ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ДНЕ МОРЯ
SEABED HYDROELECTRIC POWER STATION

Изобретение относится к отрасли морской энергетики и предназначено для извлечения электрической энергии из морских волн, ветра и столба жидкости над гидротурбиной.
Известна волновая электростанция, содержащая вертикальную трубу, врезанную в платформу, один конец которой открыт и погружен в море, а другой меньшего диаметра сообщается с атмосферой, причем в полости этой трубы закреплена турбина с генератором (Волновая электростанция Ocean-linx. www.novate.ru/blogs/040309/11568/).
Недостатком аналога является неэффективное использование сжатого воздуха для получения электрической энергии.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является электростанция на дне моря, содержащая реверсивный турбинный насос с клапаном и гидрогенератор, размещенные в камере, установленной на дне моря, всасывающий трубопровод, сообщающийся с морем, напорный трубопровод, сообщающийся с емкостью, установленной на дне моря, в верхней части которой закреплена труба, сообщающаяся с атмосферой (Электростанция на морском дне, 2013. http//phys.org/news/2013-05-storage-power-seabed.html).
Недостаток прототипа заключается в больших затратах электрической энергии для работы турбины в обратном направлении при удалении воды из емкости.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности за счет использования устройств для сжатия воздуха и вытяжки сжатого воздуха, обеспечивающих прямое и обратное движение морской воды из моря в емкость и из емкости обратно в море.
Для достижения указанного технического результата в гидроэлектростанции на дне моря, содержащей камеру, в которой размещены гидротурбина двустороннего действия, гидрогенератор, всасывающий и напорный трубопроводы и емкость, установленную на дне моря, дополнительно смонтированы устройство для сжатия воздуха и устройство для вытяжки сжатого воздуха, устройство для сжатия воздуха выполнено в виде трубопровода, соединяющего пустотелую колонну с впускным клапаном, ресивер с входным клапаном, задвижку с электроприводом и емкость, выполненную с датчиками максимального и минимального уровня воды, а устройство для вытяжки сжатого воздуха выполнено в виде трубопровода, соединяющей дефлектор, турбогенераторный блок, задвижку с электроприводом и емкость, на всасывающем трубопроводе установлены съемная сороудерживающая решетка и задвижка с электроприводом.
Кроме того, заявляемое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- пустотелая колонна изготовлена из синтетического материала, стойкого к соленой воде и к обрастанию морскими организмами;
- съемная сороудерживающая решетка выполнена в виде съемной кассеты и изготовлена, например, из медно-никелевого материала;
- дефлектор выполнен в форме цилиндра с узлом вращения вокруг вертикальной оси, стабилизатором и окнами на боковой поверхности цилиндра.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются - монтаж дополнительных устройств для сжатия воздуха и для вытяжки сжатого воздуха, выполнение устройства для сжатия воздуха в виде трубопровода, соединяющего пустотелую колонну с впускным клапаном, ресивер с входным клапаном, задвижку с электроприводом и емкость с датчиками максимального и минимального уровня воды, выполнение устройства для вытяжки сжатого воздуха в виде трубопровода, соединяющей дефлектор, турбогенераторный блок, задвижку с электроприводом и емкость, установление на всасывающем трубопроводе съемной сороудерживающей решетки и задвижки с электроприводом.
Благодаря наличию этих признаков применение предлагаемого устройства позволяет исключить затраты электрической энергии для работы гидротурбины двустороннего действия при удалении воды из емкости и дополнительно получать электрическую энергию от турбогенераторного блока.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 показан общий вид гидроэлектростанции на дне моря.
На фиг.2 - вид А сверху на стабилизатор, ресивер, пустотелую колонну и на платформу.
Гидроэлектростанция на дне моря представляет собой комплекс, состоящий из надводных и подводных сооружений.
К подводным сооружениям относится камера 1, в которой установлена гидротурбина 2 двустороннего действия, и гидрогенератор 3. На всасывающем трубопроводе 4 установлена задвижка 5 с электроприводом, съемная сороудерживающая решетка 6 выполнена в виде кассеты и изготовлена, например, из медно-никелевого материала. Напорный трубопровод 7 присоединен к емкости 8 с датчиком 9 максимального и датчиком 10 минимального уровней воды. К емкости 8 присоединена гибкая труба 11, выше днища платформы 12 она металлическая 13, и является общей для устройств сжатия воздуха и вытяжки сжатого воздуха.
К надводным сооружениям относится платформа 12, установленная на тросах 14 с якорями 15 на дне 16 моря, на которой размещены устройства для сжатия воздуха и вытяжки сжатого воздуха. Устройство для сжатия воздуха в виде трубопровода 17 соединяет пустотелую колонну 18, один конец которой открыт и погружен в море, а другой закрыт и имеет впускной клапан 19, ресивер 20 с входным клапаном 21 и задвижку 22 с электроприводом. Устройство для вытяжки сжатого воздуха размещено на металлической части трубы 13 и включает: дефлектор 23 с узлом вращения 24 вокруг вертикальной оси, турбогенераторный блок 25 и задвижку 26 с электроприводом. Дефлектор 23 выполнен в форме цилиндра с узлом вращения 24 вокруг вертикальной оси, стабилизатором 27 и окнами 28 на боковой поверхности цилиндра.
Работа гидроэлектростанции на дне моря осуществляется следующим образом.
Рассмотрим работу устройства для сжатия воздуха в виде трубопровода 17, которое установлено на платформе 12, и при помощи тросов 14 крепится к якорям 15 на дне 16 моря. Высокая волна поступает внутрь пустотелой колонны 18 и выдавливает воздух (волна работает как поршень насоса), впускной клапан 19 закрывается, входной клапан 21 ресивера 20 открывается, сжатый воздух накапливается в ресивере 20. В период низкой волны входной клапан 21 закрывается сжатым воздухом в ресивере 20, а выпускной клапан 19 открывается под действием атмосферного давления, которое больше разряженного давления в пустотелой колонне 18. Открываются задвижки 22 и 5, сжатый воздух из ресивера 20 поступает в емкость 8 с датчиками 9 и 10 максимального и минимального уровней воды и выдавливает морскую воду из емкости 8 по напорному трубопроводу 7, при этом вода вращает рабочее колесо гидротурбины 2, гидрогенератор 3 вырабатывает электрическую энергию, вода через съемную сороудерживающую решетку 6 поступает в море.
Процесс продолжается до тех пор, пока уровень воды в емкости 8 не достигнет минимального значения, и сигнал от датчика 10 не закроет задвижку 22 и одновременно откроет задвижку 26.
Работа устройства для вытяжки сжатого воздуха. Исходное положение: задвижки 5, 22 и 26 с электроприводами закрыты, емкость 8 заполнена атмосферным воздухом. Начало работы: задвижка 26 открыта; задвижка 5 открыта. Морская вода проходит через съемную сороудерживающую решетку 6, поступает во всасывающий трубопровод 4, раскручивает рабочее колесо гидротурбины 2, гидрогенератор 3 вырабатывает электрическую энергию, вода по напорному трубопроводу 7 поступает в емкость 8 и выдавливает воздух по гибкой трубе 11 и далее по ее металлической 13 части он поступает в турбогенераторный блок 25, который вырабатывает электрическую энергию, далее воздух выходит в атмосферу через окна 28 дефлектора 23, который, вращаясь (узел 24), автоматически ориентируется при помощи стабилизатора 27 навстречу набегающему потоку воздуха. При обтекании цилиндра дефлектора 23 у его окон 28 образуется пониженное давление, которое увеличивает эффективность процесса вытяжки воздуха. Процесс вытяжки воздуха заканчивается, когда уровень воды омывает датчик 9 максимального уровня воды, закрываются задвижка 5 и задвижка 26 с электроприводами.
Процессы сжатия воздуха и вытяжки сжатого воздуха повторяются и обеспечивают выработку электрической энергии, используя энергию давления столба жидкости над камерой 1 и воспроизводимую волновую и ветровую энергию.
Предлагаемая гидроэлектростанция на дне моря позволяет исключить затраты электрической энергии для работы реверсивной турбины в обратном направлении при удалении воды из емкости и дополнительно получить электрическую энергию от турбогенераторного блока приспособления для вытяжки сжатого воздуха.