Бесплотинная гидроэлектростанция

Бесплотинная гидроэлектростанция относится к области альтернативной гидроэнергетики и может быть использована для выработки электроэнергии. Поскольку создание традиционных плотинных ГЭС влечет ряд неизбежных нарушений природной среды, таких как разрушение берегов, размыв русла реки в нижнем бьефе, повышение уровня грунтовых вод, перестройка фауны водоема.
Изобретение относится к гидроэнергетике и электростанциям, не прерывающим нормального течения реки, поддерживающим естественную экологию реки, не поднимающим ее уровень и не боящихся ледовых условий, работающих круглогодично эффективно в летних и зимних условиях. Электростанция может устанавливаться на любых реках и иметь достаточные электрические мощности, поскольку содержит элементы, повышающие эффективность работы гидроагрегата путем изменения высоты гидротурбины в условиях колебаний водяного потока и имеет наиболее выгодную геометрию обтекания потоком, при которой идет исключение сбора шуго-ледовых масс в лопастях гидроагрегата.
Известна Гидроэлектростанция (Патент RU №2171910, МПК F03B, опубликовано 10.08.2001, авторы: Толмачев В.Н., Боровиков С.Н., Савчук А.Д., Лесина Л.Л.) содержащая установленное в русле сооружение, состоящее из фундаментной плиты, боковых стен и перекрытия с помещением для редуктора с электрогенератором над местом установки гидроколеса, сооружение перед водозабором имеет ледорезную опору и бонные сети, а боковые стены со стороны входа воды и ее выхода имеют расширения, образующие соответственно конфузорный, рабочий и диффузорный канал.
Общими признаками являются установленное в русле реки сооружение, гидроколесо с лопастями, имеющее защиту ото льда ледорезную опору, и сооружения для перепуска мимо гидроэлектростанции ледохода, бревен при сплаве и т.п.
Недостатками данной конструкции является высокая материалоемкость и стоимость выполнения двухэтажной коробки здания гидроэлектростанции, выполнение подводных работ по сооружению коробки требует применения специальных устройств, а устройство ледорезной опоры также увеличивает материалоемкость и стоимость и ведет к засорению решетки и падению гидравлического напора в гидравлическом колесе, что снижает КПД конструкции. К недостаткам также можно отнести невозможность регулирования мощности гидроколеса в зависимости от поступающего гидравлического потока.
Известна речная береговая гидроэлектростанция (Патент RU №2020260, МПК F03B, опубликовано: 30.09.1994, автор Керов В.Г.). Общими признаками является наличие корпуса и размещенную в корпусе лопастную турбину, расположенную на оси, генератор.
К недостаткам данной конструкции можно отнести тот факт, что гидравлические возмущения потока воды в реке после гидравличеких колес вызывают вредные экологические воздействия и эрозию русла реки и берега, поскольку находится в непосредственной близости от него, а также низкую эффективность самого гидроколеса, имеющего большое гидравлическое сопротивление, так как лопасть гидроколеса представляет собой перпендикулярную потоку воды плоскость сплошного прямоугольника, непропускающего сквозь себя поток воды; невозможность регулирования мощности гидроэлектростанции от изменяющегося гидравлического потока.
Известна бесплотинная гидроэлектростанция (Патент RU №170120, МПК Е02В, F03B, опубликовано: 14.04.2017, авторы Зиновьев Виталий В., Насыров А.М., Бартенев О.А.).
Общими признаками является наличие турбины, электрогенератора, преобразующего электрический ток устройство, имеющее недостаток в том, что вода на турбины подается по трубам большого диаметра, проложенным по дну реки, что недопустимо для малых рек, поскольку все биологическое и неорганическое содержимое реки будет попадать в эту трубу.
Недостатком является еще и то, что нет возможности регулировки мощности в зависимости от изменения глубины.
Известна бесплотинная гидроэлектростанция (Патент RU №2221932, МПК F03B, опубликовано: 20.01.2004, авторы Артамонов А.С., Колесниченко А.В.), которая выделена в качестве ближайшего аналога (прототипа) включающий якорное устройство, вертикальный вал турбин, и фундамент с вертикальным заостренным стержнем, заглубленным в дно реки, соединенный посредством редуктора с электрогенератором.
Недостатками этого устройства являются: незащищенность гидроколеса от плывущих в воде предметов, что значительно снижает его надежность; сложность конструкции и наличия сборных мелких деталей, что также снижает безаварийную работу и надежность конструкции; расположение электрогенератора над поверхностью реки дает возможность разрушения его шуго-ледовыми массами, идущими по сибирским рекам в весенний период.
Техническим результатом полезной модели является использование гидравлической энергии рек, вне зависимости от их размеров на всю глубину круглогодично, с достижением хороших электрических мощностей и регулированием неравномерности потока, без использования плотин и водохранилищ, нарушающих экологию реки и сохраняющую естественный ландшафт земли.
Технический результат достигается тем, что бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая установленные в русле реки блоки гидроколес с вертикальной осью, закрепленной на дне реки якорным устройством, выполненным в виде фундамента, снабженного вертикальным заостренным стержнем, позволяющим закрепить вертикальную ось в необходимом месте в дно реки, направляющее поток воды устройство, электрогенератор, редуктор и помещение для них, согласно полезной модели снабжена крепежным механизмом, обеспечивающим при изменении глубины потока доращивание сверху блоков гидроколес, выполненных съемными, по периметру которых расположены под углом гнутые желоба, при этом помещение для электрогенератора и редуктора выполнено подводным герметичным, а направляющее поток воды устройство выполнено в виде защитной пластины; каждый желоб выполнен в виде изогнутой пластины; каждый блок гидроколес имеет защитную пластину, направляющую поток воды, для исключения попадания крупных загрязнений.
Кроме того отличительными признаками является то, что по периметру колес имеются гнутые желоба, с вертикальным неподвижным штоком и каждый желоб выполнен в виде изогнутой пластины, с оптимальным углом изгиба для движения потока с разным размером взвешенных частиц шуго-ледовых масс, желоба; каждый блок гидроколес имеет защитную пластину, направляющую гидравлический поток, для исключения попадания крупных загрязнений потока; с возможностью установки в месте гидравлического потока с динамическим изменением его мощности.
На фиг. 1 представлен разрез бесплотинной гидроэлектростанции.
На фиг. 2 представлен вид сверху бесплотинной гидроэлектростанции,
где
1 - крепежный механизм для доращивания сверху блока гидроколес при изменении глубины потока;
2 - фундамент и крепление в дно водоема;
3 - помещение для редуктора и электрогенератора с подводным герметичным исполнением;
4 - вертикальная ось блока гидроколеса;
5 - блок гидроколеса;
6 - вращающаяся конструкция, по периметру которой выполнены под углом гнутые желоба;
7 - защитная пластина для защиты от шуго-ледовых масс, установленная под углом к основному направлению потока;
8 - якорное устройство.
Бесплотинная гидроэлектростанция (фиг. 1, 2) содержит установленное в русле реки сооружение, закрепленное на дне реки якорным устройством 8, с направляющим устройством потока воды - защитную пластину 7, электрогенератор, редуктор, помещение для редуктора и электрогенератора с подводным герметичным исполнением 3, съемные блоки гидроколес 5 для регулирования мощности в зависимости от глубины потока, фундамент 2, снабженный вертикальным заостренным якорным устройством 8, позволяющим закрепить конструкцию в необходимом месте в дно реки, отличается тем, что имеет съемные блоки гидроколес, с вертикальной осью блока гидроколеса 4, к которой закреплена с возможностью поворота вокруг оси своего крепления вращающаяся конструкция 6, по периметру которой выполнены под углом гнутые желоба, конструкция позволяет изменять высоту гидротурбины, путем доращивания сверху блока гидроколес, имеет крепежный механизм 1 для каждого блока, при изменении глубины во время весенне-летних паводков, исходя из мощности водяного потока, либо для регулировки выходной мощности. Такая конструкция позволяет быстро и надежно использовать энергию течения реки с изменяющимся руслом и наполнением, что характерно для сибирских и горных рек.
Бесплотинная гидроэлектростанция (фиг. 1, 2) вырабатывает энергию с помощью установленного в русле реки на ее дне якорным устройством 8, с направляющим устройством потока воды - защитную пластину для защиты от шуго-ледовых масс, установленную под углом к основному направлению потока 7, с помощью которой водный поток с примесями шуги и льда различного размера попадает на вращающуюся конструкцию 6, по периметру которой выполнены под углом гнутые желоба, которые позволяют увеличить кинетическую энергию за счет своей формы, смоделированной по размеру шуго-ледовых масс в весенне-летний период. Вращая съемные блоки гидроколес 5, насаженные один на другой вдоль вертикальной оси блока гидроколеса 4, с помощью крепежного механизма для доращивания сверху блока гидроколес 1 при изменении глубины потока вырабатывается электроэнергия, с помощью электрогенератора, редуктора, которые выполнены с подводным герметичным исполнением 3; фундамент и крепление в дно водоема 2, снабженный вертикальным заостренным якорным устройством 8, закрепляющим конструкцию в необходимом месте в дно реки.
По периметру колес имеет гнутые желоба. Каждый желоб выполнен в виде изогнутой пластины, таким образом, что проходящий поток проникает в конструкцию под прямым углом и далее изгибается по каналу, вращая гидроколесо. Каждый желоб выполнен в виде изогнутой пластины, с оптимальным углом изгиба для движения потока с разным размером взвешенных частиц шуго-ледовых масс, желоба смоделированы в виде особой формы для получения максимального КПД при моделировании движения потока с разным размером взвешенных частиц шуго-ледовых масс, которые присутствуют в весенне-осеннем потоке сибирских и северных рек. Это позволяет достичь максимального КПД в условиях наличия шуго-ледовых масс и минимизации гидравлических потерь.
Каждый блок гидроколес имеет защитную пластину, направляющую гидравлический поток, для исключения попадания крупных загрязнений потока. Защитная пластина не позволяет попадать в гидроколесо шуго-ледовые массы, направляя их при этом в желоба изогнутых пластин.
С возможностью монтажа и демонтажа в местах гидравлического потока с меняющимся направлением русла и глубиной.
Конструкция позволяет эффективно использовать энергию течения потока с изменяющимся руслом и наполнением, что характерно для сибирских и горных рек и ручьев. Использование энергии течения реки подобной конструкции подходит для сезонного использования (детских лагерей, профессиональных профильных жилых центров на природе, например, экологического, заготовительного, геологического или другого направления -временного и постоянного пребывания). Это конструкция с возможностью монтажа и демонтажа, в зависимости от меняющейся глубины потока позволяет получать энергию из гидравлических потоков с изменяющимся руслом и наполнением.