NO20220982A1

NO20220982A1 - Hydropower II

Info

Publication number: NO20220982A1
Application number: NO20220982A
Authority: NO
Inventors: Lornts Aanund Havstad
Original assignee: Lavrentius Holding As
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2024-03-18

Description

Patentbeskrivelsen i fra Lavrentius Holding AS. The patent description in from Lavrentius Holding AS.

Benevnelse: Vannkraft. Designation: Hydropower.

Anvendelsesområde: Vannkraftverk. Area of application: Hydropower plants.

Den teknikken patentsøknaden bygger på: The technique the patent application is based on:

Vannkraft: Hydropower:

Vannkraft som begrep omfatter all bruk av strømmende vann, fortrinnsvis i elver og fosser, til mekanisk arbeid på stedet eller oftest omformet til elektrisitet. I begge tilfelle innebærer det at man utnytter det energipotensiale som vann innehar i en høyde over havet på grunn av jordklodens gravitasjonskraft. Vannkraft forutsetter at strømmende vann ledes mot et vannhjul eller en vannturbin. Ofte blir vannet i en elv eller et vassdrag samlet opp og magasinert ved oppdemming, dermed kan produksjonen gjøres uavhengig av vannstrømningen i øyeblikket. Anlegg som omsetter vannfall til energi, kalles vannkraftverk. Energiproduksjon ved vannkraft utnytter den del av vannets kretsløp som har å gjøre med vann på landjorden (som innsjøer, breer, grunnvann, elver), og er dermed en evigvarende energikilde. Vannkraft har det laveste klimagassutslippet, den høyeste virkningsgraden og den lengste levetiden av alle teknikker for kraftproduksjon. Hydropower as a term includes all use of flowing water, preferably in rivers and waterfalls, for mechanical work on site or most often transformed into electricity. In both cases, this means that you use the energy potential that water has at a height above sea level due to the earth's gravitational force. Hydropower requires that flowing water is directed towards a water wheel or a water turbine. Often the water in a river or a watercourse is collected and stored by damming, so production can be done independently of the water flow at the moment. Installations that convert falling water into energy are called hydroelectric plants. Energy production by hydropower utilizes the part of the water cycle that has to do with water on land (such as lakes, glaciers, groundwater, rivers), and is thus a perpetual source of energy. Hydropower has the lowest greenhouse gas emissions, the highest efficiency and the longest lifetime of all power generation techniques.

Fallenergi transformeres til roterende kinetisk energi via et hjul med skovler, enten det er en kvernkall, et vannhjul eller en moderne vannturbin. Den roterende akslingen kan koples til tekniske innretninger som kverner, møller, sager (opprinnelig oppgangssag og senere sirkelsag), stampemøller med mere. Moderne bruk omfatter praktisk talt kun tilknyting til en elektrisk generator. Falling energy is transformed into rotating kinetic energy via a wheel with blades, whether it is a mill wheel, a water wheel or a modern water turbine. The rotating shaft can be connected to technical devices such as grinders, mills, saws (originally saws and later circular saws), tamping mills and more. Modern use practically only involves connection to an electric generator.

Mekanisk utnyttelse av vannkraft innebærer at energien må utnyttes på stedet eller innen umiddelbar nærhet av vannfallet, mens elektrisk energi kan transporteres via kraftlinjer over store avstander. Før denne muligheten for transmisjon av energi over lange avstander kom, ble vannkraft i enkelte tilfeller overført over større avstander via trykkluft eller trykkrørledninger der såkalte vannmotorer ble benyttet. Mechanical utilization of hydropower means that the energy must be utilized on site or in the immediate vicinity of the waterfall, while electrical energy can be transported via power lines over large distances. Before this possibility for the transmission of energy over long distances came, hydropower was in some cases transmitted over greater distances via compressed air or pressure pipelines where so-called water engines were used.

Selv om vannkraft er en evigvarende energikilde som praktisk talt ikke gir forurensning, kan vannkraft føre med seg miljøulemper av forskjellig art og omfang. Bortsett fra å gi skjemmende inngrep i vassdraget (store konstruksjoner som demninger, redusert vannføring eller helt tørrlagte elver, reguleringssoner i dammer, massedeponier, veier, etc.) kan fiske, dyre- og planteliv påvirkes, landområder settes under vann og samt andre negative konsekvenser. En viss risiko er også tilknyttet brudd på dammer eller rør, og ødeleggelser som dette kan gi. Vannkraftutbygging kan også gi fordeler ved at flom kan unngås eller reduseres. Although hydropower is a perpetual source of energy that practically does not cause pollution, hydropower can bring with it environmental disadvantages of various kinds and extent. Apart from causing unsightly interventions in the watercourse (large constructions such as dams, reduced water flow or completely dry rivers, regulation zones in ponds, landfills, roads, etc.) fishing, animal and plant life can be affected, land areas can be submerged and other negative consequences . A certain risk is also associated with dams or pipes breaking, and the destruction this can cause. Hydropower development can also provide benefits in that floods can be avoided or reduced.

Vannkraftverk: Hydroelectric plant:

Et vannkraftverk er et kraftverk som produserer elektrisk energi ved hjelp av den potensielle energien som vann i elver og vassdrag har i jordens tyngdefelt. Med utnyttelse av vannkraft brukes en del av vannets kretsløp til å drive vannturbiner og produsere elektrisk kraft; en kan dermed si at det er solen som er den egentlige energikilden som utnyttes. Turbinene omformer vannets potensielle energi til kinetisk energi (rotasjon). Turbinene er tilknyttet en generator, hvor kinetisk energi omformes til elektrisk energi ved elektromagnetisk induksjon. Vannet strømmer fra turbinen og ut gjennom en avløpstunnel som fører ut i elven eller til havet. A hydroelectric power plant is a power plant that produces electrical energy using the potential energy that water in rivers and waterways has in the earth's gravitational field. With the utilization of hydropower, part of the water cycle is used to drive water turbines and produce electrical power; one can thus say that it is the sun that is the actual source of energy that is utilised. The turbines transform the water's potential energy into kinetic energy (rotation). The turbines are connected to a generator, where kinetic energy is transformed into electrical energy by electromagnetic induction. The water flows from the turbine out through a drainage tunnel that leads out into the river or the sea.

Et kraftverk består av en inntaksdam som samler opp vannet, en vanntunnel eller trykksjakt som overfører vannet til turbinene i kraftstasjonen, og et avløp. Kraftstasjonen kan ligge innebygd i, eller i umiddelbar nærhet av, demningen, eller den kan ligge mange kilometer unna om vann høyt til fjells kan ledes over i en trykksjakt. Det som bestemmer hvor mye energi som kan produseres i et vannkraftverk, er fallhøyden (eller vanntrykket) og vannføringen som potensielt kan utnyttes. Fallhøyden er bestemt av den vertikale høyden fra vannspeilet i kraftverkets inntak til utløpet. Sentralt når det gjelder vannføringen, er kjennskap om vassdragets hydrologiske forhold, spesielt middelvannføring eller årlig vannvolum. Selv om dette kan variere svært mye fra år til år, vil det allikevel være mulig å beregne en årlig midlere energiproduksjon. A power plant consists of an intake pond that collects the water, a water tunnel or pressure shaft that transfers the water to the turbines in the power station, and a drain. The power station can be built into, or in the immediate vicinity of, the dam, or it can be located many kilometers away if water high in the mountains can be channeled into a pressure shaft. What determines how much energy can be produced in a hydropower plant is the head (or water pressure) and the water flow that can potentially be exploited. The drop height is determined by the vertical height from the water table in the power plant's intake to the outlet. Central when it comes to water flow, knowledge of the watercourse's hydrological conditions, especially average water flow or annual water volume. Although this can vary greatly from year to year, it will still be possible to calculate an annual average energy production.

Effekten som en turbin yter, er bestemt av fallhøyden, vanngjennomstrømningen og effektiviteten til turbinen. Den maksimale vannføringen gjennom en turbin kalles for slukeevnen. Et vannkraftverk kjennetegnes av høy virkningsgrad, altså at mye av energien blir utnyttet. De største kildene til tap i energiomformingen er friksjon i trykksjakt og tap i turbinen. Friksjonen i trykksjakt eller tilløpsrør kalles falltap, og ved å sørge for lav vannhastighet, kan en redusere dette tapet. The power produced by a turbine is determined by the head, the water flow and the efficiency of the turbine. The maximum water flow through a turbine is called the suction capacity. A hydropower plant is characterized by a high degree of efficiency, meaning that much of the energy is utilised. The biggest sources of losses in the energy conversion are friction in the pressure shaft and losses in the turbine. The friction in the pressure shaft or inlet pipe is called head loss, and by ensuring a low water velocity, this loss can be reduced.

Et magasinkraftverk lagrer vann i reservoarer for senere å bruke dette vannet til kraftproduksjon. Magasinet eller reservoaret demmes opp kunstig med en demning, som kan ligge hundrevis av meter høyere enn selve kraftstasjonen. Vannet ledes fra magasinet til turbinen i en trykksjakt eller et rør. Fylling- og uttappingsmønsteret vil ofte følge en karakteristisk årlig syklus, der vann samles opp i vise tider av året og tappes ned i andre. A storage power plant stores water in reservoirs to later use this water for power generation. The reservoir or reservoir is dammed up artificially with a dam, which can be hundreds of meters higher than the power station itself. The water is led from the reservoir to the turbine in a pressure shaft or pipe. The filling and draining pattern will often follow a characteristic annual cycle, where water is collected at certain times of the year and drained at others.

Et vannkraftverk produserer elektrisk energi uten utslipp av gasser eller avfallsstoffer, men representerer et inngrep i naturen. Vannkraft er en fornybar energikilde, og i noen land blir det meste av elektrisitetsproduksjonen forsynt fra vannkraftverk. A hydropower plant produces electrical energy without the emission of gases or waste substances, but represents an intervention in nature. Hydropower is a renewable energy source, and in some countries most of the electricity production is supplied from hydropower plants.

Hovedtyper av Vannkraftverk: Main types of hydropower plants:

Magasinkraftverk lagrer vann i reservoarer for senere å bruke vannet til kraftproduksjon. Magasinet eller reservoaret demmes opp kunstig med en demning, som kan ligge hundrevis av meter høyere enn selve kraftstasjonen. Vannet ledes fra magasinet til turbinen i en trykksjakt eller et rør. Ofte samles vann i flomperioder for senere å bruke dette til kraftproduksjon i tørre perioder. Storage power plants store water in reservoirs to later use the water for power generation. The reservoir or reservoir is dammed up artificially with a dam, which can be hundreds of meters higher than the power station itself. The water is led from the reservoir to the turbine in a pressure shaft or pipe. Water is often collected during periods of flooding and later used for power generation during dry periods.

Elvekraftverk anlegges midt i selve elveløpene, helst med store vannmengder, men har ofte liten fallhøyde. Disse kraftverkene er avhengige av vannføringen i elven til enhver tid. Denne kan vanskelig reguleres, og vannet brukes derfor når det kommer. Dette innebærer at kraftproduksjonen øker betraktelig i flomperioder med mye snøsmelting eller nedbør. River power stations are built in the middle of the river courses themselves, preferably with large volumes of water, but often have a small head of water. These power plants depend on the flow of water in the river at all times. This is difficult to regulate, and the water is therefore used when it arrives. This means that power production increases considerably in flood periods with a lot of snowmelt or precipitation.

Elvekraftverk kombineres derfor ofte med pumpekraftverk. River power plants are therefore often combined with pumped-pump power plants.

Pumpekraftverk kan pumpe vann opp fra ett nivå til et annet. En kan se på et pumpekraftverk som et energilager. I perioder med lite elektrisk energiuttak, men overskudd av vann og lave energipriser, kan ledig kapasitet benyttes til å pumpe opp vann fra et lavt magasin til et høyere. I et pumpekraftverk kan dette skje ved å kjøre generatorene som motorer slik at turbinene reverseres og pumper vannet tilbake, det må da være spesielle turbiner for at dette skal være mulig. I tilfeller som i Aurland III kraftverk, flyttes vann fra magasiner med stort tilsig til andre magasiner. På denne måten utnyttes tilsig og lagringsvolum maksimalt. I utlandet benyttes ofte pumpekraftverk til å utjevne døgn- og øyeblikksvariasjonene i energiforbruket, dette kan nemlig være en stor utfordring i et kraftsystem med overveiende varmekraftverk. Hurtig endring av pådraget er teknisk vanskelig i slike kraftverk, og det er der derfor ønskelig at disse kraftverkene skal gå med jevnest mulig produksjon. De kan enten produsere strøm, eller pumpe vannet tilbake til magasinet. Med vår oppfinnelse kan man gjøre begge deler samtidig, på alle eksisterende vannkraft løsninger. Pumped power plants can pump water up from one level to another. A pumped-pump power plant can be seen as an energy store. In periods of low electrical energy consumption, but a surplus of water and low energy prices, spare capacity can be used to pump up water from a low reservoir to a higher one. In a pumping station this can happen by running the generators as motors so that the turbines are reversed and pump the water back, there must then be special turbines for this to be possible. In cases such as the Aurland III power plant, water is moved from reservoirs with large inflows to other reservoirs. In this way, inflow and storage volume are utilized to the maximum. Abroad, pumped-storage power plants are often used to smooth out the diurnal and momentary variations in energy consumption, as this can be a major challenge in a power system with predominantly thermal power plants. Rapid change of the order is technically difficult in such power plants, and it is therefore desirable that these power plants should run with the most even production possible. They can either produce electricity, or pump the water back to the reservoir. With our invention, you can do both at the same time, on all existing hydropower solutions.

Patentpublikasjonen: US 1247520 A. Her er det beskrevet en løsning for å lagre energi (strøm) ”Storing Power” og her benytter man bl.a. en vindmølle for å få pumpet vannet i fra en lavereliggende vanntank som er gravet ned i bakken, 1200 feet demp, til en høyere vanntank som her er på bakken. Her er man avhengig av å fylle vannet i fra et eller annet tilreisende farkost som er betjent av mennesker. Det er heller ikke meningen at strømmen skal distribueres til andre. Vi benytter naturen med snø, snø smelting, regn, innsjøer, elver og vassdrag som driver vannkraftverkene. I oppfinnelsen vår, har vi også lagt til en ny funksjon, som gjør at vannkraftverkene kan produsere mye mere strøm. The patent publication: US 1247520 A. Here a solution for storing energy (power) "Storing Power" is described and here one uses e.g. a windmill to get the water pumped in from a lower-lying water tank that is dug into the ground, 1,200 feet down, to a higher water tank that is here on the ground. Here one is dependent on filling the water from one or another visiting craft that is operated by people. It is also not intended that the power should be distributed to others. We use nature with snow, snow melt, rain, lakes, rivers and waterways that run the hydroelectric plants. In our invention, we have also added a new function, which allows the hydropower plants to produce much more electricity.

Patentpublikasjonen: US 4132901 A, som er av noe nyere dato. I US 4132901 A. Her er det beskrevet detaljert at bølgekraft kan brukes til å generere kraft til pumper som pumper vannet tilbake til et vannmagasin. Her bruker man spesifikt bølgekraften for å pumpe vannet, den er ikke vi avhengige av. De bruker dessuten et system med bøtter og gravitasjonskraft for å få noe av vannet som allerede har gått igjennom turbinen tilbake, slik at det kan benyttes pånytt. Vi benytter rør og elektriske pumper isteden, slik at vannet kan benyttes på nytt, i alle typer Vannkraftverk. The patent publication: US 4132901 A, which is of somewhat recent date. In US 4132901 A. Here it is described in detail that wave power can be used to generate power for pumps that pump the water back into a reservoir. Here, wave power is specifically used to pump the water, we are not dependent on it. They also use a system of buckets and gravity to get some of the water that has already passed through the turbine back, so that it can be used again. We use pipes and electric pumps instead, so that the water can be used again, in all types of hydropower plants.

For å få informasjon om Vannkraft og Vannkraftverk, har vi bl.a brukt: In order to obtain information about Hydropower and Hydropower plants, we have used, among other things:

https://no.wikipedia.org/wiki/Vannkraft og https://no.wikipedia.org/wiki/Vannkraftverk https://no.wikipedia.org/wiki/Vannkraft and https://no.wikipedia.org/wiki/Vannkraftverk

https://hafslund.no/kraftverk/aurland-3 https://hafslund.no/kraftverk/aurland-3

Claims

What is particularly achieved in relation to the state of the art:

With our new invention, we can use the water that has passed through the turbine, several times, almost forever. Much more electricity can therefore be produced and at all times. The solution can be used on all types of hydropower plants. It works in a completely different and more efficient way than pumped power stations, which can either produce electricity, or pump the water back to the reservoir. With our invention, you can do both at the same time and on all existing hydropower plant solutions. With connected batteries, the produced electricity can be stored for later use, so that it does not have to be distributed immediately.

After the water (1) has passed through the turbine (6), we create a separate solution with e.g. steel pipes or plastic pipes, possibly with heating cables (5, 7) and pump (9, 12) which pumps the water (5, 7) up in the reservoir (3) again, or just higher up in the waterway (1) above the turbine (6) again, so that the water passes through the turbine (6) several times. This can take place continuously. We can optionally use dams (4, 11) before and after the turbine (6). If you have a magazine (3) for the water, it can therefore be almost full at all times. The water can also be discharged if necessary (2). Connected batteries (8) can store the produced current for later use, so that it does not have to be distributed immediately. See attached figure.

The patent claim:

Name of invention: Hydropower.

With our new invention, we can use the water that has passed through the turbine, several times, almost forever. Much more electricity can therefore be produced at any time, which can also be stored in batteries for later use. The solution can be used on all types of hydropower plants.

Characterized by: After the water has passed through the turbine, we create a separate solution with, for example, steel pipes or plastic pipes, possibly with heating cables and a pump that pumps the water up into the reservoir again, or just higher up in the waterway above the turbine again, so that the water passes through the turbine several times. This can take place continuously. We can possibly use dams before and after the turbine. If you have a magazine for the water, it can therefore be almost full at all times. The water can also be released if necessary. Connected batteries can store the produced electricity for later use, so that it does not have to be distributed immediately.