АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПРИЛИВНАЯ ГЭС С ВОДОХРАНИЛИЩЕМ
AUTOMATIC TIDAL HYDROELECTRIC POWER PLANT WITH WATER RESERVOIR

Изобретение относится к конструкциям автономных приливных бесплотинных электростанций небольшой мощности и может быть массово использовано для преобразования энергии морских течений (приливов-отливов) в электрическую энергию. При строительстве энергоузлов с использованием гидравлической энергии приливов, основные затраты приходятся на сооружение дорогостоящих плотин, что препятствует массовому сооружению объектов для индивидуального пользования и для малых поселений.
Известно «Устройство для извлечения энергии из морских течений» по патенту РФ № 2401358, МПК E 02 B 9/08, авторов Е.Н. Беллендир, А.В. Петрашкевич и др.[1].
Данное устройство содержит несколько цилиндрических опор-оболочек, размещенных на морском шельфе, систему подводящих и отводящих трубопроводов, гидрогенераторы, причем опоры-оболочки установлены в ряд с зазором для прохода воды по линии, перпендикулярной к направлению приливных и отливных течений, полость опоры-оболочки разделена по вертикали перегородками на несколько ярусов для размещения трубопроводов и гидрогенераторов, подводящий трубопровод проходит по диагонали перпендикулярно, а отводящий трубопровод – по диагонали параллельно линии установки опор- оболочек, концы  трубопроводов сообщаются с морем, а гидрогенераторы размещены на отводящих трубопроводах.
Недостатком данного устройства так же является конструктивная сложность, реализуемая только для ГЭС большой мощности и наличие значительного числа обслуживающего персонала. Кроме сложности изготовления самих крупногабаритных цилиндрических опор-оболочек, размещенных на морском шельфе, и полостей в опорах-оболочках с перегородками на несколько ярусов, в которых размещаются трубопроводы и гидрогенераторы, требуется большое число автономных гидрогенераторов (гидротурбина с генератором), работу которых понадобиться еще синхронизировать в системе выработки электроэнергии.
Известно так же техническое решение «Волновая электростанция» авторов Ю.Б. Шполянского, Б.Л. Историка и др. патенту РФ № 2459974, МПК F 03 B 13/24 [2].
Данное изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при значительных колебаниях уровня водной поверхности из-за приливно-отливных или сгонно-нагонных явлений в электрическую энергию.
Устройство содержит неподвижную опору, пневмогидравлическую камеру, подвижная часть которой сообщена с водоемом, а надводная – с атмосферой через напорный воздуховод, в котором установлена турбина с генератором. Кроме того, устройство оснащено вращающимся приводом, кинематически связанным с камерой, которая закреплена на опоре с возможностью вертикального перемещения, причем привод связан с камерой через пару силовых элементов из ряда гайка-винт, зубчатое колесо-зубчатая рейка, гидроцилиндр-шток, барабан-трос, а вращающийся привод снабжен средствами автоматического управления с возможностью перемещения камеры относительно опоры в соответствие с колебаниями среднего уровня водной поверхности.
Недостатком данного устройства является конструктивная сложность, необходимость в опорах-оболочках, выполняющих функцию плотины, и так же - необходимость в обслуживающем персонале и его высокая стоимость, характерная для ГЭС большой мощности, включенную в общую систему обеспечения электроэнергией потребителей. Кроме того, для установки камеры на требуемый уровень водной поверхности требуется электроприводу внешний источник электроэнергии.
Известна так же «Приливная энергетическая установка» авторов Ильина А.К. и Акуличева В.А. по патенту РФ № 2099587. МПК F03B 13/18; F13/26[3].
Установка содержит укрепленный на дне вертикальный полый цилиндр с поршнем, выше и ниже которого в цилиндре образованы воздушные камеры повышенного давления, подключенные к воздухозабору, поплавок, связанный с поршнем посредством штока, резервуар для сжатого воздуха, турбину и соединительные трубопроводы, причем обе воздушные камеры повышенного давления цилиндра снабжены буферными камерами, размещенными вне цилиндра и соединенные с ним посредством каналов. Кроме того, каналы буферных камер выведены в пространство между крышкой цилиндра и верхним крайним положением поршня, а канал нижней буферной камеры выведен в пространство между дном цилиндра и нижним крайним положением поршня, причем в каждой буферной камере установлен поршень, подпружиненный в сторону канала.
Недостатками данного устройства является конструктивная сложность и необходимость в обслуживающем персонале, а также его высокая стоимость. Наличие пружин, требующих регулировки натяжения и дополнительных подвижных элементов снижают надежность данного устройства. Использование воздушной турбины менее эффективно по сравнению с применением гидравлической турбины.
Назначение настоящего изобретения в устранении указанных недостатков и создание автоматической, простой по конструкции приливной ГЭС, не использующей внешние дополнительные источники электропитания и не требующей постоянных затрат на ее обслуживание.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- упрощена конструкция и повышена ее надежность за счет отсутствия движущихся подвижных узлов и механизмов, требующих настройку и регулирование;
- осуществлен подъем воды выше уровня прилива морской воды для заполнения водохранилища или другого бака-аккумулятора;
- обеспечено функционирование устройства в автоматическом режиме без необходимости постоянного обслуживания;
- применена более эффективная по сравнению с воздушной гидравлическая турбина, нагруженная на электрический генератор.
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой «Автоматической приливной ГЭС с водохранилищем» на дне водоема вблизи побережья установлены входная нагнетательная емкость, промежуточная нагнетательная емкость и накопительная емкость, высота которой выше уровня прилива и ее переливное отверстие соединено трубопроводом с водохранилищем или баком-аккумулятором. Входная емкость имеет отверстие для впуска воды в ее донной части, а отверстия в донной части промежуточной емкости оснащены двумя обратными клапанами на вход и выход воды из этой емкости, в накопительной емкости выполнено отверстие так же в донной части, соединенное с обратным клапаном промежуточной емкости на вход воды и – переливное отверстие в ее верхней части, соединенное трубопроводом с водохранилищем, при этом входная и промежуточная емкости в их верхней части соединены трубой, причем с водохранилищем соединена гидротурбина, нагруженная на электрогенератор.
На чертеже приведена «Автоматическая приливная ГЭС с водохранилищем».
Устройство содержит входную нагнетательную емкость 1, промежуточную нагнетательную емкость 2, накопительную емкость 3 и водохранилище 4  или другую аккумулирующую емкость, причем входная емкость имеет отверстие 5 для свободного впуска воды в ее донной части, трубу 6, соединяющую входную и промежуточную емкости в их верхней части, отверстие 7 промежуточной емкости в ее донной части, оснащенное обратным клапаном 8 на впуск воды, и отверстием 9 так же в ее донной части с обратным клапаном 10 на выпуск воды, соединенным с входным отверстием 11 в донной части накопительной емкости. Переливное отверстие 12 накопительной емкости соединено трубопроводом 13 с удаленным водохранилищем, к которому через регулирующий вентиль 14 подключена гидротурбина 15, нагруженная на электрогенератор 16.
«Автоматическая приливная ГЭС с водохранилищем» работает следующим образом. Уровень воды в водоеме (море или океане) вследствие приливов колеблется от уровня «отлив» - Нотл. до уровня «прилив» - Нпр. На чертеже колебания уровня воды в входной и в промежуточной емкостях показаны сплошной стрелкой при наполнении и пунктирной стрелкой при их опорожнении. Во время отлива в входной емкости 1 был уровень воды Нотл. за счет впуска в нее воды через отверстие 5, а в промежуточную емкость 2 вода поступила через обратный клапан 8 и входное отверстие 7, так как в емкости 2 было разряжение воздуха.
После наступления прилива вода в входной емкости 1 поднимается до верхнего уровня Нпр., при этом сжимаемый воздух через трубу 6 поступает в промежуточную емкость 2 и выдавливает воду через обратный клапан 11, соединяющий отверстия 9 и 10 в накопительную емкость 3, причем обратный клапан 8 в это время закрыт.
При наступлении отлива уровень в емкости 1 понижается до Нотл. и в емкостях 1 и 2, связанных через трубу 6 наступает разряжение, при этом обратный клапан 11 закрывается, а обратный клапан 8 открывается и через него в емкость 2 поступает вода водоема. Далее процесс повторяется.
После нескольких периодов колебаний «прилив – отлив» накопительная емкость 3 переполняется и, так как высота ее выше точки прилива, вода из нее через переливное отверстие 12 и трубопровод 13 поступает в водохранилище 4, распложенное на берегу водоема. По мере необходимости в электроэнергии вода из водохранилища 4 при открытом вентиле 14 подается на гидротурбину 14, которая вращает электрогенератор 15, вырабатывающий электрическую энергию для передачи ее в сеть.
В настоящее время огромные территории приливных зон морей и океанов не используются в энергетике. Это связано, в том числе, с необходимостью выбирать территории с наличием удобных мест для строительства плотин, перегораживающих заливы или устья рек. Предлагаемая автономная «Автоматическая приливная ГЭС с водохранилищем» может сооружаться не зависимо от наличия этих условий, практически, на любом побережье водоемов.
Предлагаемая ГЭС предназначается для массового использования, как отдельными удаленными от магистральных электрических сетей индивидуальными потребителями, так и не большими поселениями. ГЭС работает в автоматическом режиме при наполнении бака- аккумулятора или не большого водохранилища для хозяйственных нужд и не требует персонала для постоянного обслуживания. ГЭС собирается из серийных узлов и конструкций, поэтому имеет минимальную стоимость при ее сооружении, что позволяет рекомендовать ее для широкого применения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Беллендир Е.Н., Петрашкевич А.В. и др. Устройство для извлечения энергии из морских течений. Патент РФ № 2401358. МПК E02 B 9/08 (аналог).
2. Шполянский Ю.Б., Историк Б.Л. и др. Патент РФ № 2459974. МПК F03 B 13/24 (аналог).
3.Ильин А.К., Акуличев В.А. Приливная энергетическая установка. Патент РФ № 2099587. МПК F03B 13/18; F03B 13/26 (аналог).
4.А.Б. Ермилов. Приливная электростанция. Авторское свидетельство СССР № 1432133. МПК E 02 B 9/08 (аналог).
5. Приливные электростанции. Портал по альтернативной энергетике [Электронный ресурс] www.alter220.ru, с.7.
6. NO 151479 B, 02.01.1985 (аналог).
7. GB 2221958 A, 21.02.1990 (аналог).
8. GB 2460553 A, 09.12.2009 (аналог).