ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ПНЕВМОГИДРОАККУМУЛЯТОРАХ (ВАРИАНТЫ)

Электростанция на пневмогидроаккумуляторах относится к области энергетики и может быть использована для производства электрической энергии как устройством на базе естественных природных источников, так и специально сооруженных.
6
Известна гидроаккумулирующая электростанция, включающая машинный зал с гидроагрегатами, соединенными с нижним бассейном, верхний бассейн, соединенный водоводом с гидроагрегатами, летательный аппарат легче воздуха, компрессор с газопроводом и запорной арматурой, растяжками и анкерами, причем верхний бассейн выполнен в виде резервуара, прикреплен к летательному аппарату и поднят над поверхностью земли, водовод выполнен из гибкого материала, а летательный аппарат соединен газопроводом с компрессором, при этом газопровод и водовод прикреплены друг к другу, а летательный аппарат, резервуар верхнего бассейна и водовод при помощи заанкеренных растяжек прикреплены к поверхности Земли (см. патент РФ №2106453, МПК E02B 9/00, F03B 17/00, опубл. 27.05.1998).
Недостатками известной гидроаккумулирующей электростанции являются:
ограничение мощности установки вследствие использования в основном гидростатического давления столба воды, его разницу в высотных отметках уровней воды и ограниченность аккумулированного ресурса воды, обусловленного грузоподъемностью аэростата.
3
Известна гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС), включающая герметичный верхний резервуар, соединенный посредством трубопровода с вентилем с источником сжатого газа, нижний резервуар, сообщенный с атмосферой, дополнительный герметичный нижний резервуар, сообщенный трубопроводами с вентилями с верхним резервуаром и атмосферой, гидроагрегатный блок, соединенный трубопроводом с верхним резервуаром и нижними резервуарами трубопроводами, снабженными затворами. Отношение объема одного резервуара нижнего бьефа к объему другого составляет 0,9-1,1 (см. авт. свид. №953078, М. кл. F02B 9/00, опубл. 23.08.1982).
Недостатки этой гидроаккумулирующей электростанции заключаются в следующем.
В процессе разрядки ГАЭС процедура разности перепада давления находится в диапазоне от принудительного плюсового давления до получения разряженной его части путем стравливания содержимого объема нижнего герметичного резервуара в атмосферу. Функция этого резервуара для получения разряженной части давления малоэффективна, так как имеет узкий диапазон разности перепада давления, и, как следствие, кратковременность периода водяного напора, связанного с процедурой опорожнения верхнего резервуара. Поэтому известная ГАЭС не обеспечивает достаточный запас аккумуляции в рабочей среде и имеет, как следствие, кратковременный период эффективной работ.
Известна гидроаккумулирующая электростанция (см. патент РФ №2351792, МПК F03B 13/00, опубл. 10.04.2009). Гидроаккумулирующая электростанция содержит верхний резервуар, наполненный водой, гидроагрегатный блок с гидротурбиной, нижний резервуар, сообщенный с верхним резервуаром, трубопроводы с регулирующей арматурой, вакуумный гидроаккумулятор с гидроподъемником и водонапорную трубу. Гидроаккумулятор выполнен в виде камеры, в верхней части которой размещен гидроагрегатный блок, а снизу эта камера открыта и расположена в верхнем резервуаре, сообщенном с атмосферой и соединенном обратным трубопроводом и вентилем посредством гибкого привода с верхней частью гидроаккумулятора. Нижний герметичный резервуар разделен перегородкой, установленной с зазором к его дну, на камеру переменного давления и камеру статичного давления. Нижняя часть камеры переменного давления соединена с верхним резервуаром трубопроводом с вентилем, а верхняя ее часть соединена посредством воздушного трубопровода через вентили с обратным трубопроводом и с верхней герметичной частью водонапорной трубы, последняя также соединена посредством вентиля с обратным трубопроводом. Верхняя герметичная часть водонапорной трубы расположена выше горизонта воды верхнего резервуара и снабжена спускным клапаном, а нижняя часть снабжена обратным клапаном и расположена в камере статичного давления с зазором ко дну камеры.
Недостатки известной гидроаккумулирующей электростанции заключаются в ненадежности и сложности ее конструкции.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является электростанция на пневмогидроаккумуляторах, (см. US 2009/0293469 A1, 13.12.2009, F03B 13/10). Электростанция на пневмогидроаккумуляторах содержит турбину, трубопроводы, пневмогидроаккумулятор, блок для выработки сжатого газа, газовый трубопровод, накопитель сжатого газа, жидкостной трубопровод, генератор электрического тока, блок автоматики, и блок для выработки сжатого газа.
Недостатки известной конструкции заключаются в ее ограниченных технологических возможностях, т.к. она использует энергию ветра и не может использовать для производства электроэнергии другие природные источники. А также не может вырабатывать энергию при неблагоприятных природных условиях.
Технический результат заключается в расширении технологических возможностей и создании простой и надежной конструкции, использующей возобновляемые природные источники энергии, такие как волны, и в то же время, вырабатывающей энергию при неблагоприятных погодных условиях.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что электростанция на пневмогидроаккумуляторах содержит турбину, трубопроводы и пневмогидроаккумулятор. Она содержит блок для выработки сжатого газа, газовый трубопровод, накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением), жидкостной трубопровод и генератор электрического тока. По первому варианту блок для выработки сжатого газа включает поплавковые компрессоры, установленные в водоеме, например водохранилище, на якоря, и состоящие из кольцевого и стержневого поплавков, стержневой поплавок имеет пневмонасосы высокого давления, компрессоры соединены с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) посредством газового трубопровода, накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) соединен с пневмогидроаккумулятором, пневмогидроаккумулятор соединен с гидротурбиной жидкостным трубопроводом.
Эта совокупность признаков позволяет создать простую и надежную конструкцию, использующую возобновляемые природные источники энергии, такие как волны.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что электростанция на пневмогидроаккумуляторах содержит турбину, трубопроводы и пневмогидроаккумулятор. Она содержит блок для выработки сжатого газа, газовый трубопровод, накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением), жидкостной трубопровод и генератор электрического тока. По второму варианту блок для выработки сжатого газа состоит из газогенератора (парогенератора), в который подают топливо и окислитель, газогенератор (парогенератор) соединен с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) газовым трубопроводом, накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) соединен с пневмогидроаккумулятором, пневмогидроаккумулятор соединен с гидротурбиной жидкостным трубопроводом.
Эта совокупность признаков позволяет создать простую и надежную конструкцию, вырабатывающую электроэнергию при неблагоприятных погодных условиях.
Технический результат по третьему варианту достигается тем, что электростанция на пневмогидроаккумуляторах содержит турбину, трубопроводы и пневмогидроаккумулятор. Она содержит блок для выработки сжатого газа, газовый трубопровод, накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением), жидкостной трубопровод и генератор электрического тока. По третьему варианту блок для выработки сжатого газа включает в себя любую комбинацию из блоков для выработки сжатого газа, описанных в п.1 и 2.
Эта совокупность признаков позволяет создать простую и надежную конструкцию, использующую возобновляемые природные источники энергии, такие как волны, и в то же время, вырабатывающую электроэнергию при неблагоприятных погодных условиях.
На Фиг.1 изображен первый вариант электростанции на пневмогидроаккумуляторах с поплавковым компрессором.
На Фиг.2 изображен второй вариант электростанции на пневмогидроаккумуляторах с химическим процессом образования сжатого газа.
На Фиг 3 изображен третий вариант электростанции на пневмогидроаккумуляторах с комбинированным процессом образования сжатого газа.
На Фиг.4 изображен поплавковый компрессор по первому варианту.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по первому варианту (волновая) содержит блок для выработки сжатого газа, который состоит из поплавковых компрессоров 1, состоящих из кольцевого 2 и стержневого 3 поплавков. Стержневой поплавок 3 имеет пневмонасосы высокого давления 4. Кольцевой поплавок 2 выполнен в виде пневмокамеры в форме тора и окружает стержневой поплавок 3. При этом кольцевой поплавок 2 установлен вокруг стержневого поплавка 3 с возможностью воздействия на пневмонасосы 4. Компрессоры 1 установлены в водоеме, например водохранилище, на якоря 5 и имеют газовый трубопровод 6, соединяющий их с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7. Накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 через редукционный клапан 8 соединен с пневмогидроаккумулятором 9. Пневмогидроаккумулятор 9 соединен с гидротурбиной 10 жидкостным трубопроводом 11. В верхней части пневмогидроаккумулятора 9 находится сжатый газ 12. В нижней части пневмогидроаккумулятора 9 находится рабочая жидкость 13. Гидротурбина 10 приводит в действие генератор электрического тока 14. Газовый трубопровод 6 имеет проходные клапана 15 и обратные клапана 16. Жидкостной трубопровод 11 имеет вентили 17. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23.
Принцип действия электростанции на пневмогидроаккумуляторах по первому варианту (волновой) заключается в преобразовании энергии волн водохранилища сначала в энергию сжатого газа, затем в энергию движения жидкости в трубопроводе, потом в электрическую энергию.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по первому варианту работает следующим образом. Стержневой поплавок 3 закреплен с помощью якоря 5, поэтому при волнении он остается на первоначально-установленном месте. Кольцевой поплавок 2 свободно перемещается в вертикальном направлении в зависимости от волны. При этом перемещении он сталкивается со стержневым поплавком 3 и оказывает механическое воздействие на верхний или нижний ппневмонасосы 4, установленные на стержневом поплавке 3 и тем самым приводит их в действие. Сжатый газ по трубопроводу 6 поступает в накопители сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7, и через редукционный клапан 8, под нужным давлением направляется в пневмогидроаккумулятор 9. В пневмогидроаккумуляторе 9 сжатый газ 12 давит на рабочую жидкость 13. Рабочая жидкость 13 под давлением поступает в гидротурбину 10, раскручивая генератор электрического тока 14. Электрический ток поступает к потребителям. Пока один из пневмогидроаккумуляторов 9 приводит в движение гидротурбину 10, другой пневмогидроаккумулятор 9, наполняется рабочей жидкостью. Пневмогидроаккумулятор может наполняться рабочей жидкостью либо из водохранилища самотеком, либо отработанной жидкостью из гидротурбины 10. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23, при помощи клапанов 15, 16 и вентилей 17. Для увеличения мощности электростанции, конструкции накопителей сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 и пневмогидроаккумуляторов 9 могут быть выполнены больших размеров и расположены под землей для увеличения прочности, а размеры и количество поплавковых компрессоров 1 увеличено.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по второму варианту (химическая) содержит блок для выработки сжатого газа, который состоит из газогенератора (парогенератора) 20, в который подают топливо, например древесные пеллеты, 21 и окислитель 22. Газогенератор (парогенератор) 20 соединен с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 газовым трубопроводом 6. Накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 через редукционный клапан 8 соединен с пневмогидроаккумулятором 9. Пневмогидроаккумулятор 9 соединен с гидротурбиной 10 жидкостным трубопроводом 11. В верхней части пневмогидроаккумулятора 9 находится сжатый газ 12. В нижней части пневмогидроаккумулятора 9 находится рабочая жидкость 13. Гидротурбина 10 приводит в действие генератор электрического тока 14. Газовый трубопровод 6 имеет проходные клапана 15 и обратные клапана 16. Жидкостной трубопровод 11 имеет вентиля 17. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23.
Принцип действия электростанции на пневмогидроаккумуляторах по второму варианту (химической) заключается в преобразовании химического процесса (окисления) сначала в энергию сжатого газа, затем в энергию движения жидкости в трубопроводе, потом в электрическую энергию.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по второму варианту работает следующим образом. В газогенератор (парогенератор) 20 продают нужное количество топлива 21 и окислителя 22. В процессе окисления образуется сжатый газ 12. Сжатый газ по трубопроводу 6 поступает в накопители сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7, и через редукционный клапан 8, под нужным давлением направляется в пневмогидроаккумулятор 9. В пневмогидроаккумуляторе 9 сжатый газ 12 давит на рабочую жидкость 13. Рабочая жидкость 13 под давлением поступает в гидротурбину 10, раскручивая генератор электрического тока 14. Электрический ток поступает к потребителям. Пока один из пневмогидроаккумуляторов 9 приводит в движение гидротурбину 10, другой пневмогидроаккумулятор 9, наполняется рабочей жидкостью. пневмогидроаккумулятор может наполняться рабочей жидкостью либо из водохранилища самотеком, либо отработанной жидкостью из гидротурбины 10. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23, при помощи клапанов 15,16 и вентилей 17.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по третьему варианту (комбинированная) содержит блок для выработки сжатого газа, который включает в себя комбинацию из вариантов образования сжатого газа 12. Электростанция на пневмогидроаккумуляторах включает в себя газогенератор (парогенератор) 20, в который подают топливо 21 и окислитель 22. Газогенератор (парогенератор) 20 соединен с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 газовым трубопроводом 6. Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по третьему варианту содержит также блок для выработки сжатого газа, который состоит из поплавковых компрессоров 1, состоящих из кольцевого 2 и стержневого 3 поплавков. Стержневой поплавок 3 имеет пневмонасосы высокого давления 4. Кольцевой поплавок 2 выполнен в виде пневмокамеры в форме тора и окружает стержневой поплавок 3. При этом кольцевой поплавок 2 установлен вокруг стержневого поплавка 3 с возможностью воздействия на пневмонасосы 4. Компрессоры 1 установлены в водоеме, например водохранилище, на якоря 5 и имеют газовый трубопровод 6, соединяющий их с накопителем сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7. Накопитель сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7 через редукционный клапан 8 соединен с пневмогидроаккумулятором 9. Пневмогидроаккумулятор 9 соединен с гидротурбиной 10 жидкостным трубопроводом 11. В верхней части пневмогидроаккумулятора 9 находится сжатый газ 12. В нижней части пневмогидроаккумулятора 9 находится рабочая жидкость 13. Гидротурбина 10 приводит в действие генератор электрического тока 14. Газовый трубопровод 6 имеет проходные клапана 15 и обратные клапана 16. Жидкостной трубопровод 11 имеет вентиля 17. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23.
Электростанция на пневмогидроаккумуляторах по третьему варианту (комбинированная) работает следующим образом. В газогенератор (парогенератор) 20 продают нужное количество топлива 21 и окислителя 22. В процессе окисления образуется сжатый газ 12. Сжатый газ по трубопроводу 6 поступает в накопители сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7, и через редукционный клапан 8, под нужным давлением направляется в пневмогидроаккумулятор 9.
Стержневой поплавок 3 закреплен с помощью якоря 5, поэтому при волнении он остается на первоначально-установленном месте. Кольцевой поплавок 2 свободно перемещается в вертикальном направлении в зависимости от волны. При этом перемещении он сталкивается со стержневым поплавком 3 и оказывает механическое воздействие на верхний или нижний ппневмонасосы 4, установленные на стержневом поплавке 3 и тем самым приводит их в действие. Сжатый газ по трубопроводу 6 поступает в накопители сжатого газа (ресивер, сосуд под давлением) 7, и через редукционный клапан 8, под нужным давлением направляется в пневмогидроаккумулятор 9.
В пневмогидроаккумуляторе 9 сжатый газ 12 давит на рабочую жидкость 13. Рабочая жидкость 13 под давлением поступает в гидротурбину 10, раскручивая генератор электрического тока 14. Электрический ток поступает к потребителям. Пока один из пневмогидроаккумуляторов 9 приводит в движение гидротурбину 10, другой пневмогидроаккумулятор 9, наполняется рабочей жидкостью. Пневмогидроаккумулятор может наполняться рабочей жидкостью либо из водохранилища самотеком, либо отработанной жидкостью из гидротурбины 10. Управление и обслуживание электростанции осуществляется посредством блока автоматики 23, при помощи клапанов 15, 16 и вентилей 17.
Заявляемые варианты электростанции на пневмогидроаккумуляторах просты и надежны в работе. Они позволяют использовать возобновляемые природные источники энергии, такие как ветер и волны, и в то же время, вырабатывать энергию при неблагоприятных погодных условиях.
Заявляемые варианты электростанции на пневмогидроаккумуляторах могут быть собраны из имеющегося в свободной продаже оборудования и выполнены имеющимися техническими средствами на имеющемся оборудовании.