ВОЛНОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
WAVE-POWERED HYDROELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к гидротехнике, а более конкретно к сооружениям, использующим энергию волн для выработки электрической энергии.
Заявителю известен прототип заявленного изобретения, как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный прототип представляет собой волновую гидроэлектростанцию, использующую энергию ветровых волн, в состав которой входит дамба, отгораживающая часть волноформирующей акватории, с напорной стенкой, которая имеет наклонный откос со стороны акватории с гребнем, расположенным выше ее среднего уровня, и гидроагрегат, состоящий из гидротурбины и гидрогенератора (Дж.Твайделл, А.Уэйр. Возобновляемые источники энергии. М., Энергоатмиздат, 1990, стр.317, рис.12.17, прототип.)
Недостатком известного устройства является нестабильность работы гидроагрегата, связанная со случайным характером формирования параметров ветровых волн, что не обеспечивает стабильную работу гидроагрегата и не позволяет напрямую использовать вырабатываемую электроэнергию, что требует применения преобразователей ее напряжения и частоты.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности и стабильности работы гидроагрегата за счет создания действующего напора независимо от параметров ветровых волн.
Сущность изобретения заключается в том, что волновая гидроэлектростанция, использующая энергию ветровых волн, в состав которой входит дамба, отгораживающая часть волноформирующей акватории, с напорной стенкой, которая имеет наклонный откос со стороны акватории, с гребнем, расположенным выше ее среднего уровня, и гидроагрегат, состоящий из гидротурбины и гидрогенератора, снабжена дополнительной дамбой, образующей второй бассейн, в котором установлен гидроагрегат, в первом бассейне установлено водоподъемное устройство, подающее воду во второй бассейн из первого бассейна, а переливная стенка размещается со стороны примыкания дамбы к берегу волноформирующей акватории, причем в качестве водоподъемного устройства может быть использован гидронасос, соединенный с гидротурбиной, или гидравлический таран.
Предлагаемая волновая гидроэлектростанция поясняется чертежами:
фиг.1 - схематический план размещения сооружений и агрегатов волновой гидроэлектростанции с использованием в качестве водоподъемного устройства гидротурбины с гидронасосом,
фиг.2 - схематический план размещения сооружений и агрегатов волновой гидроэлектростанции с использованием в качестве водоподъемного устройства гидравлического тарана,
фиг.3 - поперечный разрез 1-1 по дамбам, образующим бассейны,
фиг.4 - поперечный разрез по 2-2 напорной стенки фиг.1, 2,
фиг.5 - поперечный разрез по 3-3 фиг.1 водоподъемного устройства с использованием гидротурбины, соединенной с гидронасосом,
фиг.6 - поперечный разрез по 4-4 фиг.2 гидроагрегата,
фиг.7 - поперечный разрез по 5-5 водоподъемного устройства с использованием гидравлического тарана.
Волновая гидроэлектростанция, размещенная в волноформирующей акватории 1, часть которой образует бассейн 2, отгороженный дамбой 3 с напорной стенкой 4, которая имеет наклонный откос 5 со стороны акватории 1 и гребень 6, расположенный выше ее среднего уровня, включает в себя дамбу 7, образующую второй бассейн 8, в котором установлен гидроагрегат 9, состоящий из гидротурбины и гидрогенератора. В первом бассейне 2 установлено водоподъемное устройство, в качестве которого может быть использован гидронасос 10, соединенный с гидротурбиной 11, или гидравлический таран 12, в состав которого входит трубопровод 13, размещенный в бассейне 2 и соединяющий его с акваторией 1, установленный на концевом участке трубопровода 13 воздушный котел 14, к которому присоединен трубопровод 15, соединяющий воздушный котел со вторым бассейном 8.
Гидроагрегат 9, выполненный в виде, например, капсульного, установлен в конструкции 16, входящей в состав дамбы 7 и воспринимающей напор воды второго бассейна 8.
Гидронасос 10 установлен в конструкции 17, входящей в состав дамбы 7, воспринимающей напор воды второго бассейна 8. Проточный тракт гидронасоса 10 соединяет бассейны 2 и 8. Гидротурбина 11 установлена в конструкции 18, расположенной между напорной стенкой 4 и конструкцией 16 размещения гидроагрегата 9, которая воспринимает напор воды первого бассейна 2. Проточный тракт гидротурбины 11 соединяет бассейн 2 и акваторию 1.
Водоподъемное устройство в виде гидравлического тарана 12 размещено со стороны берегового примыкания дамбы 3, противоположного примыканию напорной стенки 4, и установлено в конструкции 18.
На чертежах:
УВА - средний уровень воды акватории 1;
МаксУВПБ и МинУВПБ - максимальный и минимальный уровни воды первого бассейна 2;
МаксУВВБ и МинУВВБ - максимальный и минимальный уровни воды второго бассейна 8.
Работает волновая гидроэлектростанция следующим образом.
При возникновении ветрового волнения поверхности воды в акватории 1 происходит накат волны на наклонный откос 5 напорной стенки 4. При увеличении интенсивности волнения наступает момент, когда высота наката волны становится выше гребня 6 напорной стенки 4 и вода начинает переливаться в бассейн 2, наполняя его. Уровень воды в бассейне 2 поднимается выше уровня УВА воды в акватории 1 и образует напор, равный разности этих уровней.
При использовании в качестве водоподъемного устройства гидронасоса 10 под действием образованного в бассейне 2 напора начинает работать гидротурбина 11, приводя во вращение гидронасос 10, который подает воду из бассейна 2 в бассейн 8, наполняя его. При достижении уровнем воды во втором бассейне 8 положения МинУВВБ включается в работу гидроагрегат 9, который работает в диапазоне уровней воды в бассейне 8 от МинУВВБ до МаксУВВБ. Величина этого диапазона определяется техническими параметрами гидроагрегата 9. Подъем уровня воды от МинУВВБ до МаксУВВБ происходит в период интенсивного волнения в акватории 1, когда расход гидронасоса 10 превосходит расход гидроагрегата 9. При уменьшении интенсивности волнения в акватории 1 запасенный объем воды второго бассейна 8 между уровнями МаксУВВБ и МинУВВБ обеспечивает работу гидроагрегата 9 в период малой интенсивности волнения или его полного отсутствия в акватории 1. Размещение водоподъемного устройства в виде гидронасоса 10 с гидротурбиной 11 у напорной стенки обеспечивает их работу с максимальным уровнем воды на входе во всасывающее отверстие гидронасоса 10 и в водоприемное отверстие гидротурбины 11, обеспечивая тем самым наибольшую производительность водоподъемного устройства.
При использовании в качестве водоподъемного устройства гидравлического тарана 12 начало работы наступает также после образования напора между уровнями воды в бассейне 2 и акватории 1. При возникновении гидравлического удара в трубопроводе 13 вода поступает в воздушный котел 14, сжимая находящийся в нем воздух. Когда давление воздуха в воздушном котле 14 достигнет величины напора в бассейне 8 над тараном 12, вода по трубопроводу начнет поступать в бассейн 8, наполняя его. Работа гидроагрегата 9 при использовании в качестве водоподъемного устройства гидравлического тарана 12 будет аналогична описанной выше для водоподъемного устройства в виде гидронасоса 10 с гидротурбиной 11. Размещение гидравлического тарана 12 со стороны берега, противоположного месту размещения напорной стенки 4, обеспечивает возможность использование прямолинейной трубы 13 с минимальными гидравлическими потерями и размещение ее входа в зоне расположения напорной стенки 4, где при наполнении бассейна 2 будет максимальный уровень воды и, соответственно, максимальный напор, используемый гидравлическим тараном 12.
Водоподъемное устройство в виде гидронасоса 10 с гидротурбиной 11 имеет высокое значение коэффициента полезного действия, что обеспечивает его большую производительность. Недостатком этого варианта водоподъемного устройства является необходимость создания относительно высокого напора для включения в работу и высокая стоимость оборудования.
Водоподъемное устройство в виде гидравлического тарана 12 обладает простотой используемого оборудования и требует небольших капиталовложений и при этом может работать с минимальными напорами. Недостатком этого варианта водоподъемного устройства является его низкий коэффициент полезного действия, который может быть в 3…4 раза ниже коэффициента полезного действия водоподъемного устройства в виде гидронасоса 10 с гидротурбиной 11. Выбор типа водоподъемного устройства определяется технико-экономическими расчетами.