МОРСКОЙ ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к энергетическим системам, а конкретно к устройствам противодействия сероводородному загрязнению Черного моря, использования неисчерпаемых возможностей нетрадиционных источников энергии и получение экологически чистого топлива (водорода), а также очистки акваторий от различных загрязнений.
Известна морская экологическая станция (МЭС), предназначенная для борьбы с сероводородным загрязнением Черного моря, содержащая рабочую платформу комплекса, блок забора глубоководной воды, блок обработки глубоководной воды, энергетический комплекс, фотоэлементную станцию, ванну десероводородизации, электролизную ванну, ванну выпаривания морской воды, фотолизер, приемник водорода, топливохимическую элементную станцию и др. (см. Патент RU №2224117. 2004 г.). Данное устройство наиболее близко к предлагаемой полезной модели и взято за прототип.
Основным недостатком прототипа является узкая направленность станции, а, именно, она предназначена для борьбы с сероводородным загрязнением.
Между тем, не менее важным экологическим фактором является загрязнение мелководья и акваторий портов, бухт, курортно-санаторных зон органическими отходами, в том числе нефтепродуктами, а также
недостаточная энерговооруженность морских объектов, особенно расположенных на значительных расстояниях от источников электроэнергии.
Задачей полезной модели является: очистка морской глубинной воды, в частности. Черного моря от сероводородного загрязнения; очистка морской воды в прибрежной зоне моря, в акваториях портов, морских бухт, санаторно-курортных зонах и т.п. от органических загрязнителей, в том числе нефтепродуктов; получение электроэнергии, снабжающей прибрежные и морские объекты, вне зависимости от географического расположения, сезонных, суточных и климатических условий.
Для выполнения задачи в состав полезной модели включены: блок очистки поверхностных вод 15, блок утилизации загрязнений 21, лаборатория контроля состава воды 3, метеостанция 16, блок управления и контроля работы агрегатов комплекса 1, портальный кран 6, блок гребных валов 9, силовой соединительный угольник 19, защитный форштевень 20.
Полезная модель «Морской эколого-энергетический комплекс», содержащая рабочую платформу комплекса, ветроэнергетическую установку, фотоэлементную станцию, газгольдерный блок, электролизный блок, отличающийся тем, что снабжен блоком очистки поверхностных вод, блоком утилизации загрязнений, лабораторией контроля состава воды и метеостанцией, блоком управления и контроля работы агрегатов комплекса, портальным краном, блоком гребных валов, командной рубкой, защитным форштевенем, силовыми соединительными угольниками, очистными щетками, якорным блоком. А силовой блок состоит из двигатель-генераторного отсека, аккумуляторной и суперконденсаторной станций, при этом двигатель-генераторный отсек содержит двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде, получаемом, на комплексе, а двигатели изготовлены с соосно-смонтированными электрогенераторами с возможностью производить накопление и хранение электроэнергии в аккумуляторной и суперконденсаторной станциях, а также равномерно распределять ее между потребителями, которые через блок управления и
контроля работы агрегатов комплекса имеет электрические связи и обеспечивает работу всех систем, устройств и агрегатов морского эколого-энергетического комплекса. Причем блок служебных помещений; блок управления и контроля работы комплекса; блок обработки глубинной воды; командная рубка; наблюдательный мостик, смонтированны на рабочей платформе, которая может выполняться в виде понтонов, плавучих платформ, кораблей или волностойких платформ.
Рабочая платформа комплекса установлена на 10-ти морских понтонов, соединенных между собой штатными замками, а по углам - силовыми, соединительными угольниками, и снабжена по периметру ограждающими сигнальными устройствами, а также спасательными средствами.
Блок управления и контроля работы агрегатов комплекса оборудован панелью управления, электрифицированной системой контроля работы агрегатов и узлов комплекса, выходными устройствами систем, радиостанцией, телевизионной, громкоговорящей, телефонной и мобильной связью, охранной и сигнальной системами и имеет электрические связи со всеми системами, устройствами и агрегатами морского эколого-энергетического комплекса.
Ротор ветроэнергетической установки образует две геликондные лопасти, опирающиеся на верхний и нижний обручи, при этом к нижнему обручу крепится обод червячного колеса, находящегося в зацеплении с червяком, приводящим в движение вал генератора, с возможностью преобразования кинетической энергии в электрическую, что позволяет расширить диапазон используемых скоростей ветра от 0,2 м/с до 50 м/с.
Лаборатория контроля состава воды оборудована с возможностью определения степени загрязнения морской воды и контроля ее химического и бактериологического состава, как в прибрежной, так и в глубинной зонах.
Электролизный блок состоит из электролизной ванны, системы электродов, устройств подготовки электролита, системы вывода водорода и кислорода, набора соединительных междуэлектродных шин с возможностью
получения водорода и кислорода из морской воды, при этом водород может использоваться для работы электрохимических элементов питания, двигателей-генераторов, работающих на водороде вырабатывающих электроэнергию, а кислород - в очистном блоке для интенсификации очистки воды путем барботирования его в воду, например, в санаторно-курортных зонах, акваториях портов, рыбоводческих хозяйствах и т.д.
Солнечный коллектор выполнен в виде спиралеобразного змеевика, при этом верхняя часть его находится над ванной глубинной воды, а нижняя - в воде ванны глубинной воды с возможностью ее подогрева. Солнечный коллектор заполняется жидкостью - теплоносителем, циркулирующей под давлением.
Газгольдерный блок содержит два газгольдера, выполненных в мягком исполнении, предназначенных для раздельного хранения водорода и кислорода.
Блок забора глубинной воды содержит глубоководный водяной насос, набор труб и механический фильтр, устанавливаемый на входе заборной трубы.
Блок очистки поверхностной воды состоит и трех емкостей аэротэнков, выполненные в гибком исполнении и служащие для забора и очистки воды поверхностной воды, причем в каждой емкости аэротэнка очистка производится различными методами, например, кислородным барботированием, химическим или ультразвуковым.
Фотоэлементная станция состоит из двух фотоэлементных блоков смонтированных в общих рамах каждый из которых выполнен из отдельных фотоэлементных панелей, причем рамы поворачиваюются в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и в автоматическом режиме, отслеживающих положение солнца.
Защитный форштевень состоит из двух ворот, каждая из которых закреплена к силовому соединительному угольнику, на которых смонтированы устройства для открывания и закрывания ворот форштевня с
возможностью создания входного шлюза, через который происходит забор загрязненной воды в блок очистки поверхностной воды.
Блок утилизации загрязнений включает герметизированную высокотемпературную печь с очистными устройствами с возможностью сжигания выловленных с поверхностных воды загрязнений.
Полезная модель поясняется фиг.1, где:
1 - блок управления и контроля работы агрегатов комплекса (БУКРА);
2 - ветроэнергетическая установка (ВЭУ);
3 - лаборатория контроля состава воды (ЛКСВ);
4 - рабочая платформа комплекса (РПК);
5 - электролизный блок (ЭБ);
6 - портальный кран (ПК);
7 - блок обработки глубинной воды (БОГВ);
8 - солнечный коллектор (СК);
9 - блок гребных валов (БГВ);
10 - блок служебных помещений (БСП);
11 - ванна глубинной воды (ВГВ);
12 - газгольдерный блок (ГБ);
13 - блок забора глубинной воды (БЗГВ);
14 - силовой блок (СБ);
15 - блок очистки поверхностной воды (БОПВ);
16 - метеостанция (МС);
17 - командная рубка (КР);
18 - фотоэлементная станция (ФС);
19 - силовой соединительный угольник (ССУ);
20 - защитный форштевень (ЗФ);
21 - блок утилизации загрязнений (БУЗ);
22 - очистные щетки (ОЩ);
23 - якорный блок (ЯБ).
Блок управления и контроля работы агрегатов комплекса (БУКРА) 1 оборудован панелью управления, электрифицированной системой контроля работы агрегатов и узлов комплекса, выходными устройствами систем, радиостанцией, телевизионной, громкоговорящей, телефонной и мобильной связью, охранной и сигнальной системами. Он имеет электрические связи и обеспечивает работу всех систем, устройств и агрегатов морского эколого-энергетического комплекса (МЭЭК).
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) 2 предназначена для получения электроэнергии под воздействием воздушных потоков. При этом роторы устанавливаются на силовых, соединительных угольниках 19 рабочей платформы комплекса 4. Количество установок может меняться. Предложенная конструкция ВЭУ выгодно отличается большой эффективностью. Это обусловлено конструкцией ротора и нового метода преобразования кинетической энергии в электрическую, что позволяет расширить диапазон используемых скоростей ветра от 0,2 м/с до 50 м/с.
Ротор этой ветроустановки образует две геликондные лопасти, опирающиеся на верхний и нижний обручи. При этом к нижнему обручу крепится обод червячного колеса, находящегося в зацеплении с червяком, приводящим в движение вал генератора, вырабатывающего электроэнергию.
Вырабатываемая ВЭУ электрическая энергия используется в работе электролизного блока 5 для получения водорода и кислорода.
Лаборатория контроля состава воды (ЛКСВ) 3 предназначена для определения степени загрязнения морской воды и контроля ее химического и бактериологического состава. Она обеспечивает контроль, как в прибрежной, так и в глубинной зонах, что позволяет выбирать оптимальные методы очистки воды, при этом определяющим фактором очистки глубоководной воды является концентрация сероводорода.
Рабочая платформа комплекса (РПК) 4, может выполняться в виде понтонов, плавучих платформ, кораблей, волностойких платформ и т.п. На рисунке представлен вариант платформы катамаранного типа. Она
составленная, из 10-ти морских понтонов, соединенных между собой штатными замками, а по углам - силовыми, соединительными угольниками 19. Она служит для размещения узлов и блоков комплекса и снабжена по периметру ограждающими и сигнальными устройствами, а также спасательными средствами.
Электролизный блок (ЭБ) 5 состоит из электролизной ванны, системы электродов, устройств подготовки электролита, системы вывода водорода и кислорода, набора соединительных междуэлектродных шин. Он предназначен для получения водорода и кислорода из морской воды, при этом водород может использоватся, например, для работы электрохимических элементов питания, двигателей-генераторов, работающих на водороде вырабатывающих электроэнергию, а кислород - в очистном блоке для интенсификации очистки воды путем барботирования его в воду, например, в санаторно-курортных зонах, акваториях портов, рыбоводческих хозяйствах и т.д.
Портальный кран (ПК) 6 смонтирован на рабочей платформе комплекса 4 и предназначен для проведения погрузо-разгрузочных операций, в том числе и при монтаже-демонтаже заборной трубы. Одновременно служит и для повышения жесткости рабочей платформы комплекса 4.
Блок обработки глубинной воды (БОГВ) 7 предназначен для получения водорода и серы путем фотолиза паров сероводорода. Водород подается затем в силовой блок 14, а серу собирают в контейнер механическим путем.
Солнечный коллектор (СК) 8, служит для подогрева глубинной воды за счет принудительной циркуляции теплоносителя, выполненный, например, в виде спиралеобразного змеевика, при этом верхняя часть его находится над ванной глубинной воды 11, а нижняя - в воде ванны глубинной воды 11.
Блок гребных валов (БГВ) 9, предназначен для обеспечения перемещения комплекса по воде и состоит, например, из двух гребных валов с электроприводами.
Блок служебных помещений (БСП) 10 включает в себя, например, столовую, кухню, ванную и туалетную комнаты, комнату отдыха и т.д., предназначенных для удовлетворения бытовых условий обслуживающего комплекс персонала.
Ванна глубинной воды (ВГВ) 11 предназначена для сбора и хранения глубинной морской воды.
Газгольдерный блок (ГБ) 12 предназначен для сбора, хранения и использования, по необходимости, водорода и кислорода. Количество, газгольдеров определяется размерами МЭЭК или его назначением. На рисунке представлены два газгольдера. В представленной полезной модели они выполнены в мягком исполнении.
Блок забора глубинной воды (БЗГВ) 13 предназначен для транспортировки морской воды с различной глубины от 20 до 200 м. Он состоит из механического фильтра и секционированного заборного трубопровода. Длина трубопровода может изменяться в зависимости от нахождения станции в акватории. При этом для удержания трубы в вертикальном положении она снабжается анкерным якорем, соединенным с механическим фильтром. Трубопровод изготавливается из армированных композитных материалов и состоит их свинчиваемых между собой секций. Верхний конец собранного трубопровода закрепляется в приемном отсеке ванны глубинной воды 11. Подача воды производится с помощью глубоководного водяного насоса.
Силовой блок (СНБ) 14 предназначен для получения энергии и снабжения потребителей МЭЭК, а также создания ее запаса на борту комплекса. Он может состоять из двигатель-генераторного отсека, аккумуляторной и суперконденсаторной станции. При этом двигатель-генераторный отсек содержит двигатели внутреннего сгорания, работающие водороде, получаемом, на комплексе. Двигатели изготовлены с соосно-смонтированными электрогенераторами. Накопление и хранение электроэнергии производится в аккумуляторной и суперконденсаторной
станциях. Использование аккумуляторной и суперконденсаторной станций позволяет не только запасать электрическую энергию, но и равномерно распределять ее между потребителями.
Все источники электрической энергии имеют электрические связи с блоком управления и контроля работы агрегатов комплекса 1. Применение несколько автономных электрических источников, позволяет повысить независимость МЭЭК от погоды, времени года и суток, а также вырабатывать энергию для обеспечения других объектов, как на море, так и на берегу.
Блок очистки поверхностной воды (БОПВ) 15 состоящий, например, их емкостей аэротэнков. На рисунке показаны три такие емкости, выполненные в гибком исполнении. Они служат для очистки поверхностной воды. Причем в каждом аэротенке очистка производится различными методами, например, кислородным барботированием, химическим или ультразвуком. Над емкостями аэротэнков установлен мост для обслуживания механизмов заполнения и очистки емкостей аэротэнков. Эти механизмы установлены на мосту обслуживания емкостей аэротэнков и позволяют осуществлять смену очищаемой воды и выгрузку шлама. Который затем направляется по трубам (лоткам) в печи утилизации. В печах шламом подвергается высоко температурной обработке. В качестве топлива используется водород, получаемый на МЭЭК. Продуктом сжигания шлама является пек. Это высококачественный строительный материал, применяющийся для облицовки служебных помещений, дорожных конструкций и т.д. Он не гигроскопичен, тверд, хорошо полируется, долгостоек, имеет продолжительный срок службы.
Метеостанция (МС) 16 предназначена для определения метеоусловий в месте дислокации, а также выдачи рекомендаций в организации работы комплекса.
Командная рубка (КР) 17 предназначена для управления перемещениями комплекса, а также организации рабочего процесса комплекса.
Фотоэлементная станция (ФС) 18 предназначена для выработки электрической энергии за счет использования энергии солнца и состоит, например, из двух фотоэлементных блоков, каждый из которых выполнен из отдельных фотоэлементных панелей, смонтированных в общей раме.
Расположение фотоэлементных блоков изменяется автоматически в соответствии с изменением угла падения солнечных лучей.
Силовой соединительный угольник (ССУ) 19 устанавливается в случае использования понтонов в МЭЭК. Он предназначен для соединения понтонов в П-образную конструкцию, соединяющихся впоследствии в катамаран, образуя рабочую платформу комплекса. Для качественного крепления используются четыре силовых соединительных угольников.
Защитный форштевень (входной шлюз) (ЗФ) 20 предназначен для забора поверхностной воды с целью очистки ее от поверхностных загрязнений в комплексе. Защитный форштевень 20 состоит из двух ворот, каждая из которых закреплена к силовому соединительному угольнику 19. На силовых соединительных угольниках 19 смонтированы устройства для открывания и закрывания ворот форштевня. При очистке прибрежных акваторий от органических загрязнений ворота открываются и образуют входной шлюз, через который происходит забор загрязненной воды в блок очистки поверхностной воды 15.
Блок утилизации загрязнений 21 предназначен для сжигания выловленных с поверхностной воды загрязнений. Он включает герметизированную высокотемпературную печь с очистными устройствами. Для сжигания загрязнений в печи используется водород.
Очистные щетки 22 предназначены для сбора загрязнений поверхностной воды, поступающей в защитный форштевень и транспортировки их в блок утилизации загрязнений 21. В предлагаемой
полезной модели установлены две очистные щетки 22. Одним концом они крепятся к рабочей платформе комплекса 4, а другим скреплены между собой. Очистные щетки 22 при работе могут двигаться по дугам окружностей, сгребая поверхностные загрязнения воды к отстойникам, устанавливаемых перед входами в блок утилизации загрязнений 21. в отстойниках вода фильтруется через сетки, а нефтепродукты, оставшиеся в сетке, направляются в высокотемпературные печи.
Якорный блок (ЯБ) 23 предназначен для фиксации комплекса в заданном месте работы. В предложенном варианте полезной модели он состоит из двух якорных позиций, расположенных на противоположных концах комплекса и включающих в себя, якорь, якорную цепь, механизм подъема-опускания якоря и панель управления.
Работа МЭЭК может проводиться в нескольких режимах, в зависимости от ее комплектации, удаление от берега, расположении в бухте или на море, а также от конкретных задач.
При этом МЭЭК может выполнять следующие функции:
очищать прибрежные акватории от органических загрязнений;
насыщать морскую воду кислородом;
производить подъем и очистку глубинной воды от сероводорода;
вырабатывать электроэнергию и производить энергообеспечение объектов прибрежной зоны или на море и др;
В зависимости от назначения МЭЭК может выполнять одну или несколько функций одновременно.
Выработка электроэнергии силовыми блоками и электролизерной станцией производится параллельно во всех режимах работы МЭЭК.
Параллельно может осуществляться насыщение морской воды кислородом.
При очистке прибрежных акваторий от органических загрязнений ворота защитного форштевеня 20 разводятся в стороны. Вода поступает в образовавшийся шлюз, проходит через очистные щетки 22 и поступает в
емкости аэротэнков блока очистки поверхностной воды 15. Где параллельно или последовательно (в зависимости от типа загрязнений) производится очистки поверхностной воды. Причем в каждой емкости аэротэнков очистка производится различными методами, например, кислородным барботированием, химическим или ультразвуковым. Очистка воды осуществляется циклами по 2-4 часа, в зависимости от степени загрязненности воды. На время цикла очистки МЭЭК не передвигается. После завершения цикла МЭЭК перемещается по акватории до очередного заполнения блока очистки.
Далее загрязнения подаются в блок утилизации загрязнений 21, где в герметизированной высокотемпературной печи сжигаются.
В этом режиме блок обработки глубинной воды 7 не работает, заборная труба глубоководной воды находится в собранном состоянии.
Режим деcероводоризации глубинной воды начинается при достижении глубины моря 100-200 м. Собирается заборная труба с помощью портального крана и опускается на глубину для забора морской воды, насыщенной сероводородом. МЭЭК устанавливается на якоря и начинается работа комплекса по подъему и очистке глубинной воды от сероводорода. Глубинная вода поступает в специальные ванны, где происходит выделение сероводорода за счет фотолиза и нагрева солнечными коллекторами.
В этом режиме блок очистки поверхностной воды 15, как правило, не работает, защитный форштевень (входной шлюз) 20 закрыт, а емкости аэротэнков собраны и обезвожены.
В режиме энергообеспечения объектов прибрежной зоны или морских объектов электроэнергией МЭЭК может пришвартовываться к берегу или к морским объектам.
Основными преимуществами МЭЭК являются:
очистка морской глубинной воды, в частности, Черного моря от сероводородного загрязнения;
получение экологически чистой электрической энергии;
обеспечение экологической безопасности прибрежных территорий за счет очистки и обезвреживания акваторий;
получение высококачественных строительных материалов для дорожных сооружений и облицовки зданий;
получение жидкого водорода в качестве топлива для автомобильного транспорта прибрежных районов;
получение кислорода и снабжение им прибрежных зон предприятий рыборазведения и морепродуктов;
получение кристаллической серы.
Литература: Патент RU №2224117, 2004 г. Прототип.