Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об’єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту

Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту, 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 рівні енергоспоживання, що відповідає її мінімальній продуктивності, надають як первинному енергоспоживачу, а при підвищенні рівня її продуктив 2 (19) 1 3 66039 4 вуара знову перекачують в зворотному напрямку у відповідний додатковий акумулятор прісної води, при цьому об'єм основного акумулятора попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта і рівня мінімальної продуктивності опріснювальної установки, об'єм додаткових акумуляторів - з врахуванням максимальної потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, максимальної потужності опріснювальної установки та максимально можливої подовженості часового інтервалу між постачаннями прісною водою додаткових споживачів прісної води сторонніх рухомих об'єктів, а об'єм буферного резервуара - з врахуванням максимального об'єму одного з групи додаткових акумуляторів прісної води. 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 F03D 9/00, 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 від поновлюваних джерел енергії [Патент України на корисну модель №41269, МПК (2009) H02J 15/00, F03D 9/00, H02J 7/00, опубл. 12.05.2009, Бюл. № 9], що прийнятий як прототип. Спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта 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 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. 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: 5 - при довготривалій роботі опріснювальної установки з мінімальною продуктивністю в режимі первинного енергоспоживача можуть виникати перебої з постачанням прісної води (корисного продукту) 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 та довготривалого зберігання (без втрат якості) корисного продукту для постачання прісною водою додаткових споживачів, зокрема морських рухомих об'єктів, що у відповідності з розкладом чи з випадковою періодичністю, в тому числі з довготривалим інтервалом, можуть швартуватися до автономного об'єкта (наприклад, острова). В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу керування енергозабезпеченням автономного об'єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту шляхом забезпечення можливості при повному зарядженні всіх видів акумуляторів енергії повністю використовувати надлишкову енергію для додаткового генерування з регульованою продуктивністю прісної води з її подальшою акумуляцією в режимах короткострокового та довгострокового зберігання без втрат якісних характеристик для постачання прісної води додатковим споживачам, а також узгодженням величини мінімальної продуктивності опріснювальної установки з середньою нормою добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта, що дозволить суттєво підвищити надійність процесів забезпечення основних і додаткових споживачів автономних об'єктів прісною водою при повному використанні потужності електричної енергії від поновлюваних джерел енергії при будь-якому рівні інтенсивності випромінюваної ними енергії. Поставлена задача вирішується тим, що при реалізації способу керування енергозабезпеченням автономного об'єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту, 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 66039 6 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 рівні енергоспоживання, що відповідає її мінімальній продуктивності, надають 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, згідно з пропозицією, забезпечують можливість подачі прісної води (корисного продукту) з опріснювальної установки до основного та групи додаткових акумуляторів, кожен з яких забезпечують можливістю поточного контролювання рівня заповнення прісною водою та двосторонньої взаємодії з буферним резервуаром в режимі замкнутого циклу, рівень мінімальної продуктивності 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, з якого за відповідним часовим графіком відвантажують прісну воду основним споживачам, при цьому здійснюють безперервний контроль рівня прісної води у основному акумуляторі, а при досягненні максимального рівня - прісну воду з опріснювальної установки подають принаймні до одного з додаткових акумуляторів прісної води, після наповнення якого прісну воду з опріснювальної установки подають для почергового наповнення інших додаткових акумуляторів, які забезпечують можливістю з'єднання з основними і додатковими споживачами прісної води та з буферним резервуаром, в який з відповідною часовою періодичністю почергово перекачують прісну воду з відповідних додаткових акумуляторів прісної води, при цьому прісну воду в процесі її перекачування одночасно фільтрують і озонують, а після досягнення мінімального рівня прісної води у відповідному додатковому акумуляторі прісну воду з буферного резервуара знову перекачують в зворотному напрямку у відповідний додатковий акумулятор прісної води, при цьому об'єм основного акумулятора попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води основними споживачами автономного об'єкта і рівня мініма 7 льної продуктивності опріснювальної установки, об'єм додаткових акумуляторів - з врахуванням максимальної потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, максимальної потужності опріснювальної установки та максимально можливої подовженості часового інтервалу між постачаннями прісною водою додаткових споживачів прісної води сторонніх рухомих об'єктів, а об'єм буферного резервуара - з врахуванням максимального об'єму одного з додаткових акумуляторів прісної води. Винахідницький задум полягає в тому, що спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту забезпечує як можливість безперебійного постачання прісної води первинним споживачам автономного об'єкта при відповідності поточного рівня потужності електричної енергії, що генерується від поновлюваних джерел енергії, рівню споживання електричної енергії первинними енергоспоживачами, так і можливість акумулювання прісної води для постачання додатковим споживачам автономного та сторонніх об'єктів при роботі опріснювальної установки в режимі додаткового енергоспоживача з регульованою продуктивністю з використанням надлишкової електричної енергії (при повній зарядці акумуляторних батарей). При довготривалому зберіганні прісної води в додаткових акумуляторах прісної води спосіб також забезпечує можливість збереження якості прісної води шляхом її фільтрації та озонування при почерговому перекачуванні прісної води з додаткових акумуляторів до буферного резервуара (за замкнутим циклом) з відповідною часовою періодичністю. При цьому підвищується надійність постачання прісної води первинним та додатковим споживачам автономного та сторонніх рухомих об'єктів і в цілому суттєво підвищується ефективність використання поновлюваних джерел енергії (орієнтовно на 6-8 %). Запропонований спосіб керування енергозабезпеченням автономного об'єкта від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту здійснюється наступним чином. Безперервно здійснюють перетворення всієї енергії (кінетична вітру, світлова та ін.) поновлюваних джерел енергії в електричну енергію, яку надають різнотипним первинним споживачам автономного об'єкта. До первинних споживачів, яким безперервно надається електрична енергія, також відносять опріснювальну установку, що функціонує в режимі своєї мінімальної продуктивності min RDP з забезпеченням мінімального енергоспожиmin вання PDP . Рівень мінімальної продуктивності min опріснювальної установки RDP попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води (корисного продукту) 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 66039 8 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 від поновлюваних джерел енергії з акумуляцією корисного продукту безперервно контролюють поточний рівень потужності споживання  електричної енергії всіма енергоспоживачами PC та поточний рівень потужності електричної енергії  PG , що генерується від поновлюваних джерел   енергії. Порівнюючи ці два значення PG та PC , визначають різницю   P  PG  PC . (1) У випадку перевищення поточного рівня потужності електричної енергії, що генерується від по новлюваних джерел енергії PG , над рівнем споживання електричної енергії первинними  енергоспоживачами PC , тобто при Р>0 згідно з (1), здійснюють акумулювання надлишкової електричної енергії Р в акумуляторних батареях (режим Р=РАВ). У випадку перевищення рівня енер госпоживання PC над поточним рівнем потужності  електричної енергії PG , що генерується від понов люваних джерел енергії, тобто при Р0 надлишкову електричну енергію Р надають опріснювальній установці (в режимі додаткового енергоспоживача), для якої забезпечують можливість регулювання рівня її продуктивності min RDP в межах від мінімального RDP до максимальmax ного RDP з відповідним діапазоном її енергоспоmin живання від мінімального PDP до максимального max PDP . При цьому поточний рівень регульованої продуктивності RDP(t) опріснювальної установки встановлюють відповіднодо можливого на даний момент часу t рівня споживання електричної енер* гії PDP ( t ) цим додатковим енергоспоживачем з урахуванням поточного рівня надлишкової електричної енергії Р(t). Отже, поточний рівень підвищення продуктивності min RDP( t )  RDP( t )  RDP (3) 9 66039 опріснювальної установки встановлюють у відповідності з рівнем надлишкової електричної енергії Р(t), яку визначають у випадку повної зарядки акумуляторних батарей (ΔРАВ=0) як різницю  між рівнем потужності електричної енергії PG ( t ) , що генерується від поновлюваних джерел енергії, та рівнем енергоспоживання первинних енерго споживачів PC ( t ) . В подальшому опріснювальну установку використовують в режимі додаткового енергоспоживача при її функціонуванні з поточною min продуктивністю RDP( t )  RDP  RDP( t ) , що перевищує її мінімальну продуктивність, тобто в режимі min RDP( t )  RDP . Використання за додатковий енергоспоживач 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 Lmax у основному акумуляторі прісну воду з опрісFA нювальної установки подають до одного з групи додаткових акумуляторів прісної води. Кожен i - й додатковий акумулятор попередньо забезпечують можливістю поточного контролювання рівня заповнення прісною водою LSAi(t), можливістю двосторонньої взаємодії з буферним резервуаром в режимі замкнутого циклу ("додатковий акумулятор буферний резервуар - додатковий акумулятор") та можливістю з'єднання з основними і додатковими споживачами прісної води. Після наповнення відповідного і - го додатко 10 може втрачати свої якісні характеристики. Для виключення можливості зниження якісних характеристик прісної води, згідно з запропонованим способом, в буферний резервуар з відповідною часовою періодичністю T почергово перекачують прісну воду з відповідних додаткових акумуляторів прісної води за замкнутим циклом ("додатковий акумулятор - буферний резервуар - додатковий акумулятор"). При цьому прісну воду в процесі її перекачування одночасно фільтрують і озонують, а після досягнення мінімального рівня прісної води у відповідному i - му додатковому акумуляторі, тобто при LSAi ( t )  Lmin , прісну воду з буферного SAi резервуара знову перекачують в зворотному напрямку у відповідний і - й додатковий акумулятор прісної води. При цьому об'єм буферного резервуара VBR попередньо визначають з врахуванням max максимального об'єму VSA одного з групи додаткових акумуляторів прісної води, де max VBR  VSA  max VSA1, VSA 2,..., VSAi ,..., VSA (n 1), VSAn   . При реалізації даного способу здійснюють регулювання рівня продуктивності опріснювальної установки, що функціонує в режимах первинного та додаткового енергоспоживача. Зокрема, опріснювальній установці при мінімальному рівні її енеmin ргоспоживання PDP , що відповідає мінімальній min продуктивності RDP , надають електричну енергію як первинному енергоспоживачу, а при підвищенні рівня її продуктивності вище мінімального min RDP( t )  RDP - як додатковому енергоспоживачу. Максимальну потужність опріснювальної установ вого акумулятора, тобто при LSAi ( t )  Lmax , прісну SAi воду з опріснювальної установки подають для почергового наповнення до максимального рівня інших додаткових акумуляторів. При цьому об'єм основного акумулятора VFA попередньо визначають з врахуванням середньої норми добового споживання прісної води основ max ки PDP попередньо вибирають відповідно до максимально можливої потужності електричної енергії, яку може використовувати опріснювальна av ними споживачами автономного об'єкта VFC і рівня мінімальної продуктивності опріснювальної ється від поновлюваних джерел енергії, та з врахуванням мінімально можливого енергоспоживан min установки RDP , а об'єм додаткових акумуляторів VSAi, i=1…n - з врахуванням максимально можли вої потужності електричної енергії  PG max , що ге нерується від поновлюваних джерел енергії, максимальної потужності опріснювальної установки max RDP та максимально можливої подовженості часового інтервалу Tmах між постачаннями прісною водою додаткових споживачів прісної води сторонніх об'єктів, наприклад додаткових споживачів прісної води морських рухомих об'єктів. При довготривалому t