САМОНАПОРНАЯ ВЕТРОВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2015 года по МПК F03B13/12 F03D9/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при выработке электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии - ветровой и волновой.

Известна погружная гидроэлектростанция с использованием возобновляемых источников энергии, в которой платформа с гидротурбиной и генератором погружена на глубину рабочего напора турбины с отводом воды в изолированные от окружающей водной среды емкости с откачкой воды из этих емкостей насосами, имеющими механический привод от волновых и ветровых энергоустановок (см. патент UA №81569, F03B 13/22, 2006 г.).

Недостатком этой погружной гидроэлектростанции является то, что напор на гидротурбину не регулируется, так как ее погружная платформа устанавливается на глубину рабочего напора турбины, что ограничивает выбор места ее установки и делает невозможным ее работу на берегу или на мелководье в прибрежной зоне.

Известен также способ работы погружной гидроэлектростанции совместно с волновыми и ветровыми энергоустановками, где сжатый воздух для пневмодвигателей, используемых для откачки воды после турбины, получают в специальных герметичных, наполовину заполненных водой емкостях, в которых происходит поочередное перекачивание воды из одной емкости в другую (см. патент UA №103408, F03B 13/16, 2006 г.).

Недостатком этого способа является то, что энергия сжатого воздуха не используется на создание напора на гидротурбину, а используется только для работы пневмоприводных насосов.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования погружной гидроэлектростанции с использованием возобновляемых источников энергии, в которой напор на гидротурбину регулируется и не зависит от глубины ее погружения, а сжатый воздух, получаемый на основном оборудовании, передает свою энергию водяному потоку, направляемому на гидротурбину.

Поставленная задача решается тем, что самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция, включающая погружные платформы, выполненные в виде резервуаров, разделенных на нижнюю и верхнюю секции, имеет гидротурбину и генератор на одной из платформ и приемные емкости для воды в нижних секциях на остальных платформах, соединительные трубопроводы и пневмопроводы между платформами, ветровые и волновые энергоустановки, усилия от которых передаются откачивающим насосам, расположенным в нижних секциях погружных платформ, согласно изобретению на погружной платформе с водооткачивающими устройствами размещена герметичная камера с напорной колонной, во внутреннюю полость которой насосами с приводами от ветровых и волновых энергоустановок закачивается и откачивается вода, а герметичная камера заполняется сжатым воздухом, при этом верхняя часть напорной колонны открыта и находится в герметичной камере, а нижняя часть напорной колонны соединена напорным трубопроводом с расходным резервуаром гидротурбины.

Кроме того, для сжатия воздуха в герметичной камере и его подачи в ресивер напорная колонна заполняется водой при закрытом напорном трубопроводе, а при откачке воды из напорной колонны атмосферный воздух через впускной клапан поступает в герметичную камеру для последующего его сжатия.

Кроме того, в напорной колонне и расходном резервуаре гидротурбины поверхность воды размещена в зоне сжатого воздуха с регулируемым давлением.

Между совокупностью отличительных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом существует следующая система причинно-следственных связей.

Установка на погружных платформах герметичной камеры с напорной колонной позволяет при работе насосов с приводом от волновых и ветровых энергоустановок произвести заполнение всех трубопроводов, резервуаров и емкостей, включая полость напорной колонны, а заполнение герметичной камеры сжатым воздухом обеспечивает передачу давления через открытую верхнюю часть напорной колонны на весь объем воды, находящейся между напорной колонной и гидротурбиной.

Подача воды в напорную колонну насосами и ее откачка при закрытом напорном трубопроводе обеспечивает получение сжатого воздуха и его подачу по напорному трубопроводу в ресивер.

При откачке воды из напорной колонны происходит поступление атмосферного воздуха для его сжатия в герметичной камере.

Размещение поверхности воды напорной колонны и расходного резервуара гидротурбины в зоне сжатого воздуха позволяет регулировать напор на гидротурбину, изменяя силу давления сжатого воздуха на водную поверхность.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где

На фиг. 1 изображен продольный разрез I-I по оси платформы с гидротурбиной и генератором.

На фиг. 2 изображен продольный разрез II-II по оси платформы с герметичной камерой и напорной колонной, а также располжение трубопроводов и насосов.

На фиг. 3 - план по A-A размещения погружных платформ с турбиной и генератором, трубопроводами и пневопроводами между ними.

На фиг. 4 - схема расположения вентилей на трубопроводе.

Где

1 - Платформа с турбиной и генератором

2 - Гидротурбина

3 - Генератор

4 - Расходный резервуар гидротурбины

5 - Напорный трубопровод

6 - Ресивер сжатого воздуха

7 - Регулятор давления

8 - Сливной трубопровод

9 - Напорный пневмопровод

10 - Соединительный пневмопровод

11 - Регулирующий пневмопровод

12 - Запорная арматура пневпопровода

13 - Уровень воды в акватории

14 - Погружная платформа с приемной емкостью

15 - Герметичная камера

16 - Напорная колонна

17 - Ветровая энергоустановка

18 - Волновая энергоустановка

19 - Впускной клапан герметичной камеры

20 - Откачивающий насос с приводом от волновой энергоустановки

21 - Всасывающие и напорные трубопроводы насоса 20

22 - Откачивающий насос с приводом от ветровой энергоустановки

23 - Всасывающие и напорные трубопроводы насоса 22

24. - Приемная емкость погружной платформы

25 - Впускной вентиль

Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция работает следующим образом.

Погружные платформы 14 с приемными емкостями 24 устанавливаются в прибрежной зоне так, чтобы глубина их установки обеспечивала работу волновых энергоустановок 18.

Платформа 1 с гидротурбиной и генератором может устанавливаться на берегу, на пирсе, на акватории так, чтобы вода после гидротурбины 2 по сливному трубопроводу 8 могла попасть самотеком в приемную емкость 24 погружной платформы 14.

Через впускные вентили 25 осуществляется первичное заполнение приемных емкостей 24 погружной платформы 14 до уровня, обеспечивающего оптимальную работу насосов 20, 22. При закрытой задвижке напорного трубопровода 5 производится запуск волновых 18 и ветровых 17 энергоустановок, которые приводят в действие насосы 20, 22 и подают воду из приемных емкостей погружных платформ 24 в напорную колонну 16, где вода сжимает находившийся в напорной колонне воздух. Сжатый воздух через клапан регулятора давления 7 по напорному пневмопроводу 9 подается в ресивер 6.

При подаче воды в напорную колонну вентиль 2Н и вентиль 1В закрыты, а вентили 1Н и 2В открыты. Для последующего цикла забора воздуха в напорную колонну 16 при работе насосов 20, 22 закрывается напорный вентиль 1Н и открывается вентиль 2Н, закрывается вентиль 2В и открывается вентиль 1В (фиг. 4)

Не меняя направления вращения насосов, производится откачка воды из напорной колонны 16 в приемную емкость погружной платформы 24. Давление в напорной колонне и в герметичной камере падает, воздух из атмосферы через впускной клапан 19 попадает в герметичную камеру 15 и в колонну 16. При подаче воды воздух сжимается и направляется в ресивер сжатого воздуха 6.

Цикл повторяется до полного наполнения всей пневмосистемы сжатым воздухом с необходимым нормативным давлением. Ресиверы сжатого воздуха 6 соединены между собой пневмопроводом и имеют одинаковое давление.

После заполнения сжатым воздухом ресиверов 6 при заполненном водой расходном резервуаре гидротурбины 4 и напорной колонны 16 с ресивера 6 сжатый воздух подается по регулирующему пневмопроводу 11 через регулятор давления 7 в герметичную камеру 15, где и поддерживается заданное давление для работы гидротурбины 2. Открытием задвижки на напорном трубопроводе 5 и направляющего аппарата гидротурбины выполняется ее пуск и запуск генератора 3.

Вода после турбины по сливному трубопроводу 8 направляется в приемную емкость 24 погружной платформы 14, и при работе насосов 20, 22 направляется под давлением в напорную колонну 16, которая находится в герметичной камере 15 под нормативным давлением, и под этим давлением по напорному трубопроводу 5 вода поступает в расходный резервуар 4, а из него - на гидротурбину 2.

После гидротурбины вода через сливные трубопроводы 8 направляется в приемную емкость погружной платформы 24, закачивается в напорную колонну 16 и дальше цикл повторяется.

Одна и та же рабочая жидкость (вода) совершает кругооборот при работе гидроэлектростанции. Ее потери компенсируются забором воды через впускной вентиль 25.

Установленный на каждой герметичной камере 15 и на расходном резервуаре гидротурбины 4 регулятор давления 7 подачей сжатого воздуха или его сбросом поддерживает заданный напор для работы гидротурбины 2.

Количество воды, подаваемое насосами в напорную колонну 16, регулируется вентилями, установленными на насосных трубопроводах, количество воды, подаваемое на гидротурбину, - запорной арматурой на напорном трубопроводе 5.

Установленные вдоль береговой линии погружные платформы, оборудованные волновыми энергоустановками, обеспечивают ее защиту от волнового разрушения.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при выработке электроэнергии, а также для обеспечения защиты береговой линии от волнового разрушения. Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция включает погружные платформы 1 в виде резервуаров. На одной из платформ 1 установлены гидротурбина 2, генератор 3. На платформах 1, имеющих водооткачивающие устройства, размещена заполненная сжатым воздухом герметичная камера с напорной колонной, во внутреннюю полость которой насосами с приводами от ветровых и волновых энергоустановок закачивается и откачивается вода. При этом открытая верхняя часть колонны соединена с внутренним объемом герметичной камеры, а нижняя соединена напорным трубопроводом 5 с расходным резервуаром 4 гидротурбины 2. Герметичная камера через регулятор давления и пневмопроводы 11 соединена с ресивером 6 для сжатого воздуха, используемым для создания давления на воду, поступающую в колонну. Над поверхностью воды в колонне и резервуаре 4 размещен сжатый воздух с регулируемым давлением, обеспечивающий заданный напор при работе гидротурбины 1. Изобретение направлено на усовершенствование погружной гидроэлектростанции с использованием возобновляемых источников энергии, в которой напор на гидротурбину регулируется и не зависит от глубины ее погружения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция, включающая погружные платформы, выполненные в виде резервуаров, разделенных на нижнюю и верхнюю секции, имеет гидротурбину и генератор на одной из платформ и приемные емкости для воды в нижних секциях на остальных платформах, соединительные трубопроводы и пневмопроводы между платформами, ветровые и волновые энергоустановки, усилия от которых передаются откачивающим насосам, расположенным в нижних секциях погружных платформ, отличающаяся тем, что на погружной платформе с водооткачивающими устройствами размещена герметичная камера с напорной колонной, во внутреннюю полость которой насосами с приводами от ветровых и волновых энергоустановок закачивается и откачивается вода, а герметичная камера заполняется сжатым воздухом, при этом верхняя часть напорной колонны открыта и расположена в герметичной камере, а нижняя часть напорной колонны соединена напорным трубопроводом с расходным резервуаром гидротурбины.

2. Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что для сжатия воздуха в герметичной камере и его подачи в ресивер напорная колонна заполняется водой при закрытом напорном трубопроводе, а при откачке воды из напорной колонны атмосферный воздух через впускной клапан поступает в герметичную камеру для последующего его сжатия.

3. Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что в напорной колонне и расходном резервуаре гидротурбины поверхность воды размещена в зоне сжатого воздуха с регулируемым давлением.