Аэро гэс



Аэро гэс
Аэро гэс

 


Владельцы патента RU 2500854:

Казанцев Андрей Николаевич (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения энергии, запасенной в атмосферной влаге в любой точке мира. Устройство содержит нижний бьеф 1, верхний бьеф 2, водовод 3, турбогенератор 4 и поверхности 5. Поверхности 5 выполнены с возможностью приема атмосферной влаги из воздушного потока и доставки ее к верхнему бьефу. Причем поверхности 5 подняты на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий. Для поддержания поверхностей 5 используются аэростаты или дирижабли 6. Обеспечивается расширение функциональных возможностей и увеличение удельной мощности ГЭС путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом от высоты реальной конденсации атмосферной влаги в облаке до уровня земли. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения энергии, запасенной в атмосферной влаге в любой точке мира.

Известны различные варианты ГЭС (см., например, http://ru.wikipedia.org/wiki/ГЭС), использующие энергию водяного потока, возникающую от перепада высот с двух сторон плотины, перегораживающей реку. Такая ГЭС имеет верхний бьеф (водохранилище перед плотиной), нижний бьеф (уровень реки за плотиной), соединяющий их водовод и турбогенератор, который использует энергию водяного потока в этом водоводе для выработки электроэнергии.

Общими недостатками таких ГЭС является то, что они требуют значительных капитальных затрат на сооружение плотины, занимают значительные территории под водохранилище, наносят ущерб экологии и обычно удалены от потребителя. Кроме того, всегда существует потенциальная опасность возможного разрушения плотины. В известной мере, все эти недостатки являются следствием сравнительно небольших перепадов высот при огромных объемах воды, характерных для большинства равнинных рек.

Наиболее близким к предлагаемому решению является патент RU 2407914 C1 (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЧИСТОЙ ВОДЫ). В этом способе предлагается получение электроэнергии и дистиллированной воды путем использования атмосферной воды облаков. Это достигается путем поднятия сборника воды (играющего роль верхнего бьефа) на уровень чуть ниже облаков с помощью привязных аэростатов, вызова конденсации и выпадения влаги с помощью распыления мелкодисперсного реагента с аэростата, расположенного выше сборника, и доставки собранной воды на землю по соединяющей трубе (безнапорному водоводу).

Данное устройство имеет ряд серьезных конструктивных и физических недостатков, связанных именно со способом конденсации воды путем создания спонтанного искусственного дождя и сбора этого дождя в горизонтальный водосборник: аэродинамическая неустойчивость водосборника при сильных ветрах, конструктивная сложность распыления и доставки реагента и очистки воды от него, неоднозначность выпадения влаги при введении реагента (http://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_seeding), высокая вероятность выпадения льда прямо под облаком с разрушением конструкции, огромная неравномерность гидравлического потока, и связанная с этим невозможность использования напорного водовода для уменьшения потерь энергии в водоводе.

Настоящее изобретение описывает ГЭС, содержащую верхний и нижний бьеф, водовод и турбогенератор, а также ГЭС снабжена поверхностями, выполненными с возможностью приема атмосферной влаги из воздушного потока и доставки ее к верхнему бьефу, причем эти поверхности подняты на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий. Эти поверхности могут поддерживаться на данной высоте аэростатами или дирижаблями. Также они могут быть выполнены в виде воздушного змея или параплана. Поверхности могут быть снабжены дренажной системой сбора атмосферной влаги, выполненной в виде желобов и трубных каналов, передающих собранную воду в верхний бьеф. Также эти поверхности могут иметь полную или частичную металлизацию. В одном из вариантов исполнения водовод ГЭС может быть расчленен на несколько секций с промежуточными турбогенераторами.

Технический результат - расширение функциональных возможностей и увеличение удельной мощности ГЭС путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом (от высоты реальной конденсации атмосферной влаги в облаке до уровня земли, тогда как у прототипа только от уровня нижнего края облаков до уровня земли), расширение территориальной применимости ГЭС (в любом месте планеты, тогда как у прототипа либо в океане, либо в местах интенсивного выпадения осадков), уменьшение габаритов на поверхности земли, выполнение мобильной (в том числе и для использования на транспорте, например, для снабжения электроэнергией и водой океанских судов). Кроме того, она обеспечивает в любом месте получение чистой воды для питья и орошения, не нанося ущерб экологии из-за сравнительно небольших гидро потоков по сравнению с обычными ГЭС. Еще одним преимуществом является снижение капиталоемкости и материалоемкости ГЭС.

Известно (http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energy#Energy_from_the_Sun), что солнечная энергия, доходящая до нашей планеты, примерно в 10000 раз превосходит потребности человечества. Из нее примерно четверть уходит на испарение воды, которая более-менее равномерно аккумулируется в атмосфере. Стандартная гидроэнергетика принципиально способна использовать только малую часть этой энергии, так как все осадки теряют основную часть своей потенциальной энергии по пути к земле на преодоление сопротивления воздуха и удар об землю, а кроме того большинство осадков выпадает в океан или на равнину, что делает невозможным или невыгодным их использование. Для того чтобы использовать эту потенциальную энергию более рачительно, надо собирать воду на той высоте, где она конденсируется, и срабатывать в ГЭС весь перепад высот и в любом месте планеты. Именно это и составляет сущность данного изобретения.

Устройство такой ГЭС показано на Фиг.1 и содержит нижний бьеф 1, верхний бьеф 2, водовод 3, турбогенератор 4, сетчатые, тканные или пленочные поверхности 5, аэростат или дирижабль 6 и крепежные тросы 7. Аэростат или дирижабль 6 поднимает поверхности 5 на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий (также называемую в метеорологии линией конденсации или базой облаков). Там переохлажденная атмосферная влага из набегающего воздушного потока начинает конденсироваться (собираться) на сетчатых поверхностях 5 (например, из полипропиленовой сетки, используемой в системах сбора тумана). Дренажная система на поверхностях 5 отводит эту воду в резервуар (верхний бьеф 2), откуда вода под напором всего перепада высот (2-3 км) поступает по водоводу 3 в нижний бьеф 1 на земле, производя электроэнергию в турбогенераторе 4.

Механизм конденсации влаги на поверхностях 5 состоит как в создании центров конденсации или кристаллизации атмосферной влаги, что аналогично воздействию реагента в установке прототипа, так и в чисто механическом сборе капель влаги, уже сконденсированной в облаке, что аналогично работе систем сбора тумана (http://en.wikipedia.org/wiki/Fog_collection). При этом конденсация влаги происходит равномерно, а не спонтанно, как в установке прототипа. Оптимальная высота подъема поверхностей 5 зависит от типа облаков и соответствует максимальной водности в облаке (обычно это примерно на 1 км выше базы облаков).

Всю установку можно собрать на любой удобной промышленной площадке, а затем смонтировать окончательно в месте, необходимом для потребителя электроэнергии и воды, просто подняв и переместив ее целиком с помощью аэростата или дирижабля 6.

Если в данном месте дуют постоянные устойчивые ветры, или это портативная установка (например, для туристов, военных или спасателей МЧС), то можно выполнить поверхности 5 в виде воздушного змея или параплана для самостоятельного удержания всей установки в воздухе.

Устройство такой ГЭС показано на Фиг.2 и содержит нижний бьеф 1 (приемник питьевой воды), дренажную систему и водосборник 2 (верхний бьеф), безнапорный водовод 3 (он же полый канат или трос 7), турбогенератор 4 (который может отсутствовать у портативных или спасательных установок, предназначенных только для получения питьевой воды), тканные (например, из аэро или парашютной ткани) или пленочные (например, из полипропилена или высокопрочного полиэтилена) поверхности 5, являющиеся частью воздушного змея 6 (например, типа Flowform), удерживаемого тросом 7 (он же водовод 3). Такая установка может быть очень легкой и компактной в свернутом виде. Так она может, например, доставляться к месту проведения спасательных операций, и запускаться там для получения питьевой воды.

В общем случае водовод 3 может быть выполнен либо безнапорным (как и у прототипа), либо напорным (как у традиционных ГЭС), что может увеличить кпд такой установки. Современные конструкционные материалы позволяют использовать гибкий напорный водовод 3 с максимальным давлением воды до 200-300 атмосфер. Также конструкция может быть реализована путем расчленения водовода 3 на несколько секций с промежуточными турбогенераторами, срабатывающими напор своей секции и передающими электроэнергию вниз по проводам.

Также поверхности 5 могут быть выполнены с полной или частичной металлизацией (например, вплетением металлических проводников). Это позволит увеличить прочность конструкции, снизить солнечный нагрев, усилить конденсацию водяного пара за счет подачи электрического поля (например, имеются эксперименты по использованию для этого коронного разряда), а также при необходимости уменьшить обледенение за счет подачи тока.

Обледенение может использоваться как стандартный режим, так как система обладает автоматической устойчивостью - при накоплении льда вся конструкция самостоятельно снизится в область более высоких температур атмосферы, а после таяния льда сама поднимется на необходимую высоту.

Итак, такую ГЭС можно применять практически в любой точке мира, не нанося вреда окружающей среде. Расчеты показывают, что такая ГЭС может вполне обеспечить небольшие города, полагая, что ~100 м2 поверхностей 5 на каждого жителя обеспечивают его потребности в воде (~1000 л/сутки) и бытовой электроэнергии (~150-200 кВт-час/месяц).

1. ГЭС, содержащая верхний и нижний бьеф, водовод и турбогенератор, отличающаяся тем, что она снабжена поверхностями, выполненными с возможностью приема атмосферной влаги из воздушного потока и доставки ее к верхнему бьефу, причем эти поверхности подняты на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий.

2. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что для поддержания поверхностей используются аэростаты или дирижабли.

3. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что поверхности выполнены в виде воздушного змея или параплана.

4. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что поверхности снабжены дренажной системой сбора атмосферной влаги, выполненной в виде желобов и трубных каналов, передающих собранную воду в верхний бьеф.

5. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что водовод содержит несколько секций с промежуточными турбогенераторами.

6. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что поверхности имеют полную или частичную металлизацию.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бесплотинной гидроэнергетике и может быть использовано для получения от свободного течения рек и ручьев электрического тока без строительства плотин.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию включает водяную турбину и электрический генератор связанные между собой.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии отработанной воды, падающей с высоты многоэтажного здания.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к гидравлическим турбинам, преобразующим потенциальную энергию сточных вод в канализационной системе многоэтажных зданий в электрическую.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на любой равнинной местности, где имеется водоем или резервуар с водой. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии на горных реках или реках, имеющих большой перепад уровня по руслу и большую разницу в объеме русла в летнее время.

Изобретение относится к роторным энергоустановкам, использующим кинетическую энергию ветра или потока воды для преобразования ее в механическую энергию. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству. .

Изобретение относится к устройствам, преобразующим течение реки в электрическую энергию для конкретного потребителя. .

Изобретение относится к гидроэнергетике, служит, в частности, для преобразования энергии русловых потоков реки в электроэнергию и для подъема воды. .

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству речных низконапорных гидроэлектростанций. Сущность изобретения заключается в том, что фундамент под общее сооружение собирают из стальных или железобетонных блоков, обладающих достаточным запасом плавучести, буксируют к месту перекрытия русла реки, где предварительно установлены бетонные упоры, обеспечивающие остановку фундамента в заданной точке.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к приливным электростанциям, возводимым в эстуариях, где обычно располагаются порты. Эстуарий защищен от морских вод молом (дамбой) и воротами, открывающимися на опорожнение акватории эстуария при отливе.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства. Гидроаккумулирующая электростанция содержит бассейн, расположенный на поверхности земли, водозаборное сооружение, вертикальную шахту напорного водовода, коммуникационную шахту, аэрационные шахты, вертикальную шахту выдачи мощности, машинный зал с агрегатными блоками, нижний бассейн с основными камерами и наклонный транспортный туннель.

Изобретение относится к гидротехническому и гидроэнергетическому строительству и может быть использовано при строительстве водоподпорных сооружений, в том числе при чрезвычайных ситуациях, для создания небольших мобильных гидроэлектростанций.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно, к сооружениям для получения электроэнергии при ограниченном объеме энергоносителя. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть применено как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных ГЭС, деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения, и водотоках каналов.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии на горных реках или реках, имеющих большой перепад уровня по руслу и большую разницу в объеме русла в летнее время.

Изобретение относится к гидравлическим электростанциям. .

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено при строительстве малых ГЭС в любой местности. .

Изобретение может быть использовано в области управляемой связи электроэнергетических систем на основе преобразователей частоты, конкретно - при управлении гидроаккумулирующими станциями. Способ управления гидроаккумулирующей станцией (ГАЭС), содержащей, по крайней мере, две энергосистемы, одна из которых энергоизбыточна, другая - энергодефицитна, и, по крайней мере, два агрегата, на валу каждого из которых обратимая электрическая и обратимая гидравлическая машины, заключается в том, что статорные обмотки электрической машины первого агрегата подключают к первой энергосистеме в двигательном режиме с гидравлической машиной в насосном режиме. Статорные обмотки электрической машины первого агрегата подключают к энергоизбыточной системе. Одновременно статорные обмотки электрической машины второго агрегата подключают к энергодефицитной системе в генераторном режиме с гидравлической машиной в турбинном режиме. Изобретение направлено на повышение использования установленного оборудования ГАЭС и, как следствие - сокращение сроков окупаемости ГАЭС. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх