Вітроопріснювальна установка

1 Вітроопріснювальна установка, що містить вітродвигун, електрогенератор, опріснювальний пристрій і систему керування, яка відрізняється тим, що в неї введено перетворювач частоти еле ктричного струму, котрий містить буферний канал, який включає послідовно з'єднані пристрій виміру частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової енергії, при цьому опріснювальний пристрій виконано у вигляді паралельно підключених до перетворювача частоти електричного струму дискретних опріснювальних модулів з індивідуальними механізмами включення, підключеними до аналізатора енергетичної ситуації буферного каналу, а перетворювач частоти електричного струму підключено до електрогенератора 2 Вітроопріснювальна установка за п 1, яка відрізняється тим, що пристрій виміру частоти обертання вітроколеса виконано у вигляді вимірника частоти електричного струму і встановлено на силовому електричному кабелі, котрий з'єднує електрогенератор з перетворювачем частоти електричного струму 3 Вітроопріснювальна установка за п 1, яка відрізняється тим, що електрогенератор виконано на постійних магнітах 4 Вітроопріснювальна установка за п 1, яка відрізняється тим, що пристрій акумулювання вітрової енергії виконано у вигляді акумуляторної батареї о (О о ю ю Пропонуємий пристрій відноситься до вітроенергетики, а саме до багатофункціональних вітроопріснювальних установок, орієнтованих на забезпечення індивідуального споживача питною водою і електроенергією З відомих пристроїв аналогічного призначення і подібних по сукупності істотних ознак найбільш близькими до пропонуємого є енергосистема, пущена в експлуатацію на острові Гельголанд (Німеччина) у 1990 році і вітроопріснювальна установка, пущена в експлуатацію на острові Рюген (Німеччина) у 1995 році, тому вони прийняті як аналоги Енергосистема містить вітродвигун, електрогенератор, дизельну електричну установку, опріснювальний пристрій і систему керування (Energie verbund auf Helgoland voll in Benieb // ETZ Elektrotechn Z-1990-111, № 12,-C 614-HIM ) і за безпечує вироблення електроенергії, теплопостачання й опріснення морської води Вона виробляє до 5МВт електроенергії (із який до 1,2МВт виробляє вітроелектрична установка) Частина виробленої електроенергії використовується для одержання до 960м3 питної води за добу В енергосистемі ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є наявність вітродвигуна, електрогенератора, опріснювального пристрою і системи керування і їхня спільна робота при опрісненні води, крім того енергосистема також, незалежно від зміни швидкості вітру, забезпечує споживачів електроенергією й опрісненою водою в необхідній КІЛЬКОСТІ й у будь-який час доби Головною причиною, що перешкоджує одержанню в розглянутій енергосистемі технічного ре 45506 зультату, очікуваного від пристрою, що заявляєтьтому що при сукупності ознак прототипу для керуся, є наявність у ній декількох принципово різних вання процесами роботи вітроопріснювальної типів енергетичних установок (вітродвигуна і дизеустановки і зменшення різниці між потужністю елеля) і пристроїв, що забезпечують їхню спільну роктроенергії, яка виробляється електрогенератоботу, що приводить до зниження надійності, ром, і потужністю підключеного до нього електричускладнення технічного обслуговування і значного ного навантаження до рівня, необхідного для зростання вартості електроенергії й опрісненої забезпечення стабільності характеристик електроводи в пристроях невеликої потужності, призначеенергії, котру виробляє електрогенератор, можуть них для індивідуального використання, і, ВІДПОВІвикористовуватися тільки елементи системи керуДНО, зниженню споживчих властивостей вання, і тому спрощення системи керування, зменшення в її елементах електричних чи механічних Відома також вітроопріснювальна установка, навантажень і значне збільшення швидкості прояка містить вітродвигун, електрогенератор, опрісцесів керування неможливо нювальний пристрій і систему керування (Vorteilhafte Kombmation // Energ Spektrum -1995-10 № В основу винаходу поставлено задачу ство7-8 -С 46 -HIM) І використовується для опрісненрення вітроопріснювальної установки шляхом ня морської води Продуктивність установки склавведення в и склад перетворювача частоти елект3 дає 360м питної води за добу Розрахункова швиричного струму, котрий містить буферний канал, дкість вітру, при якій вітродвигун має максимальну що включає послідовно з'єднані пристрій виміру потужність (300кВт), дорівнює 12,5м/с частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової Ознаками даного аналога, що збігаються з енергії, виконання опріснювального пристрою у суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляєтьвигляді паралельно підключених до перетворювася, є наявність вітродвигуна, електрогенератора, ча частоти електричного струму дискретних опрісопріснювального пристрою і системи керування, нювальних модулів з індивідуальними механізмаїхня спільна робота при опрісненні води, наявність ми включення, підключеними до аналізатора тільки одного типу енергетичного пристрою (вітроенергетичної ситуації буферного каналу і поліпдвигуна) і використання для роботи опріснювальшення за допомогою їхньої взаємодії характерисного пристрою електроенергії, виробленої тільки тик електроенергії, котру виробляє електрогенеравітродвигуном Вітроопріснювальна установка татор, більш повного використання енергії вітрового кож забезпечує споживачів опрісненою водою в потоку і розширення функціональних можливостей необхідній КІЛЬКОСТІ і у будь-який час доби незалезабезпечити опріснення води з високим ступенем жно від зміни швидкості вітру забруднення чи засоленості, постачання споживаГоловними причинами, що перешкоджають ча електроенергією з високою стабільністю харакодержанню в даному аналогу технічного результатеристик, розширення робочого діапазону швидкоту, очікуваного від пристрою, котрий заявляється, сті вітру, виключення значного зростання вартості є конструктивна складність і відносно висока варвиробленої в установках малої потужності електтість системи керування, особливо в установках роенергії і опрісненої води, підвищення надійності, малої потужності, і наявність великих пікових знаспрощення і підвищення безпеки технічного обслучень сили і напруги електричного струму в електговування і, таким чином, підвищення споживчих рогенераторі, опріснювальному пристрої й інших властивостей пристрою, котрий заявляється, а електричних пристроях установки, а також в електакож забезпечити ВІДПОВІДНІСТЬ потужності електтроенергії, котру виробляє електрогенератор, при роенергії, котру виробляє електрогенератор, і пошвидкій і значній ЗМІНІ ШВИДКОСТІ вітру чи відклютужності підключеного до нього електричного наченні (підключенні) споживачем потужних електвантаження, максимально швидке і точне ричних пристроїв, що приводить до збільшення керування режимами роботи пристрою акумулювартості вітроопріснювальної установки, погіршенвання вітрової енергії, синхронізацію цих режимів ня и технічних характеристик, звуження робочого із процесом зміни КІЛЬКОСТІ працюючих опріснювадіапазону швидкості вітру, зниження надійності, льних модулів і характером зміни КІЛЬКОСТІ енергії, ускладнення технічного обслуговування і зростанкотра передається на вітроколесо вітровим потоня вартості електроенергії і опрісненої води, вироком, спрощення системи керування і зменшення блених в установках малої потужності (тобто навантажень на її елементи, зниження пікових зниженню споживчих властивостей) значень сили і напруги електричного струму в елеЗазначені причини обумовлені необхідністю ктрогенераторі і інших електричних пристроях вітзабезпечення стабільності характеристик електророопріснювальної установки, зменшення потужноенергії, виробляємо'і електрогенератором при сті пристрою акумулювання вітрової енергії і значних змінах потужності енергії вітрового потоку, можливість застосування тихохідного електрогесприймаємо вітроколесом вітродвигуна нератора на постійних магнітах без погіршення якості води і стабільності характеристик електроТаким чином, аналоги мають таке саме приенергії, котрі виробляє вітроопріснювальна устазначення, що і пристрій, котрий заявляється, однак новка другий аналог (вітроопріснювальна установка) по сукупності ознак, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, більш близьСуттєвими ознаками, що характеризують прикий до нього, тому він прийнятий за прототип стрій, котрий заявляється, є наявність у його складі вітродвигуна, електрогенератора, опріснюНаявної в прототипі сукупності ознак, що збівального пристрою, перетворювача частоти елекгаються з частиною суттєвих ознак пристрою, коттричного струму, котрий містить буферний канал, рий заявляється, недостатньо для одержання техякий включає послідовно з'єднані пристрій виміру нічного результату пристрою, котрий заявляється, частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової енергії, системи керування, виконання опріснювального пристрою у вигляді паралельно підключених до перетворювача частоти електричного струму дискретних опріснювальних модулів з індивідуальними механізмами включення, підключеними до аналізатора енергетичної ситуації буферного каналу, пристрою виміру частоти обертання вітроколеса, виконаного у вигляді вимірника частоти електричного струму, електрогенератора на постійних магнітах і пристрою акумулювання вітрової енергії, виконаного у вигляді акумуляторної батареї, підключення перетворювача частоти електричного струму до електрогенератора і розміщення вимірника частоти обертання вітроколеса на силовому електричному кабелі, що з'єднує електрогенератор з перетворювачем частоти електричного струму ВІДМІННИМИ ознаками, необхідними для одержання зазначеного вище технічного результату в будь-яких варіантах виконання пристрою, котрий заявляється, чи умовах його використання (на який поширюється правовий захист), є наявність у його складі перетворювача частоти електричного струму, котрий містить буферний канал, який включає послідовно з'єднані пристрій виміру частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової енергії, виконання опріснювального пристрою у вигляді паралельно підключених до перетворювача частоти електричного струму дискретних опріснювальних модулів з індивідуальними механізмами включення, підключеними до аналізатора енергетичної ситуації буферного каналу і підключення перетворювача частоти електричного струму до електрогенератора Наявність буферного каналу, який включає послідовно з'єднані пристрій виміру частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової енергії, дозволяє при відхиленні частоти обертання вітроколеса від припустимого значення переводити пристрій акумулювання вітрової енергії в режим акумулювання енергії при зростанні частоти обертання вітроколеса або в режим виділення енергії при зменшенні частоти його обертання і робити включення цих режимів з мінімально можливою різницею в часі від моменту відхилення частоти обертання вітроколеса від припустимого значення, внаслідок одержання інформації безпосередньо з вітроколеса і її передачі в аналізатор енергетичної ситуації без проміжних пристроїв, а включення його до складу перетворювача електричного струму дозволяє акумулювати надлишок потужності електроенергії, що надходить у перетворювач частоти електричного струму, чи компенсувати и нестачу Наявність перетворювача частоти електричного струму, котрий містить буферний канал, який включає послідовно з'єднані пристрої виміру частоти обертання вітроколеса, аналізатор енергетичної ситуації і пристрій акумулювання вітрової енергії, і його підключення до електрогенератора дозволяє перетворювати усю вироблену електрогенератором електроенергію в електроенергію з 45506 високою стабільністю характеристик при виникненні короткочасної різниці між потужністю енергії, виробленої електрогенератором, і потужністю підключеного до нього електричного навантаження, що включає й опріснювальний пристрій меншої чи рівної, потужності пристрою акумулювання вітрової енергії і, ВІДПОВІДНО, забезпечувати нею всі електричні пристрої вітроопріснювальної установки і споживача При цьому слід зазначити, що зміна частоти обертання вітроколеса є найбільш достовірним показником невідповідності потужності електроенергії, виробленої електрогенератором, і потужності підключеного до нього електричного навантаження, тому використання в перетворювачі частоти електричного струму буферного каналу, який містить пристрій виміру частоти обертання вітроколеса, сприяє одержанню високої стабільності перетвореної електроенергії забезпечуючи максимальну достовірність інформації, що надходить в аналізатор енергетичної ситуації Виконання опріснювального пристрою у вигляді паралельно підключених дискретних опріснювальних модулів з індивідуальними механізмами дозволяє застосовувати одночасно кілька типів опріснювальних модулів, при їхньому почерговому включенні чи відключенні ступінчасто змінювати електричне навантаження електрогенератора в широких межах і на тривалий час, а також мати резервні модулі для більш повного використання енергії вітрового потоку і на випадок аварійних ситуацій чи технічного обслуговування опріснювального пристрою без зупинки вітроопріснювальної установки Підключення опріснювальних модулів до перетворювача частоти електричного струму, а їхніх механізмів включення до аналізатора енергетичної ситуації його буферного каналу, дозволяє перетворювачу частоти електричного струму і при виникненні значної різниці між потужністю електричної енергії, котру виробляє електрогенератор, і потужністю, підключеного до нього електричного навантаження, що перевищує потужність пристрою акумулювання вітрової енергії буферного каналу, перетворювати усю електроенергію, вироблену електрогенератором, в електроенергію з високою стабільністю характеристик, змінюючи КІЛЬКІСТЬ працюючих опріснювальних модулів і, одночасно, режими роботи пристрою акумулювання вітровий енергії, і, крім того, зменшити потужність пристрою акумулювання вітрової енергії і забезпечити таким чином можливість застосування акумуляторної батареї як пристрою акумулювання вітрової енергії, розширити діапазон робочих швидкостей вітру, більш повно використовувати енергію вітрового потоку і забезпечити можливість застосування тихохідних електрогенераторів на постійних магнітах, що виробляють електроенергію з низькою стабільністю характеристик Забезпечення опріснювального пристрою електроенергією з високою стабільністю характеристик дозволяє застосовувати чутливі до змін характеристик електроенергії опріснювальні пристрої, котрі роблять якісне опріснення води з високим ступенем засоленості чи забруднення Таким чином, сукупність зазначених вище 8 На фігурі зображено схему пристрою Вітроопріснювальна установка містить вітродвигун 1, розміщений у ньому електрогенератор 2, перетворювач частоти електричного струму 3, котрий включає пристрій перетворення 4 і буферний канал, який містить пристрій виміру частоти обертання вітроколеса 5, аналізатор енергетичної ситуації 6 і пристрій акумулювання вітрової енергії, виконаний у вигляді акумуляторної батареї 7 із блоком керування 8, опріснювальний пристрій 9, котрий виконано у вигляді опріснювальних модулів 10 з індивідуальними механізмами включення 11, систему керування 12, силові кабелі 13, 14, 15, 16, 17 і кабелі керування 18, 19, 20, 21 45506 ознак дозволяє з мінімально можливою різницею в часі приводити у ВІДПОВІДНІСТЬ потужність електроенергії, виробленої електрогенератором, і потужність підключеного до нього електричного навантаження при значній їхній різниці і, ВІДПОВІДНО, знизити ПІКОВІ значення сили і напруги електричного струму у електроенергії, котру виробляє електрогенератор, в елементах самого електрогенератора, системи керування і інших електричних пристроїв установки, підвищити надійність їхньої роботи, спростити систему керування, знизити потужність електричних і МІЦНІСТЬ механічних елементів системи керування, зменшити вплив відключення чи підключення потужних електричних пристроїв споживача на характеристики виробленої електрогенератором електроенергії, застосувати опріснювальну установку, що робить опріснення води з високим ступенем забруднення чи засоленості, але вимагає для надійної роботи електричний струм з високою стабільністю характеристик, використовувати кілька типів опріснювальних пристроїв, поліпшити умови роботи пристрою акумулювання вітрової енергії, зменшити його потужність і розширити КІЛЬКІСТЬ типів електричних пристроїв, котрі може використовувати споживач Крім того, спрощення системи керування приводить до зниження її вартості, яка в установках малої потужності складає відносно велику частину вартості вітроопріснювальної установки і, ВІДПОВІДНО, до виключення значного зростання вартості виробленої в установках малої потужності електроенергії й опрісненої води, що також сприяє розширенню споживчих властивостей, особливо для індивідуальних споживачів До суттєвих ознак, що характеризують пристрій, котрий заявляється, тільки в окремих випадках, відносяться виконання пристрою виміру частоти обертання вітроколеса у вигляді вимірника частоти електричного струму, електрогенератора на постійних магнітах, пристрою акумулювання вітрової енергії у вигляді акумуляторної батареї і розміщення пристрою виміру частоти обертання вітроколеса на силовому електричному кабелі, що з'єднує електрогенератор із перетворювачем частоти електричного струму Виконання пристрою виміру частоти обертання вітроколеса у вигляді вимірника частоти електричного струму і розміщення його на силовому електричному кабелі, підключеному до електрогенератора, дозволяє спростити його конструкцію, ВІДПОВІДНО, підвищити надійність роботи, точність виміру і знизити його вартість Застосування електрогенератора на постійних магнітах дозволяє значно знизити вартість вітроопріснювальної установки, а також рівень шуму, унаслідок можливості використання тихохідного електрогенератора й застосування його без редуктора Застосування акумуляторної батареї як пристрою акумулювання вітрової енергії дозволяє спростити його конструкцію, підвищити надійність, спростити технічне обслуговування і знизити вартість Для більш докладного роз'яснення суті пристрою, котрий заявляється, нижче представлено креслення і докладний опис цього пристрою Робота пристрою, що заявляється, здійснюється таким чином При обертанні вітроколеса вітродвигуна 1 електрогенератор 2 виробляє електроенергію і по кабелю 13 передає її в пристрій перетворення 4, котрий перетворює усю вироблену електрогенератором 2 електроенергію, характеристики якої постійно змінюються, в електроенергію з високою стабільністю характеристик і подає її по кабелях 15 на опріснювальні модулі 10 для опріснення води, по кабелю 16 у систему керування 12 для живлення її елементів і по кабелю 17 споживачу При цьому пристрій виміру частоти обертання вітроколеса 5, котрий виконано у вигляді вимірника частоти електричного струму і встановлено на електричному кабелі 13, робить вимір частоти електричного струму, котрий виробляє електрогенератор 2, і передає по кабелю 18 отриману інформацію в аналізатор енергетичної ситуації 6, котрий порівнює результати вимірів із припустимими значеннями, опріснювальні модулі 10 (включені в даний момент часу) роблять опріснення води, а система керування 12 робить керування роботою вітродвигуна по кабелю 21 і інших пристроїв вітроопріснювальної установки, котрі для пояснення суті винаходу суттєвого значення не мають і тому на кресленні не зображені У випадку зміни швидкості вітру чи потужності електричних пристроїв, котрі використовує споживач (наприклад, при відключенні частини працюючих чи підключенні додаткових), починає змінюватися частота обертання вітроколеса вітродвигуна 1, З'єднаного з ним вала електрогенератора 2 і, ВІДПОВІДНО, частота електричного струму, котрий виробляє електрогенератор 2, при цьому, у випадку и зростання до верхньої межі припустимого діапазону частот, аналізатор енергетичної ситуації 6 по кабелю 19 подає команду на блок керування 8, котрий переводить акумуляторну батарею 7 у режим добору електричної енергії з пристрою перетворення 4 по кабелю 14 і її акумулювання, а у випадку и зменшення до нижньої межі припустимого діапазону частот блок керування 8 по команді аналізатора енергетичної ситуації 6 переводить акумуляторну батарею 7 у режим подачі електричної енергії по кабелю 14 у пристрій перетворення 4 Якщо потужності акумуляторної батареї 7 виявляється недостатньо для добору надлишку потужності електроенергії, котру виробляє електрогенератор 2, чи компенсації и нестачі, і зміна частоти обертання вітроколеса буде продовжуватися, то при її (частоти) збільшенні аналізатор 45506 10 енергетичної ситуації 6 по кабелях 20 почне по веде в наикоротшии термін часу до ВІДПОВІДНОСТІ черзі подавати команди механізмам включення 11 потужності всіх підключених до електрогенератора опріснювальних модулів 10, що знаходяться в реелектричних пристроїв, у тому числі і пристроїв зерві, і механізми включення 11 будуть робити їхнє споживача, і потужності виробляємо! ним електровключення, а при її зменшенні аналізатор енергеенергії і, ВІДПОВІДНО, до стабілізації частоти обертичної ситуації 6 аналогічним чином почне відклютання вітроколеса в припустимому діапазоні часчення працюючих опріснювальних модулів 10 тот Швидке послідовне відключення чи підключення ВІДПОВІДНО ДО технічного рішення, що заявляпотужних опріснювальних модулів 10 (потужністю ється, виготовлено дослідний зразок вітроопріс20 30% від потужності вітродвигуна) разом зі змінювальної установки, котрий підтверджує можлиною режимів роботи акумуляторної батареї 7 привість її промислового застосування 17 Фіг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71