ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С НЕПРЕРЫВНЫМ ЦИКЛОМ РАБОТЫ Российский патент 2025 года по МПК F03B13/26 E02B9/08 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может использоваться для увеличения выработки энергии за счет использования энергии приливов и отливов путем непрерывной работы ГЭС в автономном режиме без необходимости подключения к магистральным сетям.

Известна, например, «Бесплотинная приливная ГЭС» автора Попова А.И. по патенту РФ №2757047, МПК F03B 13/26; F02B 9/08.

Данная ГЭС содержит дополнительный резервуар, установленный на опоре в зоне водохранилища на верхнем уровне прилива, цилиндрическую емкость для перелива воды с двунаправленной гидравлической турбиной Уайта, накопительный резервуар для воды и регулирующие механизмы для управления потоками воды на турбину.

Недостатками этой приливной ГЭС является относительно небольшой объем воды, который может быть накоплен в дополнительном резервуаре, размещаемом на опоре и, соответственно, малый запас гидравлической мощности, который может быть преобразован в электрическую энергию.

Другим недостатком является необходимость использования турбины Уайта, имеющей низкий КПД преобразования гидравлической энергии в электрическую.

Известна так же «Приливная электростанция» автора Цгоева Р.С. по патенту РФ №2525622, МПК E02B 9/08, F03B 13/26.

Приливная электростанция содержит несколько водопропускных каналов со своими гидротурбинами и общим генератором. Все гидротурбины объединены единым валом, нагруженным на генератор, который выполнен на суммарную мощность всех гидротурбин группы.

Эффективность данной электростанции достигается за счет уменьшения ширины плотины и использования генератора большей мощности с лучшими технико-экономическими показателями.

Недостатком данного устройства является так же низкая эффективность из-за отсутствия каких-либо дополнительных накопителей воды, расширяющих диапазон регулирования выработки электрической энергии станцией.

Известна также «Приливная электростанция» авторов Недвига Ю.С. и Недвига Н.Ю. по изобретению СССР №1490223, МПК E02B 9/08.

Приливная электростанция содержит плотину, образующую водохранилище, разделенное ограждающими стенками на несколько бассейнов, соединенных с акваторией глубинными водоводами, здание электростанции с обратимыми гидроагрегатами и затворами в турбинных водоводах, причем станция снабжена трубопроводом с переключающими затворами, последовательно соединяющих бассейны с турбинными водоводами.

В данном устройстве повышена эффективность работы станции за счет расширения диапазона регулирования выработки электроэнергии путем создания нескольких бассейнов с запасами воды и поочередного выпуска воды через турбины, что удлиняет цикл работы приливной электростанции.

Недостатком этого технического решения является значительная сложность изготовления подобной плотины с бассейнами и необходимость автоматизации процесса управления затворами.

Такого рода плотины проектируют и сооружают только при новом строительстве, а улучшить технические характеристики существующих приливных станции не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является «Приливная электростанция с дополнительным резервуаром» автора Попова А.И. по патенту РФ №2796337, МПК F02B 9/08; F03B 13/26.

Данная приливная ГЭС содержит размещенный в зоне водохранилища на понтонах резервуар, который наполняется насосной установкой во время прилива через трубу-магистраль, проложенную внутри плотины.

В процессе отлива после выхода воды из водохранилища через рабочие турбины резервуар на понтонах опускается, и вода из него так же через турбины выходит в акваторию моря.

Недостатком данной приливной ГЭС является малый объем воды, накапливаемый в резервуаре, и, следовательно, незначительная энергия дополнительно вырабатываемая электростанцией.

Технической проблемой предлагаемого изобретения является создание универсального устройства, которое можно использовать для повышения эффективности существующих приливных станций путем непрерывной выработки электроэнергии в период пауз между приливами и отливами.

В связи с этим возникает необходимость расширения объема технических средств, повышающих эффективность работы приливных станций за счет увеличения диапазона регулирования выработки электроэнергии путем создания рядом с плотиной водохранилища дополнительного резервуара с набором своих технических средств, обеспечивающих наполнение его водой во время прилива и перелив из резервуара накопленной воды в зону водохранилища после отлива, обеспечивая последовательную непрерывную работу электрогенераторов турбин в водохранилище и в резервуаре, что является техническим результатом.

Достижение его обеспечивается тем, что в приливной электростанции содержащей плотину, образующую отделенное от акватории моря водохранилище, здание электростанции, по меньшей мере одну обратимую турбину с электрогенератором и рабочим затвором, размещенные в плотине, дополнительную турбину с электрогенератором и рабочим затвором, накопительный резервуар для воды, согласно изобретению, накопительный резервуар расположен рядом с плотиной, его стена выполнена выше стены плотины и в ней размещены рабочий затвор с дополнительной турбиной, причем над другой стеной резервуара расположен наклонный водовод, другой конец которого соединен с конфузорным откосом, состоящим из волноприемных щитов, расположенных в акватории моря, причем волноприемные щиты в точке соединения с наклонным водоводом оснащены поворотными шарнирами, изменяющими угол конфузорного откоса, а рабочие затворы выполнены стандартными.

На чертеже показана «Приливная электростанция с непрерывным циклом работы».

На берегу моря, вид сверху, размещен основной бассейн с водой, отгораживающий своими стенками 1 плотины определенный объем водохранилища 2, причем в стенке в сторону моря размещен затвор 3 плотины и обратимая турбина 4 с электрогенератором, а рядом с одной из боковых стенок плотины расположен накопительный резервуар 5 для дополнительной воды, имеющий свой рабочий затвор 6, оснащенный своей турбиной 7 с электрогенератором.

Накопительный резервуар расположен выше уровня полного объема водохранилища, чтобы вода из резервуара могла переливаться через его открытый затвор и турбину, а над передней стенкой резервуара расположенной в сторону моря размещен наклонный водовод 8, соединенный с волноприемными щитами 9 конфузорного откоса, расположенными на удалении в акватории 10 моря, причем в точках соединения с водоводом щиты оснащены поворотными шарнирами 11 для регулирования угла открытия щитов и пропуска воды в водовод. Остальные узлы и блоки приливной электростанции являются стандартными и описание их в настоящей заявке не приводятся.

«Приливная электростанция с непрерывным циклом работы» функционирует следующим образом.

Выработка электроэнергии может производится только при движении потока воды через турбины, соединенные с электрогенераторами. Полусуточный цикл движения в море потоков воды делится на этапы: время прилива около четырех часов, пауза полной воды прилива около двух часов, время отлива около четырех часов, пауза малой воды отлива около двух часов до нового прилива. Итого 12 часов на этапе полусуточного цикла и соответственно 24 часа на полный суточный цикл.

Для разных регионов мира время прилива и отлива находится в диапазоне четырех-пяти часов, а время пауз между ними в течение двух-трех часов, когда обычно электроэнергия этими стациями не вырабатывается.

В предлагаемой электростанции перед наступлением прилива рабочий затвор 3 плотины открыт, а рабочий затвор 6 накопительного резервуара 5 закрыт. Поток воды прилива проходит через затвор 3 и обратимую турбину 4 с электрогенератором в течение около четырех часов, вырабатывая электроэнергию. Одновременно поток воды прилива проходит волноприемные щиты 9 конфузорного откоса, в которых увеличивает свою амплитуду, и по наклонному водоводу заполняет накопительный резервуар 5. После завершения времени прилива закрывается затвор 3 и открывается затвор 6 резервуара 5, при этом турбина 7 с электрогенератором вырабатывает электроэнергию в течение паузы около двух часов до наступления отлива. После наступления времени отлива открывается затвор 3 плотины и вода из водохранилища 2 через обратимую турбину 4 с электрогенератором в течение шести часов будет вырабатывать электроэнергию, причем за четыре часа выливается через турбину объем воды из водохранилища 2, равный объему воды прилива и еще за два часа,-это время паузы «стояния» низкой воды прилива в акватории моря, выливается через турбину объем воды ранее накопленный в резервуаре 5 и перелитым ранее в водохранилище 2. Итого полный полуторасуточный цикл непрерывной выработки электроэнергии: 4 плюс 2 плюс 6 часов.

Далее работа электростанции во втором полуторасуточном цикле повторяется.

Для разных регионов мира время паузы между приливом и отливом изменяется от двух до трех часов, поэтому объем воды накопленной в резервуаре 5 регулируется поступлением воды через водовод 8 путем изменения угла конфузорного откоса с помощью поворота волноприемных щитов 9 на их шарнирах 11.

На время ремонтов на станции для предотвращения поступления воды в накопительный резервуар 5 щиты 9 на шарнирах 11 сдвигаются к осевой линии и перекрывают поток воды в водовод 8.

Использование волноприемных щитов 9, создающих конфузорный откос для суммирования энергии волн и увеличения их амплитуды известны в технике, например, Волшаник В.В., Орехов Г.В. Низконапорные гидравлические двигатели. М., 2009, с. 327. В данном примере указывается «…что морская волна высотой 1,1 метра, собранная по волновому фронту длиной 350 метров, при концентрации в двенадцатиметровом канале может привести к возникновению стоячей волны с амплитудой 17 метров».

Существующие приливные станции работают только в период прилива-отлива воды, вырабатывая электроэнергию в магистральные сети, а во время пауз сами потребляют электричество из сетей для собственных нужд.

В предлагаемом устройстве непрерывность подачи электроэнергии потребителю обеспечивается поочередным переключением электрогенераторов турбины 4: время прилива в цикле накопления воды в водохранилище 2 и в резервуаре 5, затем работа электрогенераторов турбины 7: пауза стояния высокой воды прилива и перелив воды из резервуара 5 в водохранилище 2 и снова работа электрогенераторов турбины 4 на время отлива из водохранилища 2 и ранее накопленной в нем воды в резервуаре 5. Далее наступает очередной прилив и циклы повторяются.

Время переключения электрогенераторов современная автоматика может уменьшить до миллисекунд и сгладить амплитудные всплески и провалы напряжения, создавая непрерывность подачи электроэнергии потребителю, работая при необходимости в автономном режиме.

Автономность предлагаемой приливной электростанции создает условия строительства их в том числе в регионах лишенных магистральных энергосетей.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может использоваться для увеличения выработки энергии за счет использования энергии приливов и отливов. Приливная электростанция с непрерывным циклом работы содержит плотину, образующую отделенное от акватории моря 10 водохранилище 2, здание электростанции, по меньшей мере одну обратимую турбину 4 с электрогенератором и рабочим затвором 3, размещенные в плотине, накопительный резервуар 5 для воды. Резервуар 5 расположен рядом с плотиной, его стена выполнена выше стены 1 плотины, и в ней размещены рабочий затвор 6 с дополнительной турбиной 7. Над другой стеной резервуара 5 расположен наклонный водовод 8, другой конец которого соединен с конфузорным откосом, состоящим из волноприемных щитов 9, расположенных в акватории моря 10. Волноприемные щиты 8 в точке соединения с наклонным водоводом оснащены поворотными шарнирами 11, изменяющими угол конфузорного откоса. Рабочие затворы 3, 6 выполнены стандартными. Изобретение направлено на повышение эффективности существующих приливных станций путем непрерывной выработки электроэнергии в период пауз между приливами и отливами. 1 ил.

Приливная электростанция с непрерывным циклом работы, содержащая плотину, образующую отделенное от акватории моря водохранилище, здание электростанции, по меньшей мере одну обратимую турбину с электрогенератором и рабочим затвором, размещенные в плотине, дополнительную турбину с электрогенератором и рабочим затвором, накопительный резервуар для воды, отличающаяся тем, что накопительный резервуар расположен рядом с плотиной, его стена выполнена выше стены плотины и в ней размещены рабочий затвор с дополнительной турбиной, причем над другой стеной резервуара расположен наклонный водовод, другой конец которого соединен с конфузорным откосом, состоящим из волноприемных щитов, расположенных в акватории моря, причем волноприемные щиты в точке соединения с наклонным водоводом оснащены поворотными шарнирами, изменяющими угол конфузорного откоса, а рабочие затворы выполнены стандартными.