NL8005063A - Wind energy installation for dwelling house - utilises windmill which generates electric power which is used to supply hot water to house via steam boiler and heat exchanger - Google Patents

Abstract

This installation is intended to provide all or part of the heating requirements for a dwelling house by harnessing free wind energy. The windmill sails (2) are mounted on an axis (3) which drives an electric generator (4). The current produced by the generator is fed to resistive heating elements (8) in a low pressure, e.g. 10 Atmospheres, steam boiler (7). The steam is fed to a heat exchanger (10) in the house (1) which provides hot water for washing etc., and to run the central heating installation. Valves and pumps (12,13) are used to control the temperature of the heat exchanger. The boiler may be installed in the garden or under the house floor. Alternative versions include a system where power is shared in a neighbourhood, a system where wind energy is supplemented by mains electricity and a system which includes water softening equipment to prevent scaling of the boiler.

Description

vo 0919 - 1 -Reg 0919 - 1 -

Stelsel voor het opwekken, opslaan en distribueren van energie.System for generating, storing and distributing energy.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het opwekken, opslaan en aan tenminste een gebruiker toevoeren van energie.The invention relates to a system for generating, storing and supplying energy to at least one user.

Door het schaarser worden van de traditionele energieverschaf-fende produkten zoals aardolie, aardgas en hout en door de grote be-J zwaren, die vooralsnog.kleven aan een toepassing op grote schaal van kernenergie, is vooral in het laatste decennium veel onderzoek gedaan naar de mogelijke benutting van wat wel genoemd wordt natuurlijke energiebronnen. Dit zijn bij voorbeeld de wind, de zon, de getijde-verschillen.Due to the scarcity of traditional energy-supplying products such as petroleum, natural gas and wood and the large drawbacks, which for the time being are adhering to a large-scale application of nuclear energy, much research has been carried out, especially in the last decade. possible use of what is called natural energy sources. These are, for example, the wind, the sun, the tidal differences.

1Q Een probleem bij het winnen van energie uit dergelijke natuurlijke bronnen is de opslag van de gewonnen energie. In het geval, dat bij voorbeeld met behulp van een windmolen en een generator elektrische energie wordt opgewekt, kan deze elektrische energie in feite alleen maar worden opgeslagen in accu's, wanneer vraag en aanbod van T5 elektrische energie niet samenvallen. Aan deze wijze van opslag kleven vele bekende bezwaren.1Q A problem in recovering energy from such natural sources is the storage of the energy extracted. In the case where, for example, electric energy is generated with the aid of a windmill and a generator, this electric energy can in fact only be stored in batteries if supply and demand of T5 electric energy do not coincide. This storage method has many known drawbacks.

Het is ook mogelijk om op de beschreven wijze gewonnen elektrische energie toe te voeren aan het openbare elektriciteitsnet. Hiervoor zijn reeds installaties ontworpen. Dergelijke installaties 20 dienen echter elektrische energie van een hoge kwaliteit te leveren aangezien de elektriciteitsbedrijven slechts elektrische energie met een tussen zeer nauwe grenzen liggende frekwentie en spanning kunnen gebruiken. Dit heeft tot gevolg, dat installaties, die uit natuurlijke bronnen energie winnen, slechts op die tijdstippen, dat de omstandig-25 heden optimaal zijn, bij voorbeeld indien de windsnelheid een bepaalde waarde bereikt in het geval van energie-opwekking middels een windmolen, daadwerkelijk energie van de vereiste hoge kwaliteit leveren.It is also possible to supply recovered electrical energy to the public electricity grid in the manner described. Installations have already been designed for this. However, such installations 20 should provide high quality electrical energy since the electricity companies can only use electrical energy with a frequency and voltage which is between very narrow limits. This has the consequence that installations that generate energy from natural sources are only effective at those times when the circumstances are optimal, for instance if the wind speed reaches a certain value in the case of energy generation by means of a windmill. provide energy of the required high quality.

De uitvinding beoogt de geschetste bezwaren te ondervangen door een stelsel beschikbaar te stellen, waarmee zowel laagwaardige als 3Q hoogwaardige, uit natuurlijke bronnen gewonnen elektrische energie kan worden omgezet in direkt bruikbare of voor distributie geschikte energie.The object of the invention is to overcome the drawbacks outlined by making available a system with which both low-grade and 3Q high-quality electrical energy obtained from natural sources can be converted into directly usable or suitable energy for distribution.

80050638005063

* V* V

.-2-.-2-

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een stelsel van de "beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat tenminste een inrichting, die natuurlijke energie omzet in elektrische energie en die via elektrische leidingen is gekoppeld met de aansluitklemmen van tenminste êén elek-5 trische stoomketel voor het vormen van stoom.To this end, according to the invention, a system of the "type described" is characterized in that at least one device which converts natural energy into electrical energy and which is coupled via electrical lines to the terminals of at least one electric steam boiler for forming steam .

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening van enkele uitvoeringsvoor-beelden.In the following, the invention will be further described with reference to the attached drawing of some exemplary embodiments.

Fig. 1 toont schematisch een eerste uitvoeringsvorm van een 10 stelsel volgens de uitvinding, welke geschikt is om een of een gering aantal huishoudens van energie te voorzien; fig. 2 toont schematische een verder uitgewerkte vorm van de uitvinding geschikt voor de energievoorziening van een groter aantal huishoudens; en 15. fig. 3 toont schematisch een variant van het stelsel van fig. 2.Fig. 1 schematically shows a first embodiment of a system according to the invention, which is suitable for supplying energy to one or a small number of households; Fig. 2 schematically shows a further elaborated form of the invention suitable for the energy supply of a larger number of households; and 15. Fig. 3 schematically shows a variant of the system of Fig. 2.

Fig.. 1 toont schematisch een woning 1 op het dak waarvan een windmolen 2 is geplaatst. De windmolen kan ook op een geschikt onderstel naast de woning zijn geplaatst.Bij voorkeur wordt een windmolen gebruikt 20 waarvan de rotor zich automatisch richt naar de heersende windrichting. Dergelijke windmolens zijn bekend.Fig. 1 schematically shows a house 1 on the roof of which a windmill 2 is placed. The windmill can also be placed on a suitable base next to the house. Preferably, a windmill is used, the rotor of which automatically adjusts to the prevailing wind direction. Such windmills are known.

De as 3 van de windmolen drijft een generator k aan, welke generator bij voorkeur een wisselstroomgenerator is. Echter ook een gelijkstroomgenerator zou kunnen worden toegepast. Voorts kan zowel een 25 draaistroomgenerator als een normale wisselstroomgenerator worden toegepast. De uitgangsklemmen 5 van de generator zijn verbonden met de aansluitklemmen 6 van een lage druk elektrische stoomketel 7· Dergelijke stoomketels zijn bekend en kunnen zijn uitgevoerd met elektroden of met één of meer weerstandselementen 8, zodat bij elektrische bekrachti-30 ging van een dergelijke stoomketel het zich daarin bevindende water wordt verhit en stoom wordt opgewekt met een druk van bij voorbeeld 10 3 atmosfeer. De inhoud van de stoomketel kan bij voorbeeld 2 m bedragen. Een dergelxjke stoomketel kan op eenvoudige wijze in de tuin van een woning of onder de vloer van een woning worden opgesteld of ingegraven.The shaft 3 of the windmill drives a generator k, which generator is preferably an alternating current generator. However, a direct current generator could also be used. Furthermore, both a three-phase generator and a normal alternating current generator can be used. The output terminals 5 of the generator are connected to the terminals 6 of a low-pressure electric steam boiler 7. Such steam boilers are known and may be constructed with electrodes or with one or more resistance elements 8, so that when such a steam boiler is electrically powered, water contained therein is heated and steam is generated at a pressure of, for example, 10 atmospheres. The volume of the steam boiler can, for example, be 2 m. Such a steam boiler can be set up or buried in a simple manner in the garden of a house or under the floor of a house.

8005063 - 3 -8005063 - 3 -

De stoomketel is via een leiding 9 verbonden met een in de woning geplaatste warmtewisselaar 10. De warmtewisselaar kan bestaan uit een geïsoleerd vat, waarin zich water bevindt en waarin de leiding 9 zich spiraalvormig voortzet. Het andere uiteinde van het spiraalvormige 5 gedeelte van de leiding 9 is via een retourleiding 11 weer gekoppeld met de stoomketel, zodat een gesloten circuit ontstaat, dat in beginsel slechts éénmaal met water behoeft te worden gevuld.The steam boiler is connected via a pipe 9 to a heat exchanger 10 placed in the house. The heat exchanger can consist of an insulated vessel in which water is located and in which the pipe 9 continues in a spiral. The other end of the spiral part of the pipe 9 is coupled via a return pipe 11 to the steam boiler, so that a closed circuit is created, which in principle only has to be filled with water.

In de leidingen 9 en 11 bevinden zich op gebruikelijke wijze een terugslagklep 12 resp. een pomp 12 om het drukverschil te kunnen 10 overwinnen, die bewerkstelligen, dat de stroming door het spiraalvormige deel in de warmtewisselaar 10 op de juiste wijze plaatsvindt.In the lines 9 and 11 there are in the usual manner a non-return valve 12 resp. a pump 12 in order to overcome the pressure difference 10, which ensures that the flow through the spiral part in the heat exchanger 10 takes place correctly.

De warmtewisselaar 10 kan op bekende wijze zijn gekoppeld met een centraal verwarmingssysteem en/of met de toevoerleiding van een warmwat ertoest el.The heat exchanger 10 can be coupled in a known manner to a central heating system and / or to the supply line of a hot water appliance.

15 Daar de door de generator k opgewekte elektrische energie wordt omgezet in warmte-energie worden aan de kwaliteit van de elektrische energie geen eisen gesteld en kan in beginsel alle opgewekte elektrische energie worden benut.Since the electrical energy generated by the generator k is converted into heat energy, no requirements are imposed on the quality of the electrical energy and in principle all electrical energy generated can be utilized.

Onder toepassing van het beschreven principe, waarbij derhalve 20 stoom als energiedrager wordt gebruikt, kan ook een openbaar energienet worden gerealiseerd, dat kan worden gekoppeld met de bestaande elektriciteitsnetten.Using the described principle, whereby steam is therefore used as an energy carrier, a public energy network can also be realized, which can be coupled to the existing electricity networks.

Een eerste mogelijkheid hiertoe is schematisch getoond in fig. 2. De lage druk stoomketels van een aantal van de in fig. 1 25 getoonde installatie voorziene woningen zijn hierbij elke via een leiding 20, voorzien van een drukregelaar 21 verbonden met een stoomketel 23 van een elektrische centrale. De via de leiding 20 aan de ketel 23 toegevoerde stoom bevat energie, die in de woning 1 niet gebruikt wordt. Deze energie wordt gebruikt om in de ketel 23 stoom te vormen met 30 een geschikte druk, welke stoom via een leiding 2b wordt toegevoerd aan een turbine 25, welke een elektrische generator 26 aandrijft.A first possibility for this is shown schematically in Fig. 2. The low-pressure steam boilers of a number of the houses provided in the installation shown in Fig. 1 are each connected here via a pipe 20, provided with a pressure regulator 21, to a steam boiler 23 of a power plant. The steam supplied via line 20 to boiler 23 contains energy which is not used in house 1. This energy is used to generate steam in the boiler 23 at a suitable pressure, which steam is supplied via a conduit 2b to a turbine 25, which drives an electric generator 26.

De generator 26 is gekoppeld met het openbare elektriciteitsnet 27. De afgewerkte stoom van de turbine wordt via een koeltoren 28 en een leiding 29 als condensaat teruggevoerd naar de ketel 23. Bij 35 voorkeur is de centrale wel voorzien van een aardgasketel 30 om zonodig - k - te kunnen bijstoken. De aardgasketel 30 en de stoomketel 23 kunnen in beginsel ook als een gecombineerde eenheid worden uitgevoerd.The generator 26 is coupled to the public electricity network 27. The waste steam from the turbine is returned to the boiler 23 as condensate via a cooling tower 28 and a line 29. Preferably, the plant is equipped with a natural gas boiler 30, if necessary. - to be able to co-fuel. The natural gas boiler 30 and the steam boiler 23 can in principle also be designed as a combined unit.

Daar bij het in fig. 2 getoonde stelsel de lage druk.elektrische stoomketel niet meer in een gesloten systeem'is opgenomen, is 5 een koppeling met de waterleiding 31 noodzakelijk. Bij voorkeur wordt het'water via een onthardingsinstallatie 32 op bekende wijze automatisch toegevoerd zodra de waterinhoud van de stoomketel 7 tot een bepaalde waarde is afgenomen.Since in the system shown in Fig. 2 the low-pressure electric steam boiler is no longer included in a closed system, a coupling to the water pipe 31 is necessary. Preferably, the water is supplied automatically via a softening installation 32 in a known manner as soon as the water content of the steam boiler 7 has decreased to a certain value.

Opgemerkt wordt, dat de beschreven centrale bij geschikte 10 dimensionering ook gebruikt kan worden om bij voorbeeld een klein aantal afgelegen gebouwen van energie te voorzien en dan niet met het openbare net behoeft te zijn gekoppeld.It should be noted that, with suitable dimensioning, the described exchange can also be used to, for example, supply a small number of remote buildings with energy and then need not be connected to the public network.

Fig. 3 toont een variant van het in fig. 2 getoonde stelsel.Fig. 3 shows a variant of the system shown in FIG. 2.

De lage druk stoomketels 7 van een aantal woningen zijn nu via leidingen 15 3^ en een drukregelaar 35 verbonden met een verzamelleiding 36, die weer verbonden is met de stoomketel 23 van een soortgelijke centrale als getoond in fig. 2. De afgewerkte stoom van de turbine 25 wordt nu echter via een leiding 37 toegevoerd aan een retourverzamelleiding 38, welke met warmtewisselaars 10 in de aangesloten gebouwen is gekoppeld via 20 leidingen 39· De uitgangsleiding van elke warmtewisselaar voert ten slotte het condensaat terug naar de bijbehorende lage druk stoomketel 7 via een condensaatleiding 1+0.The low-pressure steam boilers 7 of a number of dwellings are now connected via pipes 15 and a pressure regulator 35 to a collection pipe 36, which in turn is connected to the steam boiler 23 of a similar plant as shown in fig. 2. The waste steam from the turbine 25, however, is now fed via a pipe 37 to a return manifold 38, which is coupled to heat exchangers 10 in the connected buildings via 20 pipes 39 · The output pipe of each heat exchanger finally returns the condensate to the associated low-pressure steam boiler 7 via a condensate line 1 + 0.

In de leiding 39 bevindt zich een met een temperatuurregelaar gekoppelde klep Ui. Indien deze klep sluit omdat in de woning of in de 25” warmtewisselaar de gewenste temperatuur is bereikt, dan wordt de druk in de leiding 37 hoger. Indien deze druk een bepaalde instelbare waarde bereikt opent een drukregelklep k2 in de afvoerleiding van de turbine 25 en wordt de afgewerkte stoom aan de koeltoren 28 en vervolgens in de vorm van condensaat aan de ketel 23 via de leiding 29· 30 Ook dit stelsel is zowel geschikt voor een klein aantal gebouwen, waarbij de centrale niet met het openbare elektriciteitsnet behoeft te zijn gekoppeld, als voor een groter aantal gebouwen, waarbij de centrale met het openbare elektriciteitsnet is gekoppeld.In the line 39 there is a valve U1 coupled to a temperature controller. If this valve closes because the desired temperature has been reached in the home or in the 25 ”heat exchanger, the pressure in the pipe 37 will increase. When this pressure reaches a certain adjustable value, a pressure control valve k2 opens in the discharge pipe of the turbine 25 and the waste steam is sent to the cooling tower 28 and then in the form of condensate to the boiler 23 via the pipe 29.30 This system is also both suitable for a small number of buildings, where the power station does not need to be connected to the public electricity network, as for a larger number of buildings, where the power plant is connected to the public electricity network.

In alle gevallen is echter zogenaamd r,eilandbedrijf', mogelijk.In all cases, however, so-called 'island business' is possible.

8005063 •Λ - 5 -8005063 • Λ - 5 -

Zonodig kunnen de in de figuren 2 en 3 afgebeelde centrales zelf ook nog uitgerust zijn met een installatie om natuurlijke energie om te zetten in in stoom opgeslagen warmte.If necessary, the power plants shown in Figures 2 and 3 may themselves also be equipped with an installation to convert natural energy into heat stored in steam.

Opgemerkt wordt, dat diverse varianten van de beschreven 5 stelsels mogelijk zijn, waarbij niettemin de basisgedachte van de uitvinding, dat is het gebruik van stoom als opslag- en transportmedium voor energie, wordt toegepast.It is noted that various variants of the described systems are possible, nevertheless applying the basic idea of the invention, which is the use of steam as a storage and transport medium for energy.

ii

Zo is bij voorbeeld het gebruik van een windmolen slechts nuttig in een gebied waar veel windenergie beschikbaar is. Het is 10 echter ook mogelijk met een waterrad een generator aan te drijven of gebruik te maken van getijde-verschillen om een generator aan te drijven. Ook combinaties van de genoemde technieken zijn op eenvoudige wijze te realiseren, indien de natuurlijke omstandigheden zich daartoe lenen.For example, the use of a windmill is only useful in an area where a lot of wind energy is available. However, it is also possible to drive a generator with a water wheel or to use tidal differences to drive a generator. Also combinations of the mentioned techniques can be realized in a simple manner, if the natural conditions lend themselves to this.

In het algemeen kunnen de beschreven stelsels in beginsel 15 werken op elke vorm van elektriciteit, onafhankelijk van de wijze van opwekken daarvan. Derhalve is het ook denkbaar, dat een of meer lage druk stoomketels elektrisch verbonden met êên of een aantal zonnepanelen.In general, the described systems can in principle operate on any form of electricity, irrespective of the manner of generation thereof. It is therefore also conceivable for one or more low-pressure steam boilers to be electrically connected to one or a number of solar panels.

Deze en andere modificaties worden geacht binnen het kader 20 van de uitvinding te vallen.These and other modifications are understood to fall within the scope of the invention.

80050638005063

Claims (8)

1. Stelsel voor het opwekken, opslaan en aan tenminste êén gebruiker toevoeren van energie, gekenmerkt door tenminste een inrichting, die natuurlijke energie omzet in elektrische energie en die via elektrische leidingen is gekoppeld met de aansluitklemmen 5 van tenminste een elektrische stoomketel voor het vormen van stoom.System for generating, storing and supplying energy to at least one user, characterized by at least one device, which converts natural energy into electric energy and which is coupled via electric lines to the terminals 5 of at least one electric steam boiler to form steam. 2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de in elke elektrische stoomketel gevormde stoom via een stoom- leiding en een retourleiding door een in een gebouw geplaatste warmtewisselaar kan worden gevoerd, waarin de warmte van de stoom wordt over- 10 gedragen aan een tapwatersysteem en/of aan een centraal vervarmings-systeem.System according to claim 1, characterized in that the steam formed in each electric steam boiler can be passed via a steam pipe and a return pipe through a heat exchanger placed in a building, in which the heat of the steam is transferred to a tap water system and / or a central heating system. 3. Stelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat elke elektrische stoomketel voorts is voorzien van een tweede stoomleiding welke is gekoppeld met een van een elektrische centrale 15 deel uitmakende stoomketel, die via een stoomafvoerleiding is verbonden met een turbine, die een elektrische generator kan aandrijven, il·. Stelsel volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de elektrische centrale een hulpketel omvat, die met conventionele brandstof wordt gestookt.System according to claim 2, characterized in that each electric steam boiler is further provided with a second steam pipe which is coupled to a steam boiler forming part of an electric power plant, which is connected via a steam discharge pipe to a turbine, which is an electric generator can power, il ·. System according to claim 3, characterized in that the power plant comprises an auxiliary boiler which is fired with conventional fuel. 5. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke elektrische stoomketel via een verzamelstoomleiding is gekoppeld met een van een elektrische centrale deel uitmakende stoomketel, die via een stoomafvoerleiding is verbonden met een turbine, die een elektrische generator kan aandrijven.System according to claim 1, characterized in that each electric steam boiler is coupled via a collection steam line to a steam boiler forming part of an electric power plant, which connection is via a steam discharge line to a turbine which can drive an electric generator. 6. Stelsel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de door de turbine... afgewerkte stoom via een retour leidingnet wordt toégevoerd aan bij de aangesloten verbruikers opgestelde warmtewisselaars om warmte over te dragen aan het tapwater systeem en/of het centraal verwarmingssysteem van de verbruikers.System according to claim 5, characterized in that the steam finished by the turbine ... is supplied via a return pipe network to heat exchangers arranged at the connected consumers in order to transfer heat to the tap water system and / or the central heating system of the consumers. 30 J. Stelsel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elke warmtewisselaar via een condensaatleiding is verbonden met één van de lage druk elektrische stoomketels.- 8005063 iv - 7-- "J. System according to claim 6, characterized in that each heat exchanger is connected via a condensate line to one of the low-pressure electric steam boilers. - 8005063 iv - 7-- " 8. Stelsel volgens conclusie 6 of 7» met het kenmerk, dat het retourleidingnet nabij de turbine is gekoppeld met een een druk-regelklep omvattende leiding, die is verbonden met een koelinstallatie, welke via een condensaatleiding is verbonden met de stoomketel van de 5 centrale.8. System as claimed in claim 6 or 7, characterized in that the return pipe network near the turbine is coupled to a pipe comprising a pressure control valve, which is connected to a cooling installation, which is connected via a condensate pipe to the steam boiler of the power plant. . 9. Stelsel volgens êln der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elke elektrische lage druk stoomketel via een wateronthardingsinrichting is verbonden met een watertoevoerleiding. 8005063System according to one of the preceding claims, characterized in that each electric low-pressure steam boiler is connected to a water supply pipe via a water softening device. 8005063