ПРИЛИВНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КУЩЕНКО В.А.
KUSHCHENKO TIDAL HYDROELECTRIC POWER STATION

Изобретение относится к области техники, связанной с преобразованием энергии приливной волны в электрическую энергию.
Известно бесплотинная гидроэлектростанция по патенту РФ №2347937 C1, F03B 13/10, содержащая конфузорно-диффузорный водовод, в котором установлены быстродействующие затворы двухстороннего действия и турбина, соединенная с электрогенератором.
Недостатком этого устройства является малая развиваемая мощность.
Известна безнапорная гирляндная гидроэлектростанция по патенту РФ №2305792 С2, F03B 13/00, предназначенная для использования течения приливов, имеющая преобразователь энергии, состоящий из гирлянды гидротурбин, которая строится на полом несущем вале - цилиндре с конусными обтекателями. Недостатком этого устройства является то, что используется только энергия течения прилива и отлива. Между этими событиями электроэнергия не вырабатывается, что ведет к низкой эффективности данной электростанции.
Известна гидроэлектростанция по патенту РФ №93034360, МПК F03B 7/00, где корпус разделен на три части поперечными перегородками, средняя часть корпуса разделена продольной перегородкой на одинаковые части, соединена с днищем. На основании установлено водяное колесо, генератор и подъемный механизм.
Недостатками прототипа являются:
1. низкая мощность, развиваемая установкой;
2. низкая эффективность установки, т.к. она работает только в момент наличия течения;
3. отсутствует возможность автоматической диагностики аварии установки;
4. отсутствуют накопители энергии;
5. отсутствует возможность подачи тепла, водорода и кислорода потребителю.
Наиболее близким решением (прототипом) является приливная гидроэлектростанция, содержащая барьеры, включающие фундамент, подвижные конструкции и блоки генераторов, включающие турбины, генераторы напряжения (GB 2412409, 2005, F03B 13/26). Ей присущи вышеперечисленные недостатки.
Задачей изобретения является создание устройства, которое может работать как на приливной, так и отливной волне.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы гидроэлектростанции и использовании запаса энергии в промежутке времени между изменениями уровня воды.
Технический результат достигается тем, что приливная гидроэлектростанция, содержащая барьеры, включающие фундамент, подвижные конструкции и системы блоков генераторов, включающие турбины, генераторы напряжения, согласно изобретению она снабжена подключенными к системе управления с цифровым процессором и устройством ввода-вывода данных герметизирующими системами, тормозными устройствами, устройствами определения уровня воды перед барьерами, после барьеров и определения подъема подвижной конструкции барьера, разложителем воды с насосами, хранилищами водорода и кислорода, при этом системы блоков генераторов установлены между барьерами, подвижные конструкции которых установлены в направляющих с возможностью опускания и подъема в зависимости от уровня воды и включают герметичные емкости, места крепления оборудования и направляющие, причем на направляющих барьера закреплены тормозные устройства, а на направляющих подвижной конструкции - герметизирующие системы, при этом генераторы подключены к информационным выпрямителям, подключенным к системе управления, и к силовым выпрямителям, подключенным к разложителю воды и преобразователю постоянного тока в 3-фазный переменный ток, который подключен к системе управления.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема варианта барьера;
на фиг.2 - вариант А использования приливного потока воды;
на фиг.3 - вариант Б;
на фиг.4 - вариант В;
на фиг.5 - вариант системы блока генераторов;
на фиг.6 показан график движения волны для варианта А;
на фиг.7 - для варианта Б;
на фиг.8 - для варианта В;
на фиг.9 изображен запас энергии;
на фиг.10 изображена схема гидроэлектростанции.
Барьер 1 состоит из подвижной конструкции 2, вставленной в направляющие 3, крепящиеся на блоке 4. Подвижная конструкция 2 состоит из герметичной емкости 5, места для крепления оборудования 6, направляющих подвижной конструкции 7. В верхней части подвижной конструкции 2 находится сигнальный маяк 8, на направляющих 3 крепятся верхние и нижние тормозные устройства 9, 10, на направляющих 7 крепятся левая и правая герметизирующие системы 11, 12. На направляющих 3 крепятся устройства определения высоты воды, левое и правое (датчики 13, 14) и устройство (датчик 15) определения высоты подъема подвижной конструкции. Поз. 16 обозначен уровень воды слева от барьера 1, 17 - уровень воды справа от барьера 1, 18 - дно акватории; М - море, С - станция.
На фиг.2, 3, 4 изображены три рассматриваемых варианта использования приливного потока воды А, Б и В. Вариант А: а - входной поток приливной воды, в - выходящий поток воды, 1 - барьеры, 19 - стационарная или подвижная система блоков генераторов. Вариант Б: а - приливная вода, в - отливной поток; барьер 1, система блоков генераторов - 19. Вариант В: те же обозначения, что и на фиг.3.
На фиг.5 изображен вариант системы блоков генераторов 19 с верхним щитом 20 и нижним щитом 21. Система блоков генераторов 19 может стоять вместо щита 20 или (и) щита 21, или вместо них всех. Система блоков генераторов 19 имеет турбины (винты) 22, на валах которых находятся генераторы 23. Система блоков генераторов 19 с щитами расположены на позициях 5, 6 подвижной конструкции 2 (фиг.1).
На фиг.6 - 8 показаны графики движения волн и режимы функционирования А, Б, В вариантов использования приливной волны. Здесь 24 - волна, 25 - запас воды (Н - высота) в акватории С режима А, 26 - уровень воды (Н - высота) в акватории С, 27 - уровень воды (Н - высота) в акватории С, tp - время работы, tрп - время работы в прямом направлении, tро - время работы в обратном направлении.
3
2
2
1
1
0
На фиг.9 изображен запас энергии (W) (водорода и кислорода). С-С - зона колебания запаса W, C-C - рабочая зона потребления энергии, C-C - незабираемый уровень.
0
1
2
3
0
1
2
3
2
2
На фиг.10 изображена схема приливной гидроэлектростанции 28. Здесь генераторы 23 подключены к информационным и силовым выпрямителям 29 и 30. Силовой выпрямитель 30 подключен к линиям 31, к преобразователю постоянного напряжения 32 в 3-фазном напряжении (Ф, Ф, Ф, Ф) и разложителю воды 33, подключенному к насосам 34, 35, подключенным к соответствующим хранилищу водорода 36 и хранилищу кислорода 37, подключенным к клапанам 38, 39 и к насосам 40, 41. Эти насосы подключены к преобразователю энергии 42, подключенному к насосу 43, подключенному к резервуару воды 44, подключенному к резервуару воды 33. Преобразователь энергии 42 подключен к блоку ключей 45, подключен к выходным линиям Ф, Ф, Ф, Ф и к выходам блока ключей 46, подключен к соответствующим выходам преобразователя 32. Преобразователь энергии 42 имеет выход тепла Q. Клапан 38 имеет выход кислорода О, а клапан 39 имеет выход Н - водорода. Цифровой процессор 47 подключен к устройству вывода информации (дисплей) 48 и к устройству ввода информации (клавиатура) 49. Система управления 50 включает в себя цифровой процессор 47 и подключена к устройствам определения уровня воды (датчики 13, 14) и высоты подъема подвижной конструкции (датчик 15). Система управления 50 также подключена к управляемым входам насосов 51 и к герметизирующим системам 11, 12, информационные выходы которых также подключены к системе управления 50. Выходы системы управления 50 также подключены к тормозным устройствам 9, 10.
Устройство может работать в одном из трех режимов и (или) в трех режимах одновременно.
Режим А: Барьеры 1 открыты, прямая волна (поток воды) заходит из акватории М в акваторию С (фиг.2). Под действием воды барьеры 1 поднимаются согласно уровню воды 24 (фиг.6). В момент начала отлива уровень воды - Н достигает в акватории С максимального значения.
В этот момент потоки воды (фиг.2) начинают вращать турбины 22, которые в зависимости от положения системы блока генераторов 19 могут быть установлены в положении 20, в положении 19, в положении 21 или занимать все эти положения (фиг.5). Тормоза 9, 10 удерживают подвижные конструкции 2 от опускания (или позволяют им медленно опускаться с уровнем воды в акватории С). Герметизирующие системы 11, 12 не дают пройти воде из акватории С в акваторию М через барьеры 1 и между их элементами. При новом приливе вода вновь наполняет акваторию С. При выравнивании уровней через систему блоков генераторов 19 поток перестает идти, а потом идет в обратную сторону, tр - прямое время работы системы блоков генераторов 19, to - обратное время, когда поток идет в акваторию С. И далее процесс повторяется вновь.
В режиме Б (3): барьер 1 вначале закрыт и при приходе приливной воды а поток устремляется через систему блоков генераторов 19 до тех пор, пока уровень Н в акватории М больше уровня Н акватории С, а - поток приводит в движение систему блоков генераторов 19 (фиг.7). При отливном потоке система блоков генераторов 19 также имеет выходной поток, tрп - время прямой работы, tро - время обратной работы.
В режиме В (фиг.4): а и в - потоки (прилива и отлива) проходят через систему блоков генераторов 19 в прямом и обратном направлении, tрп - время работы в прямом направлении, tро - время работы в обратном направлении (фиг.8).
0
1
2
3
2
2
0
1
2
3
В целом приливная гидроэлектростанция 28 (фиг.5) работает следующим образом. Система управления 50 (процессор 47) согласно заложенным программам определяет уровень акваторий М и С посредством датчиков 13, 14 и положения подвижной конструкции 2, посредством датчика 15 и подстанций А, Б, В. Согласно циклической функции приливов и заложенному алгоритму поведения система 50 разрешает движение подвижной конструкции 2 посредством тормозных устройств 9, 10, заполняет герметизирующие системы 11, 12 (посредством включения насосов 51), разрешает опускаться подвижным конструкциям 2 посредством тормозных устройств 9, 10, а также подвижной конструкции 2, содержащей систему блоков генераторов 19. Это может также делать оператор посредством дисплея 48 и клавиатуры 49. Поток воды вращает генератор 23, ток проходит информационный выпрямитель 29 и дает информацию системе управления 50 об их работоспособности. Если какой-то из генераторов 23 не работает, то система управления 50 обладает информацией о не работающем генераторе 23 и его можно заменить. Ток от генератора 23 также проходит силовой выпрямитель 29, где суммируется в линиях 31 и проходит на преобразователь 32, который преобразует постоянный ток в 3-фазный переменный для потребителей (Ф, Ф, Ф, Ф). Напряжение по линиям 31 поступает также в разложитель воды 33, куда поступает вода из резервуара воды 44. Под управлением системы управления 50 разложитель воды 33 преобразует воду в водород и кислород, которые насосами 34, 35 перекачиваются в хранилище водорода 36 и хранилище кислорода 37. Согласно внутреннему алгоритму подачи энергии ((W) фиг.6-9) внешним потребителям энергия поступает от преобразователя 32. Система управления 50 при необходимости подает Н и О из хранилища водорода 36 и хранилища кислорода 37 посредством насосов 40, 41 в преобразователь энергии 42, где происходит горение водорода с кислородом, получение пара и преобразование этой энергии в электрическую энергию, подаваемую через открытый блок ключей 45 потребителям Ф, Ф, Ф, Ф (блок ключей 46 в это время заперт). Вода из преобразователя энергии 42 насосом 43 перекачивается в резервуар воды 44.
2
2
1
2
2
2
На фиг.9 показаны варианты колебания производимой энергии W (накопления Н и O) и потребления энергии (C-C) потребителями. Таким образом, приливная гидроэлектростанция 28 может стабильно выдавать электрическую энергию, тепло Q и Н и O потребителям.
По сравнению с прототипом устройство обладает следующими преимуществами:
1. Устройство позволяет получать электроэнергию из приливного движения воды.
2. Устройство позволяет использовать прямой и обратный потоки, создавать перепад давления воды в прямом и обратном направлениях.
3. Устройство позволяет накапливать энергию в виде энергии, содержащейся в водороде, кислороде, и направлять ее для потребителя при необходимости.
4. Устройство обеспечивает подачу тепла потребителю.
5. Запасы преобразуемой энергии большие и получаемая энергия экологически чистая.