Gazowo-wodna elektrociepłownia zwłaszcza solarna

Przedmiot wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest gazowo-wodna elektrociepłownia zwłaszcza solarna, która cechuje

się szerokim zakresem sprawności energetycznej, wysoką żywotnością i niezawodnością. Elementem grzewczym instalacji

są próżniowe szklane rury solarne nagrzewające przepływające strumienie powietrza, które wymuszają pracę silnika

tłokowego napędzającego prądnicę wytwarzającą prąd elektryczny. Wstępne wyliczenia pozwalają oszacować, że

sprawność urządzenia pod kątem wytwarzania energii elektrycznej będzie uzależniony od temperatury pracy urządzenia

w zakresie od kilku do kilkudziesięciu procent. Dodatkową energią generowaną przez instalację jest energia cieplna

podgrzewająca wodę.

W warunkach Polskich w letni słoneczny dzień, kiedy energia słoneczna generuje moc około 1.100 W/m2,

elektrociepłownia solarna z powierzchni 1 hektara może uzyskać moc elektryczną na poziomie 3 MW, oraz znaczną część

energii cieplnej skumulowanej w ciepłej wodzie.

W warunkach Afrykańskich w słoneczny dzień, kiedy energia słoneczna generuje moc około 2.000 W/m2,

elektrociepłownia solarna z powierzchni 1 hektara może uzyskać moc elektryczną na poziomie 6 MW, oraz znaczną część

energii cieplnej skumulowanej w ciepłej wodzie.

Podgrzaną wodę można magazynować w o izolowanych termicznie zbiornikach, i dodatkowo podgrzewając tą wodę

częścią energii elektrycznej wytworzonej w ciągu dnia, można w nocy zmagazynowaną energię wykorzystać do napędu

urządzenia wytwarzającego prąd elektryczny, dzięki czemu można dostarczać do sieci energetycznej prąd, na którego

zapotrzebowanie jest większe po zachodzie słońca.

Bardzo istotną cechą gazowo-wodnej elektrociepłowni zwłaszcza solarnej, jest to, że nie wymaga ona dodatkowego

chłodzenia podczas swojej pracy.

Gazowo-wodna elektrociepłownia według wynalazku, może być wykonana tak, że zamiast nagrzewnicy solarnej,

zastosowana jest nagrzewnica pozyskująca ciepło ze spalania paliwa stałego, płynnego lub gazowego, jak również

elektrociepłownia według wynalazku może pozyskiwać ciepło z rozszczepienia pierwiastków promieniotwórczych.

Gazowo-wodna elektrociepłownia według wynalazku, może być również wykonana w wersji turbinowej.

Stan techniki. W obecnym czasie istnieją na świecie panele fotowoltaiczne o sprawności 16-22%, które w warunkach

Afrykańskich wymagają dodatkowego chłodzenia. Istnieją również panele solarne do podgrzewania wody, które nie

wytwarzają energii elektrycznej.

Istota wynalazku. Gazowo-wodna elektrociepłownia zwłaszcza solarna, składa się z elementów grzewczych, którymi są

próżniowe szklane rury solarne nagrzewające przepływające strumienie powietrza, które rozszerzając się w wyniku

podgrzania, wymuszają pracę silnika tłokowego napędzającego prądnicę wytwarzającą prąd elektryczny.

Silnik tłokowy elektrociepłowni według wynalazku składa się z dwóch sekcji cylindrów sprężających i roboczych, przy

czym objętość skokowa cylindrów roboczych jest większa od objętości skokowej cylindrów sprężających. Wstępne

wyliczenia pozwalają oszacować, że sprawność urządzenia pod kątem wytwarzania energii elektrycznej będzie oscylować

w zakresie od 0 do 30% przy maksymalnej temperaturze podgrzania powietrza do 500 CO, przy czym, aby instalacja solarna

mogła pracować na wyższych temperaturach, należy zastosować efekt soczewkowania, skupiający promieniowanie

słoneczne na rurkach solarnych. Dodatkową energią generowaną przez instalację jest energia cieplna podgrzewająca

wodę, która to energia jest odzyskiwana z kanału wydechowego urządzenia.

Podgrzaną wodę można magazynować w o izolowanych termicznie zbiornikach, i dodatkowo podgrzewając tą wodę

częścią energii elektrycznej wytworzonej w ciągu dnia, można w nocy zmagazynowaną energię wykorzystać do napędu

urządzenia wytwarzającego prąd elektryczny, dzięki czemu można dostarczać do sieci energetycznej prąd, na którego

zapotrzebowanie jest większe po zachodzie słońca.

Bardzo istotną cechą gazowo-wodnej elektrociepłowni zwłaszcza solarnej, jest to, że nie wymaga ona dodatkowego

chłodzenia podczas swojej pracy.

W warunkach Polskich w letni słoneczny dzień, kiedy energia słoneczna generuje moc około 1.100 W/m2,

elektrociepłownia solarna z powierzchni 1 hektara może uzyskać moc elektryczną na poziomie 3 MW, oraz znaczną część

energii cieplnej skumulowanej w ciepłej wodzie.

W warunkach Afrykańskich w słoneczny dzień, kiedy energia słoneczna generuje moc około 2.000 W/m2,

elektrociepłownia solarna z powierzchni 1 hektara może uzyskać moc elektryczną na poziomie 6 MW, oraz znaczną część

energii cieplnej skumulowanej w ciepłej wodzie.

Gazowo-wodna elektrociepłownia według wynalazku, może być wykonana tak, że zamiast nagrzewnicy solarnej,

zastosowana jest nagrzewnica pozyskująca ciepło ze spalania paliwa stałego, płynnego lub gazowego, jak również

elektrociepłownia według wynalazku może pozyskiwać ciepło z rozszczepienia pierwiastków promieniotwórczych.

Gazowo-wodna elektrociepłownia według wynalazku, może być również wykonana w wersji turbinowej, w której

zamiast silnika tłokowego stosuje się analogicznie turbinę sprężającą i turbinę roboczą napędzającą prądnicę wytwarzającą

prąd elektryczny.

Przykład wykonania. Gazowo-wodna elektrociepłownia zwłaszcza solarna pracująca w układzie zamkniętym, została

przedstawiona w przykładzie wykonania gdzie, na przykładzie układu tłokowego przedstawia się to w następujący sposób:

Na dolocie 1 układu zastosowane jest tłokowe urządzenie sprężające 2, które zasysa gaz o ciśnieniu atmosferycznym i

niskiej temperaturze otoczenia 20 CO. Następnie gaz ten zostaje sprzężony w cylindrach sprężających 3 w stopniu 1:1,57 do

wartości 1,74 bar, przez co jego temperatura wzrasta do wartości około 78 CO. Gaz ten zostaje wtłoczony do rurek

solarnych 4, w których poprzez oddziaływanie energii słonecznej, zostaje podgrzany do temperatury 200 CO, przez co przy

mniej więcej tym samym ciśnieniu 1,74 bar, jego objętość wzrasta o około 35%. Gaz ten jest kierowany do dolotu 5

cylindrów roboczych 6, o pojemności skokowej większej od pojemności skokowej cylindrów sprężających 3. Pojemność

skokowa cylindrów roboczych 6 jest większa o 35% od objętości skokowej cylindrów sprężających 3. Fazy rozrządu

sterujące wymianą gazów w cylindrach 3 i 6 dobrane są tak, aby masa powietrza przepływająca z rurek 4 solarnych do

cylindrów roboczych 6 była taka sama jak masa powietrza tłoczona z cylindrów sprężających 3 do rurek solarnych 4. Dzięki

temu zostaje zachowane utrzymanie w rurkach solarnych 4 ciśnienia na poziomie 1,74 bara. Jeżeli przyjmiemy, że przy

skoku tłoka sprężającego 7 równym 10 cm mamy powierzchnię denka tłoka sprężającego 7 równą 100 cm2, to przy tym

samym skoku tłoka roboczego 8 równą 10 cm mamy powierzchnię denka tłoka roboczego 8 równą 135 cm2. Dzięki temu

mamy większą siłę nacisku na tłok roboczy 8, czego wynikiem jest praca urządzenia. Różnica w objętości cylindrów

roboczych względem cylindrów kompresora, jest ustalana podczas projektowania urządzenia i wynika z procentowej

różnicy w objętości gazu sprężonego względem gazu sprężonego i podgrzanego, dla takiego samego ciśnienia gazów.

Po wykonaniu pracy w cylindrach roboczych 6, gaz ma temperaturę około 122 CO i jest kanałem wydechowym 9

zawracany do wymiennika ciepła 10 gdzie podgrzewa przepływającą wodę. Podgrzana woda jest magazynowana w o

izolowanym termicznie zbiorniku 11, przy czym woda ta zostaje dodatkowo podgrzana częścią energii elektrycznej

wytworzonej w ciągu dnia, aby w nocy zmagazynowaną energię wykorzystać do napędu urządzenia wytwarzającego prąd

elektryczny. Jeżeli temperatura wody wpływającej do wymiennika ciepła 10 jest na tyle niska aby schłodzić gaz wylotowy

ze 122 CO do temperatury 20 CO i ciśnienia 1 bara, to można ten gaz kanałem dolotowym 1 skierować do dolotu cylindrów

sprężających 3, co tworzy obieg zamknięty, z którego stosowania czerpie się korzyść taką jak brak konieczności stosowania

filtru powietrza na dolocie 1 do silnika.

Urządzenie według wynalazku może być wykonane bez stosowania układu podgrzewającego wodę, wtedy też po

wykonaniu pracy w cylindrach roboczych, gaz o temperaturze około 122 CO jest kanałem wydechowym 9 wypuszczany do

otoczenia. W takim przypadku do dolotu 1 cylindrów sprężających 3, po przefiltrowaniu pobierane jest powietrze

otoczenia o temperaturze około 20 CO latem i około 0 CO zimą.

Objaśnienie figur rysunków. Fig. 1 - Przedstawia schemat urządzenia. Fig. 2 - Przedstawia przykładowe fazy rozrządu

urządzenia.

Zalety urządzenia. Gazowo-wodna elektrociepłownia zwłaszcza solarna, jest rewolucyjnym urządzeniem, dzięki

któremu można rozwiązać wiele problemów: ekologicznych, klimatycznych, energetycznych i ekonomicznych na całym

Świecie.