Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм

Є ще 4 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, за яким для отримання електричної енергії використовують сонячну електричну станцію з набором сонячних панелей (СП), які розміщують під кутом до земної поверхні, орієнтують в напрямку максимального рівня сонячного опромінення та оснащують струмознімачами електричної напруги постійного струму, а вироблену за допомогою інвертора електричну енергію відводять в загальну мережу енергосистеми, для охолодження СП використовують воду забруднених водойм, яку пропускають через блок очищення води з кількома стадіями очищення, на яких застосовують електроімпульсний метод очищення та метод електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла, акумулюють очищену воду в системі холодного водопостачання, використану для охолодження панелей воду після підігріву використовують в системі гарячого водопостачання, а виділені при очищенні води водневі та вуглеводневі гази використовують в газорозподільній системі, який відрізняється тим, що на стадії очищення води електроімпульсним методом залежно від характеристик наповнення забруднених водойм застосовують електроди відповідної форми та розміру з параметрами імпульсів, які подають на них, в діапазоні від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 5,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою, при застосуванні методу електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла застосовують розряд стримера на поверхні водного потоку, а параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла вибирають в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою, на світлочутливій стороні СП закріплюють панелі охолодження з прозорою верхньою частиною, забезпечують при цьому формування плоского трубопроводу між панеллю охолодження та світлочутливою стороною СП, за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підводять очищену воду, за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відводять воду підвищеної температури до системи теплого водопостачання.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відношення загальної площі отворів вхідного трубопроводу панелі охолодження до загальної площі отворів вихідного трубопроводу панелі охолодження забезпечують в діапазоні від 1,2 до 1,5.

3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що висоту плоского трубопроводу вибирають в діапазоні від 5 мм до 10 мм.

4. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що воду до вхідного трубопроводу панелі охолодження подають під тиском за допомогою насоса.

5. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що воду до вхідного трубопроводу панелі охолодження подають з водонапірної башти.

6. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, 5, який відрізняється тим, що воду з вихідного трубопроводу панелі охолодження подають в акумулюючу ємність системи теплого водопостачання для підігріву.

7. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, 5, який відрізняється тим, що воду з вихідного трубопроводу панелі охолодження повертають до блока очищення на одну із стадій очищення води.

Текст

Реферат: Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, за яким для отримання електричної енергії використовують сонячну електричну станцію з набором сонячних панелей (СП), які розміщують під кутом до земної поверхні, орієнтують в напрямку максимального рівня сонячного опромінення та оснащують струмознімачами електричної напруги постійного струму. Вироблену за допомогою інвертора електричну енергію відводять в загальну мережу енергосистеми, для охолодження СП використовують воду забруднених водойм, яку пропускають через блок очищення води з кількома стадіями очищення, на яких застосовують електроімпульсний метод очищення та метод електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла. Акумулюють очищену воду в системі холодного водопостачання, використану для охолодження панелей воду після підігріву використовують в системі гарячого водопостачання, а виділені при очищенні води водневі та вуглеводневі гази використовують в газорозподільній системі. На стадії очищення води електроімпульсним методом залежно від характеристик наповнення забруднених водойм застосовують електроди відповідної форми та розміру з параметрами імпульсів, які подають на них, в діапазоні від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 5,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою. При застосуванні методу електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла застосовують розряд стримера на поверхні водного потоку, а параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла вибирають в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. На світлочутливій стороні СП закріплюють панелі охолодження з прозорою верхньою частиною, забезпечують при цьому формування плоского трубопроводу між панеллю охолодження та UA 120436 U (12) UA 120436 U світлочутливою стороною СП, за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підводять очищену воду, за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відводять воду підвищеної температури до системи теплого водопостачання. UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до відновлюваних джерел енергії, зокрема до використання сонячного випромінювання для отримання електричної енергії, забезпечення холодного та гарячого водопостачання за наявності забруднених водойм. Максимальне використання сонячної енергії сонячними електричними станціями (СЕС) для виробітку електроенергії за допомогою найбільш ефективних з енергетичної точки зору фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), що є основою сонячних панелей, можливе за утримання температури ФЕП сонячних панелей в деяких допустимих межах, оскільки з ростом робочої температури сонячних панелей падає їх ефективність - зменшуються вихідна напруга і коефіцієнт корисної дії (ККД). Тому застосовують різноманітні способи охолодження ФЕП сонячних панелей, в тому числі, водяне охолодження, як найбільш просте і ефективне, забезпечуючи при цьому використання нагрітої під час охолодження ФЕП сонячних панелей води для гарячого водопостачання. Внаслідок особливостей розташування СЕС (солончаки та степи південних широт) зазвичай джерела чистої води для забезпечення охолодження ФЕП сонячних панелей відсутні, що потребує використання наповнення забруднених водойм (промислові стоки, нафтошламові озера, відстійники шахтної води і т. ін.), застосовуючи при цьому різноманітні методи очищення цих водяних сумішей. Крім того, внаслідок періодичної відсутності сонячної енергії, очевидна необхідність заміщення потужностей СЕС в нічний час іншими генераторами електричної напруги, що використовують альтернативні джерела енергії. Відомі способи отримання гарячої води за допомогою сонячних колекторів без застосування ФЕП [див. патент РФ № 2033580 "Сонячний колектор", патент України № 44471 "Колектор сонячної енергії та спосіб його виконання (варіанти)», патент України № 68060 "Сонячна панель"], за якими в сонячному колекторі закріплюють зверху корпуса прозору передню кришку, всередині корпусу розміщують теплопоглинаючу панель, в тілі якої формують мережу поздовжніх каналів, з'єднаних між собою, забезпечують у верхній та нижній частинах корпусу сонячного колектора відповідно вхідний та вихідній штуцери, які є початком та кінцем мережі поздовжніх каналів теплопоглинаючої панелі, подають на вхідний штуцер холодний теплоносій, а з вихідного штуцера отримують теплоносій з більш високою температурою. Позитивом цих способів отримання гарячої води є простота їх реалізації, а недоліками необхідність використання чистої води з мережі холодного водопостачання, відсутність виробітку електричної енергії. Відомий спосіб отримання електроенергії та гарячої води за допомогою сонячних панелей [див. патент РФ № 2164732 "Багатоцільова сонячна батарея", патент України № 78483 "Модуль сонячної батареї з охолодженням"], за якими в сонячній батареї, що містить набір ФЕП, які перетворюють сонячну енергію на електричну і теплову, закріплюють зверху сонячної панелі прозору передню кришку, всередині корпусу під ФЕП розміщують теплопоглинаючий прошарок, в тілі якого формують канали для холодоагенту, забезпечують у верхній та нижній частинах корпусу сонячної панелі відповідно вхідний та вихідній штуцери, які є початком та кінцем каналів для протікання холодоагенту, подають на вхідний штуцер холодний холодоагент, з вихідного штуцера отримують холодоагент з більш високою температурою, а для передачі енергії від ФЕП до зовнішніх споживачів використовують вбудований пристрій. Позитивом цих способів є отримання крім гарячої води ще й електроенергії, простота їх реалізації, а недоліками - складність виготовлення сонячних панелей, необхідність використання як холодоагенту чистої води з мережі холодного водопостачання. Відомі способи очищення води, в тому числі і із забруднених водойм, [див. патент РФ № 2430889 "Спосіб електроімпульсного очищення забруднених промислових стічних вод, установка для електроімпульсного очищення забруднених промислових стічних вод", патент РФ № 2085505 "Спосіб очищення води"], де на одній із стадій очищення води застосовують електроімпульсний метод очищення, за яким на металеві електроди, розташовані в протічній воді, що підлягає очищенню, подають електричні імпульси високої напруги з частотою, періодом повторення пачок імпульсів, полярністю, що залежать від ступеню забруднення води. Відомі способи очищення води [див. патент РФ № 2242435 "Система очищення води", патент РФ № 2326823 "Спосіб сорбційної водопідготовки питної води"], за якими проводять водозабір забрудненої води з відкритого водоймища, здійснюють попередню очистку за допомогою прокачування води через фільтруючий прошарок з порошкоподібних мінералів різних видів і активованого вугілля, а фінішне знезараження здійснюють за допомогою ультрафіолетових променів. Позитивом цих способів є отримання чистої води за наявності забруднених водойм, а недоліками - необхідність використання великої кількості додаткових стадій очищення 1 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забрудненої води, складність безпосереднього застосування для охолодження сонячних панелей СЕС. Відомий спосіб отримання атомарного або молекулярного водню, кисню та електроенергії, [див. патент США № 8404098 "Прилади, апаратура, методи і процеси генерування водню, кисню та електроенергії з хімічних сполук без формування небажаних побічних продуктів"], за яким процес розділення води на водень та кисень проводять в пристрої, що має множину роздільних камер, в яких створюють частковий вакуум за допомогою вакуумних насосів, в одній із камер створюють електролітичний розчин шляхом розчинення триоксиду сірки у воді, створюють за допомогою електродів, на які подають високовольтні імпульси, сильне електромагнітне поле, що призводить до утворення іонів водню, кисню та сірки, виділяють за допомогою мембрани, яка проникна для іонів водню і непроникна для інших іонів, водень, утримують іони кисню за допомогою позитивного електрода пристрою для виробництва молекулярного кисню і електронів, утримують іони водню за допомогою негативного електрода для виробництва молекулярного водню і електричної енергії, забезпечують охолодження камер за допомогою змійовиків, на вхід яких подають холодну воду, а з виходу отримують підігріту воду, при цьому для проведення процесів щонайменше в одній із камер забезпечують в ній температуру в діапазоні від мінус 20 °C до мінус 40 °C, джерелом електричної енергії для забезпечення процесу отримання атомарного або молекулярного водню, кисню та електроенергії можуть бути акумулятори, паливні елементи, АЕС або СЕС, а один або кілька параметрів одного або більше етапів отримання атомарного або молекулярного водню, кисню та електроенергії управляються за допомогою автоматизованих засобів, що складаються з програмованих логічних ланцюгів цифрових або аналогових сигналів, вироблених у пристрої. Позитивом цього способу є отримання екологічно чистого палива, що може бути використане, наприклад, в паливних елементах, можливість застосування у складі СЕС, наявність автоматизованих засобів управління технологічним процесом, а недоліками - значна складність пристрою, що реалізує цей спосіб, необхідність застосування при цьому кислотних розчинів та забезпечення в камерах пристрою мінусових температур. Найбільш близьким по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення є спосіб виробництва електричної та теплової енергії з використанням сонячної енергії [див. патент США № 4235221 "Система та апаратура для використання сонячної енергії"], за яким в будь-якій водоймі за допомогою бар'єрних стінок та перетинок забезпечують замкнутий термоізольований об'єм з прісною чи солоною водою, на поверхні якої розміщують плавучу платформу, на якій встановлюють секції з панелями, відповідним чином орієнтовані, що перетворюють сонячну енергію на інші види енергії, в якості панелей використовують теплові панелі, термоелектричні панелі та сонячні батареї, на входи охолодження панелей з відповідної накопичувальної ємності подають воду, яка пройшла через охолоджувальні пристрої чи системи, а воду з виходів охолодження панелей акумулюють в накопичувальних ємностях теплої води та після підігріву використовують в системі гарячого водопостачання, для підігріву води застосовують або водень і кисень, що були отримані в результаті електролізу води з водойми, або інше альтернативне паливо, для електроживлення електролізера використовують вихід газотурбінного генератора, що використовує газ під тиском, вироблений за допомогою теплообмінного пристрою, вихід газотурбінного генератора, а також виходи термоелектричних панелей та сонячних батарей використовують для електроживлення побутових пристроїв в моменти максимальних навантажень або як основну систему електроживлення. Позитивом цього способу є вироблення електричної та теплової енергії з використанням сонячного випромінювання та води, автономність пристрою для реалізації способу, а недоліками - неможливість застосування в СЕС великої потужності, розміщених на суходолі, необхідність використання очищеної холодної води, великі інвестиційні вкладення. В основу створення корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності СЕС, забезпечення якісного наповнення систем холодного і гарячого водопостачання, очищення забруднених водойм. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, за яким для отримання електричної енергії використовують СЕС з набором сонячних панелей (СП), які розміщують під кутом до земної поверхні, орієнтують в напрямку максимального рівня сонячного опромінення та оснащують струмознімачами електричної напруги постійного струму, а вироблену електричну енергію за допомогою інвертора відводять в загальну мережу енергосистеми, для охолодження СП використовують воду забруднених водойм, яку пропускають через блок очищення води з кількома стадіями очищення, на яких застосовують електроімпульсний метод очищення та метод електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора 2 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на основі трансформатора Тесла, акумулюють очищену воду в системі холодного водопостачання, використану для охолодження панелей воду після підігріву використовують в системі гарячого водопостачання, а виділені при очищенні води водневі та вуглеводневі гази використовують в газорозподільній системі, згідно з корисною моделлю, очищення води електроімпульсним методом залежно від характеристик наповнення забруднених водойм застосовують електроди відповідної форми та розміру з параметрами імпульсів, які подають на них, в діапазоні від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 5,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою, в методі електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла застосовують розряд стримера на поверхні водного потоку, а параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла вибирають в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою, на світлочутливій стороні СП закріплюють панелі охолодження з прозорою верхньою частиною, забезпечують при цьому формування плоского трубопроводу між панеллю охолодження та світлочутливою стороною СП, за допомогою вхідного патрубку панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підводять очищену воду, за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відводять воду підвищеної температури до системи теплого водопостачання, при цьому відношення загальної площі отворів вхідного трубопроводу панелі охолодження до загальної площі отворів вихідного трубопроводу панелі охолодження забезпечують в діапазоні від 1,2 до 1,5, а висоту плоского трубопроводу вибирають в діапазоні від 5 мм до 10 мм, крім того, воду до вхідного трубопроводу панелі охолодження подають під тиском з водонапірної башти або за допомогою насоса, а воду з вихідного трубопроводу панелі охолодження подають в акумулюючу ємність системи теплого водопостачання для підігріву або повертають до блока очищення води на одну із стадій очищення води. До відмінних від аналогів ознак запропонованого способу отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм відносяться: - застосування на стадії очищення води електроімпульсним методом залежно від характеристик наповнення забруднених водойм електродів відповідної форми і розміру та імпульсів, які подають на них, з параметрами в діапазоні від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 5,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою; - застосування в методі електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла розряду стримера на поверхні водного потоку; - застосування вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла методі електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з параметрами в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою; - закріплення панелі охолодження з прозорою верхньою частиною на світлочутливій стороні СП і формування при цьому плоского трубопроводу між панеллю охолодження та світлочутливою стороною СП; - підведення за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження очищеної води та відведення за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження води підвищеної температури до системи теплого водопостачання; - забезпечення відношення загальної площі отворів вхідного трубопроводу панелі охолодження до загальної площі отворів вихідного трубопроводу панелі охолодження в діапазоні від 1,2 до 1,5; - вибір висоти плоского трубопроводу в діапазоні від 5 мм до 10 мм; - подачу води до вхідного трубопроводу панелі охолодження під тиском з водонапірної башти або за допомогою насоса; - подачу води з вихідного трубопроводу панелі охолодження в акумулюючу ємність системи теплого водопостачання для підігріву або повернення до блока очищення на одну із стадій очищення води. Корисна модель пояснюється кресленнями: фіг. 1, на якій зображено можливий варіант побудови системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, фіг. 2, на якій зображено основні складові частини пристрою охолодження сонячних панелей, та фіг. 3, на якій зображено осцилограми вхідних імпульсів та імпульсів, генерованих водним середовищем електроімпульсного реактора. Система отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, варіант побудови якої наведено на фіг. 1, містить: 3 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - СЕС 1, яка складається з n сонячних панелей 21, 22, … 2n (нижні індекси визначають порядкові номери однотипних складових частин) зі своїми елементами 3 1, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі і струмознімачами 41, 42, … 4n постійного струму, інвертора 5, перший вхід якого підключений до з'єднаних між собою струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей, резервної акумуляторної батареї 6, сонячного контролера 7 і зарядного пристрою 8, вхід якого підключений до першого входу інвертора 5, управляючий вхід підключений до виходу сонячного колектора 7, а вхід/вихід - до резервної акумуляторної батареї 6, вихід інвертора 5 є першим (електричним) виходом системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм, а вхід/вихід зарядного пристрою 8 застосовується в системі аварійного освітлення; - систему 9 охолодження сонячних панелей, яка складається з n пристроїв 10 1, 102, … 10n охолодження сонячних панелей зі своїми вхідними патрубками 111, 112, … 11n та вихідними патрубками 121, 122, … 12n, які є продовженнями вузлів втікання та витікання охолоджувальноїрідини відповідно, трубопроводу 13 холодної води та трубопроводу 14 теплої води, з'єднаних з вхідними патрубками 111, 112, … 11n та вихідними патрубками 121, 122, … 12n, пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей відповідно, водойми 15 забрудненої води, послідовно з'єднаних фільтра 16 грубого очищення, зануреного у водойму 15 забрудненої води, першого напірного насоса 17 системи холодного водопостачання, блока 18 очищення води у складі послідовно з'єднаних електроімпульсного реактора 19 та електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесла та накопичувальної ємності 21 холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом 13 холодної води і є другим виходом системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм; - систему 22 газорозподілу, яка складається з послідовно з'єднаних ресивера 23, компресора 24, накопичувальної ємності 25 системи газорозподілу, запірного клапану 26 та змішувача 27, другий вхід якого підключений до виходу ресивера 23, вхід ресивера є газовим входом системи 22 газорозподілу і з'єднаний з газовим виходом електроімпульсного реактора 19, вихід змішувача 27 є виходом системи 22 газорозподілу; - паливний елемент 28 та накопичувальну ємність 29 теплої води з підігрівом, газові входи яких підключені до газового виходу системи 22 газорозподілу, вихід паливного елемента 28 підключений до другого входу інвертора 5, а вхід накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом підключений до трубопроводу 14 теплої води; - другий напірний насос 30, вхід якого підключений до виходу накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом, а вихід з'єднаний з трубопроводом 31 гарячого водопостачання і є третім виходом системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм; - блок автоматики 32 з кількома виходами, сигнали з яких (за порядком номерів виходів) управляють електрокінетичним реактором 20 з генератором на основі трансформатора Тесла, електроімпульсним реактором 19, першим напірним насосом 17 системи холодного водопостачання, запірним клапаном 26, компресором 24, паливним елементом 28 та накопичувальною ємністю 29 теплої води з підігрівом. Пристрій 10 охолодження сонячних панелей, показаний у вигляді збірки на фіг. 2, складається з таких основних частин: - прозорої верхньої частини 33, що забезпечує максимальне пропускання сонячної енергії до світлочутливої сторони сонячної панелі 2; - корпусу 34, з розмірами, відповідними розмірам сонячної панелі 2, та елементами 35 кріплення - вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини з набором отворів 37 та вхідним патрубком 11; - вузлів 38 витікання нагрітої рідини з набором отворів 39 (в силу орієнтації вузла 38 витікання нагрітої рідини отвори 39 показані через вирізку частини вузла 38 витікання нагрітої рідини) та вихідним патрубком 12. Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм полягає в наступному. Більшість СЕС 1, що знаходяться в експлуатації, укомплектовані сонячними панелями 21, 22, … 2n, в яких не передбачено водяне охолодження, що пов'язано як з їх вартісними характеристиками, так і з відсутністю таких конструкцій на час проектування і будівництва СЕС 1. Зазвичай сонячні панелі 21, 22, … 2n за допомогою своїх елементів 31, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі фіксуються в напрямку середньорічного максимуму сонячного випромінювання, хоча відомі конструкції елементів 31, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі, що постійно відслідковують поточний максимум сонячного випромінювання. В усіх випадках зі струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей знімається напруга постійного струму, яка використовується інвертором 5 для отримання протягом світлового дня 4 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трифазної напруги змінного струму з необхідними частотою і фазами для використання в загальній енергосистемі, а вихід інвертора 5 є першим (електричним) виходом системи отримання електричної і теплової енергії. Крім того, напруга постійного струму зі струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей забезпечує зарядку резервної акумуляторної батареї 6 за допомогою сонячного контролера 7 і зарядного пристрою 8 в часи максимумів сонячного випромінювання для використання, при необхідності, в системі аварійного освітлення СЕС 1. Величина напруги постійного струму зі струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей залежить як від кількості сонячної енергії, так і від температури ФЕП сонячних панелей 2 1, 22, … 2n. Як приклад, з підвищенням температури ФЕП сонячних панелей 2 1, 22, … 2n від 10 °C до 50 °C при однаковій кількості сонячної енергії напруга холостого ходу на струмознімачах 41, 42, … 4n сонячних панелей (без навантаження) зменшується з 19 В до 12 В, а ККД - з 13 % до 5 %. Підвищення ефективності СЕС 1, в першу чергу тих, що перебувають в експлуатації і сонячні панелі 21, 22, … 2n яких забезпечені лише термопоглинаючими основами, можливе шляхом введення водяного охолодження сонячних панелей 21, 22, … 2n, для чого бажано використати наповнення будь-якої місцевої водойми, навіть і забрудненої. Крім того, додаткові пристрої 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей мають бути простими для виготовлення, не набагато знижувати потік сонячного випромінювання, легко встановлюватись на сонячні панелі 21, 22, … 2n бути дешевими і адаптованими до різних розмірів сонячних панелей 21, 22, … 2n. Один з варіантів конструкції пристрою 10 охолодження сонячних панелей (у вигляді збірки деталей) показаний на фіг. 2. Основою його є корпус 34, довжину та ширину якого узгоджують з габаритними розмірами сонячної панелі 2. В пази на верхній частині корпусу 34 вставляють і фіксують прозору верхню частину 33, яка за своїми фізичними характеристиками аналогічна захисному покриттю сонячної панелі 2. При цьому забезпечують герметизацію по всьому периметру прозорої верхньої частини 33 за допомогою водостійких композиційних матеріалів, наприклад, силікону. Поблизу вузьких сторін корпусу 34 облаштовують елементи 35 кріплення вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини з набором отворів 37 та вузлів 38 витікання нагрітої рідини з набором отворів 39. Як варіант конструкції вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини можна запропонувати відрізок труби з корозостійкого металу або термостійкого пластику з різьбовими вставками на кінцях, що дозволить фіксувати їх всередині корпусу 34, зорієнтувавши набори отворів 37 та 39 назустріч один одному та забезпечивши необхідні з'єднання вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини з трубопроводом 13 холодної води та трубопроводом 14 теплої води відповідно. На фіг. 1 показано варіант паралельного підключення пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей. При цьому, як показано на фіг. 2, для однієї із сторін вузла 36 втікання охолоджувальної рідини та вузла 38 витікання нагрітої рідини в якості фіксуючих елементів застосовують заглушку у вигляді болта з водонепроникною прокладкою (на фіг. 2 не показано), для іншої сторони вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини фіксацію забезпечують за допомогою пустотілих шпильок, що слугують вхідним патрубком 11 та вихідним патрубком 12, на які накручують стопорні гайки з водонепроникною прокладкою (на фіг. 2 не показано). У випадку паралельно-послідовного підключення вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини до трубопроводу 13 холодної води (для спрощення монтажу та економії матеріалів), а, можливо, також і вузлів 38 витікання теплої рідини до трубопроводу 14 теплої води, фіксацію вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини забезпечують за допомогою пустотілих шпильок та стопорних гайок з водонепроникною прокладкою з обох сторін. Корпус 34 пристрою 10 охолодження сонячних панелей фіксують на сонячної панелі 2 таким чином, щоб між прозорою верхньою частиною 33 та захисним склом сонячної панелі 2 був деякий проміжок, при цьому забезпечують герметизацію по всьому периметру сонячної панелі 2 за допомогою водостійких композиційних матеріалів, наприклад, силікону. Таким чином, при з'єднанні вхідного патрубку 11 з трубопроводом 13 холодної води весь об'єм простору між прозорою верхньою частиною 33 та захисним склом сонячної панелі 2 являє собою плоский трубопровід, через який від отворів 37 до отворів 39 проходить холодоагент (вода), відбираючи надлишок тепла зі світлочутливої сторони сонячної панелі 2. Процес відбору тепла відбувається дуже ефективно, враховуючи, що площа плоского трубопроводу перевищує загальну площу ФЕП сонячної панелі 2. 5 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для зменшення габаритних розмірів пристрою 10 охолодження сонячних панелей висоту плоского трубопроводу залежно від географічної широти розміщення СЕС 1 вибирають мінімально необхідною в діапазоні від 5 мм (помірні широти) до 10 мм (екваторіальна зона), забезпечуючи за рахунок варіації об'єму холодоагенту в плоскому трубопроводі необхідний ступень охолодження сонячної панелі 2. Постійне повне заповнення плоского трубопроводу кожного пристрою 10 охолодження сонячних панелей гарантується тим, що загальна площа отворів 37 вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини забезпечується більшою загальної площі отворів 39 вузлів 37 витікання теплої рідини. Відношення цих площ вибирають в діапазоні від 1,2 до 1,5, причому менше значення відноситься до тих пристроїв 10 охолодження сонячних панелей, що застосовуються в СЕС 1, розміщених в екваторіальних зонах (з малим кутом нахилу сонячних панелей 21, 22, … 2n до поверхні землі), а більше - до тих пристроїв 10 охолодження сонячних панелей, що застосовуються в СЕС 1, розміщених в помірних широтах (з великим кутом нахилу сонячних панелей 21, 22, … 2n до поверхні землі). Ефективність пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей у великій мірі залежить також від прозорості холодоагенту, оскільки від цього залежить кількість сонячної енергії, що потрапить на ФЕП сонячних панелей 2 1, 22, … 2n, а значить і кількість виробленої електроенергії. Використання для охолодження сонячних панелей 2 1, 22, … 2n наповнення будьякої місцевої водойми 15 забрудненої води потребує якісного очищення цього наповнення. В пропонованому способі отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм застосовують мінімально необхідну кількість операцій очищення наповнення водойми 15 забрудненої води. Для відокремлення нерозчинних часток (сміття, піску тощо), що знаходяться у водоймі 15 забрудненої води, використовують фільтр 16 грубого очищення, занурений у водойму 15 забрудненої води і з'єднаний із входом першого напірного насоса 17 системи холодного водопостачання (ввімкнення та вимкнення напірного насоса 17 системи холодного водопостачання відбувається за допомогою сигналу на третьому виході блока автоматики 32), що забезпечує сталий потік води в блоці 18 очищення води та тиск, достатній для наповнення накопичувальної ємності 21 холодної води. Накопичувальна ємність 21 холодної води може бути виконана у вигляді водонапірної башти (що відповідає структурі на фіг. 1). Але з метою економії площі, зайнятої системою отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм накопичувальна ємність 21 холодної води може бути виконана у вигляді підземного водосховища необхідного об'єму, що полегшить її обслуговування, особливо в зимові місяці року, але при цьому система отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм має бути доповнена третім напірним насосом, встановленим між накопичувальною ємністю 21 холодної води і трубопроводом 13 холодної води (на фіг. 1 не показано). Блок 18 очищення води має у своєму складі дві секції очищення: - секцію електроімпульсного реактора 19; - секцію електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесла. Електроімпульсний реактор 19 має управляючий вхід, що з'єднаний з другим виходом блока автоматики 32. За допомогою блока автоматики 32 забезпечують комплексне управління більшістю складових частин системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, в тому числі і електроімпульсним реактором 19. Під час очищення води в активній зоні електроімпульсного реактора 19 протікають електрохімічні реакції, які призводять до руйнування молекул складних органічних речовин і перетворення їх на найпростіші газоподібні горючі речовини. Ефективність очищення забезпечується тим, що залежно від хімічного складу забруднень водойми 15 забрудненої води в електроімпульсному реакторі 19 застосовують електроди відповідної форми і розміру (вузли електродів є знімними з уніфікованими розмірами та елементами кріплення), а на першому виході блока автоматики 32 забезпечують високовольтні імпульси з амплітудою від 5,0 кВ до 35,0 кВ і певною частотою повторення, що належить діапазону від 0,1 кГц до 20,0 кГц. Особливістю режиму роботи електроімпульсного реактора 19 є використання властивостей прошарку проточної води певної товщини резонансно генерувати імпульси із значно більшою амплітудою (до 300 кВ), але меншою частотою повторення (фіг. 3). При цьому в реакторній зоні створюється високо активоване іонне середовище з більш високим ступенем дисоціації у порівнянні зі звичайним електролітом, що призводить до утворення в районі електродного простору газоподібних продуктів (горючих газів у вигляді вуглеводнів, водню, а також інших речовин, які містяться в проточній воді як компоненти). Ці газоподібні продукти використовуються в подальшому в системі 22 газорозподілу. 6 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Електрокінетичний реактор 20 з генератором на основі трансформатора Тесла відтворює процеси, що відбуваються в природі під час грозової діяльності. Відомо, що дощова вода вважається найкориснішою для питних цілей. При цьому електророзрядний процес, відтворений в електрокінетичному реакторі 20 з генератором на основі трансформатора Тесла із застосуванням розряду стримера, що утворюється на розташованому по осі електрокінетичного реактора 20 електроді (металевому або графітовому), відбуваються не в воді, а на межі розділу "вода-газ", як і в природі, завдяки чому зберігаються природні властивості води. Суть такого способу очищення води полягає в інтенсифікації процесу окислення та додаткового утворення озону і активного кисню при застосуванні стримера в повітряному середовищі, а також сильного ультрафіолетового свічення. У зв'язку з високою окислювальною хімічною здатністю озону та активного кисню при розриві складних радикалів і вуглеводнів відбувається ефективна дезактивація та обеззараження води. При цьому параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла (за допомогою сигналів на першому виході блока автоматики 32) вибирають в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. Очищена від домішок чиста та прозора вода акумулюється в накопичувальній ємності 21 холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом 13 холодної води і є одночасно другим виходом системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, через трубопровід 14 теплої води підігрітий холодоагент надходить до накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом. В системі 22 газорозподілу добуті в електроімпульсному реакторі 19 газоподібні продукти використовуються для забезпечення системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм тепловою енергією наступним чином. В ресивері 23 відбувається накопичення горючих газів у вигляді вуглеводнів, водню та інших подібних сполук, при цьому добутий газ може подаватись з виходу ресивера 23 через змішувач 27 безпосередньо на вихід системи 22 газорозподілу для поточних потреб або за допомогою компресора 24 (за відповідного сигналу дозволу на п'ятому виході блока автоматики 32) до накопичувальної ємності 25 системи газорозподілу, де частина добутого газу зберігається під тиском. У випадку необхідності збільшення використання теплової енергії (нічні часи доби, зимові місяці року) за допомогою запірного клапану 26 (за відповідного сигналу дозволу на четвертому виході блока автоматики 32) через змішувач 27 на вихід системи 22 газорозподілу може бути доставлений збільшений об'єм газу. Газ з виходу системи 22 газорозподілу використовується для доведення температурних показників вмісту накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом до нормованих при управлінні сигналами з сьомого виходу блока автоматики 32, що дозволяє подавати підігріту воду за допомогою другого напірного насоса 30 до трубопроводу 31 гарячого водопостачання, який є третім виходом системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм. Основна частина газу з виходу системи 22 газорозподілу використовується для компенсації зниження об'ємів виробітку електроенергії СЕС в нічний час доби та зимовий період року. Для цього слугує паливний елемент 28 (наприклад, типу ТОПЕ - твердооксидний паливний елемент), що управляється сигналами з шостого виходу блока автоматики 32, корельованими з сигналами четвертого виходу блока автоматики 32. На виході паливного елементу 28 формується напруга постійного струму, яку подають на другий вхід інвертора 5, що дозволяє останньому забезпечувати нормовані параметри сигналу на першому (електричному) виході системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм у всьому діапазоні навантажень на нього. В процесі функціонування системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, враховуючи можливі перепади в навантаженнях на всіх її виходах, можливі ситуації, за яких накопичувальні ємності системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм (одна з них або обидві) можуть бути повністю заповнені (нічні часи, вихідні або святкові дні і т.д.). Якщо при заповненні накопичувальної ємності 21 холодної води і достатньому запасі газу в накопичувальній ємності 25 системи газорозподілу проблема вирішується вимкненням напірного насоса 17 системи холодного водопостачання за допомогою сигналу на третьому виході блока автоматики 32, то заповнення накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом потребує більш серйозних процедур, оскільки необхідно змінити конфігурацію потоку теплої води. 7 UA 120436 U 5 10 15 20 25 30 35 В пропонованому способі у випадку заповнення накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом за допомогою вентилів та запірних клапанів (на фіг. 1 не показано) організовують циркуляцію води для охолодження наступним чином: - вимикають напірний насос 17 системи холодного водопостачання за допомогою сигналу на третьому виході блока автоматики 32; - активізують запірний клапан на вході накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом; - активізують вентиль на вході блока 18 очищення води (за умови, що на виході насоса 17 системи холодного водопостачання встановлено зворотній клапан) - варіант 1; - активізують вентиль на вході електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесла блока 18 очищення води (за умови, що на виході електроімпульсного реактора 19 встановлено зворотній клапан) - варіант 2. Таким чином, забезпечуються два варіанти циркуляції води контуром охолодження сонячних панелей 21, 22, … 2n навіть при заповненій накопичувальній ємності 29 теплої води з підігрівом, при цьому, за рахунок наявності в накопичувальної ємності 21 холодної води достатнього об'єму води з низькою температурою, якість охолодження сонячних панелей 2 1, 22, … 2n забезпечується протягом значного періоду часу. Вибір варіантів підводу теплої води до блока 18 очищення води залежить від необхідності подачі газової суміші до системи 22 газорозподілу, наприклад, в нічний час - варіант 1, вдень варіант 2. Процеси виробництва, перетворення, розподілу і споживання енергії контролюються за допомогою блока автоматики 32, що може бути виконаний на основі ПЕОМ із спеціалізованим програмним забезпеченням, необхідними базами даних відносно інтенсивності сонячної енергії для кожної години року, добових графіків навантажень на всіх виходах системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, параметрів обладнання (СЕС 1, системи 9 охолодження сонячних панелей, системи 22 газорозподілу, паливного елемента 28 і т.д.), відповідним інтерфейсом та керованими генераторами, ключами і реле, які забезпечують узгодження рівнів сигналів ПЕОМ та складових частин системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм. Кожна складова частина системи отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, що може реалізувати спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, відома в техніці або може бути реалізована на основі відомих технологічних процесів. Отже, запропонована корисна модель дозволяє значно підвищити ефективність СЕС, надати якісне наповнення систем холодного і гарячого водопостачання, забезпечивши при цьому очищення забруднених водойм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 1. Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм, за яким для отримання електричної енергії використовують сонячну електричну станцію з набором сонячних панелей (СП), які розміщують під кутом до земної поверхні, орієнтують в напрямку максимального рівня сонячного опромінення та оснащують струмознімачами електричної напруги постійного струму, а вироблену за допомогою інвертора електричну енергію відводять в загальну мережу енергосистеми, для охолодження СП використовують воду забруднених водойм, яку пропускають через блок очищення води з кількома стадіями очищення, на яких застосовують електроімпульсний метод очищення та метод електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла, акумулюють очищену воду в системі холодного водопостачання, використану для охолодження панелей воду після підігріву використовують в системі гарячого водопостачання, а виділені при очищенні води водневі та вуглеводневі гази використовують в газорозподільній системі, який відрізняється тим, що на стадії очищення води електроімпульсним методом залежно від характеристик наповнення забруднених водойм застосовують електроди відповідної форми та розміру з параметрами імпульсів, які подають на них, в діапазоні від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 5,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою, при застосуванні методу електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з використанням генератора на основі трансформатора Тесла застосовують розряд стримера на поверхні водного потоку, а параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла вибирають в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою, на світлочутливій стороні СП закріплюють панелі охолодження з прозорою верхньою частиною, забезпечують при цьому формування плоского трубопроводу між панеллю 8 UA 120436 U 5 10 15 охолодження та світлочутливою стороною СП, за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підводять очищену воду, за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відводять воду підвищеної температури до системи теплого водопостачання. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відношення загальної площі отворів вхідного трубопроводу панелі охолодження до загальної площі отворів вихідного трубопроводу панелі охолодження забезпечують в діапазоні від 1,2 до 1,5. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що висоту плоского трубопроводу вибирають в діапазоні від 5 мм до 10 мм. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що воду до вхідного трубопроводу панелі охолодження подають під тиском за допомогою насоса. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що воду до вхідного трубопроводу панелі охолодження подають з водонапірної башти. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, 5, який відрізняється тим, що воду з вихідного трубопроводу панелі охолодження подають в акумулюючу ємність системи теплого водопостачання для підігріву. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, 5, який відрізняється тим, що воду з вихідного трубопроводу панелі охолодження повертають до блока очищення на одну із стадій очищення води. 9 UA 120436 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10

Дивитися

Додаткова інформація

Автори російською

Slamaj Michael, Kovacevic Milorad

МПК / Мітки

МПК: F24J 2/42, C02F 1/48, C25C 1/02, H01L 31/052

Мітки: спосіб, використанням, водойм, енергії, води, забруднених, отримання, теплової, електричної

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/12-120436-sposib-otrimannya-elektrichno-i-teplovo-energi-z-vikoristannyam-vodi-zabrudnenikh-vodojjm.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб отримання електричної і теплової енергії з використанням води забруднених водойм</a>

Подібні патенти