ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
TIDAL POWER STATION

Предлагаемое техническое решение относится к гидроэнергетике, конкретно - к низконапорным гидроэлектростанциям, в том числе к приливным электростанциям.
Приливные колебания уровня воды в океанах и морях планеты предсказуемы. Основные периоды этих колебаний - "суточные" (в высоких широтах) и "полусуточные" - с периодом 12 ч 25 мин. Поднятую на максимальную высоту во время прилива воду отделяют от моря плотиной с образованием бассейна. Во время прилива и отлива эту массу воды пропускают через гидротурбину, вращающую электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию.
Известна (аналог) приливная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция), с горизонтальными капсульными гидроагрегатами (Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат. 1990, стр.319; Бернштейн Л.Б. Опыт эксплуатации горизонтальных осевых гидроагрегатов (капсульных и шахтных), М.-Л., 1966; Жибра Р. Энергия приливов и приливные электростанции. Пер. с франц., М., 1961; Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Издание 2-е перераб. и доп. Л., "Энергия", 1974, стр.372). Капсульный гидрогенератор, имеющий горизонтальный вал поперек плотины, заключен в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через гидротурбину (рабочее колесо).
Такая конструкция применяется не только на приливных электростанциях, но и на низконапорных гидроэлектростанциях. Например, на Киевской ГЭС работают 20 капсульных гидроагрегатов по 17.5 МВт каждый. Недостаток устройства-аналога заключается в том, что каждый гидрогенератор сравнительно небольшой мощности имеет свою капсулу, выполненную в виде машинного отделения. Кроме того, такая конструкция существенно увеличивает ширину плотины приливной электростанции и не позволяет использовать электрогенераторы большой мощности с лучшими технико-экономическими показателями.
Известна (прототип) приливная электростанция (Патент РФ №2359083, МПК E02B 9/08; F03B 13/12; F03B 13/26, опубликовано 20.06.2009), содержащая цилиндрический корпус машинного отделения с электрогенератором, хвостовую гидротурбину с лопастями, установленными на ее оси.
Очевидно, общая схема прототипа аналогична капсульному гидрогенератору. Поэтому недостаток устройства-прототипа такой же, как и у устройства-аналога, т.е. каждый гидрогенератор сравнительно небольшой мощности имеет свою капсулу, выполненную в виде машинного отделения. Кроме того, такая конструкция существенно увеличивает ширину плотины приливной электростанции и не позволяет использовать электрогенераторы большой мощности с лучшими технико-экономическими показателями.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в упрощении приливной электростанции. Технический результат, заключающийся в едином конструктивном выполнении машинного отделения приливной электростанции, позволяет уменьшить ширину плотины и позволяет использовать электрогенераторы большой мощности с лучшими технико-экономическими показателями, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность и понизить стоимость приливной электростанции.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной приливной электростанции, содержащей плотину с несколькими водопропускными каналами со своей гидротурбиной с лопастями каждый и с потоком воды, проходящим через свою гидротурбину, машинное отделение с электрогенератором, согласно изобретению, все гидротурбины объединены общим валом с электрогенератором в группу, причем общий вал расположен вдоль плотины, водопропускные каналы выполнены в виде Z-образного зигзага со средней частью, паралелльной общему валу, при этом входные и выходные участки Z-образных зигзагов водопропускных каналов выполнены с наклоном к общему валу, а электрогенератор выполнен на суммарную мощность всех гидротурбин группы. Кроме того, приливная электростанция содержит несколько групп.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой приливной электростанции в качестве примера с тремя водопропускными каналами. Приливная электростанция содержит плотину 1 с тремя водопропускными каналами 2. Водопропускной канал 2 содержит соответственно гидротурбину 3 с лопастями и поток воды 4, проходящий через свою гидротурбину 3. Водопропускной канал 5 содержит соответственно гидротурбину 6 с лопастями и поток воды 7, проходящий через свою гидротурбину 6. Водопропускной канал 8 содержит соответственно гидротурбину 9 с лопастями и поток воды 10, проходящий через свою гидротурбину 9. Гидротурбины 3, 6 и 9, объединенные общим валом 11 с электрогенератором 12, расположенным в машинном отделении 13, образуют группу. Причем общий вал 11 расположен вдоль плотины 1 и вращается в подшипниковых узлах 14. Водопропускные каналы 2, 5 и 8 выполнены с конфигурацией в виде Z-образного зигзага со средней частью, параллельной общему валу 11, обеспечивающей прохождение потока воды через свою гидротурбину, а входные и выходные участки Z-образных зигзагов водопропускных каналов выполнены с наклоном к общему валу 11. Это несколько удлиняет длину водопропускных каналов, но позволяет уменьшить ширину плотины, снизив тем самым затраты на строительство. Электрогенератор 12 выполнен на суммарную мощность всех гидротурбин. При большой длине плотины в ней располагаются несколько групп. На входе и выходе каждого из водопропускных каналов 2, 5 и 8 установлены щиты-затворы 14, позволяющие при необходимости не только регулировать поток воды, но и обеспечивать условия ремонта в каждом водопропускном канале отдельно.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При нарастании приливной волны открывают щиты-затворы 14 в водопропускных каналах 2, 5 и 8, выполненных с конфигурацией в виде Z-образного зигзага со средней частью, параллельной общему валу 11. Благодаря этому обеспечивается прохождение каждого потока воды через свою гидротурбину ортогонально ее плоскости вращения. При вращении каждая из гидротурбин 3, 6 и 9 развивает свою расчетную мощность. Эти мощности суммируются общим валом 11, который, в свою очередь, вращает электрогенератор 12, выполненный на суммарную мощность всех гидротурбин. Вместе с тем известно, что с ростом установленной единичной мощности электрических машин (в том числе и гидрогенераторов) коэффициент полезного действия (КПД) растет (Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Издание 2-е перераб. и доп. Л., "Энергия", 1974, стр.375, таблица 19-2 "Основные данные трехфазных гидрогенераторов завода "Электросила").
Поставленная задача решена предлагаемым устройством. Приливная электростанция упрощена. Заключается это в исключении капсульной конструкции приливной электростанции, что позволяет уменьшить ширину плотины и позволяет использовать электрогенераторы большой мощности с лучшими технико-экономическими показателями, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность и понизить стоимость приливной электростанции.