PL242012B1 - Elektrownia wodna - Google Patents

Abstract

Elektrownia wodna, którą stanowi turbina wodna umieszczona w rurociągu, który charakteryzuje się tym, że rurociąg ma postać korzystnie pionowej rury (1) zanurzonej w morzu lub oceanie, która na dopływie (2) ma kształt lemniskaty (4), a wewnątrz rozmieszczony jest co najmniej jeden zespół łopatek prostujących (5) oraz łopatki kierujące (6) w liczbie co najmniej trzech, stałe lub regulowanie znajdujące się na dopływie wirnika turbiny (7), za którym umieszczony jest kierowniczy aparat łopatkowy (8) zmieniający kierunek przepływu wody z osiowo-promieniowego na promieniowy, przy czym na obwodzie, wzdłuż pionowej rury (1) po jej zewnętrznej stronie osadzone są komory wypornościowe (9) w liczbie co najmniej trzech oraz komory balastowe (10) w liczbie co najmniej trzech, umieszczone w dolnej części rury (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektrownia wodna, mająca zastosowanie do zamiany energii wody morskiej na energię mechaniczną napędzającą generator prądu elektrycznego. Wynalazek może zostać zastosowany w dziedzinie energetyki do produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Elektrownia wykorzystuje ruch wody wynikający z istnienia gradientu temperatury oraz gradientu stężeń substancji rozpuszczonych w wodzie morskiej lub oceanicznej. Elektrownia wodna według wynalazku wykorzystuje istniejące na różnych głębokościach w morzach i oceanach różnice temperatury wody oraz zasolenia do wywołania ruchu wody i przetworzenia go na energię mechaniczną.

Dotychczas znane są elektrownie wodne, w których wykorzystuje się wodę przepływającą z poziomu wyższego na niższy do napędu generatora z wykorzystaniem turbiny wodnej.

Ponadto znane są elektrownie wodne wykorzystujące turbiny wodne, w których wykorzystana jest energia wody morskiej wynikająca z istnienia prądów morskich. W elektrowniach takich zasadniczym kierunkiem przepływu wody jest kierunek poziomy, natomiast ruch wody wynika z istnienia naturalnych, stałych lub okresowych prądów morskich, wykorzystuje się zatem składową poziomą prędkości przepływającej wody.

Znane są również elektrownie wodne wykorzystujące turbiny wodne lub powietrzne, w których wykorzystuje się zmianę energii potencjalnej położenia wody wynikającą z istnienia zjawiska przypływów i odpływów.

Znane są również elektrownie wodne z turbinami wodnymi, turbinami powietrznymi lub układami mechanicznymi wykorzystujące zjawisko falowania morza lub oceanu.

Z polskiego opisu wzoru użytkowego Ru062226 znana jest elektrownia wodna walcowa przeznaczona do stosowania przez indywidualnych odbiorców, budowana na różnych ciekach wodnych, mająca kształt walca osadzonego obrotowo na wale głównym osadzonym na cieku wodnym. Na zewnętrznej powierzchni walec ma rozmieszczone równolegle do osi obrotu łopaty skierowane wypukłością do kierunku obrotu walca głównego, natomiast wewnątrz umieszczony jest zespół zębatych pierścieni, który połączony jest trwale z powierzchnią wewnętrzną walca, a środkową częścią osadzony jest obrotowo na wale głównym, prądnicą osadzoną na wale głównym, mającą koło zębate współpracujące z dowolnym pierścieniem zębatym zespołu pierścieni zębatych oraz ustawiacza obrotów prądnicy.

Z polskiego opisu patentowego PL228459 znana jest elektrownia wodna dla obiektów o niewielkim zapotrzebowaniu, na energię wykorzystująca składową poziomą falującej wody z możliwością jej przenoszenia po wykorzystaniu.

Z innego polskiego opisu zgłoszeniowego wzoru użytkowego W.127500 znana jest elektrownia wodna przepływowa do wytwarzania energii elektrycznej na drodze przemiany energii przepływu wody, wyposażona w turbinę, która wprawiana jest w ruch na skutek przepływu wody wykorzystującej naturalny spadek strumienia czy rzeki. Elektrownię stanowi rurociąg ułożony w korycie rzeki wzdłuż jej nurtu lub na górnym poziomie wody oraz osadnik kratowy połączony ze studnią chłonną wyposażoną we wskaźnik poziomu wody, w której osadzony jest górny koniec tego rurociągu wyposażony w zawór kulowy i zespoły turbin Kaplana, które są sprężone mechanicznie z generatorami elektrycznymi zamontowanymi na elementach rurowych zaopatrzonych w zawory stanowiących rozgałęzienie dolnego końca rurociągu.

Celem wynalazku jest wytworzenie przepływu wody morskiej wewnątrz rury, korzystnie pionowej, umieszczonej w morzu bądź oceanie, a następnie zamianie energii, którą posiada przepływająca woda na energię elektryczną wykorzystując do tego turbinę wodną zamieniającą energię płynącej wody na energię mechaniczną napędzającą generator elektryczny.

Cel ten osiągnięto przez umieszczenie rury w morzu bądź oceanie w ten sposób, że jeden koniec rury znajduje się w wodzie o innym zasoleniu lub innej temperaturze niż drugi koniec rury. Dzięki występowaniu w morzach i oceanach naturalnego gradientu temperatury i zasolenia, po wstępnym wymuszeniu, w rurze elektrowni będzie występował naturalny ruch wody czyli woda będzie posiadała większą od zera energię. Energia płynącej wody zostaje przetworzona w turbinie wodnej na energię mechaniczną, którą generator elektryczny przetworzy na energię elektryczną.

Elektrownia wodna, którą stanowi turbina wodna umieszczona w rurociągu charakteryzuje się tym, że rurociąg ma postać korzystnie pionowej rury zanurzonej w morzu lub, oceanie, która na dopływie ma kształt lemniskaty, a wewnątrz rozmieszczony jest co najmniej jeden zespół łopatek prostujących oraz łopatki kierujące w liczbie co najmniej trzech, stałe lub regulowanie znajdujące się na dopływie wirnika turbiny, za którym umieszczony jest kierowniczy aparat łopatkowy zmieniający kierunek przepływu wody z osiowo-promieniowego na promieniowy, przy czym na obwodzie, wzdłuż pionowej rury po jej zewnętrznej stronie osadzone są komory wypornościowe w liczbie co najmniej trzech oraz komory balastowe (10) w liczbie co najmniej trzech, umieszczone w dolnej części rury.

Korzystnie elektrownia wodna według wynalazku ma przekrój dopływowy rury umieszczony w wodzie o innej temperaturze lub innym zasoleniu, niż przekrój wypływowy.

Korzystnie elektrownia wodna według wynalazku ma przekrój wypływowy, który znajduje się na średnicy o co najmniej 10% większej, niż średnica wewnętrzna pionowej rury.

Po początkowym wymuszeniu przepływu wody w pionowej rurze (1), zostaje do niej zassana woda morska, która ją wypełnia. Woda znajdująca się w pionowej rurze (1) posiada stałe zasolenie i stałą temperaturę, ponieważ została zassana z, warstwy morza znajdującej się na głębokości dopływu (2) do rury. Woda na zewnątrz pionowej rury (1) posiada temperaturę oraz zasolenie wynikające z istnienia naturalnego rozkładu tych parametrów w morzu lub oceanie. Ciśnienie hydrostatyczne wody morskiej występujące na głębokości dopływu (2) do pionowej rury (1) powstałe na zewnątrz rury jest inne, niż ciśnienie hydrostatyczne wody morskiej znajdującej się w rurze. W wyniku występowania różnicy ciśnień hydrostatycznych, wewnątrz rury (1) występuje samoczynny przepływ wody. Wirnik (7) turbiny znajdujący się wewnątrz pionowej rury (1) umożliwia zamianę energii kinetycznej wody na energię mechaniczną. Wypływ wody z pionowej rury (1) następuje pod powierzchnią wody, w kierunku prostopadłym do osi rury (1) przy czym przekrój wylotowy (3) znajduje się na większej średnicy, niż średnica wewnętrzna pionowej rury (1). Pionowa rura (1) wyposażona jest w komory wypornościowe (9) w liczbie co najmniej trzech rozmieszczone wzdłuż rury (1) po jej zewnętrznej stronie. Pionowa rura (1) wyposażona jest w komory balastowe (10) w liczbie co najmniej trzech, rozmieszczone korzystnie w dolnej jej części.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym osiowy przekrój elektrowni wodnej.

Elektrownia wodna według wynalazku wyposażona jest w nieruchomą pionową rurę 1, której przekrój dopływowy 2 jest zanurzony w wodzie na innej głębokości, niż przekrój odpływowy 3. Przekrój dopływowy 2 ma kształt lemniskaty 4. Wewnątrz pionowej rury 1 znajdują się zespoły łopatek prostujących 5. W pionowej rurze 1 umieszczone są łopatki kierujące 6 w liczbie co najmniej trzech, stałe lub regulowane, następnie wirnik 7 turbiny wodnej oraz kierowniczy aparat łopatkowy 8 zmieniający kierunek wody z osiowo-promieniowego na promieniowy. Wzdłuż pionowej rury 1 po jej zewnętrznej stronie znajdują się komory wypornościowe 9 w ilości co najmniej trzech oraz komory balastowe 10 w ilości co najmniej trzech, rozmieszczone korzystnie w dolnej części rury 1.

Woda morska wpływa przez przekrój dopływowy 2 rury 1 ukształtowany w kształt lemniskaty 4 i przepływa wewnątrz pionowej rury 1. Łopatki prostujące 5 ograniczają występowanie składowych nieosiowych prędkości wody. Po przepłynięciu przez rurę woda wpływa na łopatki kierujące 6, które nadają prędkości wody składową obwodową, a następnie woda przepływa przez wirnik 7 turbiny wodnej. W wirniku 7 następuje zamiana energii wody na energię mechaniczną. Energia mechaniczna zostaje przetworzona w generatorze na energię elektryczną. Następnie woda przepływa przez łopatkowy aparat kierowniczy 8, w którym następuje zmiana kierunku przepływu wody z osiowo-promieniowego na promieniowy. Woda wypływa pod powierzchnię wody na innej głębokości, niż następował dopływ wody do rury.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wystąpienie samoczynnego ruchu wody w rurze, spowodowanego zmianą zasolenia, bądź temperatury wody wraz z głębokością. Dopływ 2 do rury 1 w kształcie lemniskaty 4 umożliwia łagodne zwiększenie prędkości przepływu, a przez to ogranicza wystąpienie miejscowych strat hydraulicznych na dopływie do rury. Łopatki prostujące 5 umieszczone wewnątrz rury umożliwiają zapobiegnięcie wystąpienia wewnątrz rury składowej obwodowej prędkości wody, co umożliwia zmniejszenie strat liniowych związanych z przepływem wody przez rurę. Łopatki kierujące 6 znajdujące się na dopływie do turbiny 7 wodnej, umożliwiają zmianę kierunku przepływu wody z osiowego na osiowo-obwodowy i umożliwiają wystąpienie bezuderzeniowego dopływu wody na łopatki turbiny wodnej. Kierowniczy aparat łopatkowy 8 znajdujący się za wirnikiem 7 turbiny, umożliwia zmianę energii kinetycznej wody na energię ciśnienia oraz umożliwia zmianę kierunku przepływu z osiowo-promieniowego na promieniowy. Zbiorniki wypornościowe 9 rozmieszczone wzdłuż rury umożliwiają zapewnienie pływalności całej elektrowni zbliżonej do zerowej oraz zmniejszenie naprężeń rozrywających działających wzdłuż rury. Zbiorniki balastowe 10 pozwalają na zachowanie pionowej pozycji rury i w morzu lub oceanie.

Claims (3)

1. Elektrownia wodna, którą stanowi turbina wodna umieszczona w rurociągu znamienna tym, że rurociąg ma postać korzystnie pionowej rury (1) zanurzonej w morzu lub oceanie, która na dopływie (2) ma kształt lemniskaty (4), a wewnątrz rozmieszczony jest co najmniej jeden zespół łopatek prostujących (5) oraz łopatki kierujące (6) w liczbie co najmniej trzech, stałe lub regulowanie znajdujące się na dopływie wirnika turbiny (7), za którym umieszczony jest kierowniczy aparat łopatkowy (8) zmieniający kierunek przepływu wody z osiowo-promieniowego na promieniowy, przy czym na obwodzie, wzdłuż pionowej rury (1) po jej zewnętrznej stronie osadzone są komory wypornościowe (9) w liczbie co najmniej trzech oraz komory balastowe (10) w liczbie co najmniej trzech, umieszczone w dolnej części rury (1).

2. Elektrownia wodna, według zastrz. 1, znamienna tym, że przekrój dopływowy (2) rury (1) umieszczony jest w wodzie o innej temperaturze lub innym zasoleniu, niż przekrój wypływowy (3).

3. Elektrownia wodna, według zastrz. 2, znamienna tym, że przekrój wypływowy (3) znajduje się na średnicy o co najmniej 10% większej, niż średnica wewnętrzna pionowej rury (1).