Результат интеллектуальной деятельности: Система автономного энергосбережения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа

Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием газификации на основе сжиженного природного газа (СПГ).

Изобретение относится к области автономной энергетики, в частности к системам энергоснабжения удаленных от централизованных источников энергии военных объектов и населенных пунктов с использованием газификации на основе сжиженного природного газа (СПГ).

Известна автономная система энергоснабжения отдельных объектов, удаленных от централизованной электрической сети линий электропередачи, включающая электрохимический генератор (ЭХГ) на основе топливных элементов с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), блок аккумуляторных батарей, электролизер с ТПЭ, и водородный и кислородный баллоны, соединенные посредством трубопровода и клапанов с соответствующими газовыми полостями ТЭ и электролизера (Патент РФ на полезную модель №136643, опубл. от 10.01.2014, Бюл. №1).

Недостатком данной системы является ограниченная область ее использования, связанная с потребностью для работы чистых и дорогостоящих компонентов топлива - водорода и кислорода, а также сложность ее конструкции и технологии эксплуатации, невысокую надежность и ограниченным ресурсом работы ЭХГ.

Известна котельная установка автономной (децентрализованной) системы теплоснабжения, содержащая водогрейный котел с горелкой, к которой подключен газопровод природного газа, подключенные к котлу трубопроводы нагретой и обратной воды, местные системы отопления и горячего водоснабжения, подключенные к трубопроводам нагретой и обратной воды, подключенный к трубопроводу обратной воды трубопровод подпиточной воды (Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21). Недостатком является необходимость сетевого трубопроводного природного газа и невозможность одновременной выработки тепловой и электрической энергии для удаленных от централизованных источников энергии военных объектов и населенных пунктов

Известны военные объекты с автономной системой энергоснабжения, независящей от централизованных источников энергии, направленной на снижение материальных и энергетических затрат на организацию эксплуатации военного объекта по хранению различных видов военной техники, при этом автономная система энергоснабжения состоит из источника электрической энергии и блока аккумуляторных батарей (Патент РФ №2654894, опубл. от 23.05.2018, Бюл. №15). Хранение вооружения и военной техники является одним из важнейших элементов их эксплуатации и требует значительных затрат на электроэнергию, обеспечивающих требуемые правила и условия хранения.

Недостатком предлагаемой автономной системы энергоснабжения военного объекта является использования нетрадиционной энергетики на основе солнечной энергии, что не гарантирует постоянное производство электрической и тепловой энергии, особенно в осенне-зимний период и дождливой погоды.

Известно об экономической эффективности применения сжиженного природного газа в системах автономного энергоснабжения удаленных населенных пунктов (Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. //НефтьГазпромышленность, №3, 2007, - С. 44-47).

Известна система автономного энергоснабжения удаленных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа, включающая связанные между собой теплоизолированное криогенного хранилища сжиженного природного газа с погружным криогенным насосом, испаритель сжиженного природного газа, газовый двигатель с электрогенератором, котельную станцию и газовый коллектор, из которого одна часть газа направляется в газовый двигатель для производства электроэнергии, а вторая часть испарившегося сжиженного природного газа направляется в котельную станцию, связанной тепловой сеть с насосом с потребителями тепловой энергии, для сжигания природного газа в котельной станции и выработки тепловой энергии (Патент РФ №2570952, опубл. от 20.12.2015, Бюл. №35).

Недостатками данного технического решения является наличие дорогостоящего погружного криогенного насоса, помещенного внутри хранилища сжиженного природного газа, испарение сжиженного природного газа в испарителе за счет теплообмена с отработанными газами газового двигателя через теплообменную поверхность испарителя, что приводит к прямой зависимости работы котельной станции от газового двигателя. Сложность изготовления и обслуживания испарителя сжиженного природного газа с теплообменом от отработанных газов двигателя, необходимость наличия высококвалифицированных специалистов для обслуживания криогенного хранилища сжиженного природного газа с погружным криогенным насосом, и невозможность работы котельной станции при неработающим газовым двигателе ограничивает применение данного технического решения для удаленных военных объектов и населенных пунктов.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения заключается в упрощении конструктивного исполнения криогенного оборудования, повышении надежности и эффективности обслуживания автономной системы энергоснабжения, а также возможности независимой работы друг от друга газового двигателя и котельной станции.

Для достижения этого технического результата система автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа, включающая связанные между собой теплоизолированное криогенное хранилища сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа, газовый двигатель с электрогенератором, котельную станцию и газовый коллектор, из которого одна часть газа направляется по газопроводу в газовый двигатель для производства электроэнергии, а вторая часть испарившегося сжиженного природного газа направляется по газопроводу в котельную станцию, связанной тепловой сеть с насосом с потребителями тепловой энергии, для сжигания природного газа в котельной станции и выработки тепловой энергии, снабжена заглубленной камерой, заполненной инертным газом, в которой расположены испаритель сжиженного природного газа и теплообменник с электрическим нагревом, а также блоком аккумуляторных батарей, при этом газовый коллектор связан с теплоизолированным криогенным хранилище сжиженного природного газа линией наддува с обратным клапаном, электрогенератор газового двигателя связан электросетью через блок аккумуляторных батарей с теплообменником с электрическим нагревом, а в качестве потребителей тепловой и электрической являются удаленные военные объекты или населенные пункты.

Введение в состав системы автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа, заглубленной камерой, заполненной инертным газом, в которой расположены испаритель сжиженного природного газа и теплообменник с электрическим нагревом, блока аккумуляторных батарей, линии наддува с обратным клапаном, соединяющим газовый коллектор газовой полостью хранилища сжиженного природного газа линией наддува с обратным клапаном, электросети, соединяющей через блок аккумуляторных батарей электрогенератор газового двигателя и теплообменник с электрическим нагревом, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности упрощения конструктивного исполнения криогенного оборудования за счет исключения погружного криогенного насоса, помещенного внутри хранилища сжиженного природного газа, и применения вместо него для подачи сжиженного природного газа в испаритель линии наддува, соединяющей газовый коллектор с газовой полостью хранилища СПГ, повышении надежности и эффективности обслуживания автономной системы энергоснабжения за счет применения электрической энергии, вместо тепловой, для испарения СПГ путем размещения испарителя сжиженного природного газа и теплообменника с электрическим нагревом в заглубленной камере, заполненной инертным газом, что исключает взрывы при разгерметизации испарителя, а также возможность независимой работы друг от друга газового двигателя и котельной станции зачет применения блока аккумуляторных батарей, через который электрогенератор газового двигателя связан электросетью с теплообменником с электрическим нагревом, что обеспечивает накопление энергии в блоке аккумуляторных батарей электрической энергии и процесс постоянного испарения СПГ в испарителе, даже при неработающем газовым двигателем.

Совокупность вышеперечисленных свойств вводимых отличительных признаков формулы изобретения обеспечивает отсутствие необходимости наличия высококвалифицированных специалистов для обслуживания криогенного оборудования и возможности применение данного технического решения для удаленных военных объектов и населенных пунктов.

На фиг. 1 изображена система автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа.

Система автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа, включает в себя связанные между собой теплоизолированное криогенное хранилища сжиженного природного газа 1, испаритель сжиженного природного газа 2, газовый двигатель 3 с электрогенератором 4, котельную станцию 5 и газовый коллектор 6, из которого одна часть газа направляется по газопроводу 7 в газовый двигатель 3 для производства электроэнергии, а вторая часть испарившегося сжиженного природного газа направляется по газопроводу 8 в котельную станцию 5, связанной тепловой сеть 9 с насосом 10 с потребителями тепловой энергии 11 (например, удаленными военными объектами) для сжигания природного газа в котельной станции и выработки тепловой энергии, заглубленную камеру 12, заполненную инертным газом (например, азотом), в которой расположены испаритель сжиженного природного газа 5 и теплообменник с электрическим нагревом 13, а также блок аккумуляторных батарей 14, при этом газовый коллектор 6 связан с газовой полостью хранилища сжиженного природного газа 1 линией наддува 15 с обратным клапаном 16, электрогенератор 4 газового двигателя 3 связан электросетью 17 через блок аккумуляторных батарей 14 с теплообменником с электрическим нагревом 13.

Система автономного энергоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием сжиженного природного газа функционирует следующим образом.

Теплоизолированное криогенное хранилища сжиженного природного газа 1 заполняется сжиженным природным газом от внешнего источника, например, автомобиля-метановоза (на рис. не показан).

Из криогенного хранилища СПГ 1 сжиженный природный газ поступает в испаритель сжиженного природного газа 2, расположенный в заглубленной камере 12, заполненной инертным газом, самотеком за счет давления в газовой полости хранилища 1 и разницы высот расположения хранилища 1 и испарителя 2. В испарителе 2 сжиженный природный газ испаряется за счет теплообмена с инертным газом, который подогревается от теплообменника с электрическим нагревом 13, также расположенного в заглубленной камере 12.

Из испарителя СПГ 2 газообразный природный газ поступает в газовый коллектор 6, из которого одна часть газа направляется по газопроводу 7 в газовый двигатель 3 для производства электроэнергии, а вторая часть испарившегося сжиженного природного газа направляется по газопроводу 8 в котельную станцию 5, связанной тепловой сеть 9 с насосом 10 с потребителями тепловой энергии 11 (например, удаленными военными объектами) для сжигания природного газа в котельной станции и выработки тепловой энергии.

Работа газового двигателя 3 приводит к производству электроэнергии в электрогенераторе 4, расположенным на одном валу с двигателем 3. Основная часть электроэнергии поступает к потребителям 11, а небольшая часть электроэнергии от электрогенератора 4 идет на подзарядку блока аккумуляторных батарей 14, который связан электросетью 17 с теплообменником с электрическим нагревом 13.

Для поддержания постоянного давлений в газовой полости криогенного хранилища СПГ 1 газовый коллектор 6 связан с газовой полостью хранилища сжиженного природного газа 1 линией наддува 15 с обратным клапаном 16, что позволяет при снижении давления в газовой полости криогенного хранилища СПГ 1, за счет уменьшения количества СПГ в хранилище СПГ 1 при эксплуатации предлагаемой автономной системы энергоснабжения, перепускать часть газообразного природного газа из газового коллектора 6 в газовую полость криогенного хранилища СПГ 1.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявочных документов:

1. Патент РФ на полезную модель №136643, опубл. от 10.01.2014, Бюл. №1.

2. Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21.

3. Патент РФ №2654894, опубл. от 23.05.2018, Бюл. №15.

4. Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. //НефтьГазпромышленность, №3, 2007, - С. 44-47.

5. Патент РФ №2570952, опубл. от 20.12.2015, Бюл. №35 - прототип.