Способ использования морских волн для получения электроэнергии

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.

 

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

Известен способ получения электроэнергии на основе использования энергии морских волн, заключающийся в том, что осуществляют концентрацию фронта волны посредством направляющей платформы, закрепленной на бетонном основании, затем колебания морской поверхности передают поплавку, связанному через двуплечий рычаг, приводящий через механический привод в движение ротор электрогенератора, вырабатывающего электрический ток (см. RU 2316670 С1, 03.04.2003).

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

Известен способ выработки электроэнергии при использовании энергии морских волн за счет образующихся вертикальных подъемов и спадов воды, воздействующей на волновую электростанцию, с помощью рычага, одним концом соединенного с системой шестерен через механизм одностороннего вращения, а вторым - с цилиндрическим поплавком (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 выбран способ использования морских волн для получения электроэнергии, заключающийся в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, с накоплением жидкости в водонапорной емкости в виде водяного столба, с последующим использованием водяного столба для приведения в движение ротора электрогенератора, вырабатывающего электрический ток (см. RU 90496 U1, 10.01.2010).

Его недостаток заключается в том, что он является малоэффективным в эксплуатации и сложным в исполнении.

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 реализации данного способа.

Техническим результатом является повышение КПД установок, выполненных по данному способу, повышение их универсальности и упрощение конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что в способе использования морских волн для получения электроэнергии, заключающемся в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, с накоплением жидкости в водонапорной емкости в виде водяного столба, с последующим использованием водяного столба для приведения в движение ротора электрогенератора, вырабатывающего электрический ток, согласно изобретению 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 иллюстрируется фиг. 1-4.

На фиг. 1 изображена отдельная емкость.

На фиг. 2 показана отдельная емкость в объемном изображении.

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

Фиг. 4 демонстрирует всю установку в сборе.

Устройства, иллюстрирующие предложенный способ использования морских волн для получения электроэнергии, устроены следующим образом. Набор из нескольких последовательно соединенных емкостей, выполненных в виде прямоугольных продолговатых ящиков 1, имеющих обратные запорные клапаны 2 и 3 в верхней и в передней части соответственно, представлен на (фиг. 1, 2). Обратные запорные клапаны имеют общий цилиндрический шарнир 4, на котором вращаются обратные запорные обратные клапаны 2 и 3. Поворот обратных запорных клапанов ограничен верхней и передней поверхностями соответственно ящика 1. Задняя стенка 5 открыта для движения воды. На фигурах также представлены: уровень воды 6 в спокойном состоянии, 7 - морская волна.

Набор, состоящий из нескольких последовательно соединенных и сообщающихся между собой емкостей в виде ящиков 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 емкостей примерно равна средней длине морской волны, характерной для данной береговой полосы. Все обратные клапаны пропускают воду внутрь емкостей и не пропускают ее наружу.

Последняя емкость в виде ящика 1d на 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 водонапорной емкости 13. Все обратные клапаны пропускают воду в сторону емкости 13 и не допускают обратного движения воды. На выходе емкости 13 имеется приемная трубка 14, которая ведет к гидроэлектрогенератору 15. После гидроэлектрогенератора 15 вода через сливную трубку 16 выходит наружу.

Последовательно соединенные и сообщающиеся между собой емкости в виде ящиков 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д. установлены так, чтобы они оставались под водой при минимальном уровне моря, характерном для данной прибрежной зоны, и должны постоянно покрываться водой.

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

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

$$C=\sqrt{\frac{g\lambda }{2\pi }},$$

где g - ускорение силы тяжести.

Кинетическая энергия волны W, перемещающейся вдоль емкостей в виде ящиков 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., определяемая согласно уравнению W=mС²/2, преобразуется в потенциальную энергию Р_h воды, наполняющей водонапорную емкость 13. Эту потенциальную энергию можно определить согласно формуле P_h=mg(h₂-h₁), где h₁ - уровень воды в емкостях в виде ящиков 1а, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., h₂ - уровень воды в водонапорной емкости 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.

Преимущества данного способа генерирования волновой энергии состоят в том, что он позволяет повысить коэффициент использования энергии морских волн, упростить конструкцию устройств, выполненных по данному способу, и обеспечить снижение эксплуатационных и капитальных затрат. Устройства, используемые для реализации данного способа, просты в изготовлении и не требуют высокой точности исполнения. Мощность, вырабатываемая генератором, зависит от объема емкостей. Подобные устройства удобно размещать в прибрежной зоне для питания электроэнергией ближайших строений.

Способ использования морских волн для получения электроэнергии, заключающийся в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные клапаны емкостей, расположенных по ходу движения волн, с накоплением жидкости в водонапорной емкости в виде водяного столба, с последующим использованием водяного столба для приведения в движение ротора электрогенератора, вырабатывающего электрический ток, отличающийся тем, что 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.