СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
CONSTRUCTION OF SMALL HYDROELECTRIC STATIONS

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов малых рек и техногенных потоков для генерирования электрической энергии.
Известен способ строительства малых гидроэлектростанций, включающий гидроагрегаты в виде в виде водоводов, в которых создают колебания давления, вызванные гидравлическими ударами, и линейные электрогенераторы, подвижные рабочие органы которых соединяют с подвижными частями стенок водоводов гидроагрегатов [Способ строительства малых гидроэлектростанций. Патент РФ №2412302, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 20.02.2011 г.].
Недостатком этого способа строительства малых гидроэлектростанций является сложная схема преобразования энергии потока воды в полезную мощность. Способ предполагает преобразование энергии потока воды сначала в механическую работу подвижных органов линейных электрогенераторов, а затем уже в полезную электрическую мощность.
Известен способ, предусматривающий преобразование кинетической энергии потока воды в питающем водоводе гидротарана в потенциальную энергию гидравлического удара, аккумулирование потенциальной энергии воды в специальном гидравлическом аккумуляторе и подачу ее на гидротурбину, вращающую электрогенератор [Гидравлический генератор. Патент Японии JP 57181976 (А), дата публикации 09.11.1982 г.].
Недостатком японского аналога является также сложная и длинная схема преобразования механической энергии потока воды в электрическую мощность, что приводит к увеличению размеров гидроагрегатов и, соответственно, их стоимости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ [авторское свидетельство SU №1209917 А, кл. F03B 13/00, опубликованное 07.02.1986]. Способ реализуется размещением на внутренней поверхности питающего водовода пьезоэлектрических элементов, которые при воздействии ударного давления воды на них генерируют электрическую энергию. Недостатком прототипа является сложная конструктивная схема питающего водовода с установленными и закрепленными на его внутренней поверхности пьезоэлектрическими элементами, что увеличивает стоимость конструкции и снижает надежность ее работы.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа строительства малых гидроэлектростанций на низконапорных водотоках, способного генерировать полезную мощность путем прямого преобразования механической энергии потока воды в электрическую энергию с использованием пьезоэлектрических материалов.
Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ строительства малых гидроэлектростанций включает сооружение гидротаранов с питающими водоводами, накапливающими кинетическую энергию потока воды, быстрое преобразование ее в потенциальную энергию гидравлического удара, воздействующего на внутреннюю поверхность питающих водоводов. Питающие водоводы гидротаранов целиком выполняют из пьезоэлектрических материалов, при упругой деформации которых за счет повышения давления воды при гидравлическом ударе в пьезоэлектрических материалах генерируется электрическая энергия.
В предложенном способе энергия потока воды напрямую превращается в полезную электрическую энергию. Размеры и количество питающих водоводов гидротаранов выбирают согласно гидрологическим параметрам природного или техногенного водотока. Водоводы устанавливают в потоке параллельно друг другу, а срабатывание ударных клапанов гидротаранов сдвигают по времени для непрерывного снятия с потока воды полезной электрической мощности. Таким образом, отпадает необходимость в специальных аккумуляторах потенциальной энергии большой емкости, роль аккумуляторов и преобразователей энергии выполняют сами водоводы, что существенно снижает затраты на сооружение гидроэлектростанций. Кроме того, параллельно установленные в поток водоводы являются для последнего гидравлическими сопротивлениями, поэтому создают перед собой необходимый подпор для накопления энергии в питающих водоводах и срабатывания автоматических ударных клапанов в гидротаранах, инициирующих гидравлический удар.
Использование заявленного технического решения упрощает конструкцию и обеспечивает выработку электроэнергии с низконапорных природных и техногенных водотоков путем прямого преобразования механической энергии воды, воздействующей на стенки питающих водоводов из пьезоэлектрических материалов гидротаранных установок, в электрическую мощность.