УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОРСКИХ ВОЛН
DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION BASED ON SEA WAVES USE

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.
2
2
h
h
2
1
1
2
h
1
2
Кинетическая энергия волны W, перемещающейся вдоль емкостей 1a, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., определяемая согласно уравнению W=mС/2, преобразуется в потенциальную энергию Р воды, наполняющую водонапорный бак 13. Эту потенциальную энергию можно определить согласно формуле P=mg(h-h), где h- уровень воды в емкостях 1а, 1b, 1c, 1d, 1е и т.д., h - уровень воды в водонапорном баке 13. m - масса воды, перемещающейся вдоль емкостей. Приравнивая эти два уравнения, получаем: P=W; (h-h)=C/2g.
1
2
Для минимальной длины волны, равной λ=51, и соответственно минимальной скорости 8,9 м/с ее движения получаем h-h ≈ 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.