рекуператор энергии

Формула изобретения

Рекуператор энергии, содержащий груз, подъемник и соединенные с ним трансмиссионные средства, предназначенные для подключения к электрической машине и генератору, отличающийся тем, что груз образован природной твердой массой, подъемник установлен между верхним материковым слоем и основанием груза и выполнен в виде гидравлических стоек, которые распределены по всей площади основания груза, а трансмиссионные средства содержат трубы, соединяющие верхние и нижние части гидравлических стоек с электрической машиной в виде обратимой турбины-насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам, преобразующим избыточную энергию первичных двигателей в гравитационную потенциальную энергию поднятых грузов, и может быть использовано для рекуперации энергии электрических машин во время сокращения ее потребления в ночное время и в выходные дни.

Известно устройство, использующее энергию поднятого искусственного груза, который впоследствии под действием гравитационных сил, перемещаясь вниз посредством преобразователя вырабатывает электрическую энергию (авт. св. СССР N 1723350, кл. F 03 G 3/00, 1992).

Прототипом предложенного технического решения является рекуператор энергии, содержащий груз, подъемник и соединенные с ним трансмиссионные средства, предназначенные для подключения к электрической машине и генератору (авт. св. СССР N 1300189, кл. F 03 G 3/00, 1987).

Известные устройства обладают такими недостатками, как сложность в управлении, низкий КПД, ненадежность в работе.

Техническим результатом изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Для достижения указанного технического результата в рекуператоре энергии используются гравитационные силы Земли за счет подъема больших естественных твердых масс: каменные горы, валунов, части равнинного нетронутого грунта, а также больших природно-искусственных масс: нетронутого грунта и расположенных на нем угольных тереконов, тереконов горных выработок (фиг.1). Основание каменной горы 1 разрезается по линии а, раздвигаются обе части и укрепляются верхняя и нижняя части разреза железобетоном (металлом). Между материковым основание горы и подвижной горной массой по всему объему пространства устанавливаются гидравлические подъемники (стойки) 2, в которые при избытке мощности в энергосистеме 5 с помощью обратимых турбин высокого давления 3 (250 атм) заканчивается жидкостной энергоноситель (вода, масло) и которые поднимают массу (гору) на небольшую массу высоты h, например, 2 м.

При недостатке мощности в энергосистеме жидкостный энергоноситель под действием веса каменной горы в реверсном режиме вращает ту же турбину (насосы) с генератором 4 на валу и выдает электрическую мощность в энергосистему, при этом твердая масса (гора) опускается в направлении нулевой отметки. Для сработанной жидкости используется освобождающееся пространство цилиндра гидроподъемника при ходе плунжера. Жидкостной энергоноситель небольшого объема перемещается по прямому и обратному направлению, запасая и отдавая энергию за счет восприятия больших давлений твердых масс. Особая ценность твердого накопителя, отличающая его от гидроаккумулятора, состоит в том; что он может в импульсном режиме (секунды) отдавать энергию Mgh, если создать условия свободного падения, а в конце падения использовать всю энергию. Пример ориентировочного расчета твердого накопителя в сравнении с гидроаккумулирующей электростанцией (1). Пусть в течение ночных шести часов имеется избыточная мощностью Р_и=500 мВт. Тогда гидроаккумулирующая установка за время заряда t_з 63600 21,610³ с потребит от энергосистемы электроэнергию W_з P_иt_з 10810⁸ кДж. При разности высот водохранилища и нижнего резервуара h 200 м по формуле W_з mgh для подъема единичной массы M₁ 1 кг необходима энергия W_уд gh 9,81200 1962 Дж/кг. С учетом КПД = 0,88 для утилизации энергии потребуется перекачать воду массой

.

Для размещения потребуется водохранилище объемом 2,4210⁶ м³, что эквивалентно глубине его 20 м и диаметру 400 м. Для твердого накопителя и запаса той же энергии при подъеме твердой массы горы на два метра необходима масса в 100 раз больше массы перекаченной воды, т.е. 24210⁶ т. При этом же основании горы что и водохранилище, высота ее должна составить 2000 м (если равны удельные веса воды и природной массы). Давление, которое создает гора на жидкостный энергоноситель и которое должны создавать нагнетательные турбины можно определить по формуле

.

Масса рабочего жидкостного энергоносителя, циркулирующего в гидроподъемниках и заполняющего пространство между основанием и подошвой горы, в 10 раз меньше (отношение высот 20/2), чем у гидроаккумулятора и равна 242 тыс. т.

В связи с тем, что гора, валун, грунт с тереконом поднимаются и опускаются на незначительную высоту h2 м, вся природа, инженерные сооружения и коммуникации, строения даже жилье, могут оставаться, не ощущая этих перемещений. Достоинства ГАЭС сохраняются: cупербольшие мощности, высокий КПД, но экологическая чистота выше.

Технико-экономическая эффективность. Экономическая эффективность накопителя энергии при установке его в электроэнергетической системе в оптимальном режиме (2) составляет 130 руб./кВт за год. В нашем примере мощность НЭ 500 МВт, экономический эффект годовой эксплуатации составит (цены 1984 г.) 50010³13010^-6 65 млн.руб. т.е. экономическая эффективность устройства очень высока и объясняется их известной многофункциональностью.