Гидроэлектростанция Российский патент 2021 года по МПК F03B13/00 F03B17/00 

Изобретение относится к устройствам возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Известны возобновляемые источники электроэнергии: солнечные панели, ветроэлектрогенераторы, гидростанции. Известные источник имеют недостатки. Солнечные батареи требуют обслуживания-очистки при загрязнении поверхности. Ветроэлектрогенераторы не обеспечивают стабильную работу при изменении ветра или его отсутствии. Не до конца изучено их влияние на экологию и окружающую среду. Строительство равнинных гидростанций приводит к затоплению больших площадей, образованию водохранилищ. Требуют большого обслуживающего персонала и огромных затрат при авариях и катастрофах.

Известны гидроэлектростанции большой мощности, включающие водохранилища и высоконапорные плотины. Это дорогостоящие масштабные сооружения, наносящие определенный ущерб окружающей среде.

Известны гидроэлектростанции малой мощности, например, из патента на полезную модель RU 146586. В данном решении, которое можно принять в качестве прототипа, описывается гидроэлектростанция, содержащая емкость с водой, трубопроводы, аккумулятор, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, насосы перекачки воды, солнечные батареи (см. RU 146586 U1, 10.10.2014, F03B 17/00).

К недостаткам указанного прототипа следует отнести сложность кинематики конструкции, низкое давление (напор) воды поступающей в гидротурбину, что определяет незначительную мощность электрогенератора, необходимость пополнения резервуара с водой.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание гидроэлектростанций значительной мощности, в том числе мобильных, без строительства водохранилищ и высоконапорных плотин.

Это достигается тем, что гидроэлектростанция, содержащая емкость с водой, трубопроводы, насосы перекачки воды, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, аккумуляторы, солнечные батареи, согласно изобретению, снабжена накопителем воды высокого давления, генератором электрических импульсов, электрическим распределительным устройством, причем трубопроводы выполнены в виде трубопроводов низкого и высокого давления, насосы перекачки воды выполнены в виде насосов низкого и высокого давления, при этом применена следующая последовательность соединения: емкость с водой через трубопровод низкого давления и насос низкого давления, соединена с насосом высокого давления, имеющим соединение с генератором электрических импульсов, снабженном аккумуляторами, после насоса высокого давления установлен трубопровод высокого давления, соединенный с накопителем воды высокого давления, затем установлена гидротурбина, соединенная с электрогенератором, электрическим распределительным устройством и аккумуляторами, а после гидротурбины установлен насос перекачки воды обратно в емкость с водой, при этом для подзарядки аккумуляторов генератора электрических импульсов используются солнечные батареи.

Гидроэлектростанция выполнена с замкнутым циклом движения воды и использована закрытая емкость с водой.

Таким образом, создается взаимосвязанный комплекс технических устройств, обеспечивающих получение электроэнергии значительной мощности.

Мощность гидрогенератора определяет известная формула:

N=9,81*Q*H*η_турб.*η_ген., где

-- N-мощность, кВт;

-- Q-расход воды (м³/сек.);

-- Н-напор воды (м.);

-- η_турб. КПД турбины;

-- η_ген. КПД генератора.

У существующих гидроэлектростанций напор (давление) воды определяет высота плотины. По изобретению напор воды в устройстве обеспечивает использование электрогидравлического насоса высокого давления, выполненный, например, по SU 119074 Л.А. Юткина и Л.И. Гольцовой, B21D 26/12, который описан также в источнике (см. Л.А. Юткин Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности Ленинград «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1986).

Электрогидравлический насос высокого давления в общем виде также может быть назван усилителем давления воды.

Раскрытие сущности изобретения поясняется блок-схемой устройства, которая представлена на чертеже, где

1 - закрытая емкость с водой;

2 - трубопровод низкого давления;

3 - насос низкого давления;

4 - электрогидравлический насос высокого давления;

5 - генератор электрических импульсов с блоком питания и аккумуляторами;

6 - трубопровод высокого давления;

7 - накопитель воды высокого давления (ресивер);

8 - гидротурбина;

9 - электрогенератор;

10 - распределительное устройство электричества (далее РУ), в том числе распределительное устройство собственных нужд (далее РУСН) с аккумуляторами;

11 - солнечные батареи;

12 - насос отработанной воды.

Устройство работает следующим образом. При включении от аккумуляторов РУСН подается электропитание на электрическую схему. Включает насос, подающий воду из емкости - 1. Вода под низким давлением по трубопроводу низкого давления -- 2 работой насоса низкого давления - 3 поступает в электрогидравлический насос высокого давления - 4, где под действием генератора электрических импульсов - 5 давление воды резко повышается. Вода под высоким давлением подается по трубопроводу высокого давления - 6 в накопитель воды высокого давления (ресивер) - 7 и далее в гидротурбину высокого давления -- 8. Вращение гидротурбины определяет работу электрогенератора - 9 и работу РУ и РУСН. Работа солнечных батарей - 11 обеспечивает подзарядку аккумуляторов генератора электрических импульсов. Отработанная вода из гидротурбины-8 возвращается в емкость - 1 насосом - 12, образуя непрерывный замкнутый цикл движения воды.

В заявленном устройстве также может быть обеспечена надежность питания аккумуляторов генератора электрических импульсов от аккумуляторов распределительного устройства собственных нужд и солнечных батарей.

Использование изобретения, в том числе в мобильном варианте, обеспечит получение электроэнергии в местах отсутствия стационарных источников электроснабжения, при аварийных ситуациях стационарных источников, при проведении войсковых операций. При теплоизоляции емкости с водой и трубопроводов возможно использование устройства в северных районах. Может найти применение для электродвижения судов и в авиации. Использование необходимого количества устройств обеспечит генерацию заданной мощности.

Одно из преимуществ устройства состоит в использовании известных составляющих устройств в новом сочетании, обеспечивающем достижение синергетического эффекта.

Изобретение относится к устройствам возобновляемых источников энергии. Гидроэлектростанция содержит емкость с водой 1, трубопроводы 2 и 6 низкого и высокого давления соответственно, насосы перекачки воды, гидротурбину 8, соединенную с электрогенератором 9, аккумуляторы, солнечные батареи 11. Гидроэлектростанция снабжена накопителем воды высокого давления 7, генератором электрических импульсов 5, электрическим распределительным устройством 10. Насосы перекачки воды выполнены в виде насосов 3 и 4 низкого и высокого давления соответственно. Применена определенная последовательность соединения элементов гидроэлектростанции. Изобретение направлено на получение электроэнергии в местах отсутствия стационарных источников электроснабжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидроэлектростанция, содержащая емкость с водой, трубопроводы, насосы перекачки воды, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, аккумуляторы, солнечные батареи, отличающаяся тем, что она также снабжена накопителем воды высокого давления, генератором электрических импульсов, электрическим распределительным устройством, причем трубопроводы выполнены в виде трубопроводов низкого и высокого давления, насосы перекачки воды выполнены в виде насосов низкого и высокого давления, при этом применена следующая последовательность соединения: емкость с водой через трубопровод низкого давления и насос низкого давления соединена с насосом высокого давления, имеющим соединение с генератором электрических импульсов, снабженным аккумуляторами, после насоса высокого давления установлен трубопровод высокого давления, соединенный с накопителем воды высокого давления, затем установлена гидротурбина, соединенная с электрогенератором, электрическим распределительным устройством и аккумуляторами, а после гидротурбины установлен насос перекачки воды обратно в емкость с водой, при этом для подзарядки аккумуляторов генератора электрических импульсов используются солнечные батареи.

2. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с замкнутым циклом движения воды и использована закрытая емкость с водой.