ВОЛНОВАЯ ПРИБОЙНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области получения электрической энергии от морских волн морского прибоя, полезная модель может быть использована для снабжения электрической энергией прибрежных зон РФ.
Известны волновые прибойные гидроэлектростанции (ВПГЭС) состоящие из буя (поплавка) механической передачи колебания к генератору электроэнергии патент РФ 2206170. Эти электростанции имеют низкий КПД преобразования энергии морских волн в электроэнергию. Приведенный электрогенератор не может обеспечить высокое КПД снятия энергии от морских волн. Это обусловлено тем, что эффективность электрогенератора зависит от скорости движения силовых линий магнитной индукции.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является заявка 2002112552/09 от 13.05.2002 г.: Электрический ток на судах, содержащий плавающий буй-судно, электрический генератор, аккумулятор.
Малая эффективность такого генератора использующего бортовую, килевую качку судна обусловлена тем, что габариты судна-буя не позволяют использовать малые волны.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности съема энергии от морских волн, достижение максимального КПД.
Сущность полезной модели заключается в том, что волновая прибойная гидроэлектростанция включающая плавающий буй, электрический генератор, аккумулятор, преобразователь, трансформатор, трансмиссии передачи, при этом буй выполнен с изменяемой геометрией, соединен с электрическим генератором через трансмиссию изменяемой геометрии, система управления геометрией буя и геометрией трансмиссии включают в себя датчики длины высоты скорости волны.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где
на фиг.1 дана функциональная схема волновой прибойной гидроэлектростанции;
Фиг.2 показывает изменение геометрии трансмиссии и буя в изометрии;
Фиг.3 показывает аналитическое выражение, вид полуволны.
Волновая прибойная гидроэлектростанция содержит: плавающий буй изменяемой геометрии 1, трансмиссию изменяемой геометрии 2, электрогенератор 3, аккумулятор 4, преобразователь 5, трансформатор 6, блок управления с датчиками длины, высоты, скорости волны 7. Решение вопроса увеличения КПД моделируется на теориях:
1. На основе теории вероятностных распределений рассматривается первый стохастический процесс определения средней мощности волны при заданном волнении моря. Затем рассматривается второй стохастический процесс по количеству суток волнения моря за год. Оба процесса удовлетворяют как экспонентному так и нормальному распределению. Связь распределений может быть представлена в виде:
, где n номер волны
перехода экспоненциальных распределений по мощности волн в нормальное распределение по мощности при достаточно большом времени наблюдения. Экспонентные распределения вырождаются в нормальное распределение, при этом экспоненциальное распределение волн имеет большую мощность чем результат по средней мощности (нормального распределения) за год. Расчет годовой среднестатистической волны для Черного моря показывает: среднегодовая волна имеет высоту 0,73 метра. Энергия такой волны более 10 Кило Джоулей. Перемещение волны с V=1 м/сек даст мощность более 10 КВатт. (у АЭС с 1 кв.м. менее 3 Ватт с учетом площадей на обеспечение работы АЭС, добычу топлива, хранения отходов, санитарных зон).
2. На основе теории электромагнитных волн.
Расчет энергии морских волн выполняется по аналогии с расчетом мощности электромагнитных волн падающих на поверхность. Приведены
значения по электромагнитным волнам в виде аналога для морских волн:
1
2
2
2
F=q*q/4πR=DSE; q=εES; dW=Fdl; E=kl=q/ε4πR
; энергия - электрического поля
2
q=cu; dW=cudu; W=cu/2=cu*u/2=DSE1/2; так как: с=q/н:q=εES магнитная - энергия
F=qVB=qlB/t=ilB=2πRHlB
BH/2=DE/2; B=μH; D=εE;
энергия - волны
П=НЕ; мощность - волны - падающей - на: 1 кв.м.
2
W=mgh; W=mν/2
Нижние формулы показаны для выражений механической энергии морских волн.
Потенциальная энергия морской волны переходит в кинетическую энергию. В электромагнитных волнах электрическое поле в магнитное. С учетом действия ветра полная энергия морской полуволны описывается:
2
W=mgh+m(ν+Δν)/2;
Δν является дополнением скорости от ветра
m=р*ϑ где р плотность воды ϑ объем волны
Показана полная аналогия морских, волн с электромагнитными, волнами.
Нижняя морская полуволна может быть описана зависимостью:
Скорость волны меняется от V=0 до Vmах., до
2
2
2
2
z=(х/a-y/b)sinωt; где - ωt - функция - от - направления - ветра.
На основе этой зависимости по аналитическому выражению выбирается
геометрия буя 1 и трансмиссии 2.
При определенной волне блоком управления 7 поддерживается необходимая геометрия буя 1, трансмиссии 2 соединяющей буй с генератором. Этим обеспечивается согласование параметров волны с приемником энергии.
Проведенные исследования показали подтверждение теоретических работ по определению средней мощности от морских волн за год исходя из стохастического характера волнообразования.
Вырождение совмещенных экспоненциальных распределений в нормальное распределение применимо для целого ряда задач.
Два фактора: регулировка геометрией буя и изменением геометрии трансмиссии увеличивают КПД съема энергии от морских волн.
На фигуре 2 показано изменение геометрии трансмиссии 2 от буя 1, передачи механической энергии вращения вала за счет перемещения буя 1 вверх на волне, затем вниз. Показан вариант изменения трансмиссии в виде выдвижения штока из цилиндра. При малой волне образуется малый рычаг механической передачи, на генератор 3, при большей волне образуется больший рычаг передачи механической энергии. В обоих случаях обеспечивается поворот вала электрического генератора 3 на 360 градусов, этим обеспечивается вращение вала электрического генератора, маховиком обеспечивающим полный оборот вала является ротор электрического генератора. Таким образом обеспечиваются обороты на 360 градусов вала электрического генератора при малых и больших морских волнах, включая
при штормовых волнах.
Плавающий буй 1 изменяет свою геометрию (размеры) например увеличиваясь в объеме (раздуваясь) при увеличении длины волны поэтому изменяемой геометрии буй 1 способен снимать максимальную мощность с разного размера волн. Регулировка (размером) геометрией плавающего буя 1 и трансмиссии передачи механической энергии на вал электрического генератора 3 осуществляется блоком управления 7 по показаниям датчиков параметров волн.
На фигуре 2 показано автоматическое поддержание необходимой геометрии трансмиссии без отдельного датчика высоты морских волн.
Электрический генератор 3 вращается неравномерно в зависимости от величины морских волн. Поэтому электрическая энергия накапливается в аккумуляторе 4 любого типа. С аккумулятора 4 электрическая энергия поступает потребителю после преобразователя переменного напряжения, чем осуществляется стабилизация выходного напряжения. Аккумулятор 4 выполняет также функцию поддержания выходного напряжения электроэнергии при отсутствии волнения моря. Аккумулятор 4 выбирается исходя из мощности волновой прибойной гидроэлектростанции.