Комбинированный преобразователь энергии волн


 


Владельцы патента RU 2536754:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии морских волн в прибрежной зоне. Комбинированный преобразователь энергии волн в виде полого железобетонного массива 1, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку 4 с входными пластинчатыми клапанами 8 в подводной части и входным клапаном в верхней части и заднюю стенку 6 с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной 11 в подводной части. Верхний клапан передней стенки 4 выполнен в виде наклоненного внутрь бассейна плавучего понтона 9 на шарнирном соединении. На верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка 12, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями 13, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности 14. Изобретение направлено на повышение эффективности отбора энергии волн, обеспечение автоматического регулирования и согласования работы комбинации различных рабочих элементов устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам для извлечения энергии морских волн в прибрежной зоне.

Из уровня развития техники известна волновая энергетическая установка на основе резервуара или бассейна, заполняемого водой путем перелива гребней волн через фронтальную стенку или концентратор энергии волн (тип OWEC - Overtopping Wave Energy Converter), в частности система TAPCHAN. При повышении уровня воды в резервуаре образуется напор, в результате которого в выходном канале образуется течение, приводящее в действие расположенную в нем низконапорную гидротурбину.

Из уровня техники известно устройство с раскачиваемой волнами створкой, имеющей положительную плавучесть, шарнирно связанной с фундаментом на дне, приводящей в действие устройство отбора мощности (тип OWSC - Oscillating wave surge converter), в частности система ″Oyster″ (см. US 8004105 B2, 07.02.1981, F03B13/12).

Недостатком OWEC является низкая эффективность, обусловленная высокими потерями энергии волн при их отражении от фронтальной стенки или движении по сужающемуся каналу, а также при плескании в бассейне. Кроме того, эффективная работа устройства OWEC возможна только в узком диапазоне волн. Эффективное использование OWSC возможно только на крупных волнах, когда происходит интенсивное раскачивание створок. Кроме того, для этой конструкции сложно обеспечить безопасность от разрушения штормовыми волнами. Также устройства обоих типов неэффективны в районах с существенными приливно-отливными колебаниями уровня моря.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство типа OWEC с впускным пластинчатым клапаном над фронтальной стенкой в виде шарнирных пластин с положительной плавучестью и выпускным проточным каналом с турбогенератором (см. RU 2046207 C1, 20.10.1995, F03B 13/26).

Недостатками этого технического решения являются: повышенные потери энергии на отражение волн от фронтальной стенки в море; отсутствие задней стенки бассейна, роль которых играет берег, что в большинстве случаев приведет к большой ширине бассейна и невозможности существенного повышения уровня в нем, следовательно, к малому напору в выпускном отверстии.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение наиболее полного отбора потенциальной и кинетической энергии волн в широком диапазоне их высот и частот, включая приливно-отливные и штормовые волны, при одновременной защите берега от штормовых волн.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности отбора энергии волн, в обеспечении автоматического регулирования и согласования работы комбинации различных рабочих элементов устройства.

Указанный технический результат достигается трехуровневой системой отбора энергии волн (в подводной части, вблизи уровня тихой воды и над поверхностью воды). Сущность изобретения заключается в следующем. Полый железобетонный массив в виде бассейна, закрепленного на дне, имеет стенки, возвышающиеся над водой. В подводной части передней (обращенной к морю) стенки расположены входные клапаны, обеспечивающие заполнение бассейна и уменьшающие отражение волн от стенки в море. Заполнение бассейна водой также происходит путем перелива гребней волн через переднюю стенку, имеющую в верхней части плавучий понтон на шарнирах, играющий роль верхнего клапана, пропускающего внутрь бассейна гребни волн и запирающего обратный перелив воды. Задняя стенка бассейна в подводной части имеет выпускной водовод с низконапорной гидротурбиной, работающей на электрогенератор. На верхней кромке задней стенки на шарнирном соединении установлена створка, вертикально удерживаемая упругими связями, которая раскачивается гребнями крупных штормовых волн, передавая энергию на дополнительное линейное устройство отбора мощности, одновременно уменьшая волны в бассейне, предотвращая обратный перелив, а также преграждая путь штормовым волнам на внутреннюю акваторию.

Согласование работы нижних клапанов и верхнего понтона передней стенки состоит в следующем. Нижние клапаны, уменьшая отражение волн и предотвращая образование стоячих волн, обеспечивают накат гребней волн на верхний понтон. Одновременное поступление воды в бассейн через нижние клапаны и верхний понтон автоматически обеспечивает эффективный наклон понтона в момент наката гребня волны, что приводит к увеличению высоты гребня.

Автоматическое согласование работы верхнего понтона передней стенки и створки на задней стенке состоит в следующем. Створка с дополнительным устройством отбора мощности поглощает энергию попавших в бассейн волн, одновременно уменьшая отраженные волны в бассейне и предотвращая их негативное влияние на наклон понтона, при котором обеспечивается эффективный накат внешних волн в бассейн и их поглощение створкой.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: преобразователь энергии морских волн в прибрежной зоне в виде полого железобетонного массива, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку с входными пластинчатыми клапанами в подводной части и входным клапаном в верхней части, и заднюю стенку с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной в подводной части.

Отличительные: верхний клапан передней стенки выполнен в виде наклонного внутрь бассейна плавучего понтона на шарнирном соединении, а на верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности.

Новые существенные признаки позволяют повысить эффективность работы установки в условиях широкого спектра высоты волн и переменного уровня за счет комбинирования нескольких средств захвата и преобразования волновой энергии и их расположения относительно друг друга, что обеспечивает их согласованную работу и автоматическое регулирование потоков, уменьшая потери вследствие отражения волн и защищая побережье от штормовых волн.

На чертеже изображен боковой вид преобразователя энергии волн.

Комбинированный преобразователь энергии волн содержит массив-гигант 1 гравитационного типа, который может быть выполнен из железобетона и дополнительно зафиксирован от смещения сваями 2 и/или балластом 3. Стенки массива (передняя 4, боковые 5 и задняя 6) и днище 7 образуют бассейн. Передняя стенка имеет подводные отверстия с входными пластинчатыми клапанами 8, шарнирно закрепленный понтон 9 с упорами 10. В задней стенке расположено выходное отверстие с низконапорной гидротурбиной 11, шарнирно закрепленная створка 12, удерживаемая в вертикальном положении упругими связями 13, устройство отбора мощности (линейный генератор) 14.

Установка для преобразования энергии волн работает следующим образом. Набегающая волна открывает клапаны 8 в подводной части передней стенки 4, образуя входной поток воды в бассейн. Уровень воды в бассейне повышается, приподнимая понтон 9. Одновременно гребень волны накатывается на понтон 9 и затем переливается в бассейн. При этом понтон имеет наклон, обеспечивающий увеличение высоты накатывающегося гребня волны. При большом повышении уровня в бассейне, например при значительных приливных или штормовых волнах, понтон 9 может принять вертикальное положение. Для предотвращения его поворота в сторону моря предусмотрены упоры 10. После прохождения вершины волны клапаны 8 в передней стенке закрываются вследствие того, что давление в бассейне в этот момент превышает давление под подошвой волны перед стенкой. Образующийся в бассейне напор воды приводит в движение гидротурбину 11 в задней стенке 6, связанную с электрогенератором. Гребни крупных волн, попавшие в бассейн, отклоняют створку 12, возврат которой в вертикальное положение осуществляется упругими связями 13. Энергия движения створки преобразуется в электрическую линейным генератором 14. Для предотвращения смещения установки экстремальными волнами предусмотрены сваи 2 и/или балласт 3.

Ширина и угол наклона понтона при среднем уровне воды в бассейне подбираются из условия достижения наибольшей концентрации энергии на гребнях волн. Впускные клапаны в подводной части передней стенки уменьшают отражение волн, исключают образование стоячих волн перед стенкой, чем способствуют лучшему накату гребней волн и переливу их через плавучий понтон. Створка на задней стенке дополнительно уменьшает отражение волн в бассейне и предотвращает их выплескивание обратно в море, а также защищает побережье от штормовых волн.

Для увеличения мощности электростанции и образования защищенной от волн акватории может быть установлено несколько преобразователей в виде волнолома, вытянутого вдоль берега моря.

Комбинированный преобразователь энергии волн в виде полого железобетонного массива, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку с входными пластинчатыми клапанами в подводной части и входным клапаном в верхней части и заднюю стенку с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной в подводной части, отличающийся тем, что верхний клапан передней стенки выполнен в виде наклоненного внутрь бассейна плавучего понтона на шарнирном соединении, а на верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых и приливных энергетических установках, а также в качестве берегозащитного сооружения.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией лагерей геологов, охотников, рыбаков, автономных туристов за счет преобразования энергии русловых потоков речек.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии на различных водных акваториях. Электрогидросистема содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов, где тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии на различных водных акваториях. Гидроэнергетическая система содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов таким образом, что тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии в водной акватории. Генератор содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов таким образом, что тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов.

Изобретение относится к области электротехники, разрабатывающей устройства генерирования электроэнергии от возобновляемых источников. Приливно-волновая электростанция выполнена на базе двух турбин 1 и 2.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к устройствам, использующим энергию текущей воды и преобразующим ее в электрическую или механическую энергию.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых энергетических установках. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к прибойным гидроветроэлектростанциям, и предназначено для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии прибойного потока и энергии отливов у берегов морей, океанов и крупных водоемов, а также энергии воздушного потока.

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики, а конкретнее к проточным бесплотинным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования речного потока в электроэнергию при использовании гидротурбин, погруженных в воду мелких рек и ручьев.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к волновым и приливным энергетическим установкам. Волновая и приливная энергетическая установка содержит плавучий понтон 1 с закрепленным на нем хотя бы одним шкивом 2, хотя бы один вертикальный цилиндр 3, расположенный под водой и соединенный гибкой связью 4 с якорем 5, установленным на дно, поршень 6, оснащенный хотя бы одним штоком 8, размещенный внутри цилиндра 3 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вниз под действием собственного веса или пружины и вверх под воздействием перемещения понтона 1, поднимаемого волной или приливом, что обеспечивает всасывание и удаление рабочей текучей среды из цилиндра 3 и подачу ее на электрогенератор или на берег. Цилиндр 3 выполнен с положительной плавучестью и расположен под водой полностью или частично либо выполнен с отрицательной плавучестью и установлен с закреплением на выровненное дно. Цилиндр 3 соединен со штоком поршня гибкой связью 7, перекинутой через шкив 2 понтона 1, в результате чего расстояние восходящего движения поршня 6 составляет ориентировочно два расстояния восходящего движения понтона 1. Изобретение направлено на обеспечение повышения КПД установки за счет увеличения амплитуды колебаний поршня. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Установка для использования энергии приливных течений включает ротор 1, состоящий из спиралевидных лопастей сегментного профиля, скрепленных траверсами с валом, и соединенный с ним генератор, установленный на платформе. Нижний конец вала ротора 1 и соединенный с ним генератор помещены в герметичную капсулу 2. Герметичная капсула 2 посредством двух цапф 3, выступающих с противоположных сторон ее внешней поверхности, оперта с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной направлению течения, на две опорные балки 4. Опорные балки 4 скреплены с цилиндрическими корпусами 5, оконечности которых связаны между собой соединительными балками 7 с поперечным сечением в виде сегмента, обращенного выпуклостью вниз и образующего с горизонтом угол α, обеспечивающий возникновение подъемной силы, направленной в сторону дна. Изобретение направлено на упрощение конструкции и позволяет расширить область применения предлагаемой установки, в которую включаются акватории с крупнотоннажным судоходством и покрытые льдом. 4 ил.

Изобретение относится преимущественно к области океанологии и предназначено для забора глубинной воды морей и океанов с заданных горизонтов для последующих физических, химических, биологических исследований или для извлечения из нее отдельных минеральных или газовых компонентов в промышленных целях. Оно может быть использовано при решении любых иных задач, технологическим этапом которых является подъем воды с заданной глубины открытого водоема. Технический результат изобретения: - упрощение конструкции, другой технический результат - расширение области применения устройства для подъема воды. Сущность: устройство содержит поплавковый элемент 10, который помещен на поверхность моря и связан с насосом, жестко прикрепленным к морскому дну или к массивной плавучести 8. Насос выполнен в виде цилиндрической трубообразной вертикально расположенной полупогруженной в море камеры 1, которая снабжена в своих нижней и верхней частях соответственно нижним 3 и верхним 6 штуцерами. На нижнем штуцере 3 закреплен расположенный в толще воды шланг 4 определенной длины. В камере размещен закрепленный на штоке 9 поршень в виде впускного обратного клапана, который выполнен с возможностью.пропускания воды в камере только в направлении от нижнего штуцера к верхнему и соединен посредством штока 9 с поплавковым элементом 10. Поршень может быть выполнен в составе мембраны 12, прилегающей к плоскости диска 11, выполненного со сквозными отверстиями, оси которых параллельны оси диска. 1 н.п. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к береговым сооружениям, обеспечивающим использование энергии волн с последующим ее преобразованием, например, в электроэнергию. Пандусный накопитель энергии волн содержит накопительный бассейн, имеющий ограждения от волнообразующей акватории. Часть ограждения от волнообразующей акватории выполнена в виде оптимальной высоты водосборного барьера, который имеет скошенную к бассейну верхнюю грань, скрепленную с пандусом. Пандус нижней частью погружен в волнообразующую акваторию и имеет с фронтальной по отношению к акватории стороны горизонтально расположенные каналы, обеспечивающие возможность при накате на пандус волн отбирать от них воду. Горизонтально расположенные каналы имеют трубчатые сливы, через которые вода поступает в накопительный бассейн. Пандусный накопитель энергии волн обеспечивает поступление воды в накопительный бассейн не только в штормовую погоду, но и при умеренных накатах и откатывании волн у берегов морей, озер и иных волнообразующих акваторий. Изобретение позволяет обеспечить защиту береговых сооружений и при этом аккумулировать энергию волн. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр. Устройство состоит из сообщающихся сосудов с жидкостью 1, поплавков 2i, i=1, …, 2, соединителей 3i, i=1, …, 2, преобразователей механической энергии в электрическую 4i, i=1, …, 2. 1 ил.

Группа изобретений относится к рабочему колесу типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины, через которое должен проходить принудительный поток воды. Рабочее колесо типа колеса Фрэнсиса для гидравлической машины содержит венец (1) с симметрией вращения вокруг оси вращения (Z) колеса, потолок (12) и множество изогнутых лопаток (21), неподвижно соединенных с венцом (1) и с потолком (12), каждая из которых имеет периферическую кромку (212). Кромка (212) по меньшей мере одной из лопаток (21) является изогнутой и ее вогнутость обращена наружу колеса. Расстояние, измеренное между любой точкой кромки (212) и прямой, проходящей, с одной стороны, через первую точку сопряжения между кромкой (212) и венцом (1) и, с другой стороны, через вторую точку сопряжения между кромкой (212) и потолком (12), является максимальным на уровне промежуточной точки кромки (212). Радиус промежуточной точки является строго меньшим радиуса первой точки сопряжения и радиуса второй точки сопряжения. Изобретение направлено на разработку рабочего колеса, геометрия которого позволяет стабилизировать скорость вращения колеса во время переходных фаз запуска при относительно малых высотах падения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн содержит преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные запорные клапаны емкостей и приводящий к накоплению жидкости в аккумуляторе гидропотенциальной энергии. Емкости расположены по ходу движения волн. Аккумулятор выполнен в виде водонапорной башни, создающей необходимый напор воды для турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Емкости в верхней части снабжены дополнительными обратными запорными клапанами, пропускающими воду внутрь емкостей при прохождении над ними волн. Изобретение направлено на повышение КПД устройства, повышение его универсальности и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Способ использования морских волн для получения электроэнергии заключается в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор последовательно соединенных и сообщающихся между собой через обратные клапаны емкостей. Емкости расположены по ходу движения волн. Накопление жидкости производят в водонапорной емкости в виде водяного столба. В последующем водяной столб используют для приведения в движение ротора электрогенератора, вырабатывающего электрический ток. Воду дополнительно пропускают внутрь емкостей при прохождении над ними гребней волн через обратные клапаны, размещенные в верхней части емкости, повышая давление внутри очередной емкости и стимулируя этим передвижение напора воды в сторону водонапорной емкости. Изобретение направлено на повышение КПД, универсальности и упрощение конструкции. 4 ил.

Изобретение относится к системам для выработки электроэнергии гидродинамическим способом. Система содержит путепровод 100, через который следуют транспортные средства, и гидродинамическую систему 200. Путепровод 100 образован из множества пар дорожных пролетов 101A, 101B. Каждый из пролетов содержит концевые замки 128A, 128B. Гидродинамическая система 200 выполнена для поддержки путепровода 100 и для выработки электроэнергии посредством преобразования энергии морских приливов и отливов или течения реки и сил, действующих на гидродинамическую систему, погруженную в океанский прилив и отлив или в течение реки и перемещающуюся относительно них. Гидродинамическая система 200 выполнена из множества гидродинамических элементов, соединенных посредством замка. Изобретение направлено на обеспечение возможности эффективно и надежно осуществлять возведение, сборку, разборку, установку, удаление и обслуживание деталей гидродинамической системы. 19 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при выработке электроэнергии, а также для обеспечения защиты береговой линии от волнового разрушения. Самонапорная ветроволновая гидроэлектростанция включает погружные платформы 1 в виде резервуаров. На одной из платформ 1 установлены гидротурбина 2, генератор 3. На платформах 1, имеющих водооткачивающие устройства, размещена заполненная сжатым воздухом герметичная камера с напорной колонной, во внутреннюю полость которой насосами с приводами от ветровых и волновых энергоустановок закачивается и откачивается вода. При этом открытая верхняя часть колонны соединена с внутренним объемом герметичной камеры, а нижняя соединена напорным трубопроводом 5 с расходным резервуаром 4 гидротурбины 2. Герметичная камера через регулятор давления и пневмопроводы 11 соединена с ресивером 6 для сжатого воздуха, используемым для создания давления на воду, поступающую в колонну. Над поверхностью воды в колонне и резервуаре 4 размещен сжатый воздух с регулируемым давлением, обеспечивающий заданный напор при работе гидротурбины 1. Изобретение направлено на усовершенствование погружной гидроэлектростанции с использованием возобновляемых источников энергии, в которой напор на гидротурбину регулируется и не зависит от глубины ее погружения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх