ПРИЛИВНАЯ АККУМУЛИРУЮЩАЯ ГЭС
TIDAL ACCUMULATING HYDRO-ELECTRIC POWER STATION

Изобретение относится к конструкциям автономных приливных бесплотинных электростанций небольшой мощности и может быть массово использовано для преобразования энергии морских течений (приливов-отливов) в электрическую энергию. При строительстве энергоузлов с использованием гидравлической энергии приливов, основные затраты приходятся на сооружение дорогостоящих плотин, что препятствует массовому сооружению объектов для индивидуального пользования и для малых поселений.
Известна «Приливная электростанция» по авторскому свидетельству СССР № 1432133, МПК E 02 B 9/08, автора А.Б. Ермилова [1]. Данное устройство содержит плотину, образующую отделенный от свободной акватории моря водоем, причем плотина выполнена в виде понтонных секций с каналами, в которых установлены турбины, и гибкой водонепроницаемой перемычки с грузами, анкерных якорей и гибких связей, закрепляющих плотину на дне.
При возведении приливных ГЭС основные затраты приходятся на возведение плотин и создание искусственного водоема [2]: «Приливные электростанции», портал по альтернативной энергетике [Электронный ресурс], www.alter220.ru, с.7, поэтому автор по авторскому свидетельству № 1432133 предлагал использовать не дорогую плавающую гибкою водонепроницаемую перемычку.
Недостатками данного устройства являются конструктивная сложность и невысокая надежность, обусловленная неустойчивостью ГЭС к штормам и малый срок службы применяемых материалов. При штормовом волнении в акватории предложено аварийное погружение секций, для чего открываются кингстоны и вода поступает в балластные камеры, опуская секции ниже уровня воды, а подъем секций осуществляется сжатым воздухом из предварительно заполненных ресиверов. Кроме того, для работы электростанции требуется наличие обслуживающего персонала.
Известно так же «Устройство для извлечения энергии из морских течений» по патенту РФ № 2401358, МПК E 02 B 9/08, авторов Е.Н. Беллендир, А.В. Петрашкевич и др. [3].
Данное устройство содержит несколько цилиндрических опор-оболочек, размещенных на морском шельфе, систему подводящих и отводящих трубопроводов, гидрогенераторы, причем опоры-оболочки установлены в ряд с зазором для прохода воды по линии, перпендикулярной к направлению приливных и отливных течений, полость опоры-оболочки разделена по вертикали перегородками на несколько ярусов для размещения трубопроводов и гидрогенераторов, подводящий трубопровод проходит по диагонали перпендикулярно, а отводящий трубопровод – по диагонали параллельно линии установки опор- оболочек, концы  трубопроводов сообщаются с морем, а гидрогенераторы размещены на отводящих трубопроводах.
Недостатком данного устройства так же является конструктивная сложность, реализуемая только для ГЭС большой мощности и наличие значительного числа обслуживающего персонала. Кроме сложности изготовления самих крупногабаритных цилиндрических опор-оболочек, размещенных на морском шельфе, и полостей в опорах-оболочках с перегородками на несколько ярусов, в которых размещаются трубопроводы и гидрогенераторы, требуется большое число автономных гидрогенераторов (гидротурбина с генератором), работу которых понадобиться еще синхронизировать в системе выработки электроэнергии.
Известно так же техническое решение: «Волновая электростанция» авторов Ю.Б. Шполянского, Б.Л. Историка и др. патенту РФ № 2459974, МПК F 03 B 13/24[4].
Данное изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при значительных колебаниях уровня водной поверхности из-за приливно-отливных или сгонно-нагонных явлений в электрическую энергию.
Устройство содержит неподвижную опору, пневмогидравлическую камеру, подвижная часть которой сообщена с водоемом, а надводная – с атмосферой через напорный воздуховод, в котором установлена турбина с генератором. Кроме того, устройство оснащено вращающимся приводом, кинематически связанным с камерой, которая закреплена на опоре с возможностью вертикального перемещения, причем привод связан с камерой через пару силовых элементов из ряда гайка-винт, зубчатое колесо-зубчатая рейка, гидроцилиндр-шток, барабан-трос, а вращающийся привод снабжен средствами автоматического управления с возможностью перемещения камеры относительно опоры в соответствие с колебаниями среднего уровня водной поверхности.
Недостатком данного устройства является конструктивная сложность, необходимость в опорах-оболочках, выполняющих функцию плотины, и так же - необходимость в обслуживающем персонале и его высокая стоимость, характерная для ГЭС большой мощности, включенную в общую систему обеспечения электроэнергией потребителей. Кроме того, для установки камеры на требуемый уровень водной поверхности требуется электроприводу внешний источник электроэнергии.
Назначение настоящего изобретения в устранении указанных недостатков и создание автономной, простой по конструкции приливной ГЭС, не использующей внешние дополнительные источники электропитания и не требующей постоянных затрат на ее обслуживание.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- упрощена конструкция за счет отсутствия плотины, отгораживающей искусственный водоем от свободной акватории моря;
- осуществлен подъем воды выше уровня прилива морской воды для заполнения бака-аккумулятора;
- обеспечено функционирование устройства в автоматическом режиме без необходимости постоянного обслуживания;
- в качестве гидравлической турбины применен объемный расходомер с высоким классом точности, позволяющий одновременно следить за объемным заполнением бака-аккумулятора;
Технический результат достигается за счет того, что в приливной ГЭС, содержащей неподвижную опору с пневмогидрокамерой, имеющей воздушную и водяную полость, а также – турбину с электрическим генератором, пневмогидрокамера разделена на два отдельных узла: пневмокамеру и гидрокамеру, перемещающихся каждая на своих опорах, дополнительно введены повышающий редуктор, соединяющий посредством блоков и силовых тросов обе камеры, а также – бак-аккумулятор воды, расположенный выше уровня прилива морской воды, на выходное отверстие которого, подключена турбина с генератором, причем гидрокамера оснащена в ее донной части клапаном наполнения воды, срабатывающим при опускании гидрокамеры на грунт водоема и – подпружиненным клапаном на его открывание для слива воды через приемный жёлоб при нахождении камеры в верхнем положении, при этом рычаг данного клапана через дополнительную тягу и дистанционную пружину соединен с грунтом водоема.
Технический результат достигается также за счет того, что к приемному желобу бака-аккумулятора дополнительно подключен через подпружиненный шарнир откидывающийся в обе стороны по вертикали подающий жёлоб;
Технический результат достигается также за счет того, что в качестве гидравлической турбины использован объемный расходомер с высоким классом точности, позволяющий одновременно вести учет накапливаемой воды в баке-аккумуляторе.
На чертеже, фиг. 1, приведена «Приливная аккумулирующая ГЭС», а на фиг. 2 – устройство дополнительного подающего желоба, закрепленного с помощью подпружиненного шарнира на приемном желобе бака-аккумулятора воды.
Предлагаемая ГЭС содержит пневмокамеру 1 и гидрокамеру 2, имеющих возможность перемещаться во время прилива и отлива воды по своим неподвижным вертикальным опорам 3 и 4, повышающий редуктор 5, соединенный силовыми тросами 6 через направляющие блоки 7 с обеими камерами, причем гидрокамера имеет в донной части клапан 8 наполнения водой через отверстие при опускании ее на дно водоема и – подпружиненный клапан 9 на его открывание для выпуска воды из гидрокамеры, находящейся в верхнем положении, рычаг которого через дистанционную пружину 10 и тягу (тросик) 11 соединен с грунтом водоема.
Бак-аккумулятор 12 воды (водохранилище), расположенный выше уровня прилива (Нпр.), имеет приемный желоб 13 воды с гидрокамеры и отверстие для выпуска воды на турбину 14, соединенную кинематически с электрическим генератором 15.
Для уменьшения потерь воды (ФИГ. 2) при сливе ее из гидрокамеры в верхнем положении в приемный желоб бака-аккумулятора, желоб оснащен через подпружиненный шарнир 16 откидывающимся по вертикали в обе стороны дополнительным подающим желобом 17.
В качестве гидравлической турбины более целесообразно использовать объемный расходомер с высоким классом точности. Это обусловлено их способностью превращать в механическую энергию большую часть кинетической энергии воды, а доля пролетной массы потока, не задействованной по превращению ее в работу, весьма мала [5]: Домогацкий В.А., Левченко И.В. Ролико-лопастная машина. Патент РФ № 2230194, МПК F01C1, и так же – «Пневмодвигатели» фирмы ООО «Вест-метрология» [Электронный ресурс] www. west-metrology.ru/production/air-motor.html [6].
«Приливная аккумулирующая ГЭС» работает следующим образом.
Во время отлива (Нотл.) морской воды пневмокамера 1 находится (плавает) на этом уровне, а гидрокамера 2 опускается на грунт водоема, причем клапан 8 упирается в грунт, открывая отверстие гидрокамеры для ее заполнения водой. После наступления прилива уровень его воды (Нпр.) начинает повышаться и пневмокамера 1 начинает всплывать, перемещаясь по опоре 3 и вытягивая при этом через блоки 7 и повышающий редуктор 5 трос 6, закрепленный на гидрокамере 2, которая так же начинает подниматься вверх по своей направляющей 4. Поскольку применен повышающий редуктор 5, то высота подъема гидрокамеры 2 будет выше, чем пневмокамеры 1 на коэффициент передачи редуктора. Если, например, высота прилива, равная разности (Нпр. – Нотл.) составляет два метра, а коэффициент передачи редуктора I=3, то гидрокамера будет поднята на высоту 6 метров, что может обеспечить работу, например, микро ГЭС типа Микро-10 (Пр10-Г-23,5/1500), работающую при напоре 4,5 – 9 метров  и мощностью от 3 до 12 кВт[13]. [Электронный ресурс]. www.inset.ru.
После подъема гидрокамеры на максимальную высоту и вытягивания тяги(троса) 11 на всю длину, клапан 9 открывается и вода начинает выливаться в приемный желоб 13 бака-аккумулятора 12.
Дистанционная пружина 10, соединенная с рычагом 10 и тягой 11 выполняет роль компенсатора длины тяги из-за колебаний верхнего уровня прилива Нпр.  Для уменьшения потерь воды при сливе воды в приемный желоб 13, последний оснащается удлинителем – дополнительным подающим желобом 17, который откидывается вверх при перемещении гидрокамеры тоже к верху и занимает положение ниже камеры, перекрывая зазор между выпускным отверстием гидрокамеры и приемным желобом бака-аккумулятора. При движении гидрокамеры вниз подающий желоб 17 откидывается к низу, не препятствуя перемещаться камере и возвращается после ее прохождения в нейтральное положение. Конструктивно подающий желоб может размещаться на подпружиненном шарнире, выполненным из двух противоположно закрученных цилиндрических пружин (не показано на чертеже).
Пневмокамера выполняется в виде поплавка из герметичной камеры, либо из пробкового (пенопластного) материала, заключенного в закрытый изолированный объем.
В настоящее время огромные территории приливных зон морей и океанов не используются в энергетике. Это связано, в том числе, с необходимостью выбирать территории с наличием удобных мест для строительства плотин, перегораживающих заливы или устья рек. Предлагаемая автономная «Приливная аккумулирующая ГЭС» может сооружаться не зависимо от наличия этих условий, практически, на любом побережье водоемов.
Предлагаемая автономная «Приливная аккумулирующая ГЭС» предназначается для массового использования, как отдельными удаленными от магистральных электрических сетей индивидуальными потребителями, так и не большими поселениями. ГЭС работает в автоматическом режиме при наполнении бака- аккумулятора или не большого водохранилища для хозяйственных нужд и не требует персонала для постоянного обслуживания. ГЭС собирается из серийных узлов и конструкций, поэтому имеет минимальную стоимость при ее сооружении, что позволяет рекомендовать ее для широкого применения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.А.Б. Ермилов. Приливная электростанция. Авторское свидетельство СССР № 1432133. МПК E 02 B 9/08 (аналог).
2. Приливные электростанции. Портал по альтернативной энергетике [Электронный ресурс] www.alter220.ru, с.7.
3.Е.Н. Беллендир, А.В. Петрашкевич и др. Устройство для извлечения энергии из морских течений. Патент РФ № 2401358. МПК E 02 B 9/08, F 03 B 13/12 (аналог).
4.Ю.Б. Шполянский, Б.Л. Историк и др. Волновая электростанция. Патент РФ № 2459974, МПК F 03 B 13/24 (аналог).
5.В.А. Домогацкий, И.В. Левченко. Ролико-лопастная машина. Патент РФ № 2230194, МПК F 01 C 1.
6. Пневмодвигатели фирмы ООО «Вест-метрология» [Электронный ресурс] www. west-metrology.ru/ production/air-motor.html.
10. NO 151479 B, 02.01.1985.
11. GB 2221958 A, 21.021990.
12. GB 2460553 A, 09.12.2009.
13.Микро ГЭС НПФ ИНСЭТ [Электронный ресурс] www.inset.ru.