PL242012B1 - Elektrownia wodna - Google Patents

Elektrownia wodna Download PDF

Info

Publication number
PL242012B1
PL242012B1 PL433725A PL43372520A PL242012B1 PL 242012 B1 PL242012 B1 PL 242012B1 PL 433725 A PL433725 A PL 433725A PL 43372520 A PL43372520 A PL 43372520A PL 242012 B1 PL242012 B1 PL 242012B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
water
pipe
power plant
vertical pipe
sea
Prior art date
Application number
PL433725A
Other languages
English (en)
Other versions
PL433725A1 (pl
Inventor
Andrzej Wilk
Original Assignee
Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Slaska Im Wincent filed Critical Politechnika Slaska Im Wincent
Priority to PL433725A priority Critical patent/PL242012B1/pl
Priority to PL21460023.1T priority patent/PL3907399T3/pl
Priority to EP21460023.1A priority patent/EP3907399B1/en
Publication of PL433725A1 publication Critical patent/PL433725A1/pl
Publication of PL242012B1 publication Critical patent/PL242012B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00Working fluid
    • F05B2210/40Flow geometry or direction
    • F05B2210/402Axial inlet and radial outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/10Stators
    • F05B2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

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).
PL433725A 2020-04-28 2020-04-28 Elektrownia wodna PL242012B1 (pl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433725A PL242012B1 (pl) 2020-04-28 2020-04-28 Elektrownia wodna
PL21460023.1T PL3907399T3 (pl) 2020-04-28 2021-04-20 Elektrownia wodna
EP21460023.1A EP3907399B1 (en) 2020-04-28 2021-04-20 Water power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433725A PL242012B1 (pl) 2020-04-28 2020-04-28 Elektrownia wodna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL433725A1 PL433725A1 (pl) 2021-11-02
PL242012B1 true PL242012B1 (pl) 2023-01-09

Family

ID=75953825

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL433725A PL242012B1 (pl) 2020-04-28 2020-04-28 Elektrownia wodna
PL21460023.1T PL3907399T3 (pl) 2020-04-28 2021-04-20 Elektrownia wodna

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL21460023.1T PL3907399T3 (pl) 2020-04-28 2021-04-20 Elektrownia wodna

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3907399B1 (pl)
PL (2) PL242012B1 (pl)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5770959A (en) * 1980-10-20 1982-05-01 Ryokichi Umagami Underwater vanes for wave force power generation
SU1456633A1 (ru) * 1986-10-09 1989-02-07 Е.П.Лисовенко и И.Е.Лисовенко Волнова энергетическа установка
US6313545B1 (en) * 1999-03-10 2001-11-06 Wader, Llc. Hydrocratic generator
GB0010033D0 (en) * 2000-04-26 2000-06-14 Zaczek M P Renewable energy wave machine
PL228459B1 (pl) 2014-01-27 2018-03-30 Przemyslowy Inst Automatyki I Pomiarow Piap Elektrownia wodna

Also Published As

Publication number Publication date
PL433725A1 (pl) 2021-11-02
EP3907399A1 (en) 2021-11-10
EP3907399B1 (en) 2023-08-23
PL3907399T3 (pl) 2024-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Elbatran et al. Hydro power and turbine systems reviews
Okot Review of small hydropower technology
GB2436857A (en) two-way tidal barrage with one-way turbines
US10767619B2 (en) Integrated system for optimal extraction of head-driven tidal energy with minimal or no adverse environmental effects
Sule et al. Performance of undershot water wheel with bowl-shaped blades model
RU2347935C2 (ru) Русловая гидроэлектростанция
Suryaningsih Study on wave energy into electricity in the South Coast of Yogyakarta, Indonesia
WO2013110140A1 (en) A variable output generator and water turbine
PL242012B1 (pl) Elektrownia wodna
GB2376508A (en) Turbine
Subekti et al. Utilization of water energy potential on tail race for very low head hydro power plant
CN113482842A (zh) 一种双向海流发电系统
US20240141859A1 (en) Energy storage system
Asthana et al. Design, development, testing and evaluation of an innovative floating hydro-generator
Myint et al. Design and Flow Simulation of Runner Blade for Propeller Turbine
RU2520336C1 (ru) Бесплотинная погружная модульная универсальная береговая гидроэлектростанция и энергетический комплекс, состоящий из нескольких модульных гидроэлектростанций, объединенных общей платформой
CN211692694U (zh) 一种水下发电机及水下发电系统
WO2018067076A1 (en) Water diversion with multiple pipes and rotationally symmetric hydro turbine with multiple inlets
RU2380479C2 (ru) Русловая гидроэлектростанция
RU124741U1 (ru) Гидроэнергетическая установка
Sahebrao et al. Design and manufacturing of Bulb Turbine
JP2012241702A (ja) 水中発電装置
RU83076U1 (ru) Гидроэнергетическая установка
RU191393U1 (ru) Подводный вихревой гидрогенератор
RU61360U1 (ru) Минигидроэлектростанция