Исследование параметров конвективновихревой солнечно-ветровой энергоустановки для автономного энергоснабжения

Актуальность
Учитывая огромный потенциал ВИЭ в России их использование совместно с ТНУ для теплоснабжения является перспективным за счёт получения более дешевой электроэнергии для привода ТНУ, и использования ВИЭ для дополнительного сезонного нагрева горячей воды.

Цель исследования:
Разработка и исследование параметров конвективно-вихревой солнечно-ветровой энергоустановки (КВСВЭУ) для автономного энергоснабжения объектов
Задачи ­ исследования:
Оценка запасов и потребление энергоресурсов;
Анализ конструкций КВСВЭУ для автономного энергоснабжения объектов;
Исследование энергетических параметров КВСВЭУ для автономного энергоснабжения объектов
Анализ схем применения предлагаемой КВСВЭУ для автономного энергоснабжения объектов;
Оценка энергетической и технико-экономической эффективности КВСВЭУ для автономного энергоснабжения объектов.

Вихревая ветроэнергоустаовка фирмы Gumman Aerospace Corporation
для генерирования вихрей используется башня, установленная над осевыми ветроколесами в кольцах. Для типовых систем диаметр башни может быть в 3 раза больше диаметра ветроколеса, а высота башни – в 3 раза превышать ее диаметр или быть в 9 раз больше диаметра ветроколеса

Схема циркуляции воздуха атмосферы и концентрации его энергии в гипотетической электростанции типа «Торнадо»:
1 – поверхность Земли; 2 – входной гелиоколлектор; 3 – вихреобразующий конфузор; 4 – разгонный диффузор; 5 – турбогенератор

Схема использования КВСВЭУ совместно с ТНУ
1 – внешний контур теплового насоса; 2 – циркуляционный насос; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 – расширительный вентиль; 6 – конденсатор; 7 – КВСВЭУ; 8 – реверсивные клапаны; 9 – бак аккумулятор косвенного нагрева.

Схема использования КВСВЭУ совместно с ТНУ и ФЭП
1 – внешний контур теплового насоса; 2 – циркуляционный насос; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 –расширительный вентиль; 6 – конденсатор; 7 – КВСВЭУ; 8 – реверсивные клапаны; 9 – бак аккумулятор косвенного нагрева; 10 –ФЭП; 11 – топливный электрогенератор.

Схема использования КВСВЭУ совместно с ТНУ, КСЭ и УТСВ
1 – внешний контур теплового насоса; 2 – циркуляционный насос; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 – расширительный вентиль; 6 – конденсатор; 7 – КВСВЭУ; 8 – реверсивные клапаны; 9 – бак-аккумулятор тепловой энергии;10 – ФЭП; 11 – топливный электрогенератор 12 – коллектор солнечной энергии; 13 – УТСВ.

Схема использования КВСВЭУ с пассивной системой охлаждения
совместно с ТНУ и ФЭП
1 – внешний контур теплового насоса; 2 – циркуляционный насос; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 –расширительный вентиль; 6 – конденсатор; 7 – КВСВЭУ; 8 – реверсивные клапаны; 9 – бак аккумулятор косвенного нагрева; 10 –ФЭП; 11 – топливный электрогенератор; 12 –четырехходовой клапан; 13 –теплообменник системы охлаждения; 14 – фанкойл.

Схема использования КВСВЭУ совместно с ТНУ с активной системой охлаждения совместно с ФЭП
1 – внешний контур теплового насоса; 2 – циркуляционный насос; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 –расширительный вентиль; 6 – конденсатор; 7 – КВСВЭУ; 8 – реверсивные клапаны; 9 – бак аккумулятор косвенного нагрева; 10 –ФЭП; 11 – топливный электрогенератор; 12 –четырехходовой клапан; 13– фанкойл.

Необходимое количество тепловой энергии для теплоснабжения дома

Анализ схемы теплоснабжения – КВСВЭУ совместно с ТНУ.
Повторяемость в % скоростей ветра по градациям в м/c в с. Черный Яр, м/с
Выработка электроэнергии от КВСВЭУ мощностью 5кВт

Анализ энергокомплекса – КВСВЭУ совместно с ТНУ и ФЭП.
Технические характеристики комплектующих солнечной электростанции «ЭкоКомфорт» модели ЭС 03.05

Анализ энергокомплекса – КВСВЭУ совместно с ТНУ, ФЭП и КСЭ
Вакуумный солнечный коллектор Altek SC-LH1

Анализ энергокомплекса – КВСВЭУ с системой охлаждения совместно с ТНУ, ФЭП и КСЭ.
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС NIBE F1145-12

Фанкойлы фирмы Aeronik

Эффективность конвективно-вихревой солнечно-ветровой энергоустановки для автономного энергоснабжения объектов
Усредненные данные по себестоимости получаемой энергии
Как видно из рисунка с 1975 по 2020 годы удельные капитальные затраты на ВЭУ уменьшились в 5 раз, стабилизировались и составляют в настоящее время (в 2021 году) 800-1200 $/кВт, а себестоимость получаемой энергии в 10 раз и составляет = 0,04-0,06 $/кВт·ч.

Заключение
Сравнительная оценка ресурсов ВИЭ в Астраханской области показывает, что основная часть ресурсов ВИЭ (82,34 %) приходится на долю солнечной энергии, на долю ветровой энергии приходится 17,40 %, а на долю гидроэнергии и биогаза приходится лишь 0,26 % ресурсов ВИЭ.
ВИЭ смогут найти все более широкое применение для водо-, тепло-, газо- и электроснабжения все более крупных объектов и потребителей.
Применение ТНУ в сочетании с возобновляемыми источниками энергии и вторичными энергоресурсами позволяет получить КТП = 3,0 и более эффективно, чем применение традиционных систем теплоснабжения, использующих ТЭР.
Воздух как ИНТ эффективнее использовать в летний период года для горячего водоснабжения, т. к. КПТ в этом случае сравнительно
Грунтовый ТН более эффективным по сравнению с воздушным.

Результаты диссертации опубликованы в работах
Шишкин Н.Д., Пахалев А.Д. Разработка конструкции комбинированной солнечно-ветровой установки // ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ, ОБЩЕСТВА, ПРОИЗВОДСТВА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ: Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (Волгоград, 29 мая 2021 г.). - Стерлитамак: АМИ, 2021. – С. 174-178.
Шишкин Н.Д., Пахалев А.Д. Исследование энергетических параметров конвективно-вихревой солнечно-ветровой энергетической установки // НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ: ОПЫТ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ: Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (4 июня 2021г.Уфа), 2021. С.»