Автономному дому свою микро ТЭЦ

Постоянный рост тарифов на услуги поставщиков электроэнергии ведет к неоправданному увеличению расходов на содержание частного жилья. Автономное электроснабжение дома, организованное одним из многочисленных, существующих на данный момент способов, поможет эффективно решить эту проблему и обрести независимость от централизованных энергосетей

Требования к автономным системам электроснабжения

Чтобы автономное электроснабжение частного коттеджа оправдало вложенные в его организацию средства, надежно функционировало в течение длительного периода времени с обеспечением должного уровня безопасности, необходимо, чтобы оно соответствовало целому ряду требований:

1. Неукоснительное соответствие эксплуатируемого оборудования нормам пожарной и электробезопасности
2. Невысокий уровень шумов или наличие соответствующей звукоизоляции
3. Возможность работы энергосистемы без вмешательства человека в течение длительного периода времени
4. Экономичность за счет низкого потребления энергоносителей
5. Ремонтопригодность и несложное эксплуатационное обслуживание
6. Надежная работа независимо от времен года и погодных условий
7. Экологическая безопасность устанавливаемого оборудования

Но главным требованием является бесперебойность и устойчивость электропитания всех энергопотребителей и электрооборудования, составляющего систему жизнеобеспечения вашего жилища.

Монтажу независимой системы должен предшествовать этап создания проекта электрики с предварительными расчетами всех необходимых параметров.

Более подробно о требуемых характеристиках можно прочесть в ПУЭ, а так же других действующих нормативах, регламентирующих данную область деятельности.

Плюсы и минусы автономного электроснабжения

Современные достижения науки и техники позволяют применять в автономных схемах электроснабжения самые разнообразные энергоресурсы и способы преобразования энергии. Все они имеют, как свои преимущества, так и недостатки.

Плюсы независимых энергосистем

• Возможность организации полноценного энергоснабжения коттеджа в удаленных и малонаселенных пунктах с отсутствием доступа к централизованной подаче электроэнергии
• Отсутствие необходимости платить за услуги поставки электричества и соблюдать социальные нормы потребления энергии
• Независимость качества и бесперебойности электрики от внешних факторов и энергопоставляющих компаний
• Отсутствие риска выхода из строя бытового электрооборудования из-за внезапных скачков напряжения (при правильных предварительных расчетах и соблюдении эксплуатационных норм для используемых систем)
• Возможность получения дополнительного дохода от продажи излишков электроэнергии государственным структурам в рамках одной из действующих экспериментальных программ

Минусы:

• Оборудование независимых систем электропитания является дорогостоящим
• Независимое энергоснабжение имеет длительный срок самоокупаемости
• Все расходы на ремонт и обслуживание ложатся на плечи домовладельца
• Необходимость самостоятельного регулярного ухода и обслуживания установленного оборудования

Виды и выбор источников энергии

Проблема выбора того или иного вида независимого электроснабжения для загородного коттеджа сводится к поиску доступного и недорогого источника энергии. К таковым относятся топливные электрогенераторы, работающие на бензине, солярке, других нефтепроизводных и природном газе.

Наиболее дешевым топливом считается природный газ. Но, чтобы такая энергосистема работала бесперебойно, необходимо наличие газификации.

Генераторы, использующие дизельное топливо, бензин и пр., потребуют наличия специальной емкости для хранения горючих жидкостей с необходимостью регулярного пополнения их запасов.

Среди автономных систем, преобразующих общедоступные природные виды бесплатной энергии, наибольшее распространение сегодня получили:

• Полупроводниковые панели, преобразующие солнечную энергию в электрическую – солнечные батареи
• Ветровые генераторы, вращаемые энергией ветра
• Небольшие гидроэлектростанции

Выбирая тот или иной вид электроснабжения для своего коттеджа, необходимо учесть все его технические характеристики, плюсы и минусы, имеющиеся потребности в электроэнергии, а также экономическую составляющую вопроса.

Далее рассмотрим более подробно каждую из перечисленных независимых энергетических систем в плане использования их на практике.

Готовые решения – какие бывают?

В настоящее время промышленность предлагает множество вариантов по организации независимого электроснабжения частных домов. В зависимости от поставленных целей, а так же имеющегося бюджета, Вы можете выбрать для себя одно из них. А предоставленная ниже информация поможет сориентироваться в достоинствах и недостатках каждого из вариантов и определиться с выбором.

Генераторы, работающие на жидком горючем

Это наиболее распространенные виды электрогенерирующих установок. Они позволяют быстро организовать независимое снабжение электричества Вашего коттеджа и участка, обладают для этого достаточной мощностью и надежностью.

Главным преимуществом жидкотопливных генераторов является их независимость от внешних погодных и других условий. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, бензина и других нефтепроизводных, данные системы получили распространение только в качестве резервных, используемых при отключении централизованной подачи электроэнергии. Мало кто может себе позволить сжигать от 0,25 до 1 литра топлива в час круглосуточно и ежедневно. Да и требующееся регулярное техническое обслуживание подобных агрегатов обходится недешево.

Еще один недостаток жидкотопливных энергетических установок – это высокий уровень шумов и повышенные требования безопасности. По этим причинам под дизельный или бензиновый генератор приходится оборудовать отдельное помещение, включая установку отдельной емкости для хранения запасов топлива.

Газовые электрогенераторы

Еще один вариант, с помощью которого можно реализовать автономное электроснабжение загородного дома – готовые решения с использованием оборудования, работающего на природном газе. Данные установки считаются экономически более выгодными в сравнении с жидкотопливными генераторами.

Однако их монтаж требует большого количества разрешительной документации, а так же профессиональных монтажных работ, выполняемых специалистами газовой компании. Также, при выборе данного варианта необходимо заказать проекта установки и последующего его согласование со всеми заинтересованными инстанциями.

Солнечные батареи состоят из множества полупроводниковых элементов, в которых происходит преобразование световой энергии солнца в электричество.

Солнечная домашняя электростанция не требует никакого дополнительного топлива. А расходной частью при ее обустройстве является лишь стоимость закупаемого оборудования (солнечные панели, аккумуляторные батареи, инверторы, контроллеры, прочая аппаратура и материалы).

Эксплуатационное обслуживание солнечных батарей заключается в их правильной ориентации относительно солнца, а так же в регулярном протирании панелей от пыли, грязи, посторонних предметов, включая уборку снега в зимний период. Впрочем, установка панелей под определенным углом (около 70° относительно поверхности), препятствует скоплению на них снежных масс.

Возможность круглосуточного использования солнечной энергии обеспечивают накапливающие ее в течение дня аккумуляторы. При этом солнечная электростанция абсолютно бесшумна и экологически безвредна.

Заявленная производителем мощность солнечных батарей сохраняется в течение первых 20-25 лет эксплуатации. Затем уровень вырабатываемой электроэнергии снижается примерно на 20% и сохраняется в течение следующих 20 лет.

Облачность и другие погодные условия незначительно снижают производительность такого энергогенерирующего комплекса. Серьезно повлиять на эффективность солнечных панелей может только искусственная затененность и неправильное расположение их относительно солнца. Как правило, батареи должны «смотреть» на юг своей лицевой частью, где и расположены полупроводниковые элементы.

При размещении солнечных батарей на крыше коттеджа стоит позаботиться о дополнительном креплении кровли. Панели имеют немалый вес, что может пагубно сказаться на прочности не усиленных несущих конструкций.

Мощность солнечной электростанции можно наращивать в широких пределах, добавляя дополнительные панели и аккумуляторные банки, в зависимости от имеющихся энергетических потребностей.

Ветровые генераторы

Еще один источник альтернативной энергии – ветрогенератор. Он позволяет организовать экологически чистое автономное электроснабжение частного коттеджа за счет бесплатной энергии ветра.

Технически устройство представляет собой турбину, вращаемую атмосферными воздушными потоками. Ветряки располагают обычно на крышах зданий, а так же на стойках, мачтах и башнях высотой более 3 м.

В подобных генераторах происходит преобразование кинетической энергии вихревых воздушных потоков в механическую энергию вращающегося ротора, который и вырабатывает электричество для бытовых целей.

Чтобы определить целесообразность монтажа ветровой установки и ее будущую эффективность, необходимо тщательно изучить статистические данные метеослужб о силе и направлении ветров в районе проживания. Это надо сделать хотя бы за последние пару десятков лет. Подобную информацию можно почерпнуть в интернете, на сайтах погодной тематики.

Оптимальным условием для полноценной работы ветрового электрогенератора считается наличие постоянных ветров со скоростью 14 км/ч и более. Иначе, дорогостоящий агрегат просто не будет справляться со своими функциями, и вырабатывать достаточно электроэнергии для нужд вашего жилища.

К дополнительным достоинствам ветровых электрогенераторов можно отнести высокую надежность, отсутствие вредных выбросов и отходов, загрязняющих атмосферу и окружающую среду.

Бытовые гидроэлектростанции

Использование бесплатной энергии воды в целях вырабатывания электрической энергии требует наличия вблизи коттеджа естественного водоема. Системы переработки гидроэнергии в электрическую обладают высоким КПД, отличными показателями безопасности и экологичности.

Современные гидравлические турбогенераторы имеют высокую степень автоматизации и обеспечивают надлежащее качество вырабатываемой электроэнергии – стабильные показатели по частоте и напряжению.

Установка подобного агрегата в личных целях требует наличия проекта, согласованного с ведомством, управляющим водными ресурсами данной местности, а также иной разрешительной документации.

Как сделать автономную электростанцию своими руками

Полноценную систему независимого электроснабжения коттеджа можно сегодня собрать самостоятельно. Для этого необходимо обладать определенным опытом, техническими навыками, а так же знаниями о составе и принципе действия независимых энергетических комплексов.

В состав любой альтернативной схемы снабжения коттеджа электроэнергией входят следующие компоненты:

1. Исходный источник электрической энергии – топливный генератор или один из альтернативных источников, описанных выше (солнечные батареи, ветровая или гидравлическая турбина)
2. Блок заряда аккумуляторов, преобразующий параметры электроэнергии от первичного источника для передачи и накопления ее в аккумуляторных батареях
3. Накапливающие электроэнергию аккумуляторные батареи
4. Инверторное устройство, преобразующее напряжение аккумуляторов до необходимых параметров бытовой электросети (220 В, 50 Гц)
5. Кабели и провода электропроводки, выключатели, автоматы, розетки, распределительные щитки и т.д.

Подобрать и приобрести необходимые составляющие не составит труда. Все упирается лишь в финансовые возможности и существующие потребности в электроэнергии.

Эффективность будущей энергосистемы будет зависеть от правильности первоначальных расчетов, качества подобранного электрооборудования и ваших умелых действия как монтажника.

Поскольку стоимость большей части необходимых устройств довольно велика, если Вы не уверены в своих навыках и умениях, лучше обратиться за советом и помощью в монтаже к профессионалам. Только так Вы получите гарантию эффективности и окупаемости своей независимой системы энергоснабжения.

Если Вы уже являетесь счастливым обладателем загородного жилья, или только планируете строительство, то Вам, наверняка, уже приходилось задумываться над вопросами обеспечения Вашего дома электроэнергией

Решение поставленной задачи является просто необходимым для современного человека, привыкшего пользоваться всевозможными благами цивилизации. Отказаться от них сегодня уже невозможно. Практически всё, начиная от простой лампочки, и заканчивая разнообразными крупными и мелкими бытовыми приборами, в том числе электроинструмента — требует электропитания.

Что касается самостоятельного получения электроэнергии, то для этих целей сегодня уже созданы и производятся технические устройства, способные преобразовывать бесплатную энергию природной среды для удовлетворения наших основных потребностей в электричестве.

К таким (альтернативным) источникам энергии, в первую очередь, относятся солнечные батареи и ветрогенераторы. Солнечные батареи (фотоэлектрические модули) вырабатывают электрический ток, преобразовывая в него энергию фотонов солнечного излучения. Ветряные электростанции, за счёт вращения лопастей ветрогенератора, преобразуют в электрический ток механическую энергию ветра.

Оба эти способа получения электроэнергии являются на сегодняшний день наиболее экологически безопасными для окружающей среды Они актуальны в связи с тем, что качество и продолжительность жизни человека напрямую зависят от экосистемы, в которой он обитает. И чистота окружающего воздуха здесь имеет немаловажное значение.

Если вы внимательно ознакомитесь с недостатками централизованных сетей для электроснабжения частных домов, то поймёте, почему генерация своей собственной электроэнергии станет для Вас наиболее разумным решением в большинстве случаев.

Применительно к Московской области, самый дешёвый вариант подключения к централизованной ЛЭП составит по стоимости примерно 50 000 руб за 1 киловатт (1 кВт) установленной мощности, при условии, что ближайшие соседи уже подключены. Это самый простой вариант решения проблемы, но он возможен только при идеальных условиях.

Слишком часто бывает так, что мощность ближайшей подстанции не позволяет обеспечить всех желающих электроэнергией, и Вам могут либо совсем отказать в подключении, либо установить ограничение по подключаемой мощности. Это связано с тем, что степень изношенности многих подстанций сегодня высока, а аппетиты городов и посёлков постоянно увеличиваются в связи со строительством новых зданий, частных домов, вводом в эксплуатацию различных объектов.

Назовём теперь дополнительные затраты на подключения к централизованным сетям, если сам посёлок ещё не подключен к ЛЭП.

• Потребуется прокладка ЛЭП непосредственно к посёлку. Стоимость составит примерно от 300 000 руб до 600 000 руб за 1 километр. На самом деле, в большинстве случаев необходима прокладка высоковольтной линии и установка дополнительных подстанций и разводящих столбов – здесь стоимость будет уже выше.
• Может потребоваться создание просек для линий электропередач (вырубка леса) — это ещё одна статья расходов и согласований.
• Нужно будет оплатить проект, налоги, разрешения и экспертизы различных контролирующих организаций.

Чтобы максимально снизить свои личные расходы, нужно будет собрать средства со всех желающих подключиться вместе с Вами, на что может уйти немало времени. В конечном итоге процесс подключения к сетям централизованного электроснабжения может затянуться на несколько лет!

Судя по нашему опыту и информации из различных источников, средняя примерная стоимость централизованного подключения неэлектрифицированного загородного посёлка к вновь построенной ЛЭП сегодня составляет в среднем от 500 000 до 700 000 рублей на каждый участок.

Помимо высокой стоимости подключения, нужно учитывать и ваши риски. На нашей памяти были случаи, когда владельцев уже давно подключенных домов или дач просто отключали от электросетей. Несмотря на то, что это пока ещё относительно редкое явление, тем не менее, причин для этого может возникнуть предостаточно.

Ещё нужно помнить о том, что стоимость электроэнергии с каждым годом стабильно повышается. А вступление нашей страны в ВТО может обернуться настоящей катастрофой для частных домовладельцев. Поднятие цены за каждый киловатт-час электроэнергии до европейского уровня не исключено…

Об особенностях автономных систем электроснабжения

Рассмотрим основные особенности и преимущества систем автономного электроснабжения.

• Вы можете в течение нескольких дней получить полностью готовую к эксплуатации, свою собственную систему электроснабжения
• Вы обретаете финансовую независимость от энергетических компаний-монополистов, и дополнительную стратегическую безопасность.
• Вам больше не причинят неудобства внезапные отключения электричества и длительные перебои с электроснабжением, вызванные обрывом проводов из-за снегопадов, «ледяных дождей», падения деревьев, или сильного ветра.
• Вы «получаете электроэнергию» на много лет вперёд, покупая ТОЛЬКО оборудование.
• Вы можете по максимуму использовать бытовые приборы, рассчитанные на 12В напряжение, уменьшив вредное излучение проводки переменного тока, которая присутствует в каждом обычном доме.
• Также стоит помнить о том, что наши системы являются экологически чистыми.

Выбирая систему автономного электроснабжения, Вы можете достаточно точно рассчитать свои расходы, обеспечив работу наиболее необходимых Вам бытовых приборов, освещения, электроинструмента.

У Вас появляется возможность самостоятельного выбора компонентов, из которых будет состоять автономная и экологически чистая электростанция. В будущем возможно увеличение мощности системы по мере роста энергопотребления Вашего дома!

Расчёт системы солнечного электроснабжения

Если Вы решили обеспечить себя автономным электричеством, осознав все достоинства автономных систем электроснабжения, то внимательно ознакомьтесь с фундаментальными принципами правильного подбора комплектующих для Вашей солнечной, или ветро-солнечной системы электроснабжения.

Сначала следует подсчитать расход электроэнергии в течение суток, который традиционно выражается в киловатт-часах, учитывая сезон эксплуатации системы.

Расчёт нужно производить с учётом того, является ли Ваш дом просто «дачей» для летнего проживания или же вы планируете в нём жить круглогодично. Нужно учитывать, что в зимнее и летнее время расход энергии будет существенно отличаться за счёт сезонного характера использования различных бытовых электропотребителей.

Если у вас установлена система отопления, не являющаяся классической русской печью, то расход электроэнергии в отопительный сезон у вас будет гораздо выше, вследствие необходимости питать насосы системы водяного отопления (или вентиляторы в системе воздушного отопления) совместно с автоматикой котла. Помимо этого, в зимнее время потребуется более продолжительная работа домашних осветительных приборов.

Необходимые параметры для расчёта

При расчёте энергопотребления в сутки следует просуммировать среднее энергопотребление в сутки всеми электроприборами в Вашем доме. Таким образом, мы получим первый необходимый параметр для расчёта нашей автономной энергосистемы, выражаемый в киловатт-часах (кВт*ч). Это как раз та энергия, которую должен вырабатывать наш источник (солнечные батареи) в течение суток для удовлетворения наших ежедневных потребностей в «количестве» электроэнергии. Здесь следует также учесть и потери при заряде/разряде системы накопления энергии – аккумуляторных свинцовых батарей.

Для дальнейших расчётов нам понадобится величина максимальной мгновенной потребляемой мощности электроприборами, которые в определённый момент времени могут быть включены одновременно в Вашем доме. Этот величина выражается в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). 1 кВт = 1000 Вт. Здесь следует также учитывать, что в момент включения некоторых бытовых приборов, например, недорогого насоса, расход энергии становится в несколько раз больше заявленного производителем, за счёт высоких пусковых токов, возникающих в обмотках электромотора. В современных бытовых приборах, оснащённых устройством «плавного пуска» такая проблема отсутствует.

Располагая двумя параметрами – количеством среднесуточной потребляемой электроэнергии и значением величины пиковой необходимой мощности, мы можем определить, какое оборудование должно присутствовать в системе электроснабжения для покрытия наших потребностей.

Солнечные батареи

Главным источником экологически безопасного электричества в нашей системе будут солнечные фотоэлектрические батареи (солнечные модули). Для стационарных систем наиболее правильно выбирать солнечные модули в металлической рамке. Их внешняя сторона защищена текстурированным закалённым стеклом, увеличивающим количество поглощаемого солнечного света. Надёжная, достаточно прочная и герметичная конструкция позволяет эксплуатировать такие солнечные модули при любых погодных условиях, круглогодично, в течение многих лет.

Наиболее долговечными являются солнечные батареи на основе монокристаллического кремния. Особые свойства монокристаллов позволяют рассчитывать на срок службы более 20-30 лет без существенного снижения количества вырабатываемой электроэнергии.

Солнечные батареи должны вырабатывать каждый день среднее, ежесуточно потребляемое количество электроэнергии, плюс 20-30% на потери энергии при заряде/разряде аккумуляторной системы.

Контроллер заряда

Для эффективного и «правильного» заряда аккумуляторов от солнечных батарей применяются контроллеры заряда. Контроллер с функцией MPPT, в отличие от более простого PWM контроллера (ШИМ), позволяет повысить выработку электроэнергии солнечным модулем до 30% при определённых погодных условиях. Но, учитывая разницу в цене между этими разновидностями контроллеров (MPPT стоит дороже), для электростанции с солнечным модулем небольшой мощности целесообразнее потратить те же деньги на покупку более мощного солнечного модуля. Экономический эффект в этом случае окажется выше.

Контроллер с функцией MPPT рекомендуется использовать для солнечных модулей мощностью свыше 200 Вт, а также, если Вы планируете в будущем нарастить мощность массива солнечных батарей, предполагая добиться увеличения максимальной вырабатываемой мощности свыше 200 Вт за счёт покупки дополнительных солнечных модулей.

Солнечные батареи и электростанции

Компания EcoNRJ предлагает проектирование и продажу систем автономной электрификации зданий и сооружений. В ассортименте товаров представлены солнечные батареи и электростанции разной мощности, а также аксессуары для их применения.

Постоянный рост тарифов на энергоносители заставляет россиян искать альтернативные источники энергоснабжения. В этом случае на помощь приходит абсолютно бесплатная, экологически чистая солнечная энергия! На сегодняшний день солнечные панели используют в качестве основного или дополнительного источника энергообеспечения.

Что представляют собой солнечные панели?

Функционирование данных устройств происходит за счет модулей фотоэлектрических преобразователей. Они способны трансформировать энергию солнечных лучей в тепло и электричество. Полученный ток можно использовать для обогрева и освещения объекта, работы токопотребляющего оборудования. Также при помощи солнечного электричества можно заряжать АКБ и использовать их для разных нужд.

КПД солнечных панелей и их стоимость зависят от типа фотоэлементов. Они бывают кристаллическими и тонкопленочными. Эффективнее всего преобразование солнечной энергии ведут монокристаллические модули. Солнечные батареи, оснащенные такими элементами, имеют КПД 15-18%, что является самым высоким показателем в солнечной индустрии.

Солнечная батарея для дома: доступная цена и универсальность применения

Домашние солнечные фотоэлектростанции используют для освещения, подогрева воды, работы электроприборов и других целей. Панели обычно крепят на крышах и фасадах домов, а также устройство можно установить на авто.

Цена солнечных батарей для дома полностью себя оправдывает. Посредством такой инвестиции вы получаете источник бесплатного электричества, который прослужит вам долгие годы. Благодаря конструктивным особенностям фотоэлектрические панели не нуждаются в сложном уходе или регулярном контроле рабочего процесса. При правильном монтаже и соблюдении правил эксплуатации изделия способны прослужить несколько десятилетий.

Еще по теме Возобновляемые источники энергии

Николай Ясаков, г. Новороссийск, [email protected]

Об авторе: инженер-энергетик, 15 лет проработал на промпредприятиях: в энергослужбах (последние годы в должности гл. энергетика), затем — начальник производственного отдела, гл. механик, гл. инженер, а потом на конструкторской работе — ведущий конструктор, руководитель конструкторского подразделения по механизации и автоматизации производства и новой технике, в завершении — гл. конструктор научно-исследовательского и проектного института. Имеет два десятка изобретений в области энергетики и экологии.

В статье показан вариант решения задачи комплексного энергоснабжения «малых» объектов от возобновляемых источников энергии с помощью единой энергоустановки – микро-ТЭЦ, работающей по гибридной схеме от ВИЭ.

С появлением новых разработок можно показать пример энергоснабжения «малых» объектов с помощью единой энергоустановки – микро-ТЭЦ, работающей по гибридной схеме от возобновляемых энергоисточников.

Такая энергоустановка, несмотря на свои малые размеры и мощность преобразуемой энергии, вполне способна обеспечить усадебный дом, дачу, небольшой туристический лагерь, другие подобные объекты и электричеством, и теплом, и горячей водой, и даже подогретым воздухом для сушки материалов и всяких выращенных или собранных плодов, ягод, фруктов, грибов и трав.

Конструкция микро-ТЭЦ подробно описана в публикации изобретения (патент РФ № 2608448, 2017 г.). Она представляет собой единый модуль, все компоненты которого могут быть изготовлены в заводских условиях, что позволит освоить их массовое производство и облегчить монтаж на месте их установки. В таком варианте она представлена на рис. 1.

Корпус теплоаккумулятора 1 является одновременно основанием и ветротепловой установки (ВТУ) 2 и солнечного коллектора-нагревателя (СКН) 3. Панели СКН расположены на освещаемых солнцем стенках теплоаккумулятора, которые выполнены из листового металла и являются лучепоглощающей поверхностью. Они имеют со стороны облучения селективное покрытие и прозрачное теплоизолирующее ограждение. Панели могут быть оснащены расположенными над ними козырьками 4 с зеркальной нижней поверхностью, являющимися к тому же и защитой панелей от атмосферных осадков. Угол наклона козырьков должен обеспечивать максимальное дополнительное солнечное облучение панелей в зимний период.

Остальная поверхность теплоаккумулятора, кожух теплообменника турбинного агрегата, а также трубопроводы внешнего теплообменного контура имеют теплоизоляционное покрытие, например, известными органосиликатными составами «Силтэк», «Броня», «Корунд» и т.п.

Предпочтительным вариантом ВТУ в конструкции рассматриваемой микро-ТЭЦ представляется только что запатентованный в России (патент № 2623637) ветротепловой преобразователь с вертикальным валом, имеющий корпус, выполненный в форме улитки, турбину с ротором в виде усеченного конуса, оснащенным желобчатыми лопастями, а выходным каналом является раструб 5, расположенный над корпусом турбины и одновременно являющийся флюгером для ориентации ветроустановки входным конфузором 6 навстречу ветровому потоку. И конфузор, и раструб выполнены в виде жестких каркасов с легкой оболочкой.

Широкий фронт захвата потока воздуха с его сжатием и последующим закручиванием в улитке корпуса, где он одновременно воздействует на все лопасти турбины и затем удаляется через раструб (в основном – силой разрежения, создаваемого в нем обтекающим ветром), обеспечивает предельно высокий к.п.д. преобразования энергии ветра в механическую энергию.

Входной конфузор ветропреобразователя оснащен своеобразной защитой от запредельных ветровых нагрузок, при которых его боковые стенки синхронно раскрываются и переходят во флюгерное положение, но ветроустановка продолжает работу на «малом фронте» ветрового потока. В ближайшей безветренной паузе стенки под действием пружин возвращаются и фиксируются в исходном положении (см. вид сверху – на рис. 1).

Механическая энергия превращается в тепловую теплогенератором в виде осевого вентилятора с изменяющимся наклоном лопастей в зависимости от скорости ветрового потока, датчик 7 которого связан с механизмом изменения их наклона, чем и поддерживается постоянство оптимального соотношения скоростей вращения турбины и вихревого потока (примерно 1:2). При кратковременных перерывах ветра лопасти складываются в диск, нагрузка на турбине резко падает и она продолжает вращение по инерции до возобновления ветра, сокращая время на свою раскрутку.

Далее, часть тепловой энергии преобразуется в электрическую паротурбинным блоком 8 с электрическим генератором 9.

Для нормальной работы микро-ТЭЦ необходимо в верхней части внутреннего пространства теплоаккумулятора иметь температуру воздуха, значительно превышающую температуру кипения рабочей жидкости при рабочем давлении пара. И такая температура создается ветротепловой установкой и солнечным коллектором-нагревателем. При использовании чистого воздухопроницаемого теплоаккумулирующего материала предельная температура его нагрева ограничена только балансом между запасенным да поступающим теплом, создаваемым первичными преобразователями энергии, и его расходом с учётом всех теплопотерь.

При этом нагрев теплоаккумулирующего материала по всему его объёму осуществляется принудительной – от ВТУ – и естественной – от СКН – циркуляцией воздуха. Принудительная циркуляция нагревает материал, как в известной аэродинамической сушильной камере, только температура нагрева может намного превышать требуемую для испарения влаги, которой в нашем теплоаккумуляторе, конечно же, нет. А солнечные панели с их минимальными внешними теплопотерями только усилят при солнечном облучении этот нагрев. При наличии отражающих козырьков этот эффект возрастает. Такая «гибридная» система нагрева, использующая не единственный источник энергии, позволяет сократить перерывы в пополнении теплового ресурса аккумулятора, уменьшить его размеры при сохранении расчетной надежности энергоснабжения.

Итак, внутри теплоаккумулятора в пространстве с максимальной температурой нагрева воздуха указанными преобразователями расположен парогенератор (см. рис. 2), состоящий из корпуса котла 1 с оребрённой поверхностью, коническим либо сферическим днищем 2, буферной ёмкостью 3, пароперегревателем 4 в виде коаксиальной камеры между стенкой корпуса и внутренним теплоизолированным цилиндром 5, оснащенной кольцевым перепускным клапаном 6 (например, из кремнийорганического полимера). Котел оснащен внешней теплоизолированной оболочкой 7 с рядом входных отверстий в её верхней части и вентилятором 8 внизу. Над парогенератором (это уже вне теплоаккумулятора) расположен турбинный агрегат 9. Паровая турбина 10 оснащена датчиком 11 передаваемого крутящего момента (с конструкцией, например, сходной с известной предохранительной пружинно-кулачковой муфтой осевого типа) Он кинематически связан с золотниковым устройством 12 в виде поворотного кольца с отверстиями и соосными с ними сопловыми элементами 13. Днище турбинного отсека также имеет коническую форму с кольцевым углублением в центральной части, где расположено «безнасосное» устройство возврата конденсата, сходное по конструкции с известным объёмным дозатором. Оно состоит из втулки 14 с расположенными по окружности сквозными полостями и плотно прилегающими к ней торцевыми дисками со смещенными по кругу – верхними относительно нижних – отверстиями (см. вид А). Сама втулка связана с турбиной понижающей передачей.

С валом турбины связан вентилятор (насос) 15 внешнего теплообменного контура.

Ввод микро-ТЭЦ в рабочий режим производится включением вентилятора. Поток горячего воздуха нагревает стенки и днище котла до кипения жидкости – в её строго определенном объёме, закрывающем только поверхность днища. Повышенным давлением образовавшегося пара часть жидкости перемещается в буферную ёмкость, сжимая в ней воздух до такого же давления. При этом уровень жидкости за её пределами понижается и изменяющаяся площадь теплопередачи от днища автоматически поддерживает этот баланс. По достижении минимального рабочего давления пара он, преодолевая силу обжима кольцевого клапана, проходит через отверстия внутреннего цилиндра в пароперегреватель и с увеличенной за счёт перегрева скоростью поступает в расположенные по кругу сопловые элементы. При этом в отсутствие нагрузки на генераторе турбина ускоренно набирает расчётные обороты. С появлением на ней возрастающей нагрузки зубчатый торец втулки отжимает венец датчика крутящего момента, который через симметрично расположенные рычажные механизмы поворачивает кольцо золотникового устройства, увеличивая подачу пара в сопловые элементы. Это (вместе с другими известными способами) обеспечивает постоянство частоты вращения турбинного вала.

При оптимальном соотношении скорости на выходе из сопловых элементов потока пара и окружной скорости лопаток турбины он, передав им свою кинетическую энергию, с остаточной скоростью попадает на внутреннюю стенку теплообменника 16, превращаясь в конденсат (см. выноску на рис. 2), который стекает по ней и далее – по конической поверхности днища корпуса турбинного агрегата – к устройству возврата конденсата. Здесь через отверстия он заполняет полости вращающейся с малой скоростью втулки, плотно закрытые в этот момент нижним диском, а в следующий момент, когда втулка повернута на некоторый угол и заполненные конденсатом полости оказывается плотно закрытыми сверху, они проходят над нижними отверстиями и конденсат стекает в котел по периметру буферной ёмкости, охлаждая её и предотвращая кипение в ней жидкости, чем поддерживается там режимное давление воздуха.

Следует сказать, что предельно короткий контур обращения рабочего тела в условиях замкнутого пространства котла и турбинного агрегата исключают его потери и, следовательно, устраняют необходимость постоянного контроля и пополнения его объема.

Теплообменник турбинного агрегата передает «сбросное» тепло для обогрева помещений. При умеренной температуре наружного воздуха он может работать в открытом контуре, обеспечивая тем самым и их усиленную вентиляцию. С похолоданием этот контур можно частично либо полностью замкнуть. А в особо холодную погоду (либо при пониженном расходе электроэнергии) можно добавлять тепло на обогрев непосредственно от теплоаккумулятора. В летнее же время можно использовать тепло от теплообменника турбинного агрегата для других нужд (сушка материалов, сельхозпродуктов, нагрев бассейна и т.п.).

Следует добавить, что с появлением новых («беспаровых») тепломеханических преобразователей (ТМП) вполне возможно их использование вместо вышеописанного паротурбинного блока (притом даже и при более низких температурах в теплоаккумуляторе). В этом плане представляет интерес более совершенный компактный ТМП с жидкостным рабочим телом по патенту RU №2613337, 2017 г. с повышенным (по крайней мере – на порядок) к.п.д., чем у рассмотренного в вышеупомянутой статье ТМП (патент RU №2442906, 2012 г.).

И уж самый последний вариант ТМП – только что опубликованный «Русский двигатель», (патент РФ № 2623728), отличающийся тем, что его ротор выполнен в виде цилиндрического биметаллического барабана, посаженного на упругую втулку с теплообменными каналами, примыкающими к золотниковому устройству, при этом барабан оснащен контактирующими с его поверхностью роликами. Он компактен, способен работать в режиме когенерации, имеет, как и его аналоги, систему рекуперации тепловой энергии.

Оба ТМП бесшумны, безопасны и практически не требуют никакого обслуживания.