу складається із ежектора 32, випарювача 33, блока 6 теплового генератора 2 через регулювальний споживання холоду 34 насосів 35 і 36, конденсатовентиль 9 поступає у рідинний акумулятор тепла ра 37, вентиля 38, що регулює температуру і регу3, а потім через регулювальні вентилі 7 і 8 знову лювальних вентилів 39, 40 і 41. Вхід ежектора 32 подається до входу 4 теплового генератора 2, що через регулювальний вентиль 28 підключений до дозволяє швидко досягти заданої робочої темпепарової зони рідинного акумулятора тепла 3 і до ратури (до 350°С). Для автоматизації процесу напарової зони випарювача 33, а вихід через регугрівання застосовується блок управління (не покалювальний вентиль 39 з'єднаний з конденсатором заний), який дозволяє автоматично включати і 24, через регулювальний вентиль 40 - з входом відключати установку без зміни параметрів без перетворювача пара 23 у механічну енергію, а допомоги персоналу, що її обслуговує. Тепловий через регулювальний вентиль 41 - з конденсатогенератор 2 може автоматично працювати для ром 37. нагрівання рідини, що накопичується у рідинному Випарювач 33 включений у замкнений контур, акумуляторі тепла 3. що з'єднує рідинну зону випарювача 33 з його паРідина у рідинному акумуляторі тепла 3 при ровою зоною. Для прискорення процесу випарюдосягненні температури більше 100°С розподілявання у контурі може бути установлений насос 35. ється на дві зони рідинну і парову. Нагріта рідина Вихід конденсатора 37 через насос 36 підключепід тиском через регулювальні вентилі 10 і 11 цирний до споживачів холодної води, а через вентиль кулює по контуру споживання нагрітої рідини з 38, що регулює температуру, до рідинної зони випроходженням через первинний контур 13 теплоопарювача 33. бмінника 12 і через регулювальні вентилі 16, 19 і 8 Для одержання додаткової кількості пара вихід до входу 4 теплового генератора 2. У моменти гарячої рідини конденсатора 24 через регулюваколи механічна енергія не передається від електльний вентиль 42 з'єднаний з паровою зоною виричного двигуна 1 нагріта рідина подається в ріпарювача 33. динного акумулятора тепла 3 по замкненому конДля забезпечення примусової циркуляції гарятуру через регулювальні вентилі 10 і 11, чої води використовують пароежекторні насоси 43. первинний контур 13 теплообмінника 12 та регуТепловий генератор 2, наприклад, гідродиналювальні вентилі 16 і 17 і поступає знову до рідинмічний кавітаційного типу, має співісне механічне ного акумулятора тепла 3. Залишки нагрітої рідини сполучення з електричним двигуном 1 і його робоможуть через регулювальний вентиль 21 подавата заснована на фізичному законі перетворення тися до виходу 20 споживачам технічної рідини, одних видів енергії у інші У даному випадку кінетинаприклад, для побутової потреби (душ, ванна та чна енергія множини потоків рідини, що рухаються інше). при миттєвих зупинках і за рахунок внутрішнього При підвищенні тиску і температури нагрівання тертя і кавітації перетворюється у теплову енербільше 100°С у рідинному акумуляторі тепла 3 гію. нагріта рідина частково переходить до парової Маневрена енергетична система працює тафази. Пар із верхньої частини (зони) рідинного ким чином. акумулятора тепла 3 під тиском подається по заПри використанні, наприклад, у якості приводу мкненому паросиловому контуру через регулюва1 синхронного двигуна з регульованим збудженльний вентиль 22 до перетворювача енергії пару ням маневрена енергетична система може вико23 у механічну енергію, розширюється і подається ристовуватися у якості ефективних синхронних до первинного контуру конденсатора 24. Теплова компенсаторів, що значно знижує утрати електриенергія вторинного контуру 26 конденсатора 24 чної енергії і підвищує її якість. При цьому синхпередається через тепловий насос 27 до системи ронний двигун працює у режимі двигуна з реактивспоживання тепла. ним (ємкісним) струмом, що упереджає при Теплові насоси 15 і 27 відносяться до пристроперезбудженні, або (індуктивним) струмом, що їв, що використовують тепло менш низької темпевідстає по відношенню до напруги мережі при нератури для отримання теплоносія з температурою, дозбудженні. Найбільш актуальним у даному вияка придатна до опалення і гарячого водопостападку є компенсація реактивної потужності у розчання з температурою 50-70°С. Відбір тепла із подільних мережах, де зосереджені головні низькотемпературних джерел енергії (вторинні резерви зниження утрат. контури 14 і 26 відповідно теплообмінника 12 і Підключення електричного двигуна 1 до мереконденсатора 24) у теплових насосах 15 і 27 здійсжі електричного струму забезпечує перетворення нюється через речовину, що має температуру киелектричної енергії у механічну енергію обертання піння нижче температури джерела теплової енергії валу. Механічна енергія валу електричного двигуі що переходить у пароподібний стан у пристрої, на 1 передається на суміщений з ним вал тепловояке зветься випарювачем (не показаний). Паропого генератора 2 і приводить останній у обертання. дібна речовина (звичайно фреони) компресором Рідина із магістралі подачі холодної води 5 подазжимається до тиску, що забезпечує одержання ється до рідинного акумулятора тепла 3 через вхід температури, яка достатня для нагрівання води до 4 теплового генератора 2 відповідно через регутемператури 50-70°С. При чому теплова енергія лювальний вентиль 8. Рідина усередині теплового значно перевищує енергію, яка споживається комгенератора розкручується, набуває запасу кінетипресором (співвідношення - на 1кВт затраченої 9 13313 10 електричної енергії отримують до 3-4кВт теплової Охолоджений конденсат пара через регулюенергії). вальні вентилі 25, 19 і 8 передається до входу 4В якості пароежекторної холодильної установтеплового генератора 2 і далі через вихід 6 теплоки 29 може бути використана холодильна парокового генератора 2 і регулювальний вентиль 9 до нденсаційна машина, у якої зжимання досягають з рідинного акумулятора тепла 3 (коли тепловий допомогою парового ежектору 32. генератор 2 працює) або через регулювальні венХолодильний цикл пароежекторної холодильтилі 25 і 17 - до рідинного акумулятора тепла 3 ної установки складається із наступних етапів: безпосередньо (коли тепловий генератор 2 не 1 - пар із парової зони теплового акумулятора працює). Розширення пара визиває обертання 3 через регулювальний вентиль 28 поступає у совалу перетворювача енергії пару 23 у механічну пло ежектора 32, де розширюється; енергію, наприклад турбіни, що передається до 2-у ежекторі 32 і у випарювані 33 установлюспоживачів механічної енергії, або наприклад, до ється знижений тиск, якому відповідає температуелектрогенератора для передачі електричної енера кипіння води; ргії споживачам у найбільш вигідні періоди, напри3-у випарювані 33 за рахунок часткового випаклад, вночі. Залишки пара через регулювальний рювання відбувається охолодження води, що повентиль 31 подається до споживачів технічного дається через насос 35 до споживача холоду 34; пара (вихід 30). 4 - пар із випарювача 33, а також робочий пар Дана маневрена енергетична система забезежектора 32 поступає у конденсатор 37, де перетпечує більш повне використання взаємних перетворюється у стан рідини, з віддаванням теплоти і ворень електричної і теплової енергії, чим досягапередається до споживачів. ється підвищення коефіцієнту корисної дії енергетичної системи. Комп’ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601