Морская система энергообеспечения средств наблюдения
MARINE POWER SUPPLY SYSTEM FOR SURVEILLANCE EQUIPMENT

Изобретение относится к области альтернативной энергетики, использующей энергию солнца и ветра для получения электроэнергии, с последующим накоплением и хранением сжатого воздуха, как источника для получения электроэнергии во время штиля и отсутствия солнечного света. Электроэнергия используется при эксплуатации средств обнаружения воздушных, надводных и подводных объектов, навигационного оборудования морских районов, обеспечения безопасности судоходства, контроля акватории и обеспечения охраны биоресурсов.
Создание такой системы позволит контролировать обеспечение безопасности судоходства и управление транспортными потоками, что является основными задачами России в сфере развития инфраструктуры в Арктике, определенными Указом Президента Российской Федерации от 5 марта 2020 №164 «Об основах государственной политики Российской Федерации в Арктике до 2035 года».
Для решения поставленных задач необходим комплексный подход, способный объединить все имеющиеся наработки и решения для создания новых технических устройств и способов их энергоснабжения, способных использовать в процессе эксплуатации имеющиеся в данном регионе ресурсы, быть эффективными и исключить нанесение ущерба природе Арктики.
Известен способ и устройство генерации электроэнергии на основе операций накопления и разделения энергии с использованием сжатого воздуха (патент Китая CN 201110259228.9), где ветровое колесо преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию; ветровое колесо запускает воздушный компрессор и производит сжатый воздух; сжатый воздух накапливают в резервуаре для хранения воздуха; сжатый воздух приводит в действие воздушный двигатель или паровую турбину; воздушный двигатель или паровая турбина приводит в действие генератор для генерации электроэнергии с обеспечением накопления избыточной электроэнергии.
Использующее сжатый воздух устройство генерации электроэнергии на основе накопления энергии ветра содержит ветровое колесо, увеличивающую скорость коробку передач, воздушный компрессор, резервуар для хранения воздуха, электрораспределитель, воздушный двигатель или паровую турбину и генератор.
Недостатком этого устройства является необходимость иметь в наличии воздушный компрессор и воздушный двигатель, а также резервуары для хранения сжатого воздуха, выдерживающие высокое давление, и соответствующей мощности компрессор.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является способ генерации электроэнергии на основе накопления энергии, использующий природную энергию, и система генерации электроэнергии (патент RU 2583168, 2016 г.), включающий этапы, на которых используют природную энергию для генерации электроэнергии и электростанцию, работающую на природной энергии, для генерации электроэнергии, приводят в действие устройство сжатия воздуха для использования воздуха в качестве аккумулирующей энергию среды с последующим хранением сжатого его в устройстве для хранения воздуха, причем затем сжатый воздух полагают основным источником движущей силы или вспомогательным источником движущей силы для других электростанций.
Недостатком этого изобретения является необходимость использования нескольких электростанций, больших резервуаров для хранения сжатого воздуха выдерживающих давление до 180 атмосфер, что усложняет управление конструкцией системы генерации, повышает ее стоимость.
Задачей изобретения является создание морской системы энергообеспечения средств наблюдения, в том числе и гидрометеорологических, навигационных и гидрографических средств, питающихся электроэнергией из источников, использующих энергию солнца и ветра, обеспечивающих эксплуатацию средств наблюдения и передачу полученной информации, системы, способной за счет излишков генерируемой энергии осуществлять накопление запасов энергии закачкой воздуха в погруженный в воду эластичный резервуар для хранения воздуха, что позволяет компенсировать давление внутри резервуара глубиной его погружения. Накопленный воздух в дальнейшем используется для производства электроэнергии, в качестве рабочего тела для струйно-реактивных пневматических двигателей.
Требуемый технический результат достигается тем, что морская система энергообеспечения средств наблюдения содержит солнечную батарею, расположенную на пирамидальной вышке плавающей платформы, сверху над солнечной батареей находятся средства наблюдения, блоки системы ГЛОНАСС, блоки системы связи и расчетно-управляющей системы. Расчетно-управляющая система осуществляет контроль работоспособности всех систем, управление ими, сбор и обработку информации от средств обнаружения и передачу этой информации. Ниже расположен электрогенератор с лопастями на валу, расположенном вертикально и направленном вниз между опорами вышки, на оконечностях лопастей располагаются струйно-реактивные пневматические двигатели с системой подачи воздуха. На вышке также расположена аккумуляторная батарея и воздушный компрессор, через систему клапанов соединенный гибкими шлангами с погруженным в воду эластичным резервуаром для хранения воздуха. Эластичный резервуар для хранения воздуха свободно закреплен на тросе и с помощью системы управления меняет глубину погружения для компенсации внутреннего давления и предотвращения разрушения. Устройство регулирования глубины погружения изменяет плавучесть механическим перемещением поршня в открытом с одной стороны полом цилиндре.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена морская система энергообеспечения средств наблюдения, где
1 - антенны системы связи и ГЛОНАСС;
2 - средства наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой, гидрометеорологического, навигационного и гидрографического обеспечения;
3 - солнечная батарея;
4 - расчетно-управляющая система;
5 - система клапанов;
6 - воздушный компрессор;
7 - электрогенератор;
8 - аккумуляторная батарея;
9 - лопасти на валу электрогенератора;
10 - ажурная пирамидальная вышка;
11 - система подачи воздуха;
12 - гибкий шланг;
13 - плавающая платформа;
14 - эластичный резервуар для хранения воздуха;
15 - трос;
16 - средства наблюдения за подводной обстановкой;
17-груз.
На Фиг. 2 представлена схема устройства регулирования глубины погружения в эластичном резервуаре для хранения воздуха, где:
18 - крепление эластичного резервуара для хранения воздуха к тросу;
19 - электродвигатель с червячным колесом;
20 - устройства регулирования глубины погружения;
21 - червяк;
22 - поршень;
23 - клапан.
Изобретение работает следующим образом: при состоянии природной среды, способствующей генерации электроэнергии, в солнечную погоду с помощью солнечной батареи (3) производится генерация электроэнергии, при наличии ветра, вращающего лопасти на валу электрогенератора (9), электрогенератор (7) также подключается к процессу производства электроэнергии. Полученная от этих источников электроэнергия поступает потребителям и обеспечивает работу систем связи и ГЛОНАСС (1), средства наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой гидрометеорологического, навигационного и гидрографического обеспечения (2), средств наблюдения за подводной обстановкой (16), расчетно-управляющей системы (4). При превышении объема вырабатываемой над объемом потребляемой электроэнергии производится зарядка аккумуляторной батареи (8). Неиспользованная электроэнергия по команде расчетно-управляющей системы (4) запускает воздушный компрессор (6), который через систему клапанов (5) по гибким шлангам (12) закачивает воздух в эластичный резервуар для хранения воздуха (14). Эластичный резервуар для хранения воздуха (14) расположен под водой и свободно закреплен креплением (18) к тросу (15). При заполнении эластичного резервуара для хранения воздуха (14) повышается давление внутри резервуара и его плавучесть. По мере заполнения эластичного резервуара для хранения воздуха (14) для компенсации плавучести и предотвращения разрушения стенок резервуара устройство регулирования глубины погружения (20) компенсирует повышение плавучести приемом дополнительного балласта. Электродвигатель с червячным колесом (19), вращая червяк (21), перемещает поршень (22), при этом и внутрь устройства регулирования глубины погружения (20) поступает вода и выравнивает давление воздуха внутри эластичного резервуара для хранения воздуха (14) и окружающей его воды. Таким образом, эластичный резервуар для хранения воздуха (14) заполняется до тех пор, пока устройство регулирования глубины погружения (20) сможет компенсировать увеличивающееся давление внутри и плавучесть объемом принятой воды.
При изменении погодных условий, отсутствии солнечного света и ветровой нагрузки, для обеспечения потребителей электроэнергией используются запасы аккумуляторной батареи (8) и запасы сжатого воздуха из эластичного резервуара для хранения воздуха (14). Расчетно-управляющая система (4) выдает команды на переключение в системе клапанов (5) и по гибким шлангам (12) направляет воздух через систему подачи воздуха (11) на струйно-реактивные пневматические двигатели, расположенные в оконечностях лопастей на валу электрогенератора (9). Двигатели придают лопастям вращательное движение и электрогенератор (7) вырабатывает электроэнергию для потребителей. По мере расходования воздуха из эластичного резервуара для хранения воздуха (14) его плавучесть снижается и для предотвращения разрушения его окружающей водой с помощью устройства регулирования глубины погружения (20) плавучесть восстанавливается за счет вытеснения поршнем (22) избытка воды из устройства регулирования глубины погружения (20) при вращении червяка (21) электродвигателем с червячным колесом (19).
Средства наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой гидрометеорологического, навигационного и гидрографического обеспечения (2), средства наблюдения за подводной обстановкой (16) осуществляют сбор информации, в том числе и об обнаруженных объектах, данные поступают в расчетно-управляющую систему (4), где полученные данные обрабатываются, объекты классифицируются, информация через систему связи передается на пункт управления. Место системы определяется по системе ГЛОНАСС, что особенно важно для дрейфующих станций, а энергообеспечение средств наблюдения продолжится и при вмерзании платформы в лед.
Развертывание в морской и прибрежной зонах, разветвленной сети систем наблюдения за поверхностью, воздушной и подводной обстановкой гидрометеорологического, навигационного и гидрографического обеспечения, в том числе использующих морскую систему энергообеспечения, позволит вести постоянное наблюдение как в определенной точке, при установке груза на грунт при развертывании устройства, так и по маршруту дрейфа, в случае размещения груза в толще воды, собирая, обрабатывая и передавая получаемую информацию. Получаемые данные позволят контролировать обеспечение безопасности судоходства и управление транспортными потоками, отслеживать несанкционированное перемещение подвижных объектов, выполняемые ими задачи, и своевременно принимать меры по пресечению их противоправной деятельности.