Энергия морских течений

ские турбины в этом плане имеют преимущество: критический размер крыла,

при котором в нем достигается предел прочности материалов для такой тур-

бины выше. Но есть ограничения и в воде: при слишком большой длине кры-

ла на смену изгибающим моментам, создаваемым под воздействием силы

тяжести, приходят моменты, создаваемые силой давления потока.

Другое ограничение диаметра рабочего колеса связано с технологиче-

скими трудностями при постройке и установке столь громоздких сооружений в океане. Специалисты сходятся во мнении, что диаметр турбин в насадках вряд ли превысит 200 м (по габаритам подобное сооружение напоминает крытый стадион на 20 тысяч зрителей). Накопленный к настоящему времени опыт строительства эксплуатационных платформ для добычи нефти и таза водоизмещением в сотни тысяч тонн показывает, что такие объекты могут быть созданы.

Рассмотрим преобразователи энергии потоков, относящиеся по нашей классификации ко второй группе, и, прежде всего, устройства типа объемно-

го насоса. На рис. 13.4.3 изображена одна из схем такого устройства, в осно-

ве которого –  неподвижно закрепленное в потоке сопло Вентури. В пережа-

том сечении сопла из-за увеличения скорости жидкости происходит падение статического давления, которое может быть использовано, например, для за-

сасывания воздуха с поверхности. В выходном сечении уже сжатый воздух вытесняется из потока в напорную камеру, откуда по ступает в воздуховод турбины, соединенной с электрогенератором. При умеренных степенях пе-

режатия потока работа такого устройства может быть описана с помощью уравнения Бернулли. В этом случае перепад давлений, который создается на-

сосом,

где A1  – отношение площадей входного и минимального сечений конфузора.

A2

Производительность такого насоса зависит от расхода жидкости через сечение насоса и может быть доведена примерно до 20 % объемного расхода.

Перечень различных вариантов преобразователей можно продолжить,

но важно отметить, что со временем могут быть открыты как более эффек-

тивные способы преобразования энергии потоков в океане, так и новые гид-

родинамические явления, которые потребуют принципиально новых разра-

боток. Уже сейчас можно обратить внимание на энергию океанских проти-

вотечений, скрытых толщей поверхностных вод и часто лишь достаточно тонкими пограничными слоями отделенных от поверхностных; энергию раз-

личных вихрей, возникающих в открытом океане под воздействием метеоро-

логических возмущений и крупномасштабной гидродинамической неустой-

чивости в океанах. Известны даже постоянно действующие вихри. Один из них находится в 400 км от Огасавары (Япония) в Тихом океане. Он представ-

ляет собой водоворот диаметром около 200 км, поднимающийся с глубины 3

км почти до самой поверхности. Примечательна одна из особенностей водо-

ворота –  примерно через каждые 100 дней он изменяет направление враще-

ния на обратное. По оценкам японских ученых удельные энергетические ха-

рактеристики этого водоворота значительно выше, чем у ряда океанских те-

чений.

 

Использование: изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам вырабатывающим электроэнергию. Сущность изобретения: электростанция имеет механизм преобразования давления воды морского течения во вращательное движение гидропривода с лопастями, ступицей, механизм разворота лопастей, корпусных отсеков, ротора генератора имеющего диаметр более 50-ти метров, что позволяет достичь нужной скорости прохождения полюсов перед обмотками статора, а статор установлен по всей окружности своего отсека. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электростанциям вырабатывающим электрическую энергию.

Известна электростанция принятая в качестве прототипа, использующая энергию морского течения (см. журнал Энергия N 4-1992 г. стр. 31-41 Копылов И. П Низкопотенциальные источники энергии: из прошлого в будущее), состоящая из гидроколеса, жестко соединенного с валом генератора, который помещен в камеру, изолированную от воды бетонной капсулой и уплотнениями. Гидроколесо вантовой конструкции находится над генератором.

Недостатком данной электростанции является следующее: гидроколесо вантовой конструкции имеет большое сопротивление потоку воды и в следствии этого не обладает достаточной мощностью, чтобы раскрутить генератор большого диаметра, с целью достижения нужной скорости прохождения полюсов ротора перед обмотками статора. Кроме этого, при установке устройства на дне моря на глубине потребуется достаточно усиленное уплотнение вала от пропуска морской воды, что снизит мощность гидроколеса, к тому же валу в месте уплотнения будет необходима смазка, иначе от трения вал деформирует уплотнение, а это приведет к пропуску воды в камеру генератора. Затруднен доступ к устройству для профилактики и ремонта, а в случае аварии электростанция будет просто брошена на дне моря, так как электростанция имеет стационарную форму работы. Как известно, морское течение проходит на некотором удалении от берега, имеет различную скорость течения по глубине, что в совокупности все эти факторы потребуют больших трудовых затрат при установке данной электростанции на дне моря, а в некоторых случаях установить такую электростанцию будет просто невозможно, в целом эта электростанция обладает низким коэффициентом полезного действия.

Техническим результатом данного изобретения является, создание простой по обслуживанию, маневренной, в зависимости от скорости течения по глубине, с высоким коэффициентом полезного действия электростанции по выработке электрической энергии из морского течения.

Указанный технический результат достигается тем, что электростанция содержит связанный с дном герметичный корпус, в цилиндрическом отсеке которого установлен электрогенератор, а его ротор соединен с гидроприводом, выполненный в виде турбины с лопастями, закрепленными на ступице. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что новым техническим решением соответствующим критерию изобретения "Новизна" и отличающимся тем, что электростанция содержит: герметичный корпус, выполненный в виде перевернутой тарелки создающей воздушную подушку и разделенной на отсеки, верхний отсек, для установки автоматической аппаратуры контроля и управления, средний отсек, генераторный в котором установлен статор по всей окружности герметичного корпуса с вращающимся ротором, нужная скорость прохождения полюсов перед обмотками статора достигается за счет увеличенного диаметра статора, нижний отсек, гидропривода с лопастями шарнирно соединенными со ступицей, в которой размещен механизм разворота лопастей с возможностью разворота от горизонтального до вертикального положения под одной из половин корпуса, ступица жестко крепится с ротором электрогенератора, боковых балластных отсеков, служащих для установки электростанции по глубине и всплытию при заполнении их морской водой и ее удалении с помощью баллонов со сжатым газом размещенных в отсеке управления, а также телескопических шарнирных опор крепления на грунте. Таким образом, заявляемая электростанция соответствует критерию изобретения и имеет "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид электростанции, на фиг.2 показан принцип работы гидропривода, находящегося в нерабочем транспортном положении с показом прохода морского течения, на фиг. 3 гидропривод в рабочем положении, на фиг.4 и 5 показаны способы установки электростанции на телескопических опорах шарнирных в морском течении, вид сбоку и вид входа течения в электростанцию.

Электростанция для использования морского течения содержит: герметичный корпус 1 выполненный в виде перевернутой тарелки, иллюминатор 2 через который проходит свет мощного источника при работе электростанции с тем, чтобы можно было визуально с самолета или же морского судна наблюдать за работой и состоянием электростанции в морской глубине. Корпус разделен на отсеки, отсек гидропривода 3, отсек генератора 4, отсек управления 5 для установки аппаратуры автоматического управления и контроля и размещения баллонов с сжатым газом, отсеков 6 и 7 для заполнения забортной морской водой. На корпусе электростанции имеются шарообразные выступы 8 крепления электростанции к телескопическим опорам 9, которые шарнирно закреплены на бетонном блоке оснований 10 на грунте. Гидропривод состоит из лопастей 11 шарнирно соединенных со ступицей 12, в ступице находится механизм разворота лопастей, разворачивающий лопасть в горизонтальное и вертикальное положение. Лопасти при вращении проходят через потокоотбойник течения 13, все лопасти имеют степень плавучести. Ступица жестко соединена с ротором генератора 14, который опирается на опоры скольжения 15, в генераторном отсеке по всей окружности расположен статор 16, плавучесть эл.станции поддерживается воздушной подушкой.

Работа электростанции происходит следующим образом: С береговой электроподстанции с пульта управления электростанцию включают в работу. Механизм разворота лопастей, разворачивает лопасти (фиг.3) и ставит их в вертикальное положение, давлением морского течения лопасти начинают вращаться по окружности на 180o, далее механизм разворота лопастей разворачивает лопасти в горизонтальное положение, которые проходят вторую часть окружности с наименьшим сопротивлением. Одновременно балластные отсеки заполняются забортной водой, погружая электростанцию на глубину с наибольшей скоростью морского течения. Широко известен способ разворота лопастей например: грибные винты морских судов, механизм разворота лопасти (ВРШ) винт регулируемого шага, разворачивает лопасти на определенный угол и одновременно все вместе, в гидроприводе электростанции винт регулируемого шага разворачивает лопасти в горизонтальное положение все, при транспортировке и остановке, при работе ВРШ разворачивает лопасти горизонтально и вертикально. Лопасти можно разворачивать более простым способом, принудительно направляющей установленной по нерабочей части окружности тем, что лопасть выполнена с пустотелым отсеком в верхней части и заполнена балластом в нижней, направляющая поставит лопасть в горизонтальное положение при проходе второй части окружности, а при выходе с направляющей лопасть под действием силы балласта, пустотелого объема займет вертикальное положение. Наиболее эффективным способом разворота лопастей можно считать ВРШ.

Электростанция для использования энергии морского течения имеет большую эффективность перед прототипом тем, что трудозатраты при установке на месте работы минимальные, экологически чистая, безопасная, не мешающая судоходству, достаточно мощная, маневренная тем, что имеет быстрый вход в режим и выход из режима работы (ночное время), имеет свободный доступ для профилактики и ремонта. Электростанция оборудуется в отсеке управления и контроля современными средствами телекоммуникации, что даст электростанции долгую и надежную работу на морских течениях.

Энергия морских течений в Беларуси не используется, в виду того, что у нас отсутствуют моря.