Комбінація поновлювальних джерел енергії З АКУМУЛЯТОРАМИ ЕНЕРГІЇ

В більшості випадків при використанні локальних поновлювальних джерел енергії для вироблення електричної і теплової енергії вони потребують наявності акумуляторів енергії.

Як сонячні батареї, так і вітрові агрегати мають добові коливання вироблення електричної енергії, тому їх використання для локального вироблення електричної енергії здебільшого використовуються електрохімічні акумулятори.

Для акумуляції теплоти при використанні сонячних колекторів використовуються акумулятори фізичної теплоти, при цьому можуть використовуватися як добові, так і сезонні акумулятори.

Схеми використання вказаних поновлювальних джерел з акумуляторами енергії подано у відповідних розділах посібника.

Становить інтерес вітроводнева станція, основними елементами якої є вітроелектричний агрегат та система акумулювання на основі водню. Система акумулювання має у своєму складі електролізну установку, обладнання для зберігання водню і кисню, а також обладнання для перетворення водню в електричну та теплову енергію. Як перетворювачі енергії водню в електричну можуть використовуватися паливні воднекисневі елементи та мотор - генератор. Для отримання теплової енергії водень спалюють. При застосуванні теплового акумулятора утилізується теплота електролізного процесу, що значно підвищує ККД системи акумулювання (приблизно на ЗО %) [3].

4.10.4.Комбінація одночасного використання декількох

ПОНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ

Значного поширення набуло одночасне використання вітроенергетичних і сонячних установок, при цьому розрізняються комбінація для отримання електричної енергії і комбінація для отримання теплової енергії.

Одну зі схем одночасного використання вітрової і сонячної енергії у вигляді фотоелементів для отримання електричної енергії показано на рисунку 4.10.2. Для отримання постійного струму (рисунок 4.10.2 а) вітроагрегат використовує генератор постійного струму з паралельним під’єднанням до фотобатареї. При отриманні змінного струму вітроагрегат має генератор змінного струму, а в колі фотобатареї використовується інвертор (рисунок 4.10.2 б).

ПОСТІЙНИЙ струм б)

Генерат< змінноп струму

Змінний струм

II	Генератор
н-	постійного
1	струму

а)

Сонячна		Ч	Сонячна
батарея		ч	батарея

Інв

Рисунок 4.10.2 - Принципова схема комбінованого використання

вітроагрегатів і фотобатарей для отримання постійного (а)

і змінного (б) струму

При комбінованому використанні сонячних колекторів і вітроагрегатів для отримання теплової енергії вітроагрегати виробляють електричну енергію, яка використовується як додаткове джерело енергії для підігрівання води.

При комбінованому використанні вітрової і сонячної енергії для отримання теплової енергії як джерело сонячної енергії використовуються сонячні колектори. Вітроагрегати

використовуються для отримання електричної енергії, яка

перетворюється в теплову енергію в додатковому нагрівачі. Одну зі схем такого комбінованого використання поновлювальних джерел для отримання теплової енергії подано на рисунку 4.10.3. Тут показано схему для опалення приміщень, але цю схему легко пристосувати і для гарячого водопостачання. В цьому разі в теплообмінник (5) треба вмонтувати додатковий трубопровід, по якому за допомогою ще одного насоса холодна вода подається в теплообмінник, нагрівається в ньому і подається на споживання.

Інтерес становить електроенергетична установка, в якій сонячна енергія посилює потік повітря, що існує в конструкції за рахунок різного тиску на поверхні землі та верхньої частини конструкції. Цей потік спрямований від землі під кутом 90° вгору. Конструкція електроенергетичної установки має гіперболоїдну форму, і в місці найбільшого звуження встановлено повітряний двигун, який і виробляє електричний струм. Більша частина конструкції виконана прозорою для проникнення сонячної енергії всередину конструкції, частина конструкції, що розташована на північній стороні, є теплопоглинаючою. Повітря, яке потрапляє в конструкцію на рівні землі, теж підігрівається у повітряному колекторі, і швидкість його значно зростає.

Рисунок 4.10.3 - Комбіноване використання вітроагрегата і сонячного колектора для отримання теплової енергії: 1 - сонячний колектор; 2 - тепловий акумулятор; 3 - вітровий електрогенератор; 4 - додатковий нагрівач від вітроагрегата; 5 - теплообмінник; 6 - насос

В нічні години, коли відсутня сонячна радіація, для підтримки швидкості вітру можна спалювати в нижній частині установки органічне паливо, яке є в цій місцевості.

Особливістю установки є те, що вона може використовувати як жорстку конструкцію стіни житлових багатоповерхових будинків, розташованих із сонячної сторони, водонапірних башт, маяків, мостів, радіо - і телевізійних веж, опор ліній електропередачі.

У зв’язку з тим, що потік вітру в установці створюється за рахунок сонячної енергії та конструктивних особливостей, електроенергетична установка може виробляти енергію в місцях, де відсутній вітер, наприклад у лісі, пустелі тощо.

Конструкцію подібного принципу дії іншого виконання подано на рисунку 4.10.4 [4]. На плоскій основі 2, 3 колектора 1 з відбивною поверхнею 4 знаходиться матеріал із низькою теплопровідністю. Сонячний колектор являє собою абсорбер 5, який пофарбований у чорний колір і поглинає сонячне випромінювання, захисне скляне або пластикове покриття 9 і повітряні зазори 6, 7 та 8 для теплоносія (повітря). Нагріте повітря піднімається у трубі 10 і надає руху лопатям 11 вітрового агрегата, генератор якого 12 виробляє електричну енергію.

Автономна вітро-геліоводнева установка

АВГУ складається з вітрогенератора, фотоперетворювача, електролізера для отримання водню і кисню, паливного елемента і системи зберігання стиснутих газів [5]. АВГУ з водневим накопичувачем призначена для перетворення енергії сонця і вітру при швидкості більше 3 м/с в електричну енергію змінного струму напругою 220/380 В, частотою 50 Гц і потужністю 200-600 кВт, а також для вироблення водню і його зберігання при високому тиску.

Особливістю конструкції електролізера є розділення процесів виділення водню і кисню за часом, використання електрохімічної системи регенерації, яка працює під тиском 15 МПа і має спеціальну систему управління, що забезпечує надійну та безпечну роботу установки. До того ж, при відсутності вітру і сонячної інсоляції установка дозволяє отримувати електричну енергію при роботі її як паливного елемента.

Експлуатація комбінованих енергетичних АВГУ навіть в умовах північно-східних областей України забезпечить економію близько третини органічного палива, необхідного для енергопостачання індивідуальних фермерських господарств. При цьому система акумулювання підвищує коефіцієнт корисного використання вітрових і сонячних енергоустановок на 30-50 % [5].

Вітрохвильові установки

Хвильова енергоустановка легко суміщується з вітровою в єдину вітрохвильову установку [6], схему якої подано на рисунку 4.10.5.

Рисунок 4.10.5 - Вітрохвильова установка: 1 - каркас установки; 2 - поплавкове поле; 3 - енерговузол; 4 - вітродвигун

При розташуванні вітрохвильової установки в прибережній зоні каркас має колони типових залізобетонних елементів, що спираються на палі, занурені в морський ґрунт на глибину 5-10 м. У центрі знаходиться машинна зала із блоками гідравлічних двигунів, електрогенераторів, комутаційного та контрольно-вимірювального устатковання. Пальова основа використовується також для закріплення хвильових насосів. У вікнах верхніх ярусів каркасу розміщуються вітродвигуни з їх гідравлічною системою, що подає робочу рідину до блока гідравлічних двигунів спільно з гідравлічною системою хвильових насосів.

Дослідний центр енергії університету Гумбольта розробив автономну сонячно-водневу систему, яка використовує фотоелектричний елемент потужністю 9,2 кВт, щоб забезпечити привод компресорів для аерації басейнів риборозведення, і біполярний лужний електролізер потужністю 7,2 кВт, здатний виробляти 25 л Н2/хв. Система працює автономно, починаючи з 1993 р. Коли відсутнє сонячне світло, запасений водень служить паливом для півторакіловатного електрохімічного генератора, забезпечує привод компресорів [7].

Існує проект прибережної електростанції, що використовує енергію вітру і прибою одночасно.

4.10.5 Використання поновлювальних джерел