ЭНЕРГОУСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕЧЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ И ВОДНЫХ ПОТОКОВ
POWER INSTALLATION FOR CONVERSION OF AIR AND WATER CURRENTS ENERGY

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для комплексного преобразования энергии ветра и океанических, морских или речных течений в электроэнергию.
Известна энергоустановка, содержащая два гидроагрегата, причем первый гидроагрегат установлен соосно второму, а ориентация лопастей обеспечивает вращение роторов гидроагрегатов в противоположном направлении, расположенные друг к другу невращающиеся корпусы гидроагрегатов закреплены на крестовидной раме, соединенной концами кронштейнов с расположенным вне траектории вращения лопастей несущим каркасом, который закреплен снизу плавающей платформой, удерживаемой на плаву или устанавливаемой на глубину с помощью тросовых растяжек, прикрепляемых к донным балластным якорям (патент РФ №2052658, кл. F 03 D 3/02 20.01.1996).
Недостатками этого решения являются сравнительно низкий КПД и невозможность использовать установку достаточно эффективно в широком диапазоне скоростей водных течений.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является энергоустановка для преобразования энергии течения водных потоков, содержащая ортогональный сбалансированный гидроагрегат с, по меньшей мере, двумя установленными ниже уровня воды водяного потока друг над другом с возможностью вращения в противоположные стороны лопастными роторами с вертикальной осью вращения, электрогенератором и системой крепления к опорной конструкции (см. патент RU, №2242634, кл. F03B 13/00, 20.12.2004).
Данная гидроэнергоустановка содержит один над другим два кольцевых лопастных ротора с вертикальной осью вращения, установленных с возможностью вращения в противоположные стороны, линейные (дуговые) электрогенераторы и основание в виде закрепленного ко дну центрального пилона, что позволяет значительно уменьшить реакционные нагрузки. Однако наличие токоприемников снижает надежность энергоустановки, а наличие подвесных систем, с помощью которых радиальные усилия от лопастей передаются на центральный пилон, оказывает гидродинамическое сопротивление набегающему на лопасти потоку, что снижает энергетическую эффективность энергоустановки.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является снижение аэро- и гидросопротивления энергоустановки и уменьшение потерь энергии в опорах энергоустановки, а также совмещение функций плавучей опоры ветроустановки с дополнительным энергоисточником.
Технический результат заключается в том, что достигается повышение надежности и суммарной экономической эффективности энергоустановки.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что энергоустановка для преобразования энергии течения воздушных и водных потоков содержит ортогональный сбалансированный гидроагрегат с, по меньшей мере, двумя установленными ниже уровня воды водяного потока друг над другом с возможностью вращения в противоположные стороны лопастными роторами с вертикальной осью вращения, электрогенератором и системой крепления к опорной конструкции, при этом на верхней части опорной конструкции выше уровня воды установлен ортогональный сбалансированный ветроагрегат с роторами встречного вращения и неподвижными индукторами электрогенератора, при этом опорная конструкция имеет в своем составе в поперечном сечении неподвижный многоугольник, в вершинах которого закреплены указанные индукторы, и закрепленную во внутренних узлах жесткости многоугольника линейчатую (трубчатую) башню ферменного типа, опирающуюся на узлы жесткости гидроагрегата с избыточной плавучестью, расположенного под уровнем воды ниже ледового покрова и зоны действия ветровых волн, причем установка закреплена на дне водоема с помощью якорных растяжек или донных свай, соединенных с гидроагрегатом.
На фиг.1 схематично представлен общий вид энергоустановки.
На фиг.2 схематично представлен вид сверху на горизонтальное опорное основание, выполненное в виде многоугольника.
Энергоустановка для преобразования энергии течения воздушных и водных потоков содержит ортогональный сбалансированный гидроагрегат 1 с, по меньшей мере, двумя установленными ниже уровня воды водяного потока друг над другом с возможностью вращения в противоположные стороны лопастными роторами 2 и 3 с вертикальной осью вращения, электрогенератором 4 и системой крепления к опорной конструкции 5. На верхней части опорной конструкции 5 выше уровня воды установлен ортогональный сбалансированный ветроагрегат 6 с лопастными роторами 7 и 8 встречного вращения и неподвижными индукторами 9 электрогенератора 10. Опорная конструкция 5 имеет в своем составе в поперечном сечении неподвижный многоугольник 11 (опорное основание в виде многоугольника), в вершинах 12 которого закреплены указанные индукторы 9, и закрепленную во внутренних узлах жесткости 13 многоугольника линейчатую (трубчатую) башню 14 ферменного типа, опирающуюся на узлы жесткости 13 (в узлах пересечения внутренних элементов жесткости, например балок, установленных между вершинами 12 многоугольника 11, образующего опорное основание) гидроагрегата 1 с избыточной плавучестью, достигнутой за счет снабжения гидроагрегата 1 жестким полым герметичным щитом 15 с положительной плавучестью, с выполненными аналогично лопастными роторами 2 и 3, и расположенного под уровнем воды ниже ледового покрова и зоны действия ветровых волн. Ветроагрегат 6 содержит аналогичный многоугольник для соединения с опорной конструкцией 5. Установка закреплена на дне водоема с помощью якорных растяжек 16 или донных свай (не показаны), соединенных с гидроагрегатом 1. Нижнюю часть 17 опорной конструкции 5 выполняют усиленной, рассчитанной на воздействие на нее водяных потоков, волн и льда. Энергоустановку выполняют со смотровой камерой 18 с прозрачными стенами для контроля работы гидроагрегата 1, шахтой 19 лифта для спуска в камеру 18 и смотровой площадкой 20 с площадкой приема вертолетов.
При использовании энергоустановки последнюю устанавливают с помощью якорных растяжек 16 в выбранном месте, при этом гидроагрегат 1 расположен ниже уровня воды в месте, где проходят водные течения, например в прибрежной зоне, где действуют приливы и отливы, а ветроагрегат 6 расположен над поверхностью воды. Жесткий щит 15 для повышения устойчивости системы может выступать за пределы трассы лопастей роторов 2 и 3 с соответствующим изменением положения узлов крепления растяжек 16, как показано на фиг.1. Воздействие потоков воздуха, например ветра, на лопастные роторы 7 и 8 и потоков воды на лопастные роторы 1 и 2 вызывает их вращение в противоположные стороны. В результате вращения роторов 1, 2, 7 и 8 индукторы 9 электрогенераторов 4 и 10 вырабатывают электрическую энергию, которая по кабелю (не показан) передается потребителю.
Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых энергоустановок в местах, где преобладает ветренная погода и имеются водные течения, например в прибрежных районах морей и океанов.