Способ строительства малых гидроэлектростанций


 


Владельцы патента RU 2548530:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный архитектурно-строительный университет" (ФГБОУ ВПО "ТюмГАСУ") (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛЕКТРОРАМ" (ООО "ЭЛЕКТРОРАМ") (RU)
Миронов Виктор Владимирович (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов малых рек и техногенных потоков для генерирования электрической энергии. Способ строительства малых гидроэлектростанций включает сооружение гидроагрегатов в виде преобразователей кинетической энергии потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара и привода электрогенераторов вращательного типа. На водоводах гидроагрегатов, имеющих подвижные в радиальном направлении стенки, устанавливают нагнетатели, рабочие органы которых приводят в возвратно-поступательное движение подвижными в радиальном направлении стенками водовода. Выполняют привод электрогенераторов в виде движителей, вращающихся за счет энергии, переносимой от нагнетателей к движителям промежуточным энергоносителем-рабочим телом, отличным от воды. Изобретение направлено на создание несложного способа строительства малых гидроэлектростанций на низконапорных водотоках. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов малых рек и техногенных потоков для генерирования электрической энергии.

Известен способ строительства малых гидроэлектростанций, включающий гидроагрегаты в виде водоводов, в которых создают колебания давления, вызванные гидравлическими ударами, и линейные электрогенераторы, подвижные рабочие органы которых соединяют с подвижными частями стенок водоводов гидроагрегатов [Способ строительства малых гидроэлектростанций. Патент РФ №2412302, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 20.02.2011 г.].

Недостатком этого способа строительства малых гидроэлектростанций является невозможность получения переменного тока стандартизованного напряжения и частоты без применения дополнительных, дорогостоящих устройств, включающих аккумулирование выработанной электрической энергии. Аккумуляторы большой электрической мощности - достаточно дорогостоящие устройства, что негативно влияет на себестоимость конечного продукта - получаемой электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ, предусматривающий преобразование кинетической энергии потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара, аккумулирование потенциальной энергии воды в специальном гидравлическом аккумуляторе и подачу ее на гидротурбину, вращающую электрогенератор [WATER CIRCULATING POWER GENERATION SYSTEM. Патент Японии JP 2003148319 (А), дата публикации 21.05.2003 г., F03B 17/00].

Недостатком прототипа является то, что для непрерывной и устойчивой работы гидротурбины, генерирующей значительную мощность, требуется большой запас потенциальной энергии энергоносителя в гидравлическом аккумуляторе, так как рабочей жидкостью и энергоносителем, вращающим гидротурбину, в прототипе является вода. Это приводит к увеличению размеров специальных гидравлических аккумуляторов и, соответственно, их стоимости.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа строительства малых гидроэлектростанций на низконапорных водотоках, способного генерировать значительную мощность с меньшими размерами специального аккумулятора потенциальной энергии.

Согласно изобретению техническая задача достигается тем, что в способе строительства малых гидроэлектростанций, включающем сооружение гидроагрегатов в виде преобразователей кинетической энергии потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара и привода электрогенераторов вращательного типа, особенностью является то, что на водоводах гидроагрегатов, имеющих подвижные в радиальном направлении стенки, устанавливают нагнетатели, рабочие органы которых приводят в возвратно-поступательное движение подвижными в радиальном направлении стенками водовода, выполняют привод электрогенераторов в виде движителей, вращающихся за счет энергии, переносимой от нагнетателей к движителям промежуточным энергоносителем-рабочим телом, отличным от воды.

В качестве рабочего тела используют воздух, нагнетатели выполняют в виде воздушных компрессоров, а движители в виде пневмомоторов.

В качестве рабочего тела используют жидкость для систем гидроприводов, нагнетатели выполняют в виде насосов объемного действия, а движители в виде гидромоторов.

Гидроагрегаты устанавливают в растворе водотока параллельно друг другу в количестве, равном времени накопления кинетической энергии воды

в гидроагрегатах и преобразования ее в механическую мощность, инициируют гидравлический удар в водоводах гидроагрегатов со сдвигом во времени, обеспечивая непрерывность процесса накопления энергии и отбора полезной мощности.

Способ строительства малых гидроэлектростанций (см. чертеж), включает сооружение гидроагрегатов в виде преобразователей кинетической энергии потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара (1), аккумуляторов энергии (4) и привода электрогенераторов вращательного типа (7). Преобразователи энергии выполняют в виде водоводов (1) с подвижными в радиальном направлении стенками (мембранами), приводящими в возвратно-поступательное движение рабочие органы нагнетателей (2), которые могут быть насосами объемного действия или воздушными компрессорами в зависимости от вида промежуточного энергоносителя. Накопители энергии выполняют в виде воздушных ресиверов или пневмогидравлических аккумуляторов в зависимости от вида промежуточного энергоносителя (4), снабженных устройствами для слива (3), предохранительными клапанами давления (5), манометрами (6). Привод электрогенераторов (9) выполняют в виде пневмомоторов или гидромоторов (7) в зависимости от вида используемого промежуточного энергоносителя.

В предложенном способе кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе с первоначальной скоростью (до инициирования гидравлического удара в водоводе), сначала преобразуется при перекрытии сечения водовода автоматически работающими от энергии потока воды ударными клапанами (8) в потенциальную энергию упругой деформации воды и стенок водовода, под действием потенциальной энергии совершается механическая работа по радиальному перемещению подвижных частей стенок водовода (мембран), приводящих в возвратно-поступательное движение рабочие органы нагнетателей, воздушных компрессоров или насосов объемного действия (2). Промежуточный энергоноситель, жидкость для систем гидропривода или воздух из нагнетателей (2) под давлением поступает в накопитель энергии (4), далее по трубопроводу в пневмодвигатель или гидродвигатель (7), в зависимости от вида используемого промежуточного энергоносителя, который приводит в действие электрогенератор вращательного типа (9), вырабатывающий переменный электрический ток со стандартизованными параметрами напряжения и частоты.

В предложенном способе кинетическая энергия начинает накапливаться в водоводах гидроагрегатов при открытии ударных клапанов, работающих автоматически за счет энергии потока воды. Количество и время накопления кинетической энергии воды в водоводах гидроагрегатов зависит от массы воды в них, т.е. от длины и поперечных размеров водоводов. Масса является мерой инерции, чем больше длина водовода при фиксированных размерах его поперечного сечения, тем больше требуется времени для накопления энергии. Накопление кинетической энергии происходит при возрастании скорости движения воды от нуля до значения, соответствующего установившемуся движению жидкости в водоводах при известных значениях гидравлических сопротивлений и напора на входе в водоводы. Далее, кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе со скоростью, соответствующей установившемуся движению, быстро преобразуется в потенциальную энергию гидравлического удара при перекрытии сечения водовода автоматически срабатывающими от энергии потока воды ударными клапанами. Под действием потенциальной энергии совершается механическая работа по радиальному перемещению подвижных частей стенок водовода (мембран), приводящих в возвратно-поступательное движение рабочие органы нагнетателей (воздушных компрессоров или насосов, в зависимости от рода используемой рабочей жидкости в качестве энергоносителя). Площадь и радиальный ход подвижных стенок водовода (мембран), а также их количество выбирают таким образом, чтобы отбор механической энергии (отбор мощности) с водовода гидроагрегата происходил за одну секунду, т.е., чтобы волна ударного давления проходила всю длину водовода за одну секунду. Для водоводов больших размеров время накопления кинетической энергии может во много раз превышать время ее преобразования в потенциальную энергию и, соответственно, превышать время отбора мощности. Размеры водоводов выбирают согласно гидрологическим параметрам природного или техногенного водотока. Водоводы устанавливают в створе водотока параллельно друг другу. Количество параллельно установленных водоводов гидроагрегатов выбирают равным времени накопления кинетической энергии и времени ее отбора в секундах и округляют до целого числа. Срабатывание автоматических ударных клапанов всех параллельно установленных водоводов происходит не одновременно, а со сдвигом во времени, обеспечивая непрерывность накопления и отбора энергии во времени. Таким образом отпадает необходимость в специальных аккумуляторах потенциальной энергии большой емкости, роль аккумуляторов и преобразователей энергии выполняют сами водоводы, что существенно снижает затраты на сооружение гидроэлектростанций. Кроме того, установленные параллельно друг другу водоводы в створе водотока являются для последнего гидравлическими сопротивлениями, поэтому создают перед собой подпор, необходимый для накопления энергии и срабатывания автоматических ударных клапанов. Для сглаживания незначительных пульсаций потребления энергии возможна дополнительная установка недорогих стандартных гидро- или пневмоаккумуляторов малой емкости в зависимости от выбора рабочей жидкости-энергоносителя.

В случае использования пневмопривода электрогенераторов вращательного типа сжатый атмосферный воздух из компрессоров под давлением поступает в небольшой стандартный пневматический аккумулятор (ресивер) для сглаживания пульсаций давления, далее по пневмопроводу в пневмодвигатель (пневмомотор), который приводит в действие электрогенератор вращательного типа, вырабатывающий переменный электрический ток со стандартизованными параметрами напряжения и частоты. Отработанный воздух из пневмомотора выбрасывается в атмосферу через специальный глушитель звука.

В случае использования в качестве рабочего тела-энергоносителя жидкости для систем гидроприводов, капельная жидкость поступает под давлением из насосов в небольшие стандартные пневмогидравлические аккумуляторы для сглаживания пульсаций. Далее жидкость поступает в гидродвигатели (гидромоторы), вращающие электрогенераторы, и возвращается назад во всасывающие линии насосов, приводимых в действие подвижными мембранами водоводов гидроагрегатов при замкнутой системе гидропривода, или в специальную емкость для сбора и охлаждения рабочей жидкости при открытой системе гидропривода.

Использование заявленного технического решения обеспечивает выработку электроэнергии с низконапорных природных и техногенных водотоков без применения специальных, массивных аккумуляторов большой емкости. Функцию аккумуляторов и преобразователей энергии выполняют водоводы гидроагрегатов, сначала аккумулируют кинетическую энергию водного потока, затем преобразовывают ее в полезную мощность. Специальные стандартные аккумуляторы небольшой емкости могут применяться только для сглаживания незначительных пульсаций давления.

1. Способ строительства малых гидроэлектростанций, включающий сооружение гидроагрегатов в виде преобразователей кинетической энергии потока воды в потенциальную энергию гидравлического удара и привода электрогенераторов вращательного типа, отличающийся тем, что на водоводах гидроагрегатов, имеющих подвижные в радиальном направлении стенки, устанавливают нагнетатели, рабочие органы которых приводят в возвратно-поступательное движение подвижными в радиальном направлении стенками водовода, выполняют привод электрогенераторов в виде движителей, вращающихся за счет энергии, переносимой от нагнетателей к движителям промежуточным энергоносителем-рабочим телом, отличным от воды.

2. Способ строительства малых гидроэлектростанций по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют воздух, нагнетатели выполняют в виде воздушных компрессоров, а движители в виде пневмомоторов.

3. Способ строительства малых гидроэлектростанций по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют жидкость для систем гидроприводов, нагнетатели выполняют в виде насосов объемного действия, а движители в виде гидромоторов.

4. Способ строительства малых гидроэлектростанций по п. 1, отличающийся тем, что гидроагрегаты устанавливают в створе водотока параллельно друг другу в количестве, равном времени накопления кинетической энергии воды в гидроагрегатах и преобразования ее в механическую мощность, инициируют гидравлический удар в водоводах гидроагрегатов со сдвигом во времени, обеспечивая непрерывность процесса накопления энергии и отбора полезной мощности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над этими каналами 4 лопатками 5, образующими центростремительные напорные каналы, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с основными 10 и дополнительными лопастями, образующими сливные 11 и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26, с размещенными над напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к области гидравлики и может быть использовано для подъема воды в прибрежных зонах океанов, морей, крупных озер и водоемов. Прибойный гидравлический таран содержит питательную трубу 1, один конец которой размещен у водоема с возможностью ее периодического заполнения набегающей волной, а на другом конце установлены ударный клапан 2, воздушный колпак 3 с нагнетательными трубопроводом 4 и нагнетательным клапаном 5, сообщающим колпак 3 с трубой 1.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы, размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, и рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные и напорные центростремительные каналы 11 и 14 гидротурбинной ступени колеса, причем выход сливных каналов 11 выполнен в отсасывающую трубу 26, с размещенными над напорными каналами 14 радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы, размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные и напорные центростремительные каналы 11 и 14 гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26 с размещенными над каналами 14 радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции гидравлических таранов. Гидравлический таран включает водоисточник 1, перегороженный перемычкой с трубчатым патрубком 3.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции гидравлических таранов, и может быть использовано при проектировании и производстве водоподъемных устройств в системе мелиорации и водного хозяйства без дополнительных источников энергии для подачи воздуха в воздушный колпак гидротарана.

Изобретение относится к водоподъемным устройствам, использующим потенциальную энергию воды, и может быть использовано в местах перепада уровней воды, например на плотинах прудов.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям гидравлических таранов, и может быть использовано в качестве водоподъемного устройства. Гидравлический таран содержит подающий трубопровод 1 с ударным клапаном 39 и напорный патрубок 29, 30, колпак 25, 26, разделенный перегородкой 45 в виде сетки на две камеры, пружины 42.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям гидравлических таранов, и может быть использовано в качестве водоподъемного устройства. Гидравлический таран содержит подающий трубопровод 1, ударные клапаны 10, 11, два гидроцилиндра 8, 9, переливной трубопровод 32.

Изобретение относится к насосостроению. Гидравлический таран содержит питающий трубопровод, корпус в виде воздушного колпака с впускным клапаном и ударный клапан.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству низконапорных гидроэлектростанций. При осуществлении способа строительства ОПЭС, совмещенной с СПК 1, все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над этими каналами 4 лопатками 5, образующими центростремительные напорные каналы, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с основными 10 и дополнительными лопастями, образующими сливные 11 и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26, с размещенными над напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы, размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, и рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные и напорные центростремительные каналы 11 и 14 гидротурбинной ступени колеса, причем выход сливных каналов 11 выполнен в отсасывающую трубу 26, с размещенными над напорными каналами 14 радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы, размещенными над этими каналами лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные и напорные центростремительные каналы 11 и 14 гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26 с размещенными над каналами 14 радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии и пресной воды и сборников атмосферной влаги. Летный сборник атмосферной воды содержит основное матерчатое полотно, прикрепленный к нему граничный торовый баллон, тросовую обвязку крепления к подъемному аэростату и привязному тросу.

Изобретение относится к гидроэнергетике, конкретно к способам использования водных ресурсов для генерирования электрической энергии, и может быть использовано для получения электрической энергии, пригодной для снабжения небольших поселков, метеостанций, обсерваторий и других удаленных объектов.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при строительстве ГЭС в любой местности. Способ включает строительство каскада небольшой емкости водохранилищ, которые строятся на боковых притоках реки, складках местности или логах, в стороне от основного русла рек.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к конструкциям устройств для выработки электроэнергии. Понтонная гидроэнергетическая установка содержит заякоренный плавучий корпус и лопастные колеса 6, связанные с электрогенераторами.

Аэро гэс // 2500854
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.

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 гидроэнергетики, в частности к строительству низконапорных гидроэлектростанций. При осуществлении способа строительства ОПЭС, совмещенной с СПК 1, все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом.
Наверх