專利名稱：獨立供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用再生能源的電力系統(tǒng)的方式為家庭和工業(yè)區(qū)提供熱電供應(yīng)。
背景技術(shù)：
在慣用的碳?xì)浠衔镩L期缺乏和價格提高的情況下，對利用通常所說的替代品或 可再生能源給予一種特別的關(guān)注。眾所周知，電力系統(tǒng)由以生態(tài)的清潔的可再生能源(風(fēng)，陽光，等等)為動力的設(shè) 備產(chǎn)生。能量源頭的能流(風(fēng)強(qiáng)度的變化，氣候和季節(jié)的變化導(dǎo)致的光能流變化)的不穩(wěn) 定性造成為用戶提供優(yōu)質(zhì)能量的障礙。為了改善電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，復(fù)合系統(tǒng)被提出，同時 多于一種的能源被利用，例如，風(fēng)能和太陽能。用于家庭和工業(yè)的獨立能源供應(yīng)系統(tǒng)是已知的(俄羅斯，A，2249125)，在該專利 中風(fēng)能，太陽能和地?zé)崮茉幢焕?。用于家庭和工業(yè)的獨立能源供應(yīng)系統(tǒng)包含一風(fēng)力發(fā)電裝置，用于產(chǎn)生電能，并將 產(chǎn)生的電能連接到電力用戶；電能蓄電池與風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置和電力用戶連接。通過逆變器 與蓄電池連接，逆變器用于將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成具有用戶需要的參數(shù)的交流電。該系統(tǒng)包括一用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能的設(shè)備和連接到熱能用戶的熱能存儲器。 一由風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置驅(qū)動的熱力泵，該熱泵用于為用戶提供熱能。為控制獨立供電系統(tǒng)，自 動控制系統(tǒng)被采用，該自動控制系統(tǒng)通過熱負(fù)載和電負(fù)載傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。用于將 太陽能轉(zhuǎn)換成熱能的設(shè)備，該設(shè)備包括一組太陽能收集器，太陽能收集器通過熱載體與至 少兩個熱交換器連接，其中一個熱交換器設(shè)置在熱能存儲器內(nèi)，另外一個設(shè)置在熱交換裝 置內(nèi)，熱交換裝置通過熱載體與地?zé)醿Υ嫦到y(tǒng)連接。所述熱力泵包括由風(fēng)力發(fā)電裝置運行 的壓縮機(jī)，至少兩個外部蒸發(fā)器，其中一個外部蒸發(fā)器裝配在熱交換裝置內(nèi)，通過熱載體與 地?zé)醿Υ嫦到y(tǒng)連接，另外一個外部蒸發(fā)器裝配在廢水熱回收裝置內(nèi)，和至少兩個外部凝結(jié) 器，其中一個外部凝結(jié)器裝配在熱交換裝置內(nèi)，通過熱載體與熱能用戶連接。上面描述的該系統(tǒng)利用可再生的風(fēng)能，太陽能和地?zé)崮?，甚至在其中一種能源缺 乏或處于能流低的情況下，這些可再生的能源使持續(xù)不斷的為用戶供應(yīng)熱能和電能成為可 能。該系統(tǒng)應(yīng)該不僅利用太陽能收集器產(chǎn)生的熱，而且，也利用所謂的“廢物”熱源，例如， 通過廢水的熱回收產(chǎn)生的熱。上面所述的系統(tǒng)的主要缺點是由于能量轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗導(dǎo)致效率低。用于 風(fēng)力發(fā)電裝置中的發(fā)電機(jī)具有它們的輸出參數(shù)直接依賴于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(電壓，頻率)的特 點，也就是同樣依賴于風(fēng)速。蓄電池具有能量儲存和穩(wěn)壓器的功能。在該系統(tǒng)中，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流將被轉(zhuǎn)換首先電流被轉(zhuǎn)換，以獲得蓄電池 充電所需要的參數(shù)。然后，來自蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)化)，以提供給用戶(一般來說220 伏50赫茲的交流電是所需要的)。能量損耗，系統(tǒng)參數(shù)的惡化，發(fā)生在每一步轉(zhuǎn)換中。當(dāng)熱 蓄電池和電蓄電池充滿電時，熱和多余的能量像發(fā)電機(jī)的熱輻射一樣被浪費掉。此外，上述所描述的系統(tǒng)的工作的效率僅在風(fēng)力規(guī)定設(shè)計的范圍內(nèi)。因此，在強(qiáng)風(fēng)時，發(fā)電機(jī)電流的頻率過分的增大，這將導(dǎo)致電流轉(zhuǎn)換損失的增加，并且在大風(fēng)強(qiáng)度的風(fēng)力 時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置可能受損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本任務(wù)是創(chuàng)造獨立的能量供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過降低電流轉(zhuǎn)換的損耗 提高運行效率，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置擴(kuò)大的風(fēng)力范圍內(nèi)。該項任務(wù)是通過采用獨立能量供應(yīng)系統(tǒng)(IES)的方式解決的，所述獨立能量供應(yīng) 系統(tǒng)包括與電力用戶連接的用于產(chǎn)生電能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能的 裝置，熱能存儲器通過熱載體與上述裝置連接，使太陽能轉(zhuǎn)換成為熱能，電能蓄電池和逆變 器連接到風(fēng)力發(fā)電裝置和電力用戶和自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)通過熱負(fù)載和電負(fù)載傳 感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)得以補(bǔ)充，包括與風(fēng) 力發(fā)電機(jī)電性連接的電網(wǎng)調(diào)整器，還包括一用于電阻性負(fù)載電力限制的控制單元，控制單 元與最后一個電阻性負(fù)載電性連接，并且包括一風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電阻性負(fù)載電流傳感器，發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器，同步發(fā)生器，可控制的配電盤和電阻性負(fù)載，該電阻性負(fù)載是一種電 熱器系統(tǒng)(TEHs)，然而，在電熱器系統(tǒng)上消耗的能量將在熱能存儲器內(nèi)被存儲。由于用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)，由風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能具有能 直接傳輸給用戶的參數(shù)。因此，將電能轉(zhuǎn)換以獲得需要的電路參數(shù)就不是必要的了，這導(dǎo)致 損耗的減少。由于電網(wǎng)調(diào)整器和電阻性負(fù)載控制單元的作用，使風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的能量能夠 獲得最大的利用，因為能量在直接用戶和電阻性負(fù)載之間的重新分配是以實時的模式。由于上述指出的電阻性負(fù)載提供了一種熱的電熱器系統(tǒng)，熱能將在穩(wěn)定的系統(tǒng)的 運行過程中被產(chǎn)生，并且在熱能存儲器內(nèi)儲存，儲存的熱能將被用于熱水的供應(yīng)或用于供 暖系統(tǒng)。另外，為了在高風(fēng)速下工作，該供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定 系統(tǒng)作為第二階段的調(diào)整，包括一用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片的旋轉(zhuǎn)裝置，來改變迎角，該旋轉(zhuǎn) 裝置與ACS和風(fēng)速傳感器電性連接。在強(qiáng)風(fēng)時，該裝置將使較低的風(fēng)力載荷作用于轉(zhuǎn)動葉片和塔架上，并且將提供監(jiān) 測發(fā)動機(jī)輸出的最大功率。這不僅提供發(fā)電機(jī)運行的最佳模式，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)使用壽命的延 長，而且將減小損壞的危險。當(dāng)獨立供電系統(tǒng)在高溫氣候條件下運轉(zhuǎn)時，當(dāng)主要能源輸入遇到冷卻系統(tǒng)，使用 吸收式冷卻裝置(ACM)是方便的，并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定系統(tǒng)的電阻性負(fù)載產(chǎn)生 的熱直接供應(yīng)給發(fā)電機(jī)的吸收式冷卻裝置。這有助于在整個能量供應(yīng)過程中整個系統(tǒng)的運 轉(zhuǎn)效率。這是有利的，該裝置的熱交換器用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱，也置于吸收式冷卻裝置 發(fā)電機(jī)。附圖的簡要說明本發(fā)明通過附圖進(jìn)行說明，其中

圖1圖示說明了與本發(fā)明一致的獨立供電系統(tǒng)的框圖；圖2圖示說明了作為供電系統(tǒng)一部分的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)的詳細(xì)的框圖；圖3為與本發(fā)明一致的獨立供電系統(tǒng)在低溫氣候條件下運轉(zhuǎn)的簡圖；圖4為與本發(fā)明一致的獨立供電系統(tǒng)在高溫氣候條件下運轉(zhuǎn)的簡圖。
具體實施例方式實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如在圖1中所示，獨立供電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電裝置1和具有逆變器3的蓄電池2。 獨立供電系統(tǒng)具有一自動控制系統(tǒng)(ACS) 4，通過熱負(fù)載和電負(fù)載感應(yīng)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連 接。風(fēng)力發(fā)電機(jī)1和具有逆變器3的蓄電池2與電網(wǎng)調(diào)整器5電性連接。電阻性負(fù)載6通 過電網(wǎng)調(diào)整器5與風(fēng)力發(fā)電機(jī)1電性連接。電阻性負(fù)載6 —種電熱器裝置(TEHs)，此時，電 能在電阻性負(fù)載上被消耗取決于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運轉(zhuǎn)和電力用戶。電網(wǎng)調(diào)整器5(圖2)包括同步發(fā)生器7，用于電阻性負(fù)載的控制單元8，配電盤9 和相應(yīng)的負(fù)載性電阻電流傳感器10和風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳感器11，和充電設(shè)備12。風(fēng)力發(fā)電機(jī)1裝備有用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)裝置13來改變?nèi)~片的迎角，旋轉(zhuǎn) 裝置由自動控制系統(tǒng)4控制運轉(zhuǎn)。葉片的旋轉(zhuǎn)裝置13能夠被控制，例如，傘齒輪。配電盤9和同步發(fā)生器7用于協(xié)調(diào)逆變器3和發(fā)電機(jī)1聯(lián)合工作。當(dāng)獨立供電系統(tǒng)在低溫氣候條件下工作時，電阻性負(fù)載4將被設(shè)置在熱能存儲器 14中(圖3)。當(dāng)獨立供電系統(tǒng)在高溫氣候條件下工作時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)的 可調(diào)節(jié)電阻性負(fù)載產(chǎn)生的熱將被提供給吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)。此時，電阻性負(fù)載4直 接設(shè)置在吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)15內(nèi)(圖4)，此時，吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)15充當(dāng) 熱能存儲器14的功能。用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱的裝置的熱交換器16也設(shè)置在吸收式冷卻 裝置的發(fā)電機(jī)15內(nèi)。將太陽能轉(zhuǎn)換成熱的裝置包括一通過一熱載體與熱交換器16連接的 太陽能收集器17，循環(huán)泵18和熱載體溫度傳感器19。泵18和傳感器19與自動控制系統(tǒng) 4電性連接。讓我們考慮具有用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電能在分配的穩(wěn)定系統(tǒng)的供電系 統(tǒng)的主要運轉(zhuǎn)模式(圖2)。1.當(dāng)無風(fēng)的時候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)1不工作，用戶的電力供應(yīng)由蓄電池2通過電網(wǎng)調(diào)整 器5的逆變器3和配電盤9提供。2.當(dāng)風(fēng)速足夠時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的葉片構(gòu)成的風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的 軸的旋轉(zhuǎn)速度超過設(shè)計值時，電阻性負(fù)載6接通，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子制動，并且進(jìn)一步需要發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器20的指示數(shù)，根據(jù)指示數(shù)電阻性負(fù)載6的能力將被修正到這邊或那邊。 此時
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中Pe-發(fā)電機(jī)的輸出功率；PAl_至電阻性負(fù)載的輸出功率。發(fā)電機(jī)的功率& 一超過消耗功率配電盤9就啟動，用戶將被從逆變器3切斷， 切換至發(fā)電機(jī)線路(這些步驟通過同步發(fā)生器7同步進(jìn)行的)。在這種情況下，在電阻性負(fù)載6上的電力將減少和用戶使用的量相等的值 _2] PG = PFL+PAL或PAL = PG-PFL萬一，風(fēng)力超過設(shè)計值時，為防止轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的功率不受控制地增 加，自動控制系統(tǒng)4通過利用裝置13轉(zhuǎn)動風(fēng)輪的葉片來改變迎角；通過這樣，風(fēng)施加到轉(zhuǎn)子 葉片和風(fēng)力發(fā)電機(jī)1塔架上的負(fù)荷將減小。葉片能夠被這樣轉(zhuǎn)動，那樣甚至在大風(fēng)級強(qiáng)度 的風(fēng)速，加載的負(fù)荷將在容許的范圍內(nèi)，確保一個可控的旋轉(zhuǎn)速度。通過那樣一種方式，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)將會以最佳的模式運行，并且使系統(tǒng)相對可靠和有較長的使用壽命。3.隨著風(fēng)速下降，風(fēng)力發(fā)電機(jī)1產(chǎn)生的電力也降低到一個值PPl，電力供應(yīng)被連接 到蓄電池2。因此，如上面所描述的一樣，在風(fēng)力負(fù)荷的運行范圍內(nèi)和裝置運行的穩(wěn)定模式，沒 必要將發(fā)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且相應(yīng)的，也就避免了因電流轉(zhuǎn)換而造成的損耗。電 能直接傳遞到用戶，并且其參數(shù)符合電流網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。在穩(wěn)定系統(tǒng)運行過程中電阻性負(fù)載6產(chǎn)生的熱能被積蓄在熱能存儲器14中，進(jìn)一 步，這些熱能將被供應(yīng)給熱能用戶。熱能夠被用于房屋取暖或用于熱水供應(yīng)系統(tǒng)。所描述的系統(tǒng)相對于現(xiàn)有的使用中的設(shè)計已經(jīng)增加了由風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電 能的使用效率，因為當(dāng)機(jī)械或電磁穩(wěn)定器運轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的電能，這些需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的 電能沒有損耗，而是用來做有效的熱能生產(chǎn)。在供電系統(tǒng)想要在高溫氣候條件下運轉(zhuǎn)的時候，最重要的是需要“冷”來維持空氣 調(diào)節(jié)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。在這種情況下，替代熱能存儲器14，吸收式冷卻裝置15的發(fā)電機(jī)將被采用。 那樣，由穩(wěn)定系統(tǒng)的電阻性負(fù)載6和陽光充足的太陽能收集器17產(chǎn)生的熱能通過熱交換器 16將被傳遞給ACM發(fā)電機(jī)，確保ACM正常運轉(zhuǎn)，甚至在相對無風(fēng)的時候。所以主張的獨立供電系統(tǒng)能在一個相對較寬風(fēng)力范圍內(nèi)安全地工作，采用穩(wěn)定系 統(tǒng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速允許最大有效利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，并能確保整個系 統(tǒng)安全、無事故地運行。工業(yè)用途本發(fā)明主張的系統(tǒng)既能被用于低溫氣候條件，也能被用于高溫氣候條件。本發(fā)明 系統(tǒng)能在現(xiàn)有的工具和元器件的基礎(chǔ)上被制造。
權(quán)利要求
獨立供電系統(tǒng)，包括用于生產(chǎn)電力的風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置與電力用戶連接；用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱的裝置，通過熱載體與所述的將太陽能轉(zhuǎn)換成熱的裝置連接的熱能存儲器，和電能蓄電池和與風(fēng)力發(fā)電裝置和電力用戶和獨立供電系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)連接的逆變器，所述自動控制系統(tǒng)通過熱負(fù)載和電負(fù)載傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，其特征在于，所述獨立供電系統(tǒng)還具有用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)，該穩(wěn)定系統(tǒng)包括與風(fēng)力發(fā)電機(jī)電性連接的電網(wǎng)調(diào)整器，電網(wǎng)調(diào)整器包括電阻性負(fù)載的控制單元，且控制單元與最后一個電阻性負(fù)載連接，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)電流傳感器和電阻性負(fù)載傳感器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器，同步發(fā)生器，可控制的配電盤和電阻性負(fù)載，電阻性負(fù)載是一種電熱器系統(tǒng)，在電熱器上消耗的電能被存儲在熱能存儲器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉 片轉(zhuǎn)向來改變迎角的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置電性連接自動控制系統(tǒng)和風(fēng)速傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還裝配有與風(fēng)力發(fā)電裝 置電性連接的吸收式冷卻裝置，并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)的可調(diào)整的電阻性 負(fù)載產(chǎn)生的熱被提供給吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，將太陽能轉(zhuǎn)換成熱的裝置的熱 交換器設(shè)置在吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用再生能源的電力系統(tǒng)，特別是，涉及使用風(fēng)能和太陽能的電力系統(tǒng)，能在冷和熱氣候條件下用來做獨立供電系統(tǒng)。該獨立供電系統(tǒng)(IES)包括一用來生產(chǎn)電能的風(fēng)力發(fā)電裝置和太陽能收集器。該太陽能收集器與熱能存儲器連接。獨立供電系統(tǒng)還包括一電能蓄電池，逆變器，和供電系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)通過熱負(fù)載和電負(fù)載傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。獨立供電系統(tǒng)還裝備有用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)定系統(tǒng)包括具有用于電阻性負(fù)載的控制單元的電網(wǎng)調(diào)整器，電流傳感器和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器。電阻性負(fù)載是一種電熱器系統(tǒng)(THEs)。在電熱器上消耗的能量被存儲在熱能存儲器內(nèi)。吸收式冷卻裝置可能包括在獨立供電系統(tǒng)內(nèi)，并且電熱器可能被置于吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)內(nèi)。獨立供電系統(tǒng)包括用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)的裝置。太陽能收集器的熱交換器被設(shè)于吸收式冷卻裝置的發(fā)電機(jī)內(nèi)。
文檔編號F03D9/00GK101802396SQ20078010058
公開日2010年8月11日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者亞歷山大·尼可拉維奇·埃雷克西維奇, 維克多·弗拉迪米洛維奇·特薩雷夫 申請人:維克多·弗拉迪米洛維奇·特薩雷夫;亞歷山大·尼可拉維奇·埃雷克西維奇;亞歷山大·格丁