Устройство для накопления электрической энергии в водной среде Российский патент 2023 года по МПК F03B13/00 F03B17/00 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для накапливания электрической энергии. Процесс накопления энергии связан с работой, которую осуществляет электрический двигатель по подъему грузов большого веса в водной среде. 

Известна система накопления энергии, содержащая взвешенный объект, подвешенный на тросе, устройство для подъема и опускания взвешенного объекта и соединенное с указанным взвешенным объектом посредством указанного кабеля, указанное устройство, выполненное с возможностью перемещения указанного взвешенного объекта по существу на вертикальное расстояние, и средство для накопления электрической энергии, подключенное к указанному подъемному устройству таким образом, чтобы как для накопления электрической энергии во время фазы снижения (WO 2013005056 A1, F03G 3/00, 10.01.2013).

Основным недостатком заявленного изобретения является то, что система накопления энергии располагается на поверхности с высокими требованиями к местности: большого перепада высоты (до 1000 метров), желательно шахту (лучше заполненную водой), большую площадь, высокие требования по прочности ко всем конструкциям, сложное техническое обслуживание, высокая парусность конструкции и т.д. Это делает устройство дорогим и не эффективным, поскольку ее эффективность значительно зависит от перепада высоты поднимаемых грузов, а найти близко расположенные шахты достаточной глубины практически невозможно. Шахты строятся для добычи полезных ископаемых и от построенной шахты на разных горизонтах под землей прокладываются штреки для подземного извлечения руды, поэтому близкое строительство шахт не рентабельной.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для получения электрической энергии, содержащее размещенный на плавающей платформе энергетический агрегат для преобразования потенциальной энергии груза в электрическую, рабочий орган которого выполнен в виде погруженного в воду гибкого элемента с установленными на нем емкостями для сыпучего твердого тела, сбрасываемого с них в конце активного пути, и со средствами компенсации веса емкостей в воде, узел отбора мощности, выполненный в виде генератора электрического тока, отличающееся тем, что, оно снабжено агрегатом выемки рабочего тела близ поверхности моря, транспортной системой, в состав которой входят составные суда, состоящие из грузовых секций со средствами загрузки рабочего тела в емкости рабочего органа энергетического агрегата и энергетических секций для обеспечения перемещения агрегатов выемки рабочего тела и грузовых секций, гравитационным накопителем энергии для рекуперации электрической энергии, затрачиваемой в процессе ее производства, установленным на отдельно плавающей платформе, линиями электропередач с плавсредствами, связывающими между собой энергетические агрегаты с распределительной сетью посредством трансформаторных подстанций, расположенных на берегу моря, и транспортной системой (RU 2006671 С1, F03G 3/00, 30.01.1994).

Основным недостатком заявленного изобретения является то, что предлагаемое устройство использует приграничный грунт в качестве груза, перемещает его в море на глубину и через систему тросов опускает этот грунт на дно. Это позволяет преобразовать потенциальную энергию в кинетическую для накопления электроэнергии. Однако транспортировка грунта по морю на глубину 2,5 км приведет к энергетическим потерям, поэтому такая глубина обеспечит достаточное накопление электроэнергии.  Отсюда проистекают и сложности устройства – огромная требуемая инфраструктура для транспортировки грунта, ее фиксации, обвязки электрическими кабелями, большим весом и требованиями к высоким объемным и прочностным характеристикам рабочего органа конвейерного типа (звенья, крепежные детали, ковш и др.). Огромный размер супертанкера (360 х 62 х 36) метров, грузоподъемностью в 208*10³ тонн. Сниженное КПД за счет встречного одновременного спуска груза и подъема емкости для транспортировки этого груза.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание устройства для гравитационного накопления электрической энергии в водной среде, не имеющего указанных недостатков.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции при высоком уровне безопасности за счет ее удаленного расположения от берега моря или озера в воде.

Технический результат достигается тем, что устройство для накопления электрической энергии в водной среде, содержащее размещенный на плавающем средстве энергетический агрегат для преобразования потенциальной энергии груза в электрическую, узел отбора мощности, выполненный в виде генератора электрического тока и электродвигателя, и блок управления, согласно изобретению энергетический агрегат содержит рабочий орган, выполненный в виде по меньшей мере одной  подвески основного и дополнительных грузов, при этом каждый груз из подвески закреплен на одном тросе, имеющем свою катушку, которая выполнена с возможностью подключения/отключения от сцепления с валом, и выполненным с возможностью погружения в воду через проем в палубе плавающего средства, и выполнен в виде маховика, представляющего собой металлический диск в защитном кожухе, катушек спуска и подъема грузов, по меньшей мере одного полиспаста, катушка подъема которого соединена с грузами упомянутой подвески, причем сквозь отверстия, выполненные в грузах, проходят тросы нижерасположенных грузов, выходящие на поверхность плавающего средства через общую направляющую и соединенные с катушками спуска/подъема грузов, а над каждым грузом расположен амортизатор, закрепленный двумя фиксаторами с резервом длины троса на работу амортизатора, для предотвращения рывка при опускании груза в момент полной раскрутки троса, при этом грузы выполнены из материала с удельным весом больше удельного веса воды, причем роторы электрогенератора и электродвигателя соединены общим валом, на котором поочередно расположены маховик, катушки спуска грузов и катушки подъема грузов, между которыми на валу расположены коробки передач с гидравлической передачей вращающего момента, каждая из которых выполнена с возможностью привидения в движение: режимов подключения и отключения спуска/подъема грузов по меньшей мере одной подвески, полиспаста, маховика, двигателя или генератора в зависимости от накопления или выдачи электрической энергии.

Кроме того, коробка передач, установленная между двигателем и катушками подъема грузов, выполнена с возможностью переключения оборотов и передачи вращательного момента от двигателя на вал, снижения оборотов вала и отключения двигателя от вала.

Кроме того, коробка передач, установленная между генератором и маховиком, выполнена с возможностью понижения оборотов, получаемых от маховика до оптимального числа оборотов ротора генератора и отключения сцепления генератора с валом.

Кроме того, коробка передач, установленная между маховиком и катушками спуска грузов, выполнена с возможностью увеличения оборотов ведомого вала маховика в сравнении с оборотами ведущего вала катушек спуска грузов и отключения сцепления маховика с катушками спуска груза.

Кроме того, содержит козловый кран, выполненный с возможностью перемещения по рельсам, расположенным на поверхности плавающего средства, и обеспечивающий выполнение ремонтных и профилактических работ.

Преимущества заявленного устройства:

Подводный накопитель энергии оптимален с точки зрения:

А) Близости к таким источникам энергии как ветровые электростанции, которые в огромных количествах строятся в прибрежных водах и морских.

Б) Не требует больших площадей, не мешает движению судов.

В) Простота и дешевизна конструкции при высоком уровне безопасности – отсутствие близлежащей инфраструктуры и людей.

Г) Высокий уровень автоматизации и безопасности достигается за счет простоты и погружения в воду всей системы движущихся тяжелых грузов. 

Изобретение поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 показан общий вид устройства для гравитационного накопления электрической энергии в водной среде.

На фиг. 2 приведены примеры грузов.

На фиг. 3 показан вариант подвески тросами спуска основного груза и дополнительных грузов.

На фиг. 4 показан амортизатор

На фиг. 5 показан пример расположения сквозных отверстий для тросов спуска в корпусах грузов (4 дополнительных груза), вид сверху

На фиг. 6 показана подвеска 16-ти грузов по 4 груза на отдельный полиспаст

На фиг. 7 показано крепление полиспаста к грузу.

На фиг. 8 показан общий вид сверху на часть баржи с проемом для одной подвески грузов.

Рассмотрим более подробно. Устройство позволяет накопленную электроэнергию преобразовать в потенциальную энергию поднятых с большой глубины тяжелых грузов.  Вес грузов может исчисляться тысячами тонн, а глубина, с которой они поднимаются в сотни метров.

На фиг. 1 показано плавающее средство 1, например, баржа и под нею на тросах подвешены грузы 2. На фиг. 2 показаны возможные, но не ограниченные приведенными, примеры форм грузов. Груз может иметь коническую, кубическую, пирамидальную или любую другую форму, при этом в нижней части груза, в случае необходимости, может быть выемка в виде части сферы и из нее сквозь груз проходят отверстия в виде сквозных трубок, что позволяет понижать скорость спуска и стабилизировать процесс опускания груза – подобие парашюта. Это связано с весом груза, наличием течений/приливов, плотности «гирлянд» подвески грузов и т.д. Материал для изготовления груза должен быть тяжелым (с удельным весом больше удельного веса воды), не разрушающимся в воде и прочным. Это может быть бетон с металлом. Если плотность воды примерно равна 1 кг/м³, плотность железа 7 кг/м³, плотность бетона 2 кг/м³, то плотность груза может быть на уровне 4-5 кг/м3 в зависимости от состава.

На фиг. 3 показан пример одной подвески грузов, закрепленных на тросах под баржей. Показан основной спущенный груз 4 “A0”. На тросе также крепятся и дополнительные грузы 5 “A1”, “A2”, “A3”, “A4”. Основной груз 4 имеет больший вес в сравнении с дополнительными и играет стабилизирующую роль. Буква “A” указывает на общую вертикальную подвеску грузов, а номер после буквы – номер груза, нумерация начинается снизу. Каждый дополнительный груз 5 по форме выполнен также как и основной груз с той лишь разницей, что, в зависимости от его положения на подвеске, сквозь него проходят тросы нижерасположенных грузов. Над каждым грузом в точке его крепления к тросу располагается амортизатор 7, который предотвращает рывок в момент полной раскрутки троса и достижения грузом заданной глубины, а также позволяет повысить прочность и износостойкость троса, сохранить надежность крепления груза. Он закреплен между двумя фиксаторами 8 с резервом длины троса на работу амортизатора 7 при его растяжении. 

На фиг. 5 показан пример расположения сквозных отверстий 10 для тросов 6 на грузе 5. В результате этого все грузы располагаются на одной вертикали в направлении основного груза и представляют собой единую композицию грузов - подвеску. В верхней части тросы от всех грузов выходят через общую направляющую тросов 3 (фиг. 3) на поверхность над водой на палубе баржи. Тросы через направляющую 3, в порядке подводного расположения грузов, накручены на катушки спуска 9 (фиг. 6), каждый груз на свою независимую катушку. Это позволяет при спуске груза использовать вращение заданной катушки для накопления электроэнергии в генераторе.

Устройство вполне может работать с небольшим количеством грузов, но его эффективность значительно возрастает с ростом количества подвесок и объемом грузов на каждой подвеске. На фиг. 3 показан пример подвески грузов, при этом практически не ограниченна потенциальная глубина погружения грузов (до 1000 метров и более) и их вес. Это увеличивает энергетический потенциал устройства по накоплению энергии – перевод потенциальной энергии в кинетическую. Множественная независимая подвеска каждого груза см. пример из фиг. 3 “A0”, “A1”, “A2”, “A3”, “A4” позволяет растянуть прием и накопление энергии во времени, а также динамично адаптировать эти процессы к потребности внешней энергетической сети.

Для поднятия грузов используются полиспасты см. фиг. 6. Полиспасты для наглядности изображены в классическом развернутом виде - каждый блок показан отдельно. Физическое исполнение их довольно компактно, поскольку блоки совмещаются. Показаны 4-х кратные полиспасты, однако возможно использование и 6-ти кратные или 8-ми кратные и более, различной конструкции. Крепление фиксированных блоков на палубе нарисованы условно и не показываются как не существенные детали, чтобы не загружать чертеж.

В показанной в качестве примера на фиг. 6 подвеске грузов все грузы разделены на 4 группы по 4 груза в каждой. Верхний груз каждой группы соединен через полиспаст с катушкой полиспаста 12 этой группы. Всего предусмотрено 16 грузов на четыре полиспаста размещенных по одному с каждой стороны от общей подвески грузов. Это делается для удобства работы с поднимаемыми грузами. В верхней части полиспаста на палубе закреплены фиксированные блоки 11, а в его нижней части – подвижные блоки 14. На фиг. 6 дополнительно пунктиром показаны слева и справа полиспасты 12 и 13, соответствующие переднему 12 и заднему 13 полиспастам. Пунктирными линиями показаны только их нижние тросы, что показывает только места креплений к грузам подвижной части полиспастов 13. Все 4 полиспаста одинаковы.

Крепление подвижного блока 14 полиспаста к грузу может быть жестким в горизонтальной плоскости с целью ограничения его подвижности в горизонтальной плоскости и подвижно в вертикальной плоскости. Пример крепление в виде «ушка» 15 (фиг. 7) или углубления в грузе (не показано), что удобно при подъеме грузов. Подвижные блоки могут крепиться к «ушку» коротким стержнем или тросом в зависимости от сложности конструкции. На нижней поверхности каждого груза фиг. 7 располагается направляющая пластина 16 с отверстиями, размещаемая с любой стороны груза, через которую проходят тросы полиспастов для нижерасположенных грузов. Это позволяет ограничить их подвижность и сохранять упорядоченность расположения. Они устанавливаются на всех или части грузов для предотвращения переплетения тросов при использовании многократных полиспастом, большой глубины и увеличенного количества грузов.

На фиг. 8 показан общий вид фрагмента палубы баржи с одной вертикальной подвеской грузов, например, показанной на фиг. 6. На палубе показан козловой кран 29, перемещающийся по рельсам 30 и позволяющий поднимать на палубу грузы 2, перемещать по палубе грузы, блоки, двигатели и генераторы, выполняя различные ремонтные и профилактические работы. Двигатель 19 и генератор 18 могут обслуживать последовательно несколько проемов с подвесками грузов. Роторы электрогенератора 18 и электродвигателя 19 соединены общим валом, на котором располагаются в порядке очередности: маховик 22, катушки спуска грузов 21 и катушки подъема 20. Между всеми перечисленными элементами на валу располагаются коробки передач с гидравлической передачей вращающего момента 23, 24, 25 и 26. Это позволяет временно «разрывать» жесткую механическую связь между перечисленными элементами вала. Сделано это для того, чтобы снизить нагрузку на вал в пиковые моменты, управлять одними элементами на валу, временно отключая другие, управлять передаточным числом коробки передачи увеличивая или уменьшая его в зависимости от режима работающего участка вала.

Так коробка передач 26 между двигателем 19 и катушками подъема 20 позволяет:

- Переключать обороты и передает вращательный момент от двигателя 19 на вал.  

   Снижать обороты вала от двигателя для удобства работы полиспастов с

   катушками подъема 20.

- Отключать работающий двигатель 19 от вала.

Коробка передач 25 между катушками подъема 20 и катушками спуска 21 осуществляет:

- согласованную работу катушек при подъеме,

- отключает валы друг от друга в периоды их независимой работы.

Коробка передач 23 генератором 18 и маховиком 22 позволяет:

- Понижать обороты, получаемые от маховика до оптимального числа оборотов ротора генератора 18, поскольку вращательный момент передается от маховика 22 к генератору 18.

- отключать сцепление генератора 18 с общим валом.

Коробка передач 24 между маховиком 22 и катушками спуска грузов 21 позволяет:

- увеличить обороты ведомого вала маховика 22 в сравнении с оборотами ведущего вала катушек спуска 21.

- отключать сцепление маховика с катушками спуска.

Таким образом, физически все участки вала могут быть разделены, но в логическом смысле они едины.

Над проемом 17 в палубе расположены катушки 21 для тросов спуска всей вертикальной подвески грузов. Для каждого груза подвески предназначена своя катушка для наматывания троса данного груза. Все катушки спуска 21 насажены на один общий вал и могут независимо входить и выходить из сцепления с этим валом. На этом же валу, ближе к генератору 18 располагается коробка передач 24 с гидротрансформатором, далее расположен маховик 22, предназначенный для сглаживания падения энергии вращения вала в моменты переключения и первоначального разгона грузов. В эти моменты времени вал продолжает вращаться за счет накопленной кинетической энергии маховика 22, что позволяет генератору 18 продолжать накапливать электричество. Маховик 22 представляет собой тяжелый металлический диск, соединенный со своим валом и изолированный от внешней среды кожухом.

Вал, на котором закреплен маховик, с обеих сторон отделен от вала с катушками спуска грузов 21 с одной стороны и с другой стороны от ротора генератора 18 коробками передач с гидравлическим разделением 23 и 24. Такое разделение валов позволяет передавать вращающий момент, но сохраняет механическую независимость валов. Это важно, поскольку переходы от спуска одного груза к спуску другого груза и переключение между подвесками грузов сопровождаются краткосрочными падениями вращающего момента, что эффективно компенсируется кинетическим маховиком 22, который в эти периоды времени передает накопленную им кинетическую энергию генератору 18, которая при очередном спуске груза восстанавливается.

По краям проема 17 на палубе с четырех сторон расположены фиксированные блоки четырех полиспастов (не показаны), предназначенные для подъема грузов. Катушки полиспастов 10 фиг. 6 этих блоков связаны с катушками подъема 20 тросами, перенаправляющими усилие от вала с катушками подъема 20 на катушки полиспастов 10 фиг. 6, через которые осуществляется подъем грузов, сцепленных с подвижными блоками полиспастов 14. На катушки подъема 20 наматываются тросы полиспастов. Это позволяет разнести в пространстве фиксированные блоки полиспастов и установить их с четырех сторон от проема 17 фиг.8.  Каждый полиспаст наматывает свой трос на свою катушку подъема. В любой момент времени периода подъема активна только одна катушка подъема 20, та, что соединена в этот момент с валом, а остальные катушки подъема 20 освобождены от соединения с валом. Это связано с порядком подъема грузов. Сначала поднимается своим полиспастом верхняя группа грузов, затем следующая нижерасположенная после него и так до последней группы основного груза 4 фиг. 6. В этой же последовательности активизируются катушки полиспастов на валу подъема 20. Одновременно с вращением работающей катушки подъема 20 вращается и катушки спуска 21, соответствующие группе поднимаемых данным полиспастом грузов, наматывая тросы без нагрузки на свои катушки спуска 21. В нашем примере фиг. 6 это группа катушек для четырех грузов. Здесь же на палубе расположены и два блока управления – блок управления подъемом 28 и блок управления спуском 27. Ведущим блоком является блок управления спуском 27.

Изобретение осуществляется следующим образом:

Возможны 3 режима работы устройства: спуск, подъем и режим ожидания. Исходное состояние – все грузы полностью спущены в проем в воду и находятся в максимально верхнем состоянии. Полиспасты подсоединены. Двигатель и генератор подключены к внешней энергосистеме. Все оборудование в рабочем состоянии. Подвесок грузов может быть много и они идентичны, поэтому рассмотрим на примере одной подвески фиг. 3. Общее управление работой установки осуществляет блок управления спуском 27 фиг. 8. После поступления сигнала от внешнего датчика энергосистемы устройство переключается в режим генерации или накопления энергии.

Режим генерации осуществляется путем последовательного спуска грузов по тросам на заданную глубину. Грузы находятся наверху у поверхности в конструктивно зафиксированном порядке, пример на фиг. 3. Каждый груз имеет свой трос. Все грузы, кроме основного 4 имеют сквозные отверстия для прохождения тросов крепления нижестоящих грузов – дополнительных грузов 5. Это позволяет компактно разместить в вертикальном водном пространстве все грузы одной подвески.

При спуске груза потенциальная энергия этого груза переходит в кинетическую энергию, которая сразу преобразуется в энергию вращения вала (сила тяжести преобразуется во вращающий момент). Каждый груз, опускаясь, принудительно раскручивает свою катушку спуска 21 фиг. 8, которая в данный момент жестко прикреплена к валу катушек спуска и передает тем самым свою кинетическую энергию валу, а от вала через коробку передач 24 с увеличением скорости вращения маховику 22. Массивный маховик 22, получив крутящий момент (момент силы) на повышенных оборотах способен определенное время поддерживать самостоятельное вращение вала, обеспечивая тем самым непрерывность работы устройства в периоды разгона, переключения грузов на одной подвеске, а также во время переключения на другую подвеску грузов.  Далее вращение от маховика 22 передает крутящий момент через коробку передач 23, понижающую скорость вращения, ротору генератора 18 для накопления генератором электроэнергии и передаче ее во внешнюю сеть. Катушки спуска 21 остальных грузов в данный момент времени не находятся в жестком сцеплении с валом катушек спуска. Всегда активна только катушка опускаемого в данный момент груза, которая за счет сцепления с валом этой катушки спуска и вращает его. После окончания погружения данного груза на заданную глубину (обычно полную проектную) его катушка спуска выходит из активного сцепления с валом. После этого блок управления спуском 27 готов к управлению спуском следующего груза и только ожидает сигнала от контроллера маховика 22 о снижении его оборотов ниже заданной величины. После получения этого сигнала начинается процесс спуска следующего груза. Процесс спуска всех грузов на глубину ведется в следующем порядке:

- Спускается основной груз “А0” фиг. 3 на всю заданную глубину, например, 500 метров. Этот груз повышенного веса помимо стабилизирующей функции для всей подвески грузов раскручивает маховик 22 до рабочей скорости вращения – в несколько раз выше рабочей скорости вращения ротора генератора 18.

- Блок контроля спуска 27 получает сигнал о падение скорости вращения маховика 22 и приступает к спуску первого груз “А1” фиг. 3 на всю длину своего троса, причем она не превышает длину основного груза. Скорость вращения маховика 22 повышается.

- Блок контроля спуска 27 получает сигнал о падение скорости вращения маховика и приступает к спуску второго груза“А2” на всю длину своего троса, причем она не превышать длину первого груза. Скорость вращения маховика повышается.

- И т.д. столько, сколько дополнительных грузов 5 предусмотрено разместить на этой вертикальной подвеске над основным грузом. На фиг. 3 показана одна подвеска грузов с одним основным грузом “А0”.

Так все грузы одной подвески грузов последовательно передают всю потенциальную энергию через маховик электрогенератору 18. Маховик 22 является промежуточным сглаживающим элементом передачи энергии от грузов к генератору 18. Процесс генерации электроэнергии может прерваться либо по окончании спуска всех грузов всех подвесок – сигнал «стоп», либо по получении внешнего сигнала от энергосистемы об отсутствии потребности в электроэнергии в данный момент времени. В любой момент времени режим генерации может быть продолжен до получения сигнала «стоп», либо приведен в режим накопления энергии.

Подвесок у баржи может быть множество, например, 10 или 20. Если средняя грузоподъемность морской баржи 20 тыс. тонн, то вполне можно работать с общим весом всего множества грузов на всех подвесках весом в 12-14 тыс. тонн. Если оценить порядок энергии, получаемой от погружения 10 тыс. тонн на глубину 500 метров, то она достаточна для поддержания баланса электроэнергии небольшого поселка в 250 домов.

В процессе спуска грузов валы системы подъема грузов 20 опускают тросы полиспастов свободно, без сопротивления, пропорционально погружению каждого груза. Все катушки подъема выведены из зацепления с валом, а сам вал с катушками подъема отключен от вала с катушками спуска 21 и двигателя 19 коробками передач 25 и 26.  Свободный спуск груза, его форма позволяют добиться в водной среде скорости спуска близкой к равномерной, что значительно упрощает работу генератора энергии.

Режим накопления выполняется в обратном в сравнении со спуском порядке. Последний опущенный груз поднимается первым. При подъеме каждого груза происходит активизация его системы полиспастов, которая поднимает груз за счет принудительного вращения вала подъема 20 от двигателя 19.  Закрепившаяся к валу подъема 20 катушка полиспаста наматывает трос полиспаста, связанный с данной группой грузов, при этом затрачивается электрическая энергия питания двигателя 19, которая и преобразуется в потенциальную энергию поднимаемого груза. Таким образом, для накопления энергии используется устройство подъема грузов в обратном относительно спуска порядке - “А5”, “А4”, …, “А0” см. фиг. 3.

Грузы поднимаются группами в соответствии с креплением полиспастов фиг. 6.

Этот процесс длится до тех пор, пока не закончится накопленная энергии или не будет поднят к поверхности весь груз.

В процессе подъема грузов катушки спуска 21, соответствующие поднимаемой в данный момент группе грузов, свободно вращаются от двигателя 19 в соответствии с передаточным числом, заданным коробкой передач 25 и наматывают тросы поднимаемых грузов на катушки спуска 21 грузов. Коробка передач 24 на этот период отключает вал генератора и маховика. В каждый момент времени подъема к валу катушек подъема 20 подключена только одна катушка полиспаста 10. Эта катушка и поднимает свою группу грузов. После подъема всех грузов максимально вверх к поверхности на заданную (проектную) высоту режим накопления энергии отключается системой управления подъемом 28.

Использование системы полиспастов позволяет значительно снизить нагрузку на тросы при подъеме грузов. Кратность используемых полиспастов может быть увеличена в зависимости от требований к величине поднимаемой силы, мощности генератора, продолжительности подъема и других эксплуатационных задач.

Подъем над водой всех блоков полиспастов и грузов возможен для проведения профилактических работ. Для этого используется козловой кран 29, размещенный на палубе баржи. Кран 29 перемещается по рельсам 30, которые соединяют проемы независимых подвесок грузов.

Таким образом, преимуществами заявленного устройства являются:

Использование нескольких грузов и маховика позволяет дозированно по времени загружать и использовать энергию, не нагружая всю механическую систему на полную нагрузку. Использование множества грузов позволяет восполнять даже небольшой недостаток энергии во внешней сети, быстро реагировать и быть более адаптивной к изменениям ее параметров. 

Большой потенциал емкости накопителя энергии за счет:

- Значительной глубины погружения грузов до 1000 метров и более,      

   что недостижимо на поверхности.

- Увеличения веса каждого отдельного груза.

- Увеличения количества грузов на одной подвеске.

- Увеличения количества подвесок.

- Увеличение грузоподъемности баржи.

- Увеличения количества барж.

Подводное погружение множества грузов, расположенных на одной вертикали, погружающихся автономно в заданной последовательности и соединенных независимой сквозной системой тросов в сочетании с маховиком. Это позволяет равномерно накапливать электроэнергию в течение длительного времени спуска грузов и быстро реагировать на недостаток энергии во внешней энергосети переключаясь со спуска на подъем грузов.

Размещение рабочих элементов устройства, таких как генератора, маховика, катушек спуска и катушек подъема на одном валу с их размещением между ними коробок передач с гидравлическим разделением позволяет использовать эти элементы в различных, необходимых для рабочих режимов сочетаниях при их фактическом механическом разделении.

Подводное погружение множества грузов, компактно расположенных на одной вертикали, погружающихся автономно в заданной последовательности и соединенных независимой сквозной системой тросов, позволяет быстро реагировать на недостаток энергии во внешней энергосети переключаясь со спуска на подъем грузов.

позволяет быстро реагировать количество энергии во внешней энергосети переключаясь со спуска на подъем грузов.

Изобретение относится к электроэнергетике. Устройство для накопления электрической энергии в водной среде содержит размещенный на плавающем средстве энергетический агрегат, узел отбора мощности, выполненный в виде генератора электрического тока и электродвигателя, и блок управления. Энергетический агрегат содержит рабочий орган, выполненный в виде по меньшей мере одной подвески основного и дополнительных грузов. Каждый груз из подвески закреплен на одном тросе, имеющем свою катушку, которая выполнена с возможностью подключения/отключения от сцепления с валом. Сквозь отверстия, выполненные в грузах, проходят тросы нижерасположенных грузов, выходящие на поверхность плавающего средства через общую направляющую и соединенные с катушками спуска/подъема грузов. Над каждым грузом расположен амортизатор. Грузы выполнены из материала с удельным весом больше удельного веса воды. Роторы электрогенератора и электродвигателя соединены общим валом, на котором поочередно расположены маховик, катушки спуска и подъема грузов, между которыми на валу расположены коробки передач с гидравлической передачей вращающего момента. Изобретение направлено на упрощение конструкции при высоком уровне безопасности. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для накопления электрической энергии в водной среде, содержащее размещенный на плавающем средстве энергетический агрегат для преобразования потенциальной энергии груза в электрическую, узел отбора мощности, выполненный в виде генератора электрического тока и электродвигателя, и блок управления, отличающееся тем, что энергетический агрегат содержит рабочий орган, выполненный в виде по меньшей мере одной подвески основного и дополнительных грузов, при этом каждый груз из подвески закреплен на одном тросе, имеющем свою катушку, которая выполнена с возможностью подключения/отключения от сцепления с валом, и выполненным с возможностью погружения в воду через проем в палубе плавающего средства, и выполнен в виде маховика, представляющего собой металлический диск в защитном кожухе, катушек спуска и подъема грузов, по меньшей мере одного полиспаста, катушка подъема которого соединена с грузами упомянутой подвески, причем сквозь отверстия, выполненные в грузах, проходят тросы нижерасположенных грузов, выходящие на поверхность плавающего средства через общую направляющую и соединенные с катушками спуска/подъема грузов, а над каждым грузом расположен амортизатор, закрепленный двумя фиксаторами с резервом длины троса на работу амортизатора, для предотвращения рывка при опускании груза в момент полной раскрутки троса, при этом грузы выполнены из материала с удельным весом больше удельного веса воды, причем роторы электрогенератора и электродвигателя соединены общим валом, на котором поочередно расположены маховик, катушки спуска грузов и катушки подъема грузов, между которыми на валу расположены коробки передач с гидравлической передачей вращающего момента, каждая из которых выполнена с возможностью приведения в движение: режимов подключения и отключения спуска/подъема грузов по меньшей мере одной подвески, полиспаста, маховика, двигателя или генератора в зависимости от накопления электрической энергии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коробка передач, установленная между двигателем и катушками подъема грузов, выполнена с возможностью переключения оборотов и передачи вращательного момента от двигателя на вал, снижения оборотов вала и отключения двигателя от вала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коробка передач, установленная между генератором и маховиком, выполнена с возможностью понижения оборотов, получаемых от маховика до оптимального числа оборотов ротора генератора и отключения сцепления генератора с валом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коробка передач, установленная между маховиком и катушками спуска грузов, выполнена с возможностью увеличения оборотов ведомого вала маховика в сравнении с оборотами ведущего вала катушек спуска грузов и отключения сцепления маховика с катушками спуска груза.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит козловой кран, выполненный с возможностью перемещения по рельсам, расположенным на поверхности плавающего средства, и обеспечивающий выполнение ремонтных и профилактических работ.