СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 1996 года по МПК C02F9/00 F03D9/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике, гидроэнергетике, к системам экологической очистки сточных вод от загрязняющих водный бассейн веществ, и касается области использования возобновляемых источников энергии, а именно, использования ветронасосных агрегатов в энергосистемах для покрытия пиковых нагрузок с одновременной экологической обработкой сточных вод для очистки их до естественных норм.

Известен способ использования ветроэлектрической энергии в широких диапазонах скоростей ветра для подъема воды, включающий использование генератора переменного тока соединенного через электрическое управляющее устройство с электронасосом, выполненное в виде частотнозависимого пассивного четырехполюсника [1]
Известный способ не позволяет аккумулировать ветровую энергию и использовать ее для покрытия пиковых нагрузок.

Известен способ работы пиковой электростанции, включающий вытеснение воды сжатым газом из нижнего герметичного резервуара в верхний в режиме аккумуляции энергии и срабатывание воды на гидроагрегате в режиме разрядки, вытеснение воды осуществляют путем нагрева жидкого углеводорода, предварительно залитого в нижний резервуар, нерастворимого в воде и имеющего меньшую, чем у нее плотность, а перед срабатыванием воды углеводород охлаждают, в качестве жидкого углеводорода используют патент [2]
Известный способ не предусматривает использование возобновляемых источников энергии, таких как ветровая энергия.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ использования ветроэнергетической установки для аккумулирования энергии [3]
Известный способ не позволяет одновременно с аккумулированием энергии осуществлять очистку воды.

Задача предполагаемого изобретения повышение эффективности использования ветровой энергии за счет преобразования ее в потенциальную энергию воды и экологической обработки сточных вод, используемых в гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС).

Указанная задача решается тем, что в известном способе использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии, включающем подачу ветронасосом воды из нижнего уровня, используют систему из нескольких нижних и верхних резервуаров гидроаккумулирующей электростанции, соединенных трубопроводами, в качестве воды используют сточные воды, которые подают в нижние резервуары с одновременной их очисткой озонированием, хлорированием и нейтрализацией, из нижних резервуаров ветронасосом воду подают с одновременной очисткой в верхние резервуары, в которых воду подвергают биологической очистке, отстою и самоочистке, из верхних резервуаров через гидроэлектрогенераторы воду подают в водоемы чистой воды или для повторения цикла очистки в нижние резервуары с одновременной очисткой, при этом включение в работу отдельных нижних и верхних бассейнов производят на основе анализов состава воды с помощью компьютерных установок.

Предлагаемый способ целесообразно использовать в регионах с господствующими ветрами и при наличии рельефных условий, обеспечивающих необходимую разность верхних и нижних бьефов водоемов при минимальных капитальных затратах. Однако в современных условиях прогрессирующего загрязнения водного бассейна сточными водами целесообразность использования предлагаемого способа очевидна.

Для крупных промышленных регионов целесообразно использовать предлагаемый способ с водохранилищами очень больших объемов для обеспечения чистой водой, предусмотрев сбор всех абсолютно стоков и исключив их сброс до полной очистки.

Пример реализации предлагаемого способа использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод представлен технологической схемой установки, приведенной на чертеже.

Установка включает систему из ветронасосов 1 с приемными резервуарами 2, нижние бассейны (водохранилища) 3, верхние бассейны (водохранилища) 4, трубопроводы 5, соединяющие ветронасосы 1 с верхними бассейнами (водохранилищами) 4, трубопроводы 6, соединяющие верхние бассейны 4 с нижними бассейнами 3, канал 7 очищенной воды, трубопровод 8, соединяющие верхние бассейны 4 с каналом 7 очищенной воды, трубопроводы 9, соединяющие нижние бассейны 3 с резервуаром 2, трубопроводы 10 для подачи сточных вод на очистку в нижние бассейны 3, на нижних уровнях водоводов 6 и 8 установлены гидрогенераторы 11, на трубопроводах 5 и 6 установлены системы 12 для экологической очистки сточных вод.

Все трубопроводы установки снабжены запорной арматурой, дистанционное управление которой предусмотрено с помощью компьютерной техники (не показано).

Верхние 4 и нижние 3 бассейны (водохранилища могут быть искусственными или естественными (озерами), открытыми или закрытыми с использованием местного рельефа, причем емкость верхних бассейнов 4 намного больше емкости нижних бассейнов 3.

Как известно, полный коэффициент полезного действия двойного цикла работы ГАЭС составляет только около 0,55 0,65, что однако экономически очень выгодно с учетом использования возобновляемой ветровой энергии и выполнения основной задачи природоохранного назначения по очистке сточных вод, поэтому все капитальные затраты экономически окупаемы.

Установка для использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод работает следующим образом.

Сточные воды подают в один из нижних водоемов 3 по трубопроводу 10 под напором или самотеком, так как уровень нижних водоемов расположен на низком уровне, при этом используются системы 12 для экологической обработки сточных вод, включая озонирование, хлорирование, нейтрализацию. Для перекачивания сточных вод из нижних бассейнов 3 в верхние бассейны 4 из одного из нижних бассейнов 3 подают сточные воды по трубопроводу 9 в резервуар 2, из которого ветронасосом 1 перекачивают сточные воды по трубопроводу 5 в один из верхних бассейнов 4, при этом сточные воды подвергают экологической очистке с использованием системы 12, включая озонирование, хлорирование, нейтрализацию. В верхних бассейнах 4 сточные воды подвергаются также биологической очистке, отстою и самоочистке. При необходимости многократной экономической очистки сточных вод, включая озонирование, хлорирование и нейтрализацию, сточные воды из одного из верхних бассейнов 4 подают по трубопроводу 8 в один из нижних бассейнов 3 через гидрогенераторы 11 с производством электроэнергии и передачей ее в сеть, при этом одновременно с помощью системы 12 сточные воды подвергают экологической очистке, включая озонирование, хлорирование, нейтрализацию. Из нижних бассейнов 3 сточные воды подают в резервуар 2 и ветронасосом 1 по трубопроводу 5 в верхние бассейны 4, где цикл повторяется. После очистки сточных вод до естественных норм сточные воды подают в один из верхних бассейнов 4 чистой воды, где может выращиваться рыба как индикатор чистоты воды, после чего очищенную воду из бассейнов 4 по трубопроводу 8 отводят в канал 7 очищенной воды через гидрогенератор 11 с производством электроэнергии и передачей ее в сеть. Предполагается использование современных методов анализа сточных вод, систем автоматики и компьютерной техники в работе установки для использования энергии ветра для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод, что позволит создать современные экономически выгодные системы по оздоровлению водного бассейна с целью предотвращения наступающей экологической катастрофы. Возможность успешной реализации предлагаемого способа использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод подтверждает современная практика создания ветронасосных установок, крупнейшая из которых в ФРГ имеет мощность 3 МВт (1983 г.) и проектируется ветронасосная установка единичной мощностью до 15 МВт.

Технические преимущества предлагаемого способа использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод по сравнению с прототипом заключаются в аккумулировании энергии и одновременной очистке больших объемов сточных вод до естественных норм.

Общественно полезные преимущества предлагаемого способа использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом заключаются в экономически выгодной очистке сточных вод без затраты энергии, а аккумулирование энергии обеспечивает с избытком покрытие капитальных затрат на создание сооружений и обслуживание крупных комплексов по очистке больших объемов сточных вод до естественных норм, оздоровлении экологической обстановки, предупреждении экологической катастрофы.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого способа заключается ветронасосной установки для аккумулирования энергии и экологической очистки сточных вод по сравнению с прототипом может быть обеспечен за счет прекращения массовых загрязнений водного бассейна и предупреждения экологических отрицательных последствий от загрязнения водного бассейна и исключения необходимости колоссальных затрат на оздоровление водных бассейнов после экологической катастрофы, последствия которой могут оказаться необратимыми и неисправными как в отдельных регионах, так и в глобальном масштабе, Очевидно, что надвигающиеся экологические последствия в реальных современных условиях оценивать в денежных единицах бессмысленно по отношению к природе.

Реализацию предлагаемого способа целесообразно осуществить поэтапно с применением на первых порах частичной экологической очистки сточных вод, например, озонированием, хлорированием. Местом реализации предлагаемого способа целесообразно использовать район г. Новосибирска с сильными господствующими ветрами и местными рельефными условиями для сооружения нижних и верхних бассейнов с минимальными капитальными затратами, в качестве сточных вод целесообразно использовать балластные нефтебазы "Шесхарес", промышленные и бытовые стоки, а также стоки близлежащих баз отдыха, что может обеспечить получение значительной прибавки энергии от ветронасосных установок и ГАЭС и способствовать значительному оздоровлению экологической обстановке региона.

Использование: для очистки сточных вод от загрязняющих водный бассейн веществ до естественных норм и аккумулирования энергии. Сущность изобретения: ветронасосными установками подают воду из нижних в верхние бассейны гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС), в качестве воды используют сточные воды, при подаче воды из нижних в верхние бассейны ГАЭС, при перетоке сточных вод из верхних в нижние бассейны через гидрогенераторы с выработкой электроэнергии сточные воды подвергают экологической очистке, включая озонирование, хлорирование, нейтрализацию и биологическую очистку в верхних бассейнах. 1 ил.

Способ использования ветронасосной установки для аккумулирования энергии, включающей подачу ветронасосом воды из нижнего уровня, отличающийся тем, что используют систему из нескольких нижних и верхних резервуаров гидроаккумулирующей электростанции, соединенных трубопроводами, в качестве воды используют сточные воды, которые подают в нижние резервуары с одновременной их очисткой озонированием, хлорированием и нейтрализацией, из нижних резервуаров ветронасосом воду подают с одновременной очисткой в верхние резервуары, в которых воду подвергают биологической очистке, отстою и самоочистке, из верхних резервуаров через гидроэлектрогенераторы воду подают в водоемы чистой воды или для повторения цикла очистки в нижние резервуары с одновременной очисткой, при этом включение в работу отдельных резервуаров производят на основе анализов состава воды с помощью компьютерных установок.