Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн

Авторы патента:

Пащенко Федор Федорович (RU)

Круковский Леонид Ефимович (RU)

F03B13/12 - использующие энергию волн или приливов

Владельцы патента RU 2559098:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн содержит преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные запорные клапаны емкостей и приводящий к накоплению жидкости в аккумуляторе гидропотенциальной энергии. Емкости расположены по ходу движения волн. Аккумулятор выполнен в виде водонапорной башни, создающей необходимый напор воды для турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Емкости в верхней части снабжены дополнительными обратными запорными клапанами, пропускающими воду внутрь емкостей при прохождении над ними волн. Изобретение направлено на повышение КПД устройства, повышение его универсальности и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию.

Известно устройство для получения электроэнергии на основе использования энергии морских волн, содержащее электрогенератор, расположенный на берегу, связанный с гидротурбиной, аккумулятор гидропотенциальной энергии, выполненный в виде водонапорной башни, и систему, преобразующую энергию волн в виде поплавка, установленного на качающейся штанге (см. RU 2316670 С1, 03.04.2003).

Недостаток известного устройства заключается в том, что из-за наличия механического привода в системе образуется элемент ненадежности, что повышает вероятность отказов системы при определенных обстоятельствах.

Известно устройство для получения электроэнергии на основе использования энергии морских волн, содержащее волновую электростанцию, генератор которой закреплен на опоре выше поверхности воды, преобразователь энергии из системы шестерен, заключенных в корпус, закрепленный на опоре, и поплавок, установленный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, причем поплавок снабжен волновым оперением для ориентации по направлению волн (см. RU 2443900 С1, 27.02.2012).

Его недостаток заключается в том, что из-за наличия механического привода в системе образуется элемент ненадежности.

В качестве прототипа выбрано устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн, содержащее преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные запорные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, и приводящий к накоплению жидкости в аккумуляторе гидропотенциальной энергии, выполненном в виде водонапорной башни, создающей необходимый напор воды для турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию (см. RU 90496 U1, 10.01.2010).

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно является сложным в изготовлении и малоэффективным в эксплуатации.

Задачей изобретения является создание устройства для получения электроэнергии от использования энергии морских волн, позволяющих наиболее полно использовать энергию волн, а также снижение эксплуатационных и капитальных затрат при их реализации.

Техническим результатом является повышение КПД установок, выполненных согласно данному устройству, повышение их универсальности и упрощение конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения электроэнергии на основе использования морских волн, содержащем преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные запорные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, и приводящий к накоплению жидкости в аккумуляторе гидропотенциальной энергии, выполненном в виде водонапорной башни, создающей необходимый напор воды для турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, согласно изобретению, емкости в верхней части снабжены дополнительными обратными запорными клапанами, пропускающими воду внутрь емкостей при прохождении над ними волн.

Водонапорная башня может состоять из двух сообщающихся баков, что дает возможность вырабатывать энергию при повышенном волнении моря.

Водонапорная башня может содержать датчик давления воды, воздействующий на регулятор напора воды, поступающей на турбину электрогенератора, что позволяет регулировать энергоотдачу электрогенератора при различной степени волнения моря.

Изобретение иллюстрируется 6 фигурами.

На фиг. 1 изображена отдельная емкость.

На фиг. 2 показана отдельная емкость в объемном изображении.

На фиг. 3 показан набор последовательно соединенных между собой емкостей.

Фиг.4 демонстрирует всю установку в сборе.

На фиг 5 представлена водонапорная башня, состоящая из двух сообщающихся баков

На фиг. 6 представлена установка, расположенная в прибрежной зоне.

Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн устроено следующим образом.

Емкости 1 (фиг. 1, 2) выполнены в виде прямоугольных ящиков и снабжены обратными запорными клапанами 2 и 3 в верхней и в передней части соответственно. В передней части емкостей (со стороны движения волны) выполнены раструбы 4, необходимые для состыковки емкостей между собой. Задняя стенка 5 открыта для движения воды. На фигурах также представлены: 6 - морская волна, 1а - предыдущая емкость, 7 - общий цилиндрический шарнир для поворота запорных клапанов.

Набор, состоящий из нескольких последовательно соединенных и сообщающихся между собой емкостей 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., расположен по ходу движения волн (по стрелке) (фиг. 3). На фиг. 3 также показаны соответствующие обратные запорные клапаны 2а, 2b, 2с, 2d, 2е, 3а, 3b, 3с, 3d, 3е. Общая длина набора емкостей примерно равна средней длине морской волны, характерной для данной береговой полосы. Все обратные запорные клапаны пропускают воду внутрь емкостей и не пропускают ее наружу.

Последняя емкость 1d (фиг. 4) содержит обратный клапан 8, примыкающий к нижней промежуточной водонапорной колонне 9, в верхней части которой также установлен обратный клапан 10. Этот клапан находится в промежутке между водонапорной колонной 9 и расположенной выше водонапорной колонной 11. В верхней части верхней водонапорной колонны имеется обратный клапан 12, который отделяет колонну 11 от водонапорного бака 13. Все обратные клапаны пропускают воду в сторону бака 13 и не допускают обратного движения воды. На выходе бака имеется приемная трубка 14, которая ведет к турбине (на фиг. 4 не показана) электрогенератора 15. После электрогенератора 15 вода через сливную трубку 16 выходит наружу.

Водонапорный бак может состоять из двух сообщающихся баков 13 и 13а (фиг. 5) с жидкостью соответственно 17 и 18. Емкость бака 13а превышает емкость бака 13, и бак 13а расположен над баком 13. При этом поверхность воды 17 в баке 13 ниже, чем поверхность воды 18 в баке 13а. Баки установлены на опорной колонне 19.

Датчик давления воды 20 измеряет давление водяного столба в нижнем баке 13 водонапорной башни. Сигналы датчика 20 воздействуют на регулятор 21 напора воды, поступающей на турбину электрогенератора 15.

Набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой емкостей 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д. установлен так, чтобы емкости оставались под водой при минимальном уровне моря, характерном для данной прибрежной зоны, и должен постоянно покрываться водой (фиг. 6). Все емкости расположены на одном уровне и покоятся на поддоне 22. Поддон 22 установлен на устоях 23, последние вкопаны в грунт 24 морского дна.

Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн действует следующим образом. При прохождении гребня волны над первой же емкостью 1 (фиг. 1, 2, 3, 4, 6) внешнее давление становится выше, чем в емкости, и обратный запорный клапан 2 поворачивается на шарнире 7 в сторону внутренней части емкости, повышая в ней давление. Это давление распространяется через все обратные запорные клапаны 3 в сторону водонапорного бака 13. При дальнейшем движении гребня волны срабатывают соответствующие обратные клапаны, пропуская повышенное давление внутрь очередной емкости и стимулируя передвижение напора воды в сторону водонапорного бака 13.

Как известно, длина волны «λ» в среднем колеблется в пределах λ=51 м - 195 м. При этом скорость «С» движения гребня волны определяется по формуле:

где g - ускорение силы тяжести.

Кинетическая энергия волны W, перемещающейся вдоль емкостей 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., определяемая согласно уравнению W=mС²/2, преобразуется в потенциальную энергию Р_h воды, наполняющую водонапорный бак 13. Эту потенциальную энергию можно определить согласно формуле P_h=mg(h₂-h₁), где h₁- уровень воды в емкостях 1а, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., h₂ - уровень воды в водонапорном баке 13. m - масса воды, перемещающейся вдоль емкостей. Приравнивая эти два уравнения, получаем: P_h=W; (h₁-h₂)=C²/2g.

Для минимальной длины волны, равной λ=51, и соответственно минимальной скорости 8,9 м/с ее движения получаем h₁-h₂ ≈ 4 м. Для более длинных волн разность в уровнях повышается, доходя до 15,5 м при длине волны 195 м. Для того чтобы утилизировать этот избыточный перепад давления и используется дополнительный водонапорный бак 13а, вмещающий большее количество жидкости. Жидкость бака 13а свободно проходит в бак 13. Датчик давления воды 20 измеряет суммарное давление водяного столба в нижнем баке 13 водонапорной башни. Сигналы датчика 20 воздействуют на регулятор 21 напора воды, поступающей на турбину электрогенератора 15. При большем давлении в нижнем баке расход воды увеличивается, и электрогенератор 15 будет вырабатывать большее количество энергии, что позволяет повысить энергоотдачу при повышенном волнении моря.

Дополнительное преимущество данного устройства для получения электроэнергии на основе использования морских волн состоит в том, что оно просто в изготовлении и не требуют точного исполнения. Мощность, вырабатываемая электрогенератором, зависит от объема емкостей. Подобные устройства удобно размещать в прибрежной зоне для питания электроэнергией ближайших строений.

1. Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн, содержащее преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные запорные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, и приводящий к накоплению жидкости в аккумуляторе гидропотенциальной энергии, выполненном в виде водонапорной башни, создающей необходимый напор воды для турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, отличающееся тем, что емкости в верхней части снабжены дополнительными обратными запорными клапанами, пропускающими воду внутрь емкостей при прохождении над ними волн.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что водонапорная башня состоит из двух сообщающихся баков.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что водонапорная башня содержит датчик давления воды, воздействующий на регулятор напора воды, поступающей на турбину электрогенератора.

Группа изобретений относится к рабочему колесу типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины, через которое должен проходить принудительный поток воды. Рабочее колесо типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины содержит венец (1) с симметрией вращения вокруг оси вращения (Z) колеса, потолок (12) и множество изогнутых лопаток (21), неподвижно соединенных с венцом (1) и с потолком (12), каждая из которых имеет периферическую кромку (212).

Инерционный генератор // 2553968

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах.

Пандусный накопитель энергии волн // 2550998

Изобретение относится к береговым сооружениям, обеспечивающим использование энергии волн с последующим ее преобразованием, например, в электроэнергию. Пандусный накопитель энергии волн содержит накопительный бассейн, имеющий ограждения от волнообразующей акватории.

Устройство для подъема глубинной морской воды на поверхность // 2549253

Изобретение относится преимущественно к области океанологии и предназначено для забора глубинной воды морей и океанов с заданных горизонтов для последующих физических, химических, биологических исследований или для извлечения из нее отдельных минеральных или газовых компонентов в промышленных целях.

Установка для использования энергии приливных течений // 2546174

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Установка для использования энергии приливных течений включает ротор 1, состоящий из спиралевидных лопастей сегментного профиля, скрепленных траверсами с валом, и соединенный с ним генератор, установленный на платформе.

Волновая и приливная энергетическая установка // 2545112

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к волновым и приливным энергетическим установкам. Волновая и приливная энергетическая установка содержит плавучий понтон 1 с закрепленным на нем хотя бы одним шкивом 2, хотя бы один вертикальный цилиндр 3, расположенный под водой и соединенный гибкой связью 4 с якорем 5, установленным на дно, поршень 6, оснащенный хотя бы одним штоком 8, размещенный внутри цилиндра 3 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вниз под действием собственного веса или пружины и вверх под воздействием перемещения понтона 1, поднимаемого волной или приливом, что обеспечивает всасывание и удаление рабочей текучей среды из цилиндра 3 и подачу ее на электрогенератор или на берег.

Комбинированный преобразователь энергии волн // 2536754

Изобретение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии морских волн в прибрежной зоне. Комбинированный преобразователь энергии волн в виде полого железобетонного массива 1, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку 4 с входными пластинчатыми клапанами 8 в подводной части и входным клапаном в верхней части и заднюю стенку 6 с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной 11 в подводной части.

Волновая электростанция // 2536413

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых и приливных энергетических установках, а также в качестве берегозащитного сооружения.

Русловая микрогидроэлектростанция // 2525776

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией лагерей геологов, охотников, рыбаков, автономных туристов за счет преобразования энергии русловых потоков речек.

Электрогидросистема // 2519842

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии на различных водных акваториях. Электрогидросистема содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов, где тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов.

Способ использования морских волн для получения электроэнергии // 2559212

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Способ использования морских волн для получения электроэнергии заключается в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные клапаны емкостей. Емкости расположены по ходу движения волн. Накопление жидкости производят в водонапорной емкости в виде водяного столба. В последующем водяной столб используют для приведения в движение ротора электрогенератора, вырабатывающего электрический ток. Воду дополнительно пропускают внутрь емкостей при прохождении над ними гребней волн через обратные клапаны, размещенные в верхней части емкости, повышая давление внутри очередной емкости и стимулируя этим передвижение напора воды в сторону водонапорной емкости. Изобретение направлено на повышение КПД, универсальности и упрощение конструкции. 4 ил.

Система для выработки электроэнергии гидравлическим способом // 2565121

Изобретение относится к системам для выработки электроэнергии гидродинамическим способом. Система содержит путепровод 100, через который следуют транспортные средства, и гидродинамическую систему 200. Путепровод 100 образован из множества пар дорожных пролетов 101A, 101B. Каждый из пролетов содержит концевые замки 128A, 128B. Гидродинамическая система 200 выполнена для поддержки путепровода 100 и для выработки электроэнергии посредством преобразования энергии морских приливов и отливов или течения реки и сил, действующих на гидродинамическую систему, погруженную в океанский прилив и отлив или в течение реки и перемещающуюся относительно них. Гидродинамическая система 200 выполнена из множества гидродинамических элементов, соединенных посредством замка. Изобретение направлено на обеспечение возможности эффективно и надежно осуществлять возведение, сборку, разборку, установку, удаление и обслуживание деталей гидродинамической системы. 19 з.п. ф-лы, 26 ил.

Самонапорная ветроволновая электростанция // 2568016

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.

Волновой энергетический комплекс // 2580994

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям для выработки электроэнергии и одновременной защиты побережья от штормов. Волновой энергетический комплекс размещен в воде со свойствами электролита в зоне движения волн. Комплекс содержит преобразующие элементы 1, электрически связанные друг с другом параллельно. Каждый элемент 1 выполнен как магнитогидродинамический генератор электрического тока и содержит несущее основание 3, магнитную систему, сформированную из постоянных магнитов 2, размещенных на основании 3, защитную пластину 4, токосъемник и токосъемные шины 5. Токосъемник выполнен в виде контактно-выпрямительного модуля 6 c парными соединительными клеммами, выполненными с возможностью соединения с клеммами соседних элементов 1, совпадающей полярности. Магнитная система сверху закрыта пластиной 4 из диэлектрика с размещенными на ней шинами 5. Концы одной шины 5 связаны с клеммами положительной полярности модуля 6, а концы второй шины 5 связаны с клеммами отрицательной полярности. Полярность магнитов 2, размещенных вдоль кромок основания 3 и ориентированных вдоль продольных осей шин 5, одинакова и противоположна полярности магнитов 2, расположенных между шинами 5. Изобретение направлено на упрощение конструкции и обеспечение прямого преобразования энергии волн в электрическую. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Бесплотинная гэс с принудительным разгоном текущего потока (варианты) // 2596478

Группа изобретений относится к области гидроэнергетики и может быть использована для получения электрической энергии от использования гидравлических потоков, в том числе с малой скоростью движения воды. В варианте единичного агрегата устройство содержит накопительную емкость воды, заполняемую потоком, разгонное устройство, турбину, установленную в емкости и соединенную через редуктор с генератором. В качестве разгонного устройства использован поворотный лопастной прерыватель потока, соединенный тягой с поплавковым регулятором уровня воды в емкости. При достижении поступающей воды до заданного уровня регулятор посредством тяги, соединенной с подпружиненным упором, освобождает для движения лопасть прерывателя и порция воды в виде гидравлического импульса поступает на турбину. Уровень воды падает, регулятор освобождает от натяжения упор, который под действием пружины возвращается в исходное положение, останавливая для создания запаса воды очередную лопасть повернувшегося прерывателя потока. В варианте нескольких агрегатированных устройств, устанавливаемых в потоке, их турбины объединены общим валом и подключены через мультипликатор к электрическому генератору, а их поплавковые регуляторы уровня воды в емкостях устанавливаются на разных уровнях, что обеспечивает их последовательное включение. Повышается эффективность бесплотинной ГЭС. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Шнековая волновая электростанция (варианты) // 2608795

Группа изобретений относится к гидроэнергетике и может быть использована для выработки электроэнергии от движения волн в морях или океанах. Шнековая волновая электростанция содержит валы с закрепленными на них винтовыми лопастями, образующими одно- или многозаходные шнеки, расположенные под углом к потоку, основание, редуктор, соединяющий нижние концы валов, карданы, соединяющие соответственно верхний конец одного вала с генератором, верхний конец другого вала с упорным подшипником. Генератор и подшипник соединены с опорами. В качестве валов использованы гибкие тросы. Лопасти шнеков выполнены с положительной плавучестью. Генератор, редуктор и упорный подшипник размещены на раздельных плавающих основаниях, соединенных с опорами. Группа изобретений направлена на повышение КПД и увеличение эффективности электростанции. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Генератор гидроэлектроэнергии // 2628942

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к гидроэнергетическим установкам, и может быть использовано для круглогодичного получения гидроэлектроэнергии в различных естественных и искусственных водоемах, имеющих нулевую скорость потока воды, а также для повышения эффективности их использования за счет расширения срока эксплуатации генератора волн. Генератор гидроэлектроэнергии содержит основной и вспомогательный генераторы волн, соединенные в единую энергетическую систему волновые электростанции поплавкового типа и блок для обработки и аккумулирования гидроэлектроэнергии. Вспомогательный генератор выполнен в виде маятника, ось которого встроена в опору столба. На длинном плече маятника закреплена емкость с жидкостью, например со спиртом, а на конце короткого плеча закреплен шток, соединенный с храповым механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения маятника в одностороннее поступательное вращение вала звездного колеса основного генератора волн. К каждому лучу звездного колеса прикреплена емкость забора воды из водоема. Основной генератор волн снабжен шлюзовой камерой сброса воды для генерации волновых процессов на поверхности водоема. Получение гидроэлектроэнергии обеспечивается за счет создания волновых процессов на поверхности водоема и преобразования энергии колебаний поплавков в электроэнергию. Техническим результатом изобретения является достижение более высокой мощности гидроэлектростанции за счет введения вспомогательного генератора волн, в результате чего вырабатываемая волновыми электростанциями энергия полностью поступает в блок аккумуляции электроэнергии. Кроме того, повышению мощности способствует установка в шлюзовой камере основного генератора волн дополнительного генератора тока, работающего от механической энергии сброса воды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Энергетический модуль приливной электростанции // 2633497

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Энергетический модуль приливной электростанции включает по меньшей мере одну пару заполняемых емкостей 10, соединенных между собой гибкой связью, связанной с приводом, обеспечивающим движение вала электрогенератора. Модуль содержит один верхний открытый сверху для поступления воды извне и один крытый нижний бассейны 2 и 1, связанные шахтой 5. Шахта 5 отгораживает внутреннее пространство от внешней среды и содержит вертикальные направляющие 6 с возможностью периодического возвратно-поступательного движения вдоль них емкостей 10. Бассейн 2 расположен таким образом, что обеспечивает наполнение емкостей 10 водой через сливные отверстия, снабженные герметичными, по отношению к перекрытию бассейна 2, запорными устройствам с возможностью их движения в вертикальной плоскости. Изобретение позволяет получить экологически чистую электроэнергию с использованием приливов с устранением перерывов подачи электроэнергии в энергетическую систему и повышением КПД. 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.