ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
WAVE POWER STATION

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых и приливных энергетических установках, а также в качестве берегозащитного сооружения.
Известна волновая электростанция (О.Н. Гаршин. «Волновая электростанция», патент на изобретение РФ №2405967, F03B 13/18, 10.12.2010 г.), состоящая из ряда полых секций, установленных продольно в ряд вплотную друг к другу и размещенных внутри между вертикальными щитами. Щиты навешены встык внутри двух параллельных рядов вбитых в дно свай. На верхние концы свай уложены опорные балки, на которые навешиваются щиты. Секция выполнена в виде пустотелой прямой четырехгранной призмы открытой снизу, в поперечном сечении имеющей форму прямоугольника. В верхней части секция имеет два сквозных продольных окна, образуемых верхней плитой, боковыми стенками, внутренними наклонными и вертикальными перегородками. В вертикальных перегородках имеются прямоугольные окна с внутренними пазами для впускного и выпускного клапанов. Клапаны вставляются сверху через прорези в верхней плите. Сами клапаны абсолютно одинаковые, выполнены в виде прямоугольной рамки с горизонтальными перегородками, к которым с одной стороны внахлест прикреплены полоски из мягкого материала типа прорезиненной ткани, резины или синтетического материала. С трех сторон, внизу и по бокам на рамках имеются выступающие ребра, предназначенные для фиксации и правильной ориентации клапанов в окнах. Для правильной ориентации клапанов в окнах в пазы окон вставляются П-образные установочные рамки. В собранном виде окна образуют воздушную магистраль и в зависимости от того, в какую сторону повернуты клапаны, магистраль будет нагнетательной или всасывающей. Для герметизации воздушных магистралей, образуемых окнами, по периметру окон крепятся уплотнительные прокладки. Так как во время работы в нагнетательной магистрали неизбежно будет скапливаться вода, то для ее удаления в основании, перед трубой воздуховода, имеется колодец и клапан с поплавком. В собранном виде конструкция представляет собой пирс или волнолом, в качестве которого и может дополнительно использоваться. Со стороны берега конструкция опирается на бетонное основание, со стороны моря на конце конструкции имеется обтекатель, защищающий передний конец от ударов волн.
Недостатком этого устройства является ее сложность - содержат большое количество элементов, магистралей и уплотнителей, которые имеют ограниченный срок службы.
Известна приливная электростанция (А.Л. Яковенко, В.В. Шаров, А.М. Навернюк и др. «Приливная электростанция», патент на изобретение РФ №2361038, Е02В 9/08, F03B 13/26, 10.07.2009 г.), содержащая корпус с открытым входом и выходом установленных на вертикальных валах вращения, связанных с электрогенераторами, гидротурбин в виде барабанов, на наружных поверхностях которых закреплены лопасти. На входе и выходе корпуса установлены вертикальные щиты, которые направляют приливный поток на лопасти гидротурбин и обеспечивают их вращение. Представляющий гидротурбину барабан состоит из соединенных основаниями двух конусов, на наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти. Начало каждой лопасти на нижней вершине конуса барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на второй верхней вершине барабана на 1-2 шага лопастей. На нижней конусной части барабана лопасти имеют форму вращения в виде цилиндра, а в верхней части барабана лопасти повторяют при вращении форму конуса, увеличенную на двойную величину лопасти. На нижней конусной части барабана, которая составляет 1/3 всей высоты барабана, количество лопастей больше в два раза, а ширина проходного отверстия между барабанами в нижней части равна двойному размеру лопасти в месте соединения оснований конусов барабана. Поворотные вертикальные штанги приливных щитов установлены от продольной оси симметрии корпуса по обе стороны на расстоянии, не большем диаметра вращения нижней части барабана, а отливных щитов - от бокового борта корпуса на расстоянии, равном радиусу вращения нижней части барабана.
Недостатком данной приливной электростанции является сложность устройства и то, что она является станцией одностороннего действия
Известна волновая энергетическая установка (В.С. Глущенко. «Волновая энергетическая установка», авторское свидетельство №1574895, F03B 13/12, бюл. №24, 30.06.90 г.), содержащая входное волноприемное устройство, выполненное в виде расположенного над уровнем воды желоба, подключенного к накопительному резервуару с гидроагрегатом. Кроме того, установка снабжена дополнительными волноприемными желобами, присоединенными к боковым стенкам основного желоба, боковые стенки основного и дополнительных желобов снабжены наклонными к уровню воды плоскостями, а основания всех желобов установлены с наклоном в сторону накопительного резервуара. Желоба и плоскости выполнены из однотипных железобетонных секций и установлены на сваях. Желоба могут располагаться вокруг резервуара.
Недостатком данной установки является ее сложность и необходимость устройства желобов и резервуаров.
Устройство для использования энергии морских приливов и отливов (заявка SU 1020619 А, 30.05.1983, F03B 13/12) имеет «корпус, погруженный в воду..», «поворотные заслонки» и «…в горизонтальной плоскости валы с винтовыми колесами, кинематически связанные между собой…». Данное «устройство содержит погруженный в воду корпус…». Нет в ней удерживающих корпус в воде устройств и непонятно, как будет данное устройство удерживаться в погруженном в воду состоянии во время приливов и отливов. Как видно из фиг. в заявке SU 1020619 А, 30.05.1983, F03B 13/12, нет «устройства, в котором два турбоагрегата выполнены с отражающими экранами, а устройство снабжено клапанами-затворами одностороннего действия». Кроме того, устройство для использования энергии морских приливов и отливов (заявка SU 1020619 А, 30.05.1983, F03B 13/12, см. фиг.) не может служить волновой электростанцией и эффективно вращаться (работать) за счет волн, так как длина морской волны может быть разной, и на «валу в горизонтальной плоскости с винтовыми колесами» вдоль его длины, в конкретный момент времени, волна будет находиться в разных его фазах. Другое дело приливы и отливы, у которых фазы (прилив-отлив) меняются через 6 ч 12 мин (т.е. 4 раза в сутки).
Известно также устройство для использования энергии волн (Р.Б. Рабинович. «Устройство для использования энергии волн», авторское свидетельство №1206472, F03B 13/22, бюл. №3, 23.01.86 г.), которое содержит приемный желоб переменной ширины и камеру с установленной в ней гидротурбиной, причем ширина желоба уменьшается по направлению к камере. Устройство также снабжено примыкающей к желобу площадкой с размещенными по ее бокам стенками, при этом в начале площадки установлен обратный клапан, а приемный желоб снабжен наклонной крышкой, причем ее уклон направлен в сторону камеры гидротурбины. Обратный клапан может быть выполнен в виде затвора, шарнирно подвешенного на стенках.
Недостатком этого устройства является ее сложность, связанная с устройством желобов и боковых стенок, и ограниченность работы в обратном направлении волн.
Наиболее близким по технической сущности и по признакам является патент №2349791 С2, 20.03.2009 "Погружные гидравлические турбины, установленные на деке (Приливная электростанция)", содержащая вертикальные направляющие стойки, поперечную балку, расположенную между ними, на которой установлены на расстоянии друг от друга два турбоагрегата, при этом поперечная балка выполнена с возможностью перемещения вертикально по стойкам на глубину погружения турбоагрегата в зависимости от высоты волн.
Недостатком этого устройства является отсутствие устройств, направляющих поток воды на турбины, и возможность двухсторонней работы турбоагрегатов.
Задача изобретения - упрощение устройства и расширение диапазона и области использования его для преобразования в электрическую энергию энергии волн и приливов.
Технический результат - возможность получения электроэнергии за счет волн и приливов, а также использования в качестве берегозащитного сооружения.
Сущность изобретения заключается в том, что волновая электростанция, содержащая вертикальные направляющие стойки, поперечную балку, расположенную между ними, на которой установлены на расстоянии друг от друга два турбоагрегата, при этом поперечная балка выполнена с возможностью перемещения вертикально по стойкам на глубину погружения турбоагрегата в зависимости от высоты волн, согласно изобретению дополнительно содержит две дамбы для прохода волны между ними, отражающие экраны, направляющие поток воды к турбоагрегатам и установленные на поперечной балке, выполненной в виде металлической фермы, и клапаны-затворы одностороннего действия, установленные на концах дамб, при этом турбоагрегаты  выполнены с возможностью работы одного из них при движении волны к берегу, а другого от берега.
Волновая электростанция может работать как приливная электростанция при наличии бассейна на берегу.
На фиг.1 схематично показана волновая электростанция (вид сверху), где 1 - продольные дамбы, 2 - направляющие стойки, 3 - поперечная балка, 4 - турбоагрегат 1 (ТА1), 5 - турбоагрегат 2 (ТА2), 6 - отражающие экраны, 7, 8 - клапаны-затворы, 9 - бассейн (при использовании устройства для преобразования энергии приливов)
На фиг.2 и 3 даны аксонометрические изображения волновой электростанции при положении клапанов-затворов при прибое волны (при приливе) и при движении волны от берега (отливе) соответственно.
Волновая электростанция содержит бетонные или камненабросные направляющие потоки продольные дамбы 1, на которых установлены две вертикальные направляющие стойки 2. Между продольными дамбами 1 уложена поперечная балка 3. На ней установлены два турбоагрегата (ТА) 4 и 5. Как показано на фиг.1 и фиг.2, между ними (дамба и направляющая балка) расположены отражающие экраны 6 для направления потока воды к турбинам. Поперечная балка 3 с ТА 4 и 5 может перемещаться вертикально по стойкам 2, меняя глубину погружения турбин в зависимости от высоты волн и приливов. Устройство имеет клапаны-затворы 7 и 8, расположенные на разных концах дамб. Устройство также может включать бассейн 9 (см. фиг.1-3) при его использовании для преобразования энергии приливов.
Волновая электростанция работает следующим образом.
При движении волны на берег (приливе) клапан-затвор 7 закрывается за счет самой волны (прилива), и волна, проходя между бетонными или камненабросными дамбами 1 и отражаясь отражателем 6, сужая проход и концентрируя энергию волны, попадает на ТА 4, который и выдает электроэнергию. При этом затвор 8 открывается за счет энергии волны (прилива), и волна воды проходит на берег (вода проходит в бассейн при использовании устройства для преобразования энергии приливов). А при движении волны от берега (отливе из бассейна) клапан 8 открывается за счет движения волны. Вода, проходя между дамбами обратно с берега и сужая проход за счет отражателя 6, попадает на ТА 5, который и выдает электроэнергию. Далее клапан 7 открывается за счет тока воды от берега (отлива), и вода попадает обратно на море. В зависимости от высоты волны (высоты прилива) поперечная балка 3 вместе с установленными ТА 4 и 5 перемещается вертикально по стойкам 2, меняя глубину погружения турбин, что позволяет расширить диапазон работы волновых и приливных энергетических устройств.
Таким образом, клапан 7 в направлении движения волны из моря к берегу (приливе) закрыт, а от берега (отливе) открыт. Клапан 8, наоборот, при движении волны к берегу (приливе) открыт, а от берега (отливе) закрыт. И турбоагрегат 4 работает при движении волны к берегу (приливе), а турбоагрегат 5, наоборот, от берега (отливе). Волновая электростанция также будет поглощать часть энергии волн, снимая их разрушительное воздействие, то есть может играть роль берегозащитного сооружения.
Преимущество предлагаемой волновой электростанции в ее упрощении: за счет использования местных материалов; простоты конструкции и использования стандартных конструктивных элементов; и эффективности: за счет расширения области использования (преобразования энергии волн, приливов, а также в качестве берегозащитного сооружения); за счет расположения на разных концах разных продольных дамб клапанов-затворов и возможности вертикального перемещения поперечной балки с турбоагрегатами, меняя глубину погружения турбин, что позволяет расширить диапазон работы волновых, приливных энергетических устройств и оптимизировать работу турбины.