Спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлювальних джерел енергії

Реферат: Спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії, що включає перетворення енергії від щонайменше одного відновлюваного джерела енергії в електричну енергію постійного струму, її акумулювання, перетворення електроенергії постійного струму в електроенергію змінного струму та подачу до споживача. Комбіноване споживання промислового підприємства розподіляють за постійною та змінною групами споживання, електроенергію від промислової електромережі направляють до змінної групи споживання, електроенергію від відновлюваного джерела енергії першочергово подають до постійної групи споживання. Переключають споживача постійної групи споживання до промислової електромережі при зниженні рівня акумульованої енергії до нижнього допустимого порогового значення. UA 102533 U (54) СПОСІБ КОМБІНОВАНОГО ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СПОЖИВАЧІВ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОВЛЮВАНИХ І НЕВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ UA 102533 U UA 102533 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергетики, зокрема до комбінованого енергозабезпечення споживачів, наприклад, промислових підприємств, підключених як до промислової електромережі змінного струму, так і до відновлюваних джерел енергії і може бути використано при організації безперебійного електропостачання споживачів промислових підприємств енергією змінного струму з навантаженням великої потужності. Відомий спосіб живлення споживачів від електроенергетичної системи, що працює на відновлюваних джерелах енергії, відповідно якому електроенергію, що виробляється установками на цих джерелах (вітро-, гідро-, фотоелектрична станція), через електрогенератор подають безпосередньо в електричну мережу споживачів (Дж. Твайдел, А. Уэйр "Возобновляемые источники энергии", М, Энергоатомиздат, 1990 г., C. 234). Однак, при такому способі живлення споживачів у зазначеній системі виникають проблеми із забезпеченням якості електроенергії та надійності електропостачання споживачів, викликані нестабільністю потоку енергії у відновлюваному джерелі: (сили вітру, інтенсивність хвилі, потоку світлової енергії і т. д.), і які не можуть бути вирішені через відсутність можливостей забезпечення демпфірування енергосистемою електричних коливань імовірнісного характеру при виробництві електроенергії від відновлюваного джерела. Для згладжування коливань потужності, що генерується, та погодження її з режимом електроспоживання використовуються акумулятори енергії: електричні батареї, установки акумулювання повітря, гідроакумулюючі електростанції (Материалы советско-японского энергетического симпозиума. - Иркутск: 1980, C. 277-283.). Відомі способи забезпечення безперебійного постачання електроенергії та енергетичні установки на їх основі мають низьку ефективність споживання енергії, тому що не забезпечують безперебійне акумулювання і автоматичне регулювання енергії від різних джерел споживання та розподілення електроенергії при передачі до споживачів в умовах постійної зміни параметрів як промислової електромережі (піки та провали), так і відновлюваних джерел енергії (нестабільність параметрів потоку енергії, що виробляється). Відомий спосіб генерування та розподілення енергії реалізований в енергетичній системі (міжнародна заявка РСТ WO2010046767 від 29.04.2010, МПК F03B13/14, F03B13/16, F03D9/00), що складається із відновлюваних джерел: вітрогенератора, системи для генерування та перетворення механічної енергії, елементів для перетворення сонячної енергії, що з'єднані разом паралельно і утворюють єдиний агрегат для генерування та розподілення енергії, причому кожний генератор має окремий перемикач і блок для управління (контролю) та установки у визначене положення для їх приєднання, часткового використання та відключення або незалежного використання. Відомий спосіб дозволяє перетворювати енергію (вітру, сонця) або механічної енергії у електричну з безперервним накопиченням у електричній акумуляторній батареї і передавати її споживачам. Недоліками такого способу генерування та регулювання подачі електроенергії до споживача є неможливість розподілення енергопотоків на різні групи споживання промислових підприємств (наприклад, групу постійного споживання та групу змінної потужності споживання) з пріоритетним використанням енергії від відновлюваних джерел енергії для першої групи постійного споживання, а енергії промислової електромережі - для другої групи змінної потужності споживання. Окрім того, даний відомий спосіб не забезпечений режимом резервування для подачі енергії з промислової електромережі до споживачів при зниженні потоків електроенергії від генераторів відновлюваних джерел енергії. В цілому такі недоліки відомого способу знижують ефективність забезпечення відповідальних споживачів якісною електроенергією при найменшій собівартості її виробки. Відомий спосіб живлення споживачів електричної енергії промислової електромережі змінного струму і локального відновлюваного джерела енергії, який полягає у тому, що включення на мережу споживача відбувається паралельно (Munteanu, A.I. Bratcu, N.-A. Cutululis, 10 E. Ceanga-Optimal control of wind energy systems-Towards a global approach, Springer, London, 2008, 283 pages.). Такий спосіб можна визначити як амплітудне підмішування. Недоліками даного способу живлення є необхідність синхронізації генераторів та інверторів відновлюваних джерел енергії з промисловою електромережею, ускладнення системи управління (систем релейного захисту і автоматики), необхідність контролю генерації активної потужності відновлюваних джерел енергії з метою запобігання її перетоку в промислову електромережу. Найбільш близьким відомим рішенням до рішення, що заявляється, є спосіб безперебійного електропостачання споживачів електроенергетичної системи (патент РФ № 2153752 від 1 UA 102533 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 07.05.1999, МПК H02J3/28, H02J3/32), що працює на відновлюваних джерелах енергії, що включає перетворення енергії первинного відновлюваного джерела в електричну енергію змінного струму за допомогою електрогенератора при одночасному управлінні його режиму роботи, перетворення за допомогою випрямляча електричної енергії змінного струму в електричну енергію постійного струму, накопичення цієї енергії в акумуляторі, що заряджається від випрямляча, перетворення за допомогою інвертора електричної енергії постійного струму в електричну енергію змінного струму і видачу її на навантаження споживача, причому в електроенергетичній системі використовують принаймні ще одне автономне відновлюване джерело енергії, що одночасно працює з першим відновлюваним джерелом енергії, а накопичення електричної енергії здійснюють шляхом акумулювання сумарної електричної енергії постійного струму, отриманої в результаті перетворення енергії кожного одночасно працюючого первинного відновлюваного джерела енергії, при цьому обсяг накопиченої енергії в акумуляторі визначають ємністю, яку розраховують за величиною добового споживання навантаженням споживача, а управління режимом роботи генератора здійснюють шляхом вимірювання ємнісного опору акумулятора в процесі його зарядки при підтримці величини напруги зарядки, заданої в діапазоні між мінімальною і максимальною величинами напруги на навантаженні споживача. Технічним результатом даного відомого способу є підвищення надійності електропостачання споживачів за рахунок збільшення тривалості режиму споживання пікових навантажень споживачем, внаслідок використання накопичувача з необхідною величиною ємності, що забезпечує необхідну електроенергію для добового режиму споживання, і за рахунок зниження втрат на додаткове регулювання параметрів джерела змінного струму, а також розширення функціональних можливостей способу за рахунок забезпечення розширення діапазону потужностей енергосистеми, які значно перевищують потужності відновлюваних джерел енергії і за рахунок збільшення числа споживачів, що підключаються до енергосистеми. Недоліками такого способу живлення споживачів електричної енергії є низька ефективність управління у результаті неможливості розподілення енергопотоків на різні групи споживання промислових підприємств (наприклад, групу постійного споживання та групу змінної потужності споживання) з пріоритетним використанням енергії від відновлюваних джерел енергії для першої групи постійного споживання, а енергії промислової електромережі - для другої групи змінної потужності споживання. Ознаками даного відомого рішення, що співпадають з ознаками рішення, що заявляється, є спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії, що включає перетворення енергії від щонайменше одного відновлюваного джерела енергії в електричну енергію постійного струму, її акумулювання, перетворення електроенергії постійного струму в електроенергію змінного струму та подачу до споживача. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел електроенергії, у якому за рахунок нової сукупності суттєвих ознак забезпечується підвищення ефективності енергозабезпечення промислових підприємств з одночасним зниженням собівартості вироблення та споживання електроенергії. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії включає перетворення енергії від щонайменше одного відновлюваного джерела енергії в електричну енергію постійного струму, її акумулювання, перетворення електроенергії постійного струму в електроенергію змінного струму та подачу до споживача, відповідно до корисної моделі, комбіноване споживання промислового підприємства розподіляють за постійною та змінною групами споживання, електроенергію від промислової електромережі направляють до змінної групи споживання, електроенергію від відновлюваного джерела енергії першочергово подають до постійної групи споживання, переключають споживача постійної групи споживання до промислової електромережі при зниженні рівня акумульованої енергії до нижнього допустимого порогового значення. Доцільно у способі комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел електроенергії, як відновлюване джерело енергії використовувати перетворення сонячної енергії в електроенергію за допомогою власного обладнання, установленого на промисловому підприємстві. Указані суттєві ознаки складають суть корисної моделі. Між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляються, і досягнутим результатом існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним. 2 UA 102533 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Особливістю запропонованої корисної моделі є те, що даний спосіб використовує відновлювані і невідновлювані джерела енергії при спільній роботі в єдиній електричній мережі низької напруги на промисловому підприємстві з пріоритетним використанням енергії від відновлюваних джерел для вироблення електричної енергії за допомогою обладнання, установленого на власному підприємстві направленої для живлення постійної групи споживання та живленням електроенергією від промислової мережі змінної групи споживання. Таке комбіноване розподілення енергій від різних джерел споживання забезпечує найбільш ефективне використання електроенергії на промисловому підприємстві з найменшою собівартістю її виробництва. Сукупність суттєвих ознак, що приведена у формулі корисної моделі повною мірою забезпечує можливість досягнення поставленої задачі. Нижче приводиться опис запропонованого способу комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії. Дана корисна модель пояснюється конкретним прикладом виконання, який однак не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення даною сукупністю ознак заданого технічного результату. Спосіб, що заявляється, реалізують за схемою, яка представлена на кресленні. Як відновлювані джерела енергії використовуються, наприклад, енергія сонця, але можливо використання енергії повітря, води, тепла, механічної та інших видів енергії або сполучення різних видів енергії. Потік сонячного електромагнітного випромінювання в фотоелектричному модулі сонячної батареї 1 трансформується в електроенергію постійного струму і через контролер заряду батареї блока управління 2 заряджає блок акумуляторних батарей 3. Одночасно блок акумуляторних батарей 3 може заряджатися також від інших відновлюваних джерел енергії. Блок управління 2 аналізує стан заряду блока акумуляторних батарей 3 і при достатньому рівні подає напругу постійного струму на інверторний пристрій 4, де перетворюється в напругу змінного струму і далі через керований силовий комутатор 5 по сигналу блока управління 2 подається до постійної групи споживання 6 промислового підприємства. До першої групи постійного споживання 6 можуть належати споживачі допоміжних процесів і підсобних приміщень та інші, що потребують постійного живлення електроенергією. Напруга змінного струму промислової електромережі 7 через керований силовий комутатор 5 подається на змінну групу споживання 8 промислового підприємства. До змінної групи споживання 8 належить обладнання, на якому реалізуються основні технологічні процеси, що можуть мати змінний характер роботи. При зниженні рівня заряду блока акумуляторних батарей 3 нижче мінімально допустимого значення блок управління 2 подає команду на резервне підключення промислової енергомережі 7 до групи постійного споживання 6. Блок управління 2 контролює роботу всієї системи енергоживлення споживача різних груп споживання промислового підприємства (постійного та змінного), що відповідно наперед заданого алгоритму контролює процес живлення електроенергією на основі комбінованого використання відновлюваних та невідновлюваних джерел енергії. Особливістю реалізації даного способу є те, що відновлювані джерела енергії монтуються на конкретному підприємстві для вироблення власної більш дешевої енергії, ніж вартість промислової енергії. Такий спосіб комбінованого розподілення енергій від різних джерел споживання забезпечує найбільш ефективне використання електроенергії на промисловому підприємстві з найменшою собівартістю її виробництва. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії, що включає перетворення енергії від щонайменше одного відновлюваного джерела енергії в електричну енергію постійного струму, її акумулювання, перетворення електроенергії постійного струму в електроенергію змінного струму та подачу до споживача, який відрізняється тим, що комбіноване споживання промислового підприємства розподіляють за постійною та змінною групами споживання, електроенергію від промислової електромережі направляють до змінної групи споживання, електроенергію від відновлюваного джерела енергії першочергово подають до постійної групи споживання, переключають споживача постійної групи споживання до 3 UA 102533 U 5 промислової електромережі при зниженні рівня акумульованої енергії до нижнього допустимого порогового значення. 2. Спосіб комбінованого енергозабезпечення споживачів промислових підприємств з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел енергії за п. 1, який відрізняється тим, що як відновлюване джерело енергії використовують перетворення сонячної енергії в електроенергію за допомогою власного обладнання, установленого на промисловому підприємстві. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4