Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об’єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії

Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії, згідно з яким енергію поновлюваних джерел енергії (вітру, сонця, води) безперервно перетворюють в електричну енергію, яку надають різнотипним первинним енергоспоживачам, безперервно контролюють рівень потужності споживання електричної енергії енергоспоживачами, який порівнюють з поточним рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, у випадку перевищення поточного рівня потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, над рівнем споживання електричної енергії первинними енергоспоживачами здійснюють акумулювання надлишкової електричної енергії в акумуляторних батареях, а при повній зарядці акумуляторних батарей надлишкову електричну енергію надають опріснювальній установці з регульованою продуктивністю як додатковому енергоспоживачу, у випадку перевищення рівня енергоспоживання над поточним рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, первинним енергоспоживачам для збереження енергетичного балансу додатково надають електричну енергію від акумуляторних батарей, при цьому постійно здійснюють регулювання рівня продуктивності опріснювальної установки в межах від мінімального до максимального значення продуктивності, електричну енергію опріснювальній установці при мінімальному 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до систем енергозабезпечення автономних об'єктів, пов'язаних з перетворенням, акумуляцією та споживанням енергії від поновлюваних джерел, й може бути використана для енергозабезпечення різних автономних об'єктів (морських плаваючих споруд та суден, морських нафтових платформ, територій островів). Відомо про способи керування енергозабезпеченням автономних об'єктів з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії, в яких здійснюють перетворення, акумуляцію та споживання енергії від поновлюваних джерел. При реалізації даних способів застосовуються різні підходи щодо використання надлишкової енергії, яку визначають як різницю між рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, та рівнем енергоспоживання споживачів. Прикладом такого способу є спосіб акумулювання сонячної і вітрової енер6 гії [Патент на винахід РФ № 2136961, МПК F03D9/00, опубл. 10.09.1999], згідно з яким за допомогою перетворення сонячної і вітрової енергії в тепло нагрівають теплоносій і накопичують нагрітий теплоносій в акумуляторі тепла, а накопичене в акумуляторі енергії тепло використовують для нагрівання органічної речовини, що при нагріванні виділяє газ, який в подальшому накопичують і зберігають у герметичному резервуарі. Такий спосіб має наступні проблеми: - при реалізації способу мають місце суттєві втрати енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, в першу чергу за рахунок здійснення багатоетапного перетворення енергії, зокрема при нагріванні теплоносія в тепловому акумуляторі, при нагріванні від цього теплоносія відповідної органічної речовини з виділенням відповідного газу, при стисканні газу компресором тощо. Такі втрати теплової енергії мають місце завжди, оскільки будь-які конструктивні рішення з ізоляційного забезпечення теплових акумуляторів та баків не забезпечують повну відсутність теплових втрат, що призводить до зниження ефективності використання поновлюваних джерел енергії; - реалізація способу вимагає наявності і при цьому наявності в достатній кількості органічних речовин (рослин, тваринницьких стоків, побутових стоків), що також є суттєвим обмеженням області використання даного способу. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії [Патент України на корисну модель № 41269, МПК (2009) H02J15/00, F03D9/00, H02J7/00, опубл. 12.05.2009, Бюл. № 9], що прийнятий як прототип. Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії полягає в тому, що енергію поновлюваних джерел енергії (вітру, сонця, води) безперервно перетворюють в електричну енергію, яку надають різнотипним первинним енергоспоживачам. При цьому безперерв 66037 4 но контролюють рівень потужності споживання електричної енергії енергоспоживачами, який порівнюють з поточним рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії. У випадку перевищення поточного рівня потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, над рівнем споживання електричної енергії первинними енергоспоживачами здійснюють акумулювання надлишкової електричної енергії в акумуляторних батареях. При повній зарядці акумуляторних батарей надлишкову електричну енергію надають опріснювальній установці з регульованою продуктивністю як додатковому енергоспоживачу. У випадку перевищення рівня енергоспоживання над поточним рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, первинним енергоспоживачам для збереження енергетичного балансу додатково надають електричну енергію від акумуляторних батарей. При цьому постійно здійснюють регулювання рівня продуктивності опріснювальної установки в межах від мінімального до максимального значення продуктивності. Опріснювальній установці при мінімальному рівні енергоспоживання, що відповідає її мінімальній продуктивності, надають електричну енергію як первинному енергоспоживачу, а при підвищенні рівня її продуктивності вище мінімального - як додатковому енергоспоживачу. Рівень підвищення продуктивності опріснювальної установки встановлюють у відповідності з рівнем надлишкової електричної енергії, яку визначають (у випадку повної зарядки акумуляторних батарей) як різницю між рівнем потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, та рівнем енергоспоживання первинних енергоспоживачів. При цьому поточний рівень регульованої продуктивності опріснювальної установки встановлюють відповідно до можливого рівня споживання електричної енергії опріснювальною установкою з урахуванням поточного рівня надлишкової електричної енергії. Такий спосіб має наступні проблеми: - при довготривалій роботі опріснювальної установки з мінімальною продуктивністю в режимі первинного енергоспоживача можуть виникати перебої з постачанням прісної води основним споживачам автономного об'єкта через неузгодженість мінімальної продуктивності опріснювальної установки з середньою нормою добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта; - при використанні опріснювальною установкою (в режимі додаткового енергоспоживача) надлишкової електричної енергії (при повній зарядці акумуляторів всіх видів енергії) спосіб не передбачає акумуляції прісної води для постачання прісною водою додаткових споживачів, зокрема, морських рухомих об'єктів, що у відповідності з розкладом чи з випадковою періодичністю можуть швартуватися до автономного об'єкта (наприклад, острова). 5 66037 6 В основу корисної моделі поставлено задачу сті опріснювальної установки встановлюють відпоудосконалення способу керування енергозабезпевідно до можливого рівня споживання електричної ченням автономного об'єкта з акумуляцією та пеенергії опріснювальною установкою з урахуванням ретворенням енергії від поновлюваних джерел поточного рівня надлишкової електричної енергії, енергії шляхом забезпечення можливості при повзгідно з корисною моделлю, рівень мінімальної ному зарядженні всіх видів акумуляторів енергії продуктивності опріснювальної установки попереповністю використовувати надлишкову енергію дньо визначають з врахуванням середньої норми для додаткового генерування з регульованою добового споживання прісної води основними продуктивністю прісної води з її подальшою акуспоживачами автономного об'єкта, прісну воду з муляцією для постачання прісної води додатковим опріснювальної установки подають до основного споживачам, а також узгодженням величини мініакумулятора прісної води, з якого за відповідним мальної продуктивності опріснювальної установки часовим графіком відвантажують прісну воду осз середньою нормою добового споживання прісної новним споживачам, при цьому здійснюють безпеводи основними споживачами автономного об'єкрервний контроль рівня прісної води у основному та, що дозволить суттєво підвищити надійність акумуляторі, а при досягненні максимального рівпроцесів забезпечення основних і додаткових ня - прісну воду з опріснювальної установки подаспоживачів автономних об'єктів прісною водою при ють принаймні до одного додаткового акумулятора повному використанні потужності електричної енепрісної води, який забезпечують можливістю з'єдргії від поновлюваних джерел енергії при будьнання з основними і додатковими споживачами якому рівні інтенсивності випромінюваної ними прісної води, при цьому об'єм основного акумуляенергії. тора попередньо визначають з врахуванням сереПоставлена задача вирішується тим, що при дньої норми добового споживання прісної води реалізації способу керування енергозабезпеченосновними споживачами автономного об'єкта і ням автономного об'єкта з акумуляцією та перетрівня мінімальної продуктивності опріснювальної воренням енергії від поновлюваних джерел енерустановки, а об'єм додаткового акумулятора - з гії, згідно з яким енергію поновлюваних джерел врахуванням максимальної потужності опріснюваенергії (вітру, сонця, води) безперервно перетвольної установки і величини пікового постачання рюють в електричну енергію, яку надають різнотипрісної води додатковим споживачам рухомих пним первинним енергоспоживачам, безперервно об'єктів. контролюють рівень потужності споживання елекВинахідницький задум полягає в тому, що спотричної енергії енергоспоживачами, який порівнюсіб керування енергозабезпеченням автономного ють з поточним рівнем потужності електричної об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від енергії, що генерується від поновлюваних джерел поновлюваних джерел енергії забезпечує як моженергії, у випадку перевищення поточного рівня ливість безперебійного постачання прісної води потужності електричної енергії, що генерується від первинним споживачам автономного об'єкта при поновлюваних джерел енергії, над рівнем споживідповідності поточного рівня потужності електривання електричної енергії первинними енергоспочної енергії, що генерується від поновлюваних живачами здійснюють акумулювання надлишкової джерел енергії, рівню споживання електричної електричної енергії в акумуляторних батареях, а енергії первинними енергоспоживачами, так і мопри повній зарядці акумуляторних батарей наджливість акумулювання прісної води для посталишкову електричну енергію надають опріснювачання додатковим споживачам автономного та льній установці з регульованою продуктивністю як сторонніх об'єктів при роботі опріснювальної устадодатковому енергоспоживачу, у випадку перевиновки в режимі додаткового енергоспоживача з щення рівня енергоспоживання над поточним ріврегульованою продуктивністю з використанням нем потужності електричної енергії, що генеруєтьнадлишкової електричної енергії (при повній заряся від поновлюваних джерел енергії, первинним дці акумуляторних батарей). При цьому підвищуенергоспоживачам для збереження енергетичного ється надійність постачання прісної води первинбалансу додатково надають електричну енергію ним та додатковим споживачам автономного та від акумуляторних батарей, при цьому постійно сторонніх об'єктів і в цілому суттєво підвищується здійснюють регулювання рівня продуктивності ефективність використання поновлюваних джерел опріснювальної установки в межах від мінімальноенергії для енергозабезпечення автономних об'єкго до максимального значення продуктивності, тів (орієнтовно на 6-8 %). електричну енергію опріснювальній установці при Запропонований спосіб керування енергозамінімальному рівні енергоспоживання, що відповібезпеченням автономного об'єкта з акумуляцією дає її мінімальній продуктивності, надають як перта перетворенням енергії від поновлюваних джевинному енергоспоживачу, а при підвищенні рівня рел енергії здійснюється наступним чином. її продуктивності вище мінімального - як додаткоБезперервно здійснюють перетворення всієї вому енергоспоживачу, рівень підвищення продукенергії (кінетична вітру, світлова та ін.) поновлютивності опріснювальної установки встановлюють ваних джерел енергії в електричну енергію, яку у відповідності з рівнем надлишкової електричної надають різнотипним первинним споживачам авенергії, яку визначають у випадку повної зарядки тономного об'єкта. До первинних споживачів, яким акумуляторних батарей як різницю між рівнем побезперервно надається електрична енергія, також тужності електричної енергії, що генерується від відносять опріснювальну установку, що функціопоновлюваних джерел енергії, та рівнем енергонує в режимі своєї мінімальної продуктивності споживання первинних енергоспоживачів, при Rmin OY з забезпеченням мінімального енергоспожицьому поточний рівень регульованої продуктивно 7 min POY вання 66037 . Рівень мінімальної продуктивності Rmin OY опріснювальної установки попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта. Прісну воду з опріснювальної установки подають до основного акумулятора прісної води, об'єм якого також попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта і рівня мінімальної продуктивності опріснювальної установки. При цьому здійснюють безперервний контроль рівня прісної води у основному акумуляторі, з якого за відповідним часовим графіком відвантажують прісну воду основним споживачам автономного об'єкта (наприклад, острова). При керуванні енергозабезпеченням автономного об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від поновлюваних джерел енергії безперервно контролюють поточний рівень потужності споживання електричної енергії всіма енергоспоживачами  PСП енергії та поточний рівень потужності електричної  PГ , що генерується від поновлюваних джерел енергії. Порівнюючи ці два значення  PСП  PГ та , визначають різницю P   PГ   PСП . (1) У випадку перевищення поточного рівня потужності електричної енергії, що генерується від по P новлюваних джерел енергії Г , над рівнем споживання електричної енергії первинними P енергоспоживачами Р СП , тобто при P  0 згідно з (1), здійснюють акумулювання надлишкової електричної енергії P в акумуляторних батареях P  PАБ (режим ). У випадку перевищення рівня енергоспоживання  PСП над поточним рівнем по P тужності електричної енергії Г , що генерується від поновлюваних джерел енергії, тобто при P  0 , первинним енергоспоживачам додатково P надають електричну енергію АБ від акумуляторних батарей для збереження енергетичного балансу   PСП  PГ  PАБ . При повній зарядці акумуляторних батарей в режимі P  0 надлишкову електричну енергію P надають опріснювальній установці (в режимі додаткового енергоспоживача), для якої забезпечують можливість регулювання рівня її продуктивності ROY в межах від мінімального симального Rmax OY Rmin OY до мак з відповідним діапазоном її енергоспоживання від мінімального min POY до мак 8 симального max POY . При цьому поточний рівень реR t  гульованої продуктивності OY опріснювальної установки встановлюють відповідно до можливого на даний момент часу t рівня споживання елект P t  ричної енергії OY цим додатковим енергоспоживачем з урахуванням поточного рівня надлишкової електричної енергії Pt  . Отже, поточний рівень підвищення продуктивності ROY  ROY t   Rmin OY (3) опріснювальної установки встановлюють у відповідності з рівнем надлишкової електричної енергії Pt  , яку визначають у випадку повної PАБ  0 як різзарядки акумуляторних батарей ницю між рівнем потужності електричної енергії  PГ t  , що генерується від поновлюваних джерел енергії, та рівнем енергоспоживання первинних P t  енергоспоживачів СП . В подальшому опріснювальну установку використовують в режимі додаткового енергоспоживача при її функціонуванні з R t   Rmin  ROY t  OY поточною продуктивністю OY , що перевищує її мінімальну продуктивність, тобто R t   Rmin OY . Використання як додатков режимі OY вого енергоспоживача опріснювальної установки з регульованою продуктивністю забезпечує додаткове генерування корисного продукту - прісної води з повним використанням потужностей всіх поновлюваних джерел енергії (для будь-яких режимів інтенсивності випромінювання енергії) при безперервному енергозабезпеченні автономного об'єкта. При досягненні максимального рівня прісної води у основному акумуляторі прісну воду з опріснювальної установки подають принаймні до одного додаткового акумулятора прісної води, який забезпечують можливістю з'єднання з основними і додатковими споживачами прісної води. При цьому об'єм додаткового акумулятора (та їх загальну кількість) попередньо визначають з врахуванням максимальної потужності опріснювальної установки і величини пікового постачання прісної води додатковим споживачам, наприклад, додатковим споживачам прісної води морських рухомих об'єктів. Таким чином, при реалізації запропонованого способу надлишкова електрична енергія буде використовуватись не тільки для енергозабезпечення автономного об'єкта, а при високій інтенсивності поновлюваних джерел енергії - і для акумуляції (накопичення) прісної води для постачання її додатковим стороннім споживачам (при обов'язковому постачанні основним споживачам автономного об'єкта). При цьому завжди забезпечується можливість додаткового постачання прісної води (при необхідності) основним споживачам автономного об'єкта від додаткових акумуляторів прісної води. При реалізації даного способу здійснюють регулювання рівня продуктивності опріснювальної установки, що функціонує в режимах первинного 9 66037 10 та додаткового енергоспоживача. Зокрема, опрістобто при повному заповненні основного акумулянювальній установці при мінімальному рівні її енетора прісною водою, також забезпечує акумуляцію min надлишкової прісної води в додатковому акумуляPOY ргоспоживання , що відповідає мінімальній торі прісної води, що створює можливість для постачання прісної води стороннім автономним чи Rmin продуктивності OY , надають електричну енергію рухомим об'єктам. Повне використання надлишкояк первинному енергоспоживачу, а при підвищенні вої енергії та надлишкового корисного продукту рівня її продуктивності вище мінімального (прісної води) при реалізації запропонованого способу керування енергозабезпеченням автономного ROY t   Rmin OY - як додатковому енергоспоживачу. об'єкта з акумуляцією та перетворенням енергії від Позитивний ефект полягає в тому, що в порівпоновлюваних джерел енергії забезпечується не нянні зі способом-прототипом, реалізованим згідно тільки за рахунок періодичної зміни статусу і регуз патентом на корисну модель України № 41269, лювання продуктивності додаткового енергосподаний спосіб керування енергозабезпеченням авживача (опріснювальної установки), а й за рахунок тономного об'єкта з акумуляцією та перетвореносновного та додаткового акумулювання прісної ням енергії від поновлюваних джерел енергії заводи для її постачання у відповідні часові періоди безпечує повне використання потужності основним та додатковим споживачам, що в цілому електричної енергії від поновлюваних джерел енеорієнтовно на 6-8 % підвищує ефективність викоргоспоживачами автономного об'єкта з додаткористання поновлюваних джерел енергії. Запроповим генеруванням (з регульованою продуктивніснований спосіб енергозабезпечення автономних тю) прісної води та її акумуляцією в основному та об'єктів, пов'язаний з перетворенням, акумуляцією принаймні одному додатковому акумуляторах пріта споживанням енергії від поновлюваних джерел, сної води. Мінімальний рівень продуктивності може бути використаний для енергозабезпечення опріснювальної установки і повний об'єм основнорізних автономних об'єктів (територій островів, го акумулятора забезпечують надійне постачання морських нафтових платформ та ін.), для яких, прісної води основним споживачам автономного наприклад, морські плаваючі споруди та морські об'єкта (острова) в межах середньодобової норми судна можуть бути сторонніми рухомими об'єктами споживання. Реалізація запропонованого способу з додатковими споживачами прісної води. при перевищенні кількості згенерованої прісної води над середньодобовою нормою споживання, Комп’ютерна верстка Мацело В. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601