БЕСПЛОТИННАЯ ПРИЛИВНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2024 года по МПК E02B9/08 F03B13/26 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к конструкциям автономных приливных бесплотинных электростанций небольшой мощности и может быть широко использовано для преобразования энергии морских течений (приливов-отливов) в электрическую энергию. При строительстве существующих энергоузлов с использованием энергии приливов основные затраты приходятся на сооружение дорогостоящих плотин, что препятствует массовому сооружению объектов для индивидуального пользования и для малых поселений, находящихся на отдаленных прибрежных территориях Арктики, Чукотки, Камчатки и Дальнего Востока.

Уровень техники.

Известна волновая электростанция (патент РФ №2459974, МПК F03B 13/24, опубл. 27.08.2012), которая содержит неподвижную опору, пневмогидравлическую камеру, подвижная часть которой сообщена с водоемом, а надводная - с атмосферой через напорный воздуховод, в котором установлена турбина с генератором. Кроме того, устройство оснащено вращающимся приводом, кинематически связанным с камерой, которая закреплена на опоре с возможностью вертикального перемещения, причем привод связан с камерой через пару силовых элементов из ряда: гайка-винт, зубчатое колесо-зубчатая рейка, гидроцилиндр-шток, барабан-трос, а вращающийся привод снабжен средствами автоматического управления с возможностью перемещения камеры относительно опоры в соответствие с колебаниями среднего уровня водной поверхности.

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность, необходимость в опорах-оболочках, выполняющих функцию плотины, и так же - необходимость в обслуживающем персонале и его высокая стоимость, характерная для гидроэлектростанции большой мощности, включенную в общую систему обеспечения электроэнергией потребителей. Кроме того, для установки камеры на требуемый уровень водной поверхности электроприводу требуется внешний источник электроэнергии.

Известна приливная энергетическая установка (патент РФ №2099587, МПК F03B 13/18; F13/26, опубл. 20.12.1997), которая содержит укрепленный на дне вертикальный полый цилиндр с поршнем, выше и ниже которого в цилиндре образованы воздушные камеры повышенного давления, подключенные к воздухозабору, поплавок, связанный с поршнем посредством штока, резервуар для сжатого воздуха, турбину и соединительные трубопроводы, причем обе воздушные камеры повышенного давления цилиндра снабжены буферными камерами, размещенными вне цилиндра и соединенные с ним посредством каналов. При этом каналы буферных камер выведены в пространство между крышкой цилиндра и верхним крайним положением поршня, а канал нижней буферной камеры выведен в пространство между дном цилиндра и нижним крайним положением поршня, причем в каждой буферной камере установлен поршень, подпружиненный в сторону канала.

Недостатками данного устройства является конструктивная сложность и необходимость в обслуживающем персонале, а также его высокая стоимость. Наличие пружин, требующих регулировки натяжения и дополнительных подвижных элементов снижают надежность данного устройства. Использование воздушной турбины менее эффективно по сравнению с применением гидравлической турбины.

Известна приливная ГЭС (патент РФ №2732359, МПК F03B 13/26; F02B 9/08, опубл. 15.09.2020), которая содержит цилиндрическую емкость и накопительный резервуар, соединенные на верхнем уровне нагнетающим трубопроводом, на нижнем уровне трубопроводом для стока воды, оснащенным обратным запорным клапаном, причем в цилиндрической емкости у ее основании размещена двунаправленная гидротурбина Уэльса, кинематически соединенная с электрическим генератором, трубопровод стока воды расположен выше гидротурбины, а в цилиндрической емкости выполнены два отверстия, первое из которых для входа воды, расположено по уровню ниже гидротурбины и второе отверстие для выхода воздуха в ее верхней части.

Недостатком данной “Приливной ГЭС” является ее низкая производительность в связи с отсутствием возможности непрерывной работы в циклах “приливы-отливы”. Это связано с тем, что несмотря на разнообразие квадратурных, сизигийных и других типов приливов, по времени их форма в течении суток близка к синусоидальной. При наступлении прилива гидротурбина в “Приливной ГЭС” работает только первую четверть синусоиды (90 градусов) до наступления максимума прилива, после чего уровень воды прилива и уровень воды в цилиндрической емкости выравниваются и гидротурбина останавливается. Во второй четверти синусоиды - при отливе - гидротурбина практически не работает, за исключением слива небольшого объема воды из малого объема цилиндрической емкости. В третьей четверти синусоиды - при наступлении отлива - вода поступает на гидротурбину через обратный запорный клапан и трубопровод стока накопительного резервуара, причем количество вырабатываемой электроэнергии гидротурбиной ограниченно запасенным объемом воды в первую четверть синусоиды. Таким образом, электроэнергия вырабатывается ограниченно только в отдельные промежутки времени и далеко не полном объеме.

Наиболее близкой к заявляемой является приливная ГЭС (патент РФ №2757047, МПК F03B 13/26; F02B 9/08, опубл. 11.10.2021), которая содержит цилиндрическую емкость и накопительный резервуар, соединенные на верхнем уровне нагнетающим трубопроводом, на нижнем уровне трубопроводом для стока воды, оснащенным обратным запорным клапаном, в цилиндрической емкости у ее основании размещена двунаправленная гидротурбина Уэльса, кинематически соединенная с электрическим генератором, трубопровод стока воды расположен выше гидротурбины, а в цилиндрической емкости выполнены два отверстия, первое из которых для входа воды, расположено по уровню ниже гидротурбины и второе отверстие для выхода воздуха в ее верхней части, а на верхнем уровне прилива введен дополнительный резервуар воды, входное отверстие которого оснащено обратным клапаном, его выходное отверстие соединено трубой с нижним дополнительным отверстием цилиндрической емкости, причем отверстие для входа воды в эту емкость имеет подпружиненный на закрывание клапан, соединенный гибкой тягой с нагруженным дополнительным грузом поплавком, установленным в дополнительном резервуаре на регулируемом по высоте упоре.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокую эффективность преобразования энергии перемещающейся воды, также и при волнении, в электрическую энергию, обусловленную, в том числе, неиспользованием для этого постоянного перемещения поплавка в вертикальной плоскости при поступлении воды в дополнительный резервуар.

Раскрытие сущности изобретения.

Технической проблемой заявляемого изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание малогабаритной бесплотинной приливной гидроэлектростанции (БП-ГЭС) с повышенной эффективностью преобразования энергии перемещающейся воды, в том числе и при волнении, в электрическую энергию путем использования для этого постоянного перемещения поплавка в вертикальной плоскости при поступлении воды в дополнительный резервуар для широкого использования в малых поселениях, находящихся на отдаленных прибрежных территориях Арктики, Чукотки, Камчатки и Дальнего Востока.

Техническим результатом является повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что бесплотинная приливная гидроэлектростанция, содержащая цилиндрическую емкость и накопительный резервуар, соединенные на верхнем уровне нагнетающим трубопроводом, на нижнем уровне трубопроводом для стока воды, оснащенным обратным запорным клапаном, в цилиндрической емкости у ее основании размещена двунаправленная гидротурбина Уэльса, кинематически соединенная с электрическим генератором, трубопровод стока воды расположен выше гидротурбины, а в цилиндрической емкости выполнены два отверстия, первое из которых для входа воды, расположено по уровню ниже гидротурбины и второе отверстие для выхода воздуха в ее верхней части, а на верхнем уровне прилива установлен дополнительный резервуар воды, входное отверстие которого оснащено обратным клапаном, его выходное отверстие соединено трубой с нижним дополнительным отверстием цилиндрической емкости, причем отверстие для входа воды в эту емкость имеет подпружиненный на закрывание клапан, соединенный гибкой тягой с нагруженным дополнительным грузом поплавком, установленным в дополнительном резервуаре на регулируемом по высоте упоре, согласно решению, дополнительно содержит устройство для получения электрической энергии, прикрепленное к боковым поверхностям поплавка, содержащее по крайней мере один постоянный магнит, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющему вертикальному стержню, размещенному в центре полого цилиндрического корпуса, и обмотки для подключения к внешнему накопителю энергии, причем постоянный магнит выполнен в виде нечетного числа магнитных шайб, имеющих последовательно-противоположное направление намагничивания в осевом направлении, на поверхности северных полюсов шайб нанесены пленки моноэлектрета с отрицательным знаком заряда, а на поверхности южных полюсов шайб нанесены пленки моноэлектрета с положительным знаком заряда, при этом корпус снабжен торцевыми крышками, на внутренней поверхности торцевых крышек установлены ограничители-демпферы, на которых размещена пленка моноэлектрета, знак заряда которой совпадает со знаком заряда пленки моноэлектрета, размещенной на ближайшей к ней магнитной шайбе.

Ограничители-демпферы выполнены в виде пластин пенометалла.

Обмотки установлены на пленке моноэлектрета, размещенной на демпферах-ограничителях и представляют собой плоскую многослойную разомкнутую спиральную обмотку.

Краткое описание чертежей.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - представлена принципиальная конструкция БП-ГЭС; на фиг. 2 - поперечное сечение устройства для дополнительного получения электрической энергии; на фиг. 3 - сечение по линии А-А устройства для дополнительного получения электрической энергии.

Позициями на чертежах обозначено: 1 - цилиндрическая емкость; 2 - накопительный резервуар для воды; 3, 4 - трубопровод; 5 - обратный запорный клапан; 6 - двунаправленная гидравлическая турбина Уайта; 7 - генератор; 8 - отверстие для входа воды; 9 - отверстие для выхода воздуха из воды в атмосферу; 10 - дополнительный резервуар; 11 - входное отверстие доп.резервуара; 12 - обратный клапан для входа воды; 13 - выходное отверстие доп.резервуара; 14 - труба; 15 - нижнее дополнительное отверстие цилиндрической емкости; 16 - подпружиненный закрывающий клапан; 17 - гибкая тяга; 18 - роликоопоры; 19 - поплавок; 20 - опора; 21 - регулируемый упор; 22 - устройство для дополнительного получения электрической энергии; 23 - шайбы из магнитного материала с осевым намагничиванием; 24 - пленка моноэлектрета; 25 - направляющий стержень; 26 - полый цилиндрический корпус; 27 - торцевые крышки полого цилиндрического корпуса; 28 -электрическая обмотка в виде плоской многослойной разомкнутой спиральной обмотки; 29 - ограничители - демпферы.

Осуществление изобретения.

Бесплотинная приливная гидроэлектростанция (фиг. 1) содержит цилиндрическую емкость 1 и накопительный для воды резервуар 2, соединенные на верхнем уровне нагнетающим трубопроводом 3, а на нижнем уровне трубопроводом 4 для стока воды, оснащенным обратным запорным клапаном 5, причем двунаправленная гидравлическая турбина 6 Уайта расположена у основания цилиндрической емкости ниже уровня трубопровода для стока воды и кинематически соединена с генератором 7. Кроме того, цилиндрическая емкость имеет отверстие 8 для входа воды, расположенное по уровню ниже гидротурбины и отверстие 9 для выхода из нее воздуха в атмосферу. Для увеличения времени работы электростанции на верхний уровень прилива введен дополнительный резервуар 10, входное отверстие 11 которого оснащено на вход воды обратным клапаном 12, а выходное отверстие 13 оснащено трубой 14, соединенной с нижним дополнительным отверстием 15 цилиндрической емкости, причем отверстие для входа воды этой емкости оснащено подпружиненным на его закрывание клапаном 16, соединенным гибкой тягой 17 через роликоопоры 18 с нагруженным дополнительным грузом поплавком 19. Дополнительный резервуар может быть выполнен в составе единой конструкции с цилиндрической емкостью или в виде отдельного блока на опоре 20. Нижнее положение поплавка в дополнительном резервуаре устанавливается регулируемым по высоте упором 21. На боковых поверхностях поплавка 19 в вертикальной плоскости размещено устройство для дополнительного получения электрической энергии 22.

Для повышения эффективности функционирования БП-ГЭС на боковых поверхностях поплавка 19 в вертикальной плоскости размещено устройство для дополнительного получения электрической энергии 22.

Устройство для дополнительного получения электрической энергии 22 (фиг. 2-3) содержит полый цилиндрический корпус 26 с направляющим стержнем 25 в центре с ограничителями - демпферами 29 в виде пластин пенометалла. По стержню при постоянном перемещении поплавка 19 в вертикальной плоскости при поступлении воды в дополнительный резервуар 10 перемещаются установленный постоянный цилиндрический магнит составного типа, величиной примерно 0,25…0,3 длины корпуса. Причем в качестве постоянного цилиндрического магнита составного типа используется нечетное число магнитных шайб 23, имеющих последовательно-противоположное направление намагничивания в осевом направлении. На наружные поверхности шайб дополнительно нанесена пленка моноэлектрета 24, знак заряда которой совпадает со знаком намагничивания шайбы. На внутренней поверхности торцевых крышек 27 полого цилиндрического корпуса 26 установлены пластины пенометалла 29, которые используются в качестве магнитопровода. и на которых размещена пленка моноэлектрета 24, знак заряда, которой совпадает со знаком заряда пленки моноэлектрета 24, размещенной на ближайшей к ней магнитной шайбе. На наружной поверхности пленок моноэлектрета, размещенных на ограничителях - демпферах на внутренней поверхности торцевых крышек полого цилиндрического корпуса, установлена плоская многослойная разомкнутая спиральная обмотка 28. При этом величина запасенной магнитной энергии у каждой пары магнитных шайб в направлении от торцов полого цилиндрического корпуса к его центру по сравнению с крайними магнитными шайбами уменьшается.

В качестве материала нечетного числа магнитных шайб 23, установленных на направляющем стержне 25 и имеющих последовательно - противоположное направление намагничивания в осевом (аксиальном) направлении, может быть использован, например, материал марки 52H на основе NdFeB [Magnetworld AG, Germany, сайт: www.magnet-world.de], имеющий максимальную величину магнитной энергии B*H=422 kJ/m³, где В - магнитная индукция, Н - коэрцитивная сила.

Каждая пара магнитных шайб служит для изменения магнитного потока в процессе возвратно-поступательных перемещений постоянного цилиндрического магнита составного типа. Для увеличения периода колебаний каждой последующей пары магнитных шайб 23 в постоянном цилиндрическом магните составного типа необходимо, чтобы величина запасенной магнитной энергии была наибольшей у пар магнитных шайб, расположенных у торцов полого цилиндрического корпуса 26. Исходя из инженерно-конструкторского опыта, величина запасенной магнитной энергии у каждой пары магнитных шайб в направлении от торцов полого цилиндрического корпуса к его центру, уменьшается по сравнению с крайними магнитными шайбами в среднем на 10…15%. При этом величина заряда пленки моноэлектрета, параметры плоской разомкнутой многослойной спиральной обмотки, геометрические размеры и общее число магнитных шайб в устройстве определяются требуемой величиной вырабатываемой электрической энергии и могут составлять, например, количество магнитных шайб 5…9 и более; а величина магнитной энергии у средней магнитной шайбы составит 55…70% от наибольшей величины запасенной магнитной энергии у крайних магнитных шайб.

На наружной поверхности магнитных шайб 23 дополнительно нанесена пленка моноэлектрета 24, знак заряда которой совпадает со знаком намагничивания, то есть, пленка моноэлектрета с положительным зарядом нанесена на поверхности магнитных шайб, имеющих положительную намагниченность (S), а пленка моноэлектрета с отрицательным зарядом нанесена на поверхности магнитных шайб, имеющих отрицательную намагниченность (N).

Отметим, что принципиальным отличием новых электретов является то, что их получают не из готовых термопластичных полимеров, а из олигомерных термореактивных смол (эпоксидных, фенолформальдегидных или полиэфирных). Важной особенностью изготовления таких электретов является то, что поляризация происходит в процессе отверждения олигомерной смолы на подложке: металлической или полимерной [см. патент РФ №2298245 от 2005 г.].

Величина основной характеристики электретов - поверхностной плотности зарядов ((10^-8…10^-4 Кл/м²) - определяется главным образом разностью потенциалов сторон электрета и зависит от химической природы наполнителя [Марценюк, В. В. Полимерные электреты на основе реактопластов / В. В. Марценюк // Тенденции развития науки и образования. - 2021. - №78-2. - с. 56…59.-DOI 10.18411/trnio-10-2021-54.].

В качестве примера неорганических электретных материалов можно назвать тикондовую керамику (на основе MgTiO₃, SrTiO₃, CaTiO₃, BaTiO₃ и др.). Однако наиболее широкое применение в электретных устройствах находят полимерные пленки. Подходящими материалами служат такие полимеры, как политетрафторэтилен (ПТФЭ), полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиметилметакрилат, поливинилфторид, поливинилиденфторид и др. С течением времени заряд электретов изменяется обычно более быстро в первые часы после окончания электризации и относительно медленно - в последующий период. Постепенная деградация электретного состояния обусловлена освобождением заряженных частиц, захваченных ловушками, разрушением остаточной поляризации, а также нейтрализацией объемных зарядов за счет некоторой электропроводности диэлектрика.

Стабильность заряда у большинства электретов повышается при их нагревании в процессе электризации. Моноэлектретные пленки оказываются наиболее стабильными и в условиях повышенной влажности. Период времени, в течение которого поверхностная плотность заряда уменьшается в “е” раз, принимают за время жизни электрета. Расчетное время жизни для электретов из ПТФЭ составляет не менее 200 лет. Для других диэлектриков оно может составлять от нескольких месяцев до десятков лет и зависит не только от свойств материала, но и от условий хранения электрета. Время жизни электрета быстро уменьшается с повышением температуры и влажности окружающей среды. Температурное изменение подчиняется закону Аррениуса.

Релаксация электретного состояния может происходить и вследствие адсорбции ионов поверхностью диэлектрика из окружающей атмосферы. Однако, если атмосферный объем, в котором хранится электрет, достаточно мал, процессами внешней релаксации практически можно пренебречь. Например, полагая, что все ионы, образующиеся в нормальных условиях в 1 см³ воздуха, осаждаются на участке поверхности электрета площадью 1 см², то при начальной поверхностной плотности σ=10^-4Кл/м² время, необходимое для полной компенсации электретного заряда, составит около 200 лет.

В качестве моноэлектрета, нанесенного на наружной поверхности магнитных шайб 23, могут быть использованы электретные пленки поли-бис-трифторэтоксифосфазена (ПТФЭФ) [Формирование поверхности в смесях полистирола с поли-бис-трифторэтоксифосфазеном / И.О. Волков, Д.Р. Тур, А.И. Перцин [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. - 2002. - Т. 44. - №5. - С. 882-885, Smirnova, N.N., Lebedev, B.V., Bykova, T.A. et al. Thermodynamic properties of poly[bis(trifluoroethoxy) phosphazene] in the range from T→0 TO 620 K // J. Therm. Anal. Calorim, 2009. - Vol. 95, pp. 229…234, URL:https://doi.org/10.1007/s10973-008-9038-7] круглой формы толщиной, например, 100…300 мкм.

На внутренней поверхности торцевых крышек 27 полого цилиндрического корпуса 26 установлены пластины пенометалла 29, на которых размещена пленка моноэлектрета 24, знак заряда которой совпадает со знаком заряда пленки моноэлектрета, размещенной на ближайшей к ней магнитной шайбе 23 и на наружной поверхности пленок моноэлектрета 24, размещенных на внутренней поверхности торцевых крышек 27 полого цилиндрического корпуса 26, установлена плоская разомкнутая многослойная спиральная обмотка 28.

В электромагнитном поле устройства, созданном магнитными шайбами 23 и пленками моноэлектрета 24, многослойная плоская разомкнутая обмотка 6, соответственно последовательно соединенная, является разомкнутым проводником, напряжение на концах которого равно ЭДС индукции. При этом - поскольку многослойная плоская разомкнутая последовательно соединенная обмотка размещена на внутренней поверхности торцевых крышек 27 полого цилиндрического корпуса 26 и выполнена тонкопленочной путем напыления слоя токопроводящего материала, а форма обмотки представляет собой спиральную кривую, полностью заполняющую поверхность торцевых крышек 27, то для увеличения индуктивности она установлена на изолированные пластины плоской магнитной системы из аэрогеля (пенометалла) на основе железо-никелевого сплава, что повышает эффективность преобразования выработанной электрической энергии устройством.

При выполнении плоской разомкнутой последовательно соединенной обмотки 28 многослойной, которая представляет собой спиральную кривую, полностью заполняющую внутренние поверхности торцевых крышек 27 цилиндрического корпуса 26; она выполнена тонкопленочной путем напыления слоя токопроводящего материала, например, меди, графена и т.д., толщиной 30…50 (мкм) на прочную изолирующую пленку, например, из полиэтилена высокого давления, толщиной 100…200 (мкм). При этом количество слоев обмоток может достигать нескольких десятков, например, 10…20 и т.д.

Для увеличения индуктивности плоской разомкнутой последовательно соединенной обмотки 28 она установлена на изолированные пластины 29 плоской магнитной системы из аэрогеля (пенометалла) на основе железо-никелевого сплава, обладающего высокой магнитной проницаемостью и одновременно малой плотностью и массой.

Изолированные пластины 29 выполняют функцию сердечника с высокой магнитной проницаемостью (величина относительной магнитной проницаемости железа (Fe) μ=5800; при этом в случае 99.95% чистого железа (Fe), отожженного в водороде (H₂), величина магнитной проницаемости достигает μ=200000), что в итоге многократно увеличивает индуктивность многослойной разомкнутой тонкопленочной обмотки, размещенной на внутренней поверхности торцевых крышек 27. Кроме того пластины 29 выполняют демпфирующую функцию.

Поясним, что структура, состоящая, никеля, железа, алюминия, цинка, бронзы, латуни, их сплавов и др. и содержащая большое количество наполненных газом пор - называется пенометалл (металлическая пена). Как правило, примерно 75…95% ее объема составляют пустоты. Материал обладает уникально малым весом - некоторые виды пенометаллов настолько легки, обладают плотностью менее 1 (г/см³), что плавают на поверхности воды. При этом прочность такой пены в несколько раз превышает прочность традиционного металла.

Пенометаллы (https://www.equipnet.ru/articles/other/other_556.html) имеют также следующие термофизические и механические свойства: очень низкая масса (плотность 5…25% от плотности твердых макрочастиц, в зависимости от способа производства); большая поверхность обмена (250…10000 м²/м³); относительно высокая проницаемость; относительно высокая эффективная теплопроводность (5…30 Вт/(м⋅K); высокая устойчивость к резким перепадам температур, высоким давлениям, высоким температурам, влаге, износу и термоциклированию; хорошая амортизация механических воздействий и шумопоглощающие свойства и др., при этом как размер пор, так и пористость можно варьировать при их производстве. Например, металлическая пена на основе никеля - пеноникель, а также никеля-железа, разрабатываемая, в частности, российской компанией “Новомет-Пермь”, обладает экстремально высокой сообщающейся пористостью, достигающей 96% и другими экстраординарными свойствами. Пенометалл - металлическую пену с открытыми ячейками также называют металлической губкой.

Кроме того, применяемый технологический процесс Alporas Shinko Wire Co. Ltd. (Осака, Япония) позволяет получать блоки аэрогеля - пенометалла с пористостью 89…93%, при этом его плотность составляет 0,069…0,54 (г/см³). Литые блоки имеют размеры 450x2050x650 (мм) и весят примерно 160 (кг). Далее полученные литые блоки разрезают на листы требуемой толщины и механически обрабатывают до придания им необходимых размеров.

Известно, что при движении разомкнутого проводника со скоростью V в магнитном поле с индукцией B возникает ЭДС, определяемая по соотношению:

E=B*V*l*sina;

где: a - угол между векторами В и V; l - длина проводника.

При использовании устройства для дополнительного получения электрической энергии угол a - составляет величину порядка 90 угловых градусов.

Функционирование БП-ГЭС происходит следующим образом. Поплавок 19 с размещенным на его боковых поверхностях в вертикальной плоскости устройством для дополнительного получения электрической энергии 22 находится на упоре 21 в нижнем положении дополнительного резервуара 10 и его тяга 17 поддерживает клапан 16 открытым. При наступлении прилива и волнении моря вода поступает в цилиндрическую емкость 1 через открытый клапан 16 и входное отверстие 8, поднимается вверх, заставляя вращаться турбину 6, и при достижении уровня трубопровода 3 перетекает в накопительный резервуар 2. После достижения приливом уровня высоты обратного клапана 12 происходит одновременно заполнение дополнительного резервуара 10. При дальнейшем поступлении воды при постоянном волнении моря в резервуар 10 выше высоты упора 21 и выше высоты поплавка 19, поплавок 19 начинает совершать колебательные движения в вертикальной плоскости, подвсплывать и всплывать. В этом положении прекращается натяжение тяги 17 и происходит закрытие клапана 16. Такое состояние соответствует максимальной высоте прилива - первая четверть синусоидального процесса “прилив-отлив”. При наступлении спада прилива (вторая четверть синусоиды) вода в донную часть цилиндрической емкости 1 поступает из дополнительного резервуара 10 по трубе 14 и дополнительному отверстию 15 в цилиндрической емкости. Таким образом, вода, накопленная в дополнительном резервуаре 10, обеспечивает работу гидротурбины 6 также и во вторую четверть синусоидального процесса, увеличивая одновременно перелив воды через нагнетающий трубопровод 3 в накопительный резервуар 2. После слива воды из резервуара 10 колеблющийся в вертикальной плоскости поплавок 19 опускается на упор 21, при этом происходит натяжение гибкой тяги 17, за счет чего открывается клапан 16. При наступлении отлива (отрицательная полуволна синусоиды) вода из накопительного резервуара 2 через обратный запорный клапан 5 поступает на гидротурбину 6 сверху и переливается через открывшийся клапан 16 и отверстие 8 наружу. Поскольку накопление воды в резервуаре 2 происходило в период полной полуволны “синусоидального процесса” прилива, то и слив воды через гидротурбину будет осуществляться также в период полной обратной полуволны отлива. Таким образом обеспечивается непрерывная работа установки и увеличение ее производительности.

Для увеличения массы (и, следовательно, “силы тяги” за счет выталкивающей силы) поплавка 19, он может быть утяжелен дополнительным грузом. Для повышения эффективности преобразования энергии перемещающейся воды, также и при волнении, в электрическую энергию путем использования для этого постоянного перемещения поплавка в вертикальной плоскости при поступлении воды дополнительный резервуар 10 на боковых поверхностях поплавка 19 в вертикальной плоскости размещено устройство для дополнительного получения электрической энергии 22.

При этом в устройстве для дополнительного получения электрической энергии 22 форма многослойной плоской разомкнутой последовательно соединенной обмотки 28, которая размещена на внутренней поверхности торцевых крышек 27, представляет собой спиральную кривую, полностью заполняющую поверхность торцевых крышек 27. Исходя из реальных геометрических размеров торцевых крышек 27 и величины напыленного слоя токопроводящего материала, например, меди, графена и т.д., шириной 1…2 (мм), длина l напыленного проводника многослойной обмотки может составлять несколько десятков метров, что при средней скорости движения магнитных шайб, достигающей при поступлении воды при волнении 1,5…3 (м/сек) в резервуар, позволяет получить с выхода обмотки в среднем дополнительное напряжение переменного тока 12…24 V для его последующего преобразования в постоянное напряжение, запаса электрической энергии в аккумуляторе - накопителе и передаче в сеть; причем получаемое дополнительное напряжение по величине сопоставимо с генерируемым напряжением у устройства - прототипа, существенно повышающее ее эффективность, что решает поставленную задачу полезной модели.

В настоящее время практически все территории приливных зон морей и океанов не используются в энергетике. Одним из объяснений этого является необходимость выбора территорий с наличием удобных мест для строительства плотин, перегораживающих заливы или устья рек. Предлагаемая автономная мобильная БП-ГЭС может сооружаться не зависимо от наличия таких условий, практически на любом участке побережья.

Предлагаемая БП-ГЭС предназначается для массового использования - как отдельными удаленными от магистральных электрических сетей индивидуальными потребителями, так и малыми отдаленными поселениями. БП-ГЭС работает в автоматическом режиме при наполнении накопительного резервуара и не требует постоянного нахождения персонала для технического обслуживания. БП-ГЭС выполнена из серийных узлов, емкостей и конструкций, поэтому имеет относительно невысокую стоимость при ее сооружении, что несомненно будет облегчать ее широкое распространение.

Изобретение относится к конструкциям автономных приливных бесплотинных электростанций. Гидроэлектростанция содержит цилиндрическую емкость 1 и накопительный резервуар 2, соединенные на верхнем уровне трубопроводом 3, а на нижнем уровне трубопроводом 4, и устройство 22 для получения электрической энергии. В емкости 1 у ее основании размещена двунаправленная гидротурбина 6 Уэльса, соединенная с электрическим генератором 7. На верхнем уровне прилива установлен дополнительный резервуар 10 воды, в котором на регулируемом по высоте упоре 21 установлен поплавок 19. Устройство 22 прикреплено к боковым поверхностям поплавка 19 и содержит по крайней мере один постоянный магнит, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющему стержню, размещенному в центре полого цилиндрического корпуса, и обмотки для подключения к внешнему накопителю энергии. Постоянный магнит выполнен в виде нечетного числа магнитных шайб, имеющих последовательно-противоположное направление намагничивания в осевом направлении. На поверхности северных полюсов шайб нанесены пленки моноэлектрета с отрицательным знаком заряда, на поверхности южных полюсов - пленки моноэлектрета с положительным знаком заряда. Корпус снабжен торцевыми крышками, на внутренней поверхности которых установлены ограничители-демпферы с пленкой моноэлектрета, знак заряда которой совпадает со знаком заряда пленки моноэлектрета, размещенной на ближайшей к ней магнитной шайбе. Изобретение направлено на повышение КПД. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Бесплотинная приливная гидроэлектростанция, содержащая цилиндрическую емкость и накопительный резервуар, соединенные на верхнем уровне нагнетающим трубопроводом, на нижнем уровне трубопроводом для стока воды, оснащенным обратным запорным клапаном, в цилиндрической емкости у ее основании размещена двунаправленная гидротурбина Уэльса, кинематически соединенная с электрическим генератором, трубопровод стока воды расположен выше гидротурбины, а в цилиндрической емкости выполнены два отверстия, первое из которых для входа воды, расположено по уровню ниже гидротурбины и второе отверстие для выхода воздуха в ее верхней части, а на верхнем уровне прилива установлен дополнительный резервуар воды, входное отверстие которого оснащено обратным клапаном, его выходное отверстие соединено трубой с нижним дополнительным отверстием цилиндрической емкости, причем отверстие для входа воды в эту емкость имеет подпружиненный на закрывание клапан, соединенный гибкой тягой с нагруженным дополнительным грузом поплавком, установленным в дополнительном резервуаре на регулируемом по высоте упоре, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство для получения электрической энергии, прикрепленное к боковым поверхностям поплавка, содержащее по крайней мере один постоянный магнит, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющему вертикальному стержню, размещенному в центре полого цилиндрического корпуса, и обмотки для подключения к внешнему накопителю энергии, причем постоянный магнит выполнен в виде нечетного числа магнитных шайб, имеющих последовательно-противоположное направление намагничивания в осевом направлении, на поверхности северных полюсов шайб нанесены пленки моноэлектрета с отрицательным знаком заряда, а на поверхности южных полюсов шайб нанесены пленки моноэлектрета с положительным знаком заряда, при этом корпус снабжен торцевыми крышками, на внутренней поверхности торцевых крышек установлены ограничители-демпферы, на которых размещена пленка моноэлектрета, знак заряда которой совпадает со знаком заряда пленки моноэлектрета, размещенной на ближайшей к ней магнитной шайбе.

2. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что ограничители-демпферы выполнены в виде пластин пенометалла.

3. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что обмотки установлены на пленке моноэлектрета, размещенной на демпферах-ограничителях и представляют собой плоскую многослойную разомкнутую спиральную обмотку.