ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 1994 года по МПК F03B17/00 

Изобретения относятся к энергетике и могут быть использованы для утилизации возобновляемой энергии переменной мощности.

Известна энергосистема, содержащая обратимые газовые турбины, работающие в ночное время за счет избыточной электроэнергии в качестве пневмонасосов и нагнетающие под большим давлением сжатый воздух в специально оборудованные и герметично закрываемые либо отработанные шахты, либо другие большие, специально созданные жесткие емкости. За счет же запасенной энергии сжатого воздуха, эти же газовые турбины в часы пик приводят в действие дополнительные электрогенераторы.

Известна также гидроаккумулирующая электростанция, на которой избыток ночной энергии используется для перекачки из нижнего водоема воды в водоем, расположенный значительно выше первого на данной местности. В часы же пик силу водного потока, стекающего из верхнего водоема в нижний водоем, используют для получения дополнительной электроэнергии.

Кроме того, что такой способ аккумулирования избыточной энергии требует отчуждения под водоемы больших земельных площадей, он к тому же не приемлем для равнинных мест, где особенно ощущается нехватка электроэнергии.

Известен пневмогидродвигатель (патент Германии N 109306, кл. 88, В, 4, 1900), выполненный в виде бесконечной цепи, вертикально погруженной в воду с укрепленными на ней жесткими и открытыми с одной их стороны емкостями.

Основным недостатком указанного пневмогидродвигателя является неизменный объем подвижных емкостей в любом положении на своей бесконечной цепи, что ведет к излишнему гидравлическому сопротивлению при холостом движении этих емкостей вниз.

Целью изобретений является создание энергетического комплекса, способного стабильно снабжать необходимым количеством полезной энергии ее потребителей в нужное для них время, за счет утилизации нестабильно проявляемой возобновляемой энергии, таких как солнечной, ветровой и энергии поверхностных волн.

Это достигается тем, что первичные энергопреобразователей, расположенные на различных удалениях друг от друга и предназначенные для преобразования в механическую энергию различных виды возобновляемой энергии, используются для привода пневмонасосов, нагнетающих сжатый воздух в общий воздуховод. Из общего воздуховода сжатым воздухом надуваются мягкостенные емкости, изготовленные из газоводонепроницаемого материала и играющие роль энергоаккумуляторов. Такие емкости укрепляют в каких-либо водоемах на требуемой глубине, общий объем мягкостенных пневмоаккумуляторов должен быть достаточно большим.

Такой пневмогидродвигатель представляют собою бесконечную ленту, вертикально погруженную до верхнего своего колеса в водоем с неизменяющейся по высоте водной поверхностью, и на которой по всей ее длине укреплена группа открытых с одной своей стороны мягкостенных подвижных емкостей, изготовленных из газоводонепроницаемого материала в виде накладных карманов. Материал таких накладных карманов должен обладать упругими свойствами, чтобы в свободном состоянии придавать этому карману наибольший объем, но в то же время обладать способностью легко деформироваться под действием внешней силы (как, например, свойства резины). Наполнение каждого очередного подвижного кармана сжатым воздухом происходит на восходящей ветви бесконечной цепи в ее крайнем нижнем положении, для чего в эту точку подведен открытый конец воздуховода.

На фиг.1 показана конструктивная схема взаимного расположения исполнительных механизмов энергокомплекса; на фиг.2 - схема расположения в независимом водоеме пневмоаккумуляторной батареи из надувных мягкостенных емкостей.

Предлагаемый энергетический комплекс содержит центральный воздуховод 1, в который нагнетается сжатый воздух от множества пневмонасосов, приводимых в действие первичными энергопреобразователями различных видов возобновляемой энергии переменной мощности. В независимых водоемах Г на заданной глубине к соответствующим подводным участкам воздуховода присоединены мягкостенные емкости, представляющие пневмоэнергоаккумулятор большой емкости. Один из отводов от центрального воздуховода 1 подведен под нижнюю часть пневмогидродвигателя 3, вертикально погруженного до своего верхнего колеса в водоем А.

Низходящая ветвь двигателя 3 расположена между двух неподвижно закрепленных контактных планок 4 и 5, а накладные эластичные карманы 6 укреплены через равные промежутки на бесконечной ленте двигателя 3. Упругие свойства материала карманов 6 заставляют их в свободном состоянии принимать свой наибольший объем, а при контактировании с планками 4 и 5 легко сплющиваться до своего минимального объема.

Два других отвода от центрального воздуховода соединены с мягкостенными емкостями 7, укрепленными в бассейне Б, и емкостями 8, укрепленными в бассейне В. Эти два бассейна разделены между собою стеною 9, но имеют возможность сообщаться между собою посредством сквозного проема, сделанного в стене и где установлены в один ряд. Конец воздухоотвода под двигателем 3 оканчивается соплом 11, откуда струя сжатого воздуха подается под нижнюю открытую сторону подвижных карманов 6. Две механические передачи 12 связывают соответствующий энергопреобразователь 10 с генератором 13 или 14. Вал пневмогидродвигателя 3 приводит в действие генератор 15. Краны 16 - 19 служат для управления работой исполняющих механизмов.

Энергетический комплекс работает следующим образом. От пневмонасосов, приводимых в действие первичными энергопреобразователями различных видов возобновляемой энергии переменной мощности, сжатый воздух нагнетателя в центральный воздуховод 1 и аккумулируется в надувных мягкостенных емкостях 2. Будучи соединенные между собою посредством воздухопровода 1 эти емкости образуют общий пневмоаккумулятор большой емкости, из которого сжатый воздух попеременно попадает то в надувные емкости 7, то в емкости 8. Когда краны 16 и 19 открыты, а краны 17 и 18 закрыты, сжатый воздух из емкостей 7 через сопло 11 выбрасывается под открытое дно нижнего кармана 6, превращая его в поплавок. При этих условиях двигатель 3, вместе с генератором 15 приводятся в действие. При расходовании запасов сжатого воздуха из емкостей 7 для привода двигателя 3 эти емкости быстро уменьшаются в своем объеме и за счет этого водный уровень в бассейне Б понижается. Поскольку кран 19 открыт, то из центрального воздуховода 1 сжатым воздухом надуваются емкости 8, тем самым поднимая водный уровень в бассейне В. В результате одновременного изменения емкостей 7 и 8 на противоположные объемы возникает перепад воды в этих сообщающихся между собою бассейнах, за счет чего в сквозном проеме стены 9 возникает водное течение, направленное из бассейна В в бассейн Б. Это водное течение, действуя на один из энергопреобразователей 10, соединенных с генератором 13, приводит их в действие.

После того, как одновременно емкости 7 достигнут своего наименьшего объема, а емкости 8 - наибольшего объема и высота водных поверхностей бассейнов Б и В уровняются, краны 16 и 19 на пульте управления закрываются, а краны 17 и 18 открываются. Теперь для привода в действие двигателя 3 расходуется запас сжатого воздуха в емкостях 8, а емкости 7 за счет поступающего из воздуховода 1 новых порций сжатого воздуха быстро увеличивают свой объем. Теперь уже в бассейне В водный уровень будет понижаться, а водный уровень в бассейне Б повышаться, из-за чего направление водного потока в сквозном проеме стены 9 поменяется на противоположное.

В этом случае в действие приводится уже второй энергопреобразователь 10 вместе с генератором 14, а генератор 13 вместе со своим энергопреобразователем временно находится в нерабочем положении до тех пор, пока емкости 7 и 8 не начнут менять свои объемы на противоположные.

Таким образом, используя одно и то же количество сжатого воздуха, в предлагаемом энергетическим комплексе удается приводить в действие сразу два различных по конструкции двигателя, за счет чего достигается высокий КПД использования накопленной энергии сжатого воздуха. Использование мягкостенных емкостей, погруженных на сравнительно небольшую глубину в один или нескольких водоемах, в качестве пневмоаккумуляторов, позволяет относительно дешевым способом накапливать и без потерь длительно хранить нужный запас потенциальной энергии, что снимает проблему по эффективному использованию в едином энергокомплексе различных видов возобновляемой энергии даже с ее переменной мощностью. Использование пневмогидродвигателя в сочетании с погруженными в воду мягкостенными пневмоаккумуляторами дает возможность получать на приводном валу такого двигателя регулируемую в широких пределах мощность даже при давлении сжатого воздуха не превышающего 0,5 атм.

Использование: в энергетике. Сущность изобретения: источник сжатого газа с приводом сообщен системой трубопроводов с пневмодвигателем и пневмоаккумулятором, выполненным в виде емкости переменного объема, размещенной под уровнем воды в водоеме. Комплекс снабжен двумя гидродвигателями, пневмоаккумулятор - дополнительными емкостями, водоем - вертикальной перегородкой, разделяющей его на два отсека. Емкости размещены в разных отсеках. В перегородке выполнен сквозной канал, в котором гидродвигатели установлены с возможностью противоположного направления движения рабочих органов. Трубопроводы снабжены запорными органами для обеспечения попеременного сообщения источника сжатого газа с емкостями различных отсеков. Привод источника выполнен в виде энергопреобразователей различных видов возобновляемой энергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС, содержащий источник сжатого газа с приводом, сообщенный системой трубопроводов с пневмодвигателем и пневмоаккумулятором, выполненным в виде емкости переменного объема, размещенной под уровнем воды в водоеме, отличающийся тем, что он снабжен двумя гидродвигателями, пневмоаккумулятор - дополнительными емкостями, а водоем - вертикальной перегородкой для разделения его на два отсека, при этом емкости пневмоаккумулятора размещены в разных отсеках, в перегородке выполнен сквозной канал, гидродвигатели установлены в канале с возможностью противоположного направления движения рабочих органов, а трубопроводы снабжены запорными органами для обеспечения попеременного сообщения источника сжатого газа с емкостями различных отсеков. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что привод источника сжатого газа выполнен в виде энергопреобразователей различных видов возобновляемой энергии.