RU2326264C2

RU2326264C2 - Приливная энергетическая система

Info

Publication number: RU2326264C2
Application number: RU2006110951/09A
Authority: RU
Inventors: Рамез АТИЯ (US); Рамез АТИЯ
Original assignee: Рамез АТИЯ
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-07-10
Publication date: 2008-06-10
Also published as: AU2004272976B2; US20050052031A1; RU2006110951A; WO2005026535A2; US6967413B2; CA2537578C; AU2004272976A1; MXPA06002361A; WO2005026535A3; CA2537578A1

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике и может мыть использовано для выработки электрической энергии за счет океанических приливов, океанических волн, ветра с берега за счет интегрирования энергии приливов с водородной технологией. Технический результат состоит в уменьшении стоимости работ. Заграждение для извлечения энергии из потенциальной энергии, содержащейся в океанских приливах, содержит большое количество опорных стоек, установленных с одинаковым интервалом друг от друга в океане вдоль линии периметра и прикрепленных к морскому дну. Панели уложены одна поверх другой и закреплены между парами соседних опорных стоек. Зазоры между каждой панелью и опорными стойками загерметизированы. Пары опорных стоек образуют два ряда опорных стоек для кессонов. Опорные панели размещены между каждой парой противолежащих опорных стоек из указанных двух рядов стоек так, чтобы кессон опирался на опорные панели, чтобы они образовывали платформу между двумя рядами для кессонов. В каждом кессоне размещены турбины со средствами, обеспечивающими пропускание воды через турбину по команде оператора. Электрогенераторы подключены к, по меньшей мере, одной турбине. Заграждение не имеет зазоров или щелей. В результате океан отделен от области внутри заграждения, за исключением времени, в течение которого оператор обеспечивает проход воды через турбины для выработки электрической энергии. Изобретение работает при различных нагрузках и функционирует как энергетический комплекс вместе с электролизерами и топливными элементами для выработки по требованию электрической энергии, исключая тем самым импульсный характер традиционной приливной энергии. Возможно производство водорода в качестве целевого продукта. 5 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к выработке электрической энергии за счет океанических приливов, океанических волн, ветра с берега и за счет интегрирования энергии приливов с водородной технологией.

Уровень техники

Основные принципы выработки электрической энергии за счет энергии приливов являются достаточно простыми. Известная приливная электростанция предусматривает сооружение поперек устья реки заграждения (плотины). Эта плотина действует как дамба, отсекающая воду в устье реки от воды в океане. Плотина создает разность между уровнями воды в океане и в устье реки, обусловленную приливами и отливами. Энергия вырабатывается за счет того, что воду пропускают через установленную в плотине турбину с электрогенератором.

Плотина состоит из трех элементов: (1) турбина и электрогенератор, установленные ниже нижнего уровня воды, (2) водопропускные каналы, которые регулируют расход воды между океаном и устьем реки и (3) пассивные секции плотины, функция которых заключается лишь в отделении океана от устья реки. Существуют два основных режима выработки электроэнергии: (1) режим одинарного действия и (2) режим двойного действия. В первой стадии генерирования электроэнергии в режиме одинарного действия поднимающаяся в океане вода прилива заполняет устье реки через водопропускные каналы. Когда прилив достигает максимума, начинается вторая стадия или стадия ожидания. Затворы, установленные на пути к водовыпускным каналам и турбинам, перекрывают и оставляют в таком положении до тех пор, пока приливная вода в океане не достигнет уровня, близкого к минимальному. Третья стадия - стадия выработки электроэнергии. Когда уровень приливной воды в океане достигает минимума, разность уровней воды в океане и устье реки максимальная, и в результате создается максимальный перепад давления. Затем затворы, ведущие к турбинам с генераторами, открывают, позволяя воде протекать через турбины и приводить их в действие. Турбины в свою очередь приводят в действие электрогенераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Таким образом, в режиме генерации с одинарным действием электрическая энергия вырабатывается за счет энергии воды, перетекающей из устья реки в океан, и не вырабатывается при протекании воды в противоположном направлении. Для выработки энергии в режиме одинарного действия необходимы турбины однонаправленного действия. При этом каждый день получают два импульса энергии. Генерация электрической энергии в режиме двойного действия является двунаправленной. Один импульс энергии получают при высоком уровне воды в океане и низком уровне воды в устье реки, а другой импульс энергии получают, когда положение этих уровней меняется противоположным образом. Таким образом, выработка энергии в режиме двойного действия является двунаправленной, при которой электрическая энергия генерируется за счет перетекания воды из океана к устью реки и наоборот. Генерация энергии в режиме двойного действия производит четыре импульса электроэнергии. В режимах как одинарного, так и двойного действия, при работе турбин в качестве насосов, позволяющей еще больше увеличивать разность между уровнями воды в океане и устье реки, получают дополнительную энергию. Можно показать, что при использовании запаса воды, закачанного насосом, генерация в режиме двойного действия производит только приблизительно на 10% энергии больше, чем в режиме одинарного действия (а не в два раза, как это, вероятно, ожидается) [см. Clark, Robert H., Tidal Power in Energy, Technology, and the Environment, Wiley Encyclopedia Series in Environmental Science, pp.2467-2673].

Хотя основные принципы выработки энергии за счет приливов весьма простые, а запасенная в приливах энергия является достаточной, чтобы с многократным превышением удовлетворить общемировые потребности в электрической энергии, существуют некоторые факторы, которые препятствуют широкому распространению приливной энергетики, а именно: (а) стоимость: известные приливные электростанции являются дорогостоящими сооружениями и редко - рентабельными, (b) ограниченное количество подходящих мест для строительства приливных электростанций: во всем мире имеется очень мало подходящих мест, которым присущи все качества, необходимые для создания экономически эффективных электростанций, (с) интересы защиты окружающей среды и (d) импульсный характер приливной энергии.

(а) Факторы, влияющие на высокую стоимость известных приливных электростанций

Стоимость строительства приливных плотин очень высока, причем две трети от общих затрат приходится на строительные работы. Приливные плотины сооружают из предварительно изготовленных блоков, называемых кессонами. Эти кессоны представляют собой водонепроницаемые короба, выполненные из железобетона или стали. Их изготавливают на берегу, сплавляют к месту и устанавливают бок о бок, формируя таким образом длину плотины. Типичный кессон имеет длину 80 м и ширину 50 м. Используют три типа кессонов: (i) кессоны с водопропускными каналами, снабженными затворами для регулирования потока воды, протекающего между океаном и устьем реки, (ii) силовые кессоны, в которых размещены агрегаты турбина/генератор, (iii) кессоны со сплошной поверхностью, которые обеспечивают соединение между другими двумя.

Методы строительства, описанные ниже, основаны на методах, которые должны были использоваться в проекте плотины реки Северн [The Severn Barrage Project, General Report by the Severn Tidal Power Group, Energy Paper 57, Departament of Energy, UK, pp.vii-x]. Данный проект предполагал построить поперек устья реки Северн в Уэльсе плотину длиной 15,9 км и стоимостью 8280 миллионов фунтов стерлинга. Согласно проекту вырабатываемая электрическая мощность, составляющая 8640 MW (режим одинарного действия), должна обеспечивать получение 17000 TWh (тераватт·час) в год или 7% от общей электрической мощности, потребляемой в Великобритании. Проект был завершен в 1981 году. Однако из-за высокой стоимости и в интересах защиты окружающей среды плотина для реки Северн не была построена. Предлагаемые методы ее сооружения входят в уровень техники. Именно в свете подготовки проекта плотины для реки Северн преимущества приливной энергетической системы становятся наиболее очевидными. Сооружение плотины, предложенной согласно проекту Северн, предусматривает проведение трех основных этапов [The Severn Barrage Project, Ch.2, pp.16-25].

Первый этап заключается в создании вдоль морского дна горизонтальной поверхности, на которой размещают кессоны. Работа начинается с углубления дна, что осуществляют с помощью землесосного дноуглубителя с режущим инструментом. Как только по всей длине заграждения подготовлена подходящая поверхность уровня, вниз аккуратно укладывают слой из дробленого камня для формирования горизонтальной площадки, на которую опирается каждый из кессонов. В отличие от обычной гидроэлектростанции, плотина которой должна перекрывать короткое расстояние поперек реки, плотина для приливов должна перекрывать намного большее расстояние поперек устья реки. Земляные подготовительные работы для приливной плотины, следовательно, должны проводиться на значительном расстоянии. В случае реализации проекта Северн при создании горизонтальной площадки с морского дна должно быть поднято 18 миллионов кубометров грунта. Выравнивание морского дна в подготовительном процессе для размещения кессонов является, следовательно, основной и весьма затратной частью проводимого строительства.

Второй этап заключается в размещении кессонов. Размещение кессонов начинают после подготовки горизонтальной площадки. Этот этап представляет собой интенсивную по времени и непростую процедуру. Кессоны изготавливают предварительно на оборудовании, находящемся вблизи на берегу, и по воде транспортируют до позиции их установки, используя три или четыре морских буксира. После точного позиционирования кессон опускают на дно путем балластировки с помощью воды и материала, поднятого со дна на первом этапе работ. Если кессон позиционирован неточно, его необходимо снова поднять со дна, привести в плавучее состояние, после чего процедуру установки повторить. Поскольку размеры кессонов велики (как правило, 80×50 м), их точное размещение может быть проведено только в хорошую погоду. Кроме того, для обеспечения доставки на место больших кессонов должна быть минимальной скорость приливных потоков (как правило, менее 1 м/с). Поэтому установку кессонов проводят при квадратурном приливе. (Квадратурными называют приливы, имеющие в данном месте минимальную высоту.) Проект плотины для Северна планировался с осуществлением монтажа двух кессонов в месяц. Низкая скорость, с которой необходимо устанавливать кессоны, обуславливает весьма продолжительное время сооружения платины. В случае плотины для Северна размещение 370 кессонов, необходимых для перекрытия устья реки, заняло бы, по меньшей мере, 84 месяца. Такая большая продолжительность строительства повышает затраты на финансирование. Фактически временной фактор может стать основной составляющей затрат на финансирование строительства приливной плотины.

Третий этап заключается в установке электрической системы и подключении ее к сети.

Сооружение, созданное в соответствии с раскрытыми выше методами строительства, далее будет упоминаться как известная приливная плотина или известная приливная электростанция.

Теперь можно обозначить следующие основные факторы, влияющие на высокую стоимость работ по строительству известной приливной плотины.

1) Большое количество материала, необходимого для создания приливного заграждения. - Имеются две причины, по которым необходимо большое количество материала. Во-первых, кессоны должны быть массивными для того, чтобы они удерживались на месте под силовым воздействием приливов и других внешних условий. Во-вторых, известные приливные плотины должны перекрывать большое расстояние поперек устья реки. Большое количество требуемого железобетона является основной составляющей высокой стоимости известной приливной плотины.

Основная подготовка с проведением земляных работ, необходимая для установки кессонов. - Кессонам необходима горизонтальная поверхность, на которую бы они опирались. Земляные подготовительные работы представляет собой сложные работы, требующие удаления со дна моря большого количества материала и выравнивания морского дна. Эта работа выполняется в трудных условиях океана и охватывает значительное расстояние, которое необходимо перекрыть плотиной.

2) Продолжительное время сооружения. - Из-за больших размеров кессоны могут быть установлены только при оптимальных приливных и погодных условиях. Время сооружения известных приливных плотин является, следовательно, весьма продолжительным. Фактор времени вносит значительный вклад в финансирование и обуславливает преобладающую часть издержек финансирования.

Для того, чтобы энергия приливов была жизнеспособной с коммерческой точки зрения, затраты на строительные работы (которые составляют две трети от всех затрат) должны быть снижены [Clark, р.2663 ].

(b) Факторы, ограничивающие количество подходящих мест строительства для известных приливных электростанций

Хотя количество располагаемой энергии приливов очень велико, та ее часть, которая может быть извлечена с помощью современной технологии, весьма мала. Для получения электрической энергии в количествах, выгодных с коммерческой точки зрения, приливная электростанция должна вырабатывать большое количество энергии при использовании плотины сравнительно небольшой длины. Эти требования ограничивают число потенциальных мест строительства устьями рек, имеющими определенные особенности. Во-первых, амплитуда прилива должны быть очень высока с тем, чтобы была значительной располагаемая энергия. Во-вторых, необходимо широкое устье реки, поскольку располагаемая энергия пропорциональна площади приливного бассейна, ограниченного плотиной. В-третьих, поскольку стоимость плотины пропорциональна ее длине, приливная плотина становится экономически выгодной только в том случае, если она сооружена поперек устья с узким горлом. Во всем мире количество устьев рек с достаточно высокими приливами, большими площадями и узкими горлами весьма мало. Их перечень во всем мире включает, как правило, менее тридцати потенциальных мест строительства. Кроме того, места для сооружения приливных плотин должны находится на высоких широтах и в удаленных зонах. При таких ограничениях известные приливные станции никогда не смогут стать основным вкладчиком в мировое производство энергии. Ясно, что необходим новый подход, способный реализовать громадный потенциал приливных электростанций.

(c) Негативное влияние известных приливных электростанций на окружающую среду

Известные плотины приливных станций сооружают поперек горловины устья реки, в результате чего происходят нарушения приливных и отливных течений, что играет важную роль в экологии устья реки. Поскольку устья рек являются уязвимыми и экологически важными объектами, опасения, связанные с экологическими последствиями сооружения приливных плотин, являются препятствием для их строительства. Одно из решений данной проблемы заключается в создании замкнутого приливного бассейна, расположенного полностью на некотором расстоянии от берега. Компания Tidal Electric Ltd. предложила создать подобный прибрежный бассейн, ограниченный со всех сторон стеной из набросанных камней [www.tidalelectric.com]. Однако такая конструкция создает свои экологические проблемы. Стена из набросанных камней непременно является массивным и единичным сооружением и должна рассматриваться как долговременная. Конструкции массивных долговременных прибрежных сооружений создают новый ряд экологических проблем. Помимо того, не ясно насколько такие конструкции экономически эффективны.

(d) Импульсный характер приливной энергии

Турбины приливных станций требуют для своей работы большую разность уровней воды поперек плотины. Поэтому электрическая энергия вырабатывается в течение коротких периодов времени, когда эта разность является достаточной. В результате энергия приливов поступает (в сеть) в виде импульсов и, следовательно, она должна быть дополнена другими источниками энергии, в зависимости от требуемой нагрузки, например, тепловыми или атомными электростанциями.

Сущность изобретения. Цели и преимущества изобретения

Приливная энергетическая система и модульная конструкция плотины

Для широкого использования приливной энергии должны быть преодолены отмеченные выше препятствия: (а) должна быть снижена стоимость приливных электростанций, в частности, необходимо уменьшить стоимость строительных работ, (b) приливные электростанции должны проектироваться такими, чтобы можно было увеличить количество мест, где они могут быть сооружены, (с) приливные электростанции должны быть спроектированы с минимальным их воздействием на окружающую среду, (d) желательно найти решение проблемы, связанной с импульсным характером энергии приливов. Приливная энергетическая система представляет собой приливную электростанцию, которая удовлетворяет первым трем условиям одновременно. Она сооружается с использованием модульной конструкции плотины, т.е. методом, значительно уменьшающим стоимость проведения строительных работ. Приливные энергетические системы могут быть построены в широкой области выбранных мест. Кроме того, такие системы направлены на решение проблемы влияния приливной станции на окружающую среду.

Приливная энергетическая система. Уменьшение стоимости строительных работ

Приливная энергетическая система, использующая модульную конструкцию плотины, позволяет снизить стоимость проведения строительных работ за счет различных характерных аспектов при ее использовании, которые заключаются в следующем.

Приливная энергетическая система, использующая модульную конструкцию плотины, уменьшает требуемое количество материала на определенную часть от количества материала, необходимого для сооружения известной плотины для приливов.

Приливная энергетическая система, использующая модульную конструкцию плотины, исключает необходимость выравнивать морское дно. Следовательно, она исключает большой объем земляных подготовительных работ, необходимых для известных приливных плотин.

Для сооружения приливной энергетической системы, использующей модульную конструкцию плотины, требуется определенная часть времени, необходимого для строительства известной приливной плотины. В результате пропорционально снижаются затраты на финансирование.

Большое количество используемого материала, необходимость обеспечения горизонтальной поверхности для кессонов и продолжительность времени строительства являются основными составляющими высокой стоимости известной приливной плотины. Расчеты предполагают, что стоимость строительных работ по сооружению приливной энергетической системы равна половине стоимости сооружения известной построенной плотины с равной вырабатываемой мощностью.

Приливная энергетическая система. Увеличение количества подходящих мест для использования приливной энергии

Модульная конструкция плотины за счет снижения затрат делает ее экономически эффективной для строительства более протяженных конструкций плотины. Увеличенная длина плотины обуславливает возможность создания различных компоновок приливной энергетической системы (см. фиг.1А и фиг.1В). Она может быть построена полностью на некотором расстоянии от берега, или же ее часть может быть ограничена береговой линией. Полностью устраняется необходимость в наличии устья реки, и тем самым создается возможность строительства приливных энергетических систем почти везде при условии достаточно высоких приливов. В результате значительно увеличивается количество подходящих мест для строительства.

Приливная энергетическая система. Уменьшение воздействия на окружающую среду при выработке электроэнергии за счет приливной энергии

В связи с тем, что приливная энергетическая система исключает необходимость в строительстве в направлении поперек горла устья реки, гидрология и, следовательно, экология устья не нарушаются. Таким образом, устраняется основное экологическое препятствие для использования приливной энергии.

Приливная энергетическая система имеет явные отдельные преимущества над стеной бассейна, выполненной из набросанных камней, разработанной компанией Tidal Electric Ltd. Такая стена является громадной конструкцией, которая, однажды построенная, должна рассматриваться как долговременное сооружение.

Приливная энергетическая система, сооруженная с использованием модульной конструкции плотины, является намного менее массивной конструкцией. Кроме того, технология, применяемая в модульной конструкции плотины, позволяет выводить электростанцию из эксплуатации и демонтировать. Стоимость вывода из эксплуатации может быть легко рассчитана. Следовательно, приливная энергетическая система оказывает намного меньшее влияние на окружающую среду.

Кроме того, в отношении трех основных проблем, которые необходимо решить в связи с использованием приливной энергии, приливная энергетическая система имеет дополнительные преимущества.

Приливная энергетическая система. Выработка электроэнергии за счет использования других источников энергии океана

Приливная энергетическая система может быть выполнена с возможностью получения энергии за счет кинетической энергии приливных течений (см. фиг.9). Где она применима, такая компоновка добавляет энергии к генерируемой мощности приливной энергетической системы.

Приливная энергетическая система может служить в качестве платформы для преобразователей энергии волн. Эти преобразователи включают в себя генераторы, работающие за счет энергии осциллирующего водяного столба (OWC), такие, например, как Waven Ltd s Limpets (см. фиг.8) [www.waven.co.uk/what_we_offer_limpet.htm]. Приливная энергетическая система обеспечивает наличие подходящей платформы для размещения OWC-преобразователей. Помимо того, поскольку преобразователи энергии волн поглощают эту энергию, они служат для защиты приливной энергетической системы от разрушающего действия волн и одновременно вносят дополнительный вклад в общую вырабатываемую мощность.

Также легко могут быть интегрированы в приливную энергетическую систему и ветряные турбины, дополнительно увеличивающие общую выработку электрической энергии.

Приливная энергетическая система. Решение проблемы импульсного характера энергии приливов

Импульсная природа энергии приливов и отливов всегда была одним из ее недостатков. Приливная энергетическая система уменьшает остроту данной проблемы.

В отличие от известной конструкции плотины модульная конструкция плотины содействует экономической эффективности получения электроэнергии в режиме двойного действия. Выработка энергии в режиме двойного действия создает гибкость при согласовании периода времени выработки энергии с периодом, в который эта энергия необходима.

Таким образом, модульная конструкция плотины при ее использовании с выработкой энергии в режиме двойного действия снижает остроту проблемы импульсной генерации энергии при использовании энергии приливов.

Хотя модульная конструкция плотины способствует режиму выработки энергии, который уменьшает отрицательное влияние импульсной энергии, для устранения всех указанных проблем в приливную энергетическую систему может быть легко интегрирована водородная технология. Некоторую часть энергии, выработанной в приливной энергетической системе, направляют к электролизерам с целью получения из воды водорода путем электролиза. Полученный водород запасают и используют затем в топливных элементах для производства энергии по требованию. Эффективность затрат в модульной конструкции плотины, гибкость приливной энергетической системы для работы с максимальной производительностью при минимальных затратах вместе с ожидаемым снижением цены электролизеров и топливных элементов приводит к созданию системы, которая способна к производству рентабельной электрической энергии по требованию.

Следовательно, приливная энергетическая система может производить электрическую мощность по требованию, то есть экономичную, вырабатываемую по требованию, гарантированную, фактически неограниченную, и выработка энергии не сопровождается образованием газов, участвующих в создании атмосферного парникового явления.

Кроме того, избыточная энергия, которую вырабатывает приливная энергетическая система, может направляться на получение водорода в качестве конечного продукта.

Приливная энергетическая система, увеличенная для включения электролизеров и топливных элементов, может быть задействована с целью производства водорода в предвидении развития водородной экономики.

Заключение

Приливная энергетическая система представляет собой конструкцию, приспособленную для использования потенциальной и кинетической энергий приливов и отливов, а также энергии океанских волн и ветра с берега. В отличие от известных приливных электростанций приливная энергетическая система экономична, может быть построена в большом количестве мест и ориентирована на решение основных экологических вопросов, связанных с энергией приливов. При функционировании она может проявлять эксплуатационную гибкость для более точного согласования периодов времени, в течение которых необходимо потребление большого количества энергии, с периодами выработки энергии. Для производства рентабельной, вырабатываемой по требованию электрической энергии в приливную энергетическую систему легко могут быть интегрированы технологии, использующие электролизеры и топливные элементы. Выработанная электроэнергия является гарантированной, неограниченной, и ее получение не сопровождается образованием газов, влияющих на создание атмосферного парникового эффекта. Кроме того, излишек электроэнергии может быть направлен на получение водорода в предвидении развития водородной экономики.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - две компоновки приливной энергетической системы, отображающие ее принципиальную конструкцию.

Фиг.2 - секция приливной ограждающей стены, основная единица приливной ограждающей стены.

Фиг.3А и 3В - два вида опорной стойки, основной единицы конструкции, удерживающей на месте полностью сооруженную приливную энергетическую систему.

Фиг.3С - стойка с опорой в виде треноги.

Фиг.4 - свая, пропущенная через трубчатый направляющий элемент опорной стойки и забитая в морское дно.

Фиг.5 и 5В - две панели, изображенные в поперечном сечении.

Фиг.6 - фиксирующий брус, опущенный вниз между панелями и опорными стойками.

Фиг.6А - фиксирующий брус с внутренним стволом и каналами для цементного раствора, через которые будет нагнетаться жидкий цементный раствор, обеспечивающий уплотнение, предотвращающее просачивание воды.

Фиг.7 - размещение кессона.

Фиг.7А - платформа для кессона, конструкция, в которой будет размещен кессон.

Фиг.7В - кессон для размещения в нем турбины и генератора после установки кессона на панелях, образующих платформу для кессона.

Фиг.8 - пример преобразователя энергии волн, работающего за счет энергии пульсирующего столба воды, который может быть установлен в приливной ограждающей стене для выработки энергии и защиты конструкции от воздействия волн.

Фиг.9 - приливная ограждающая стена, конструкция которой позволяет транспортировать приливные потоки через турбину с генератором, вырабатывая за счет приливных потоков электрическую энергию.

Фиг.10 - ветряные турбины с электрогенераторами, смонтированные на опорных стойках приливной ограждающей стены.

Фиг.11 - схема распределения потоков энергии для получения водорода и его повторного использования в топливных элементах с целью выработки электрической энергии.

Нумерация позиций на чертежах

(10) - опорная стойка, (11) опорная стойка с треногой, (12) - фиксирующий брус, (13) - нога треноги, (14) - паз для ввода фиксирующей стойки, (15) - ствол для заливки цементного раствора, (16) - опорный фланец панели, (17) - каналы для цементного раствора, (18) - уголки, (20) - свая, (22) - трубчатый направляющий элемент для сваи, (24) - молот для забивания сваи, (30) - панель, (31) - базовая (нижняя) панель, (32) - уплотняющая насыпь, (34) - панель платформы для кессона, (35) - платформа для кессона, (36) - секция приливной ограждающей стены, (37) - секция с кессоном, (40) - преобразователь энергии - двигатель, (42) - воздушная камера, (44) - турбина преобразователя энергии волн, (46) - генератор преобразователя энергии волн, (48) - воздушный канал, (50) - приливная ограждающая стена, (52) - искусственный приливный бассейн, (60) - кессон для размещения турбины с электрогенератором, (70) - приливная энергетическая система, (80) - ветряная турбина с генератором, (90) - электролизер, (92) - система хранения водорода, (94) - топливный элемент.

Подробное описание фиг.1-фиг.7. Предпочтительный пример осуществления

На фиг.1 представлены две компоновки основного варианта приливной энергетической системы (70). Приливная ограждающая стена (50) окружает находящуюся внутри массу воды, образуя искусственную приливную лагуну (приливный бассейн) (52). В приливную ограждающую стену (50) встроены кессоны (60) для размещения турбины и генератора. Приливная ограждающая стена сооружена из секций (36) приливной ограждающей стены (фиг.2).

Каждая секция приливной ограждающей стены (фиг.2) включает четыре основных элемента: (i) опорные стойки (10), образующие остов конструкции и удерживающие секцию приливной ограждающей стены, (ii) сваи (20), которые прикрепляют опорные стойки к морскому дну, (iii) панели (30), отсекающие искусственную приливную лагуну от окружающего океана, и (iv) фиксирующие брусья (12), которые соединяют панели с опорными стойками.

Опорные стойки (10) образуют остов приливной ограждающей стены (фиг.1А и фиг.1В). На фиг.3А и фиг.3В показаны основные элементы конструкции опорной стойки, каждый из которых выполняет специфичную функцию. Вдоль длины каждой опорной стойки установлен трубчатый элемент (22), выполняющий функцию направляющей для сваи. Свая (20), которая закрепляет колонну на морском дне, будет скользить при прохождении через указанный полый направляющий стержень. На фиг.4 показана свая (20), проходящая через направляющий трубчатый элемент (22), при ее забивании в морское дно. Вторым основным элементом опорной стойки является паз (14), служащий для ввода соединительного фиксирующего бруса. Фиксирующий брус (12) будет введен в паз (14) для надежного совместного удержания панели и опорной стойки. Третьим характерным элементом является опорный фланец (16), служащий для установки панели, на который опирается основная панель каждой секции приливной ограждающей стены (фиг.2, фиг.3А и 3С). Наконец, каждая опорная стойка снабжена опорными направляющими уголками (18), за счет контакта с которыми панели удерживаются при вводе фиксирующих брусьев в пазы.

Возможны варианты выполнения этих элементов конструкции стойки. В качестве альтернативы (не показано) выполнения элемента, образующего направляющий канал для сваи, могут быть использованы так называемые "сваи с юбкой", в которых вокруг опорной стойки расположены трубчатые направляющие элементы для свай (образуя таким образом "юбку"). Еще одной альтернативой (фиг.3С) является стойка с трехногой опорой, в которой три опорные ноги (13) в виде треножника снабжены консолями, выступающими из опорной стойки. Опорная стойка (11) с треногой содержит все основные элементы, присущие опорной стойке (10). Она выполнена с трубчатым направляющим элементом (трубчатыми элементами) (22) для пропускания свай, пазом (14) для ввода фиксирующей стойки, уголками (18) и опорными фланцами (16) для панелей (фиг.3А). На перспективе, показанной на фиг.3С, не все эти элементы видны.

На фиг.5 и 5А показаны панели (30). Они образуют стену, отделяющую приливный бассейн от окружающего океана. Панели могут быть изготовлены из железобетона. Они соединены друг с другом так, что могут быть легко установлены одна поверх другой и с минимальной взаимной подгонкой. Эти панели могут быть отформованы с пазами (14) для ввода фиксирующих брусьев, выполненными вдоль обоих вертикальных торцов. Фиксирующий брус (12) введен в паз (14) для размещения этого бруса с тем, чтобы удерживать соединенные панель и опорную стойку.

На фиг.6А представлен соединительный фиксирующий брус (12). Фиг.3В иллюстрирует функцию, которую выполняет фиксирующий брус (12). Когда панель (30) устанавливают с примыканием к опорной стойке, паз в панели, служащий для ввода фиксирующего бруса, и соответствующий паз в опорной стойке образуют единый соединительный направляющий канал. Из фиг.3В видно, что при вводе в этот канал фиксирующего бруса предотвращается боковое перемещение панели. Панель будет зафиксирована на месте. Фиг.6 показывает фиксирующий брус (12) в положении ввода между панелью (30) и опорными стойками (30) для их совместного закрепления. Каждый фиксирующий брус может быть изготовлен с внутренним стволом (15) для заливки цементным раствором, проходящим вертикально вниз по длине бруса (фиг.6А). Ствол для цементного раствора соединен с каналами (17) для заливки цементным раствором. После ввода фиксирующего бруса между панелью и опорной стойкой через указанные ствол (сверху вниз) и каналы будет под давлением закачиваться цементный раствор для обеспечения герметизации, чтобы предотвратить просачивание жидкости между океаном и приливным бассейном, в частности, через зазор между панелью и опорной стойкой.

Модульная конструкция плотины

Приливную энергетическую систему сооружают, используя модульную конструкцию. Модульная конструкция плотины позволяет формировать за раз одну секцию приливной ограждающей стены (фиг.2 и фиг.3). Каждый из четырех основных элементов секции (36) приливной ограждающей стены (опорные стойки (10), сваи (20), панели (30) и фиксирующие брусья, которые присоединяют панели к опорным стойкам, см. фиг.2) предварительно изготавливают на берегу и сплавляют или переправляют на барже к месту сооружения.

При доставке на место проводят монтаж секций стены приливной плотины (фиг.2), причем за раз монтируют одну секцию. Сначала устанавливают в вертикальном положении опорные стойки. Используя регулируемую плавучесть, опорные стойки устанавливают на морском дне вертикально вверх на желаемом расстоянии друг от друга. Затем опорные стойки закрепляет на морском дне. Этот процесс иллюстрируется на фиг.4. Сваю (20) забивают в морское дно с ее прохождением сквозь трубчатый направляющий элемент (22). Там, где этого требуют нагрузки, различные сваи можно вбивать в морское дно через дополнительные трубчатые направляющие элементы, смонтированные в опорной колонне. Забивание сваи (свай) в дно осуществляют с помощью свайного молота (24), который обычно работает установленным на барже. Подобные методы используют и для свай с юбкой и для опорных стоек, выполненных с треногой (фиг.3С). Глубина, на которую забивают сваи, зависит от стратиграфии морского дна и от ожидаемых силовых нагрузок. Сваи могут быть забиты в дно на глубину более 120 м. После того, как свая (сваи) забита на необходимую глубину, в зазор между направляющим трубчатым элементом и сваей заливают цементный раствор. Опорная стойка и свая в результате прочно скреплены раствором вместе в единый блок, и тем самым предотвращается какое-либо вертикальное перемещение опорной стойки по истечении длительного периода времени. Опорная стойка теперь надежно прикреплена к морскому дну.

После того как две опорные стойки (10) прикреплены к морскому дну, начинается монтаж панелей (30). На фиг.2 отображен конечный результат этого монтажа. Каждая секция стены приливной плотины собрана из взаимосвязанных панелей (фиг.5). Панели (30) доставляют на плаву к месту строительства и затем устанавливают. Прежде всего, между двумя опорными стойками вставляют базовую (нижнюю) панель (31). Эту панель опускают на опорные фланцы (16), используя регулируемую плавучесть. Опорные фланцы обеспечивают выравнивание (горизонтальность) базовой панели. Система уголков (18) позволяет контролировать положение панели во время ее установки (фиг.3А). Каждая панель находится в контакте с уголками, когда ее опускают на место. После размещения панели между опорными стойками она фиксируется на месте. Эта процедура иллюстрируется на фиг.6. Фиксирующий брус (12) вводят через примыкающие к ней пазы (14) для ввода в них фиксирующих брусьев, выполненные в панели и опорной стойке. После ввода фиксирующего бруса панель будет гарантирована от поперечного перемещения. Остальные панели затем просто укладывают одну поверх другой до тех пор, пока не завершится сборка секции приливной ограждающей стены. На фиг.2 показана полностью смонтированная секция приливной ограждающей стены. Затем можно приступить к сооружению соседней секции, увеличивая тем самым протяженность приливной ограждающей стены. Здесь следует отметить отсутствие кессонов с водовыпускными каналами. Они исключены в данной конструкции за счет того, что используется метод выработки энергии в режиме двойного действия. Поток воды между устьем реки и океаном протекает весь через кессон, в котором монтируют турбину и электрогенератор. Если используется метод выработки энергии в режиме одинарного действия, то необходимы кессоны с водовыпускными каналами. Основные особенности их выполнения и способ установки такие же, как в случае кессонов для турбины и генератора.

Поскольку морское дно является неровным, то между базовой панелью и морским дном будет существовать зазор. Этот зазор необходимо герметизировать. Фиг.2 и фиг.6 иллюстрируют, каким образом это осуществляют. Для того чтобы герметизировать зазор, создают уплотняющую (32) насыпь из камней минимальной высоты, образованную из подходящего заполнителя в виде дробленого камня и гравия. Уплотняющую насыпь из камней затем укрепляют и далее герметизируют с помощью подводимого подводного бетона, укладываемого методом "вертикально перемещающейся трубы" (Указанный бетон предназначен для проведения работ под водой, и его можно заливать под воду через трубу, называемую бетонопроводом для подводного бетонирования).

Наконец, необходимо описать размещение в приливной ограждающей стене кессонов (60) для турбин с генераторами. Размещение этих кессонов иллюстрируется на фиг.7. Указанная процедура, по существу, такая же, что применяется при сооружении секции приливной ограждающей стены. Во-первых, устанавливают вертикально три пары опорных стоек (10) (фиг.7). Между каждой парой опорных стоек устанавливают панели (34), образующие платформу для кессонов. Вокруг каждой панели создают уплотняющую насыпь (не показано). Эти насыпи укрепляют и герметизируют с помощью подводного бетона. Три панели (34) образуют платформу (35) для кессона, на которую опирается кессон, в котором устанавливают турбину и генератор. Этот кессон доставляют на плаву до места установки и опускают на панели (34) платформы для кессона. Каждый кессон для турбины и генератора формуют с тремя установочными пазами (14) для размещения фиксирующих брусьев вдоль каждой из его боковых сторон. После установки кессона на платформу (35) между кессоном и опорными стойками (фиг.7В) вводят фиксирующие брусья (12). Установленные в пазы фиксирующие стойки будут прочно удерживать опорную стойку вместе с кессоном для турбины и генератора. Опорные стойки (10), платформа (35) для кессона и кессон (60) для турбины с электрогенератором образуют все вместе кессонную секцию (37).

Далее осуществляется установка электрического оборудования, после чего приливную энергетическую систему подключают к внешней электрической сети. Методы установки электрического оборудования такие же, что и используемые для известной приливной плотины.

Приливная энергетическая система, в предпочтительном воплощении, функционирует таким же образом, что и известная приливная плотина (фиг.1). Приливная ограждающая стена (50) изолирует приливный бассейн (52). Кессоны (60) для турбин и генераторов встроены в приливную ограждающую стену (50). При подъеме прилива уровень воды в океане становится выше, чем в бассейне. Когда разность уровней воды становится достаточной, открывают задвижки водовыпускного канала, позволяя воде протекать из океана через турбины, приводящие во вращение генераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Этот процесс (выработки энергии) может быть обратимым, когда наступает отлив.

Из вышеприведенного описания выявляются многие из экономических преимуществ, которые обеспечивает для приливной энергетической системы модульная конструкция плотины, по сравнению с известной конструкцией плотины.

Экономические преимущества приливной энергетической системы

Построенная приливная энергетическая система с использованием модульной конструкции плотины требует намного меньшее количество железобетона, чем известная приливная электростанция одинаковой вырабатываемой мощности. В результате достигается существенное снижение затрат.

Модульная конструкция плотины позволяет уменьшить количество железобетона за счет замены кессонов с внутренними пустотами и водовыпускными каналами секциями (36) приливной ограждающей стены (фиг.1 и фиг.2). Помимо кессонов для размещения турбин и генераторов известная приливная плотина требует наличия массивных кессонов с пустотами (размер кессонов 50 м×80 м). Модульная конструкция плотины заменяет эти массивные кессоны панелями из железобетона, имеющими толщину порядка 1 метра. Кессоны устойчивы к воздействию гидростатического давления, приливных потоков и других нагрузок, исходящих от окружающей среды, за счет выбора их размера и массы. Модульная конструкция плотины компенсирует размер и массу (их выбор) за счет сопротивления, оказываемого опорными стойками (10) (фиг.1, 2, 4, 6 и 7). В результате уменьшается количество железобетона, необходимого для строительства приливной электростанции. Пропорционально уменьшаются расходы на строительные работы.

В случае генерации энергии в режиме двойного действия кессоны с водовыпускными каналами не являются необходимыми. При использовании известной конструкции плотины затраты снижаются незначительно, поскольку массивные кессоны с водовыпускными каналами заменяют одинаково массивными кессонами с пустотами. Кроме того, оборудование для работы в режиме двойного действия является более дорогостоящим по сравнению с применяемым в режиме одинарного действия, что сводит на нет экономию, полученную за счет исключения оборудования для регулирования потока воды, проходящего через кессоны с водовыпускными каналами. Общим результатом является ограниченное повышение мощности (см. с.2) при умеренном повышении затрат. С другой стороны, модульная конструкция плотины обеспечивает большую экономию за счет выработки энергии в режиме двойного действия, поскольку исключенные кессоны с водовыпускными каналами не заменяются кессонами с пустотами. Предпочтительно массивный кессон с водовыпускным каналом (50 м×80 м) заменяется секцией приливной стены, состоящей из панелей толщиной порядка 1 м. В результате этого достигается существенное снижение затрат. Дополнительное уменьшение расходуемого материала обеспечивается приливной энергетической системой. Для ограничения расходов известную приливную плотину сооружают поперек самой узкой части устья реки независимо от размера бассейна, огороженного плотиной. В результате количество воды, которая должна протекать через плотину, не согласуется с электрической энергией, вырабатываемой системой. Следовательно, для регулирования расхода воды, перетекающей в устье реки и вытекающей из устья, необходимы кессоны с водовыпускными каналами. Модульная конструкция плотины устанавливает размер приливного бассейна таким, чтобы согласовать генерируемую электрическую мощность. В итоге из приливной энергетической системы, по существу, исключены кессоны с водовыпускными каналами.

Использование для выработки энергии режима двойного действия создает дополнительное преимущество. Это обусловлено тем, что вместо двух импульсов, производимых в режиме одинарного действия, теперь генерируется четыре импульса.

Выработка электрической энергии в режиме двойного действия является более гибкой к требуемой мощности, чем в случае использования одинарного режима.

Хотя режим двойного действия не исключает проблемы, связанной с импульсным характером приливной энергии, дополнительная гибкость помогает интегрировать приливную энергию во внешнюю электрическую сеть.

Модульная конструкция плотины позволяет снизить затраты за счет исключения обширных подготовительных земляных работ, необходимых для создания обычной приливной плотины.

Земляная подготовка является основной частью строительства известной приливной плотины. В известной приливной плотине кессоны требуют наличия горизонтальной поверхности. Поэтому морское дно должно быть выровнено и тщательно покрыто слоем дробленого камня. Модульная конструкция плотины, в основном, исключает эту основную часть строительных работ. Намного более простые методы позволяют уплотнить приливную энергетическую систему. Базовую панель (13) устанавливают на фланцы опорных стоек (10) (фиг.2). Зазор между базовой панелью и неровностями и обнаженной частью пластов на морском дне заполняют с помощью уплотняющей насыпи (32). В этом случае подготовительные земляные работы не требуются. Исключение земляных подготовительных работ, необходимых при сооружении известной приливной плотины, приводит к дальнейшему и существенному снижению расходов.

Модульная конструкция плотины уменьшает время сооружения плотины на определенную часть периода, требуемого для сооружения известной приливной электростанции. Поскольку при финансировании временной фактор является основной, если не доминирующей составляющей, то достигается значительное снижение расходов.

В случае известной приливной плотины на продолжительное время сооружения влияют два основных фактора. Первым фактором являются земляные подготовительные работы. Модульная конструкция плотины заменяет эту стадию сооружения на много более короткую процедуру создания низкой насыпи. Второй фактор заключается во времени, требуемом для размещения кессонов. Размещение кессонов в известной приливной плотине требует специальных приливных и погодных условий. Как правило, кессоны можно устанавливать со скоростью два кессона в месяц. Модульная конструкция плотины позволяет заменить кессоны с водовыпускными каналами и внутренними пустотами панелями (фиг.2), удерживаемыми на месте между опорными стойками (Здесь следует отметить, что две трети кессонов для плотины на реке Северн должны были быть кессонами с водовыпускными каналами или пустотами [см. проект плотины для Северн, с.8].) Размещение панелей осуществляют быстрым темпом и независимо от приливных условий. По расчетам для приливной энергетической системы необходима одна треть времени строительства, затрачиваемого на сооружение известной приливной электростанции, вырабатывающей такую же электрическую мощность. Поскольку при финансировании фактор времени может быть доминирующей составляющей, уменьшение времени сооружения дает значительную экономию в окончательную стоимость приливной энергии.

Помимо уменьшения расходов, приливная энергетическая система устраняет два основных препятствия на пути развития приливной энергетики.

Приливная энергетическая система увеличивает количество подходящих мест для выработки приливной энергии

Из-за высокой стоимости сооружения плотины расстояние, перекрываемое известной приливной плотиной, должно быть минимальным. Известная приливная плотина требует большой амплитуды прилива и широкого устья реки с узкой горловиной. Количество таких устьев во всем мире ограничено небольшим количеством. Поскольку модульная конструкция плотины в значительной степени снижает затраты на строительство, могут быть построены конструкции большей длины, которые остаются еще экономическими эффективными. Дополнительная гибкость делает возможным компоновать приливную энергетическую систему различными путями. Две такие компоновки представлены на фиг.1. Эти компоновки полностью исключают необходимость в устье реки и для их экономической эффективности требуются лишь большие приливы. В результате приливная энергетическая система может быть сооружена почти везде при достаточно высоких приливах, т.е. при условии, которое может выполняться в очень большом количестве мест. Число мест, удовлетворяющих этим требованиям, очень велико. Таким образом, устраняется жесткое ограничение по количеству подходящих мест для использования энергии приливов.

Приливная энергетическая система уменьшает экологическое воздействие приливной энергии

Из-за того, что приливная энергетическая система не требует перекрытия горла устья реки, устраняется основное экологическое препятствие для использования приливной энергии. Кроме того, очевидно, что модульная конструкция плотины делает ее вывод из эксплуатации вполне осуществимым. Панели и кессоны легко могут быть демонтированы. Способы удаления опорных стоек разработаны в отрасли промышленности, связанной с разработкой морских нефтяных и газовых месторождений. В отличие от приливной стены в виде насыпи из набросанных камней (конструкция фирмы Tidal Electric), приливная энергетическая система не является долговременным сооружением.

Таким образом, приливная энергетическая система, использующая модульную конструкцию плотины, способствует решению трех основных проблем, препятствующих развитию приливной энергетики, а именно: (а) она уменьшает стоимость приливной энергии, обеспечивая тем самым экономическую эффективность, (b) дает возможность сооружать приливные электростанции в большом количестве мест, (с) позволяет избежать блокирования устьев рек и, тем самым, устраняет основное экологическое препятствие для использования приливной энергии.

На фиг.8 представлен альтернативный пример осуществления.

В этом альтернативном воплощении приливной энергетической системы к приливной энергетической системе добавляют преобразователи волновой энергии для защиты приливной энергетической системы от разрушительной энергии волн и для выработки электрической энергии.

Поскольку волны поднимаются и опускаются, они могут создавать значительную полезную нагрузку. С помощью волновых преобразователей энергии приливная энергетическая система может быть защищена от разрушительного действия волн. На фиг.8 показан такой преобразователь, а именно преобразователь, реализующий метод пульсирующего столба воды, подобный изготовленному фирмой Wavegen Ltd. [www.waven.co.uk/what_we_offer_limpet.htm]. Такой преобразователь энергии волн поглощает энергию набегающих волн и преобразует ее в электрическую энергию. Данный преобразователь содержит изолированную воздушную камеру (42), сообщенную посредством воздушного канала (48) с турбиной (44) и генератором (46). Входящие волны непрерывно повышают и понижают уровень в воздушной камере (42). Поскольку камера замкнутая, и ее входной участок находится ниже уровня воды, нисходящее и восходящее движение столба воды перемещает находящийся в камере воздух через канал (48). Этот движущийся воздух приводит в действие турбину (44), которая, в свою очередь, вращает вал электрогенератора (46), в результате чего вырабатывается электрическая энергия. Как видно из фиг.8, конструкция преобразователя энергии позволяет смонтировать его в приливной ограждающей стене, и поэтому его использование является экономически весьма эффективным. Включение преобразователей энергии волн в состав приливной энергетической системы защищает ее от разрушительной энергии волн, в то же время увеличивая общую генерируемую электрическую мощность системы.

Фиг.9 - Альтернативное воплощение

В этом альтернативном примере воплощения профиль приливной ограждающей стены изменен таким образом, чтобы приливная энергетическая система могла извлекать энергию из кинетической энергии приливных течений.

Энергия может вырабатываться за счет профилирования тех секций приливной ограждающей стены (50), поверхность которых ориентирована по отношению к приливному течению таким образом, чтобы направлять приливный поток через узкий проход в турбину (не показана), размещенную в кессоне (60) с генератором (фиг.9). Это требует умеренного увеличения длины приливной ограждающей стены, которая, следовательно, может быть экономически эффективной в местах с быстрыми приливными течениями. Извлечение энергии одновременно из кинетической энергии приливных течений и из потенциальной энергии приливов является совершенно новой особенностью предложенной системы. В настоящее время технологии, которые используют одну из этих двух энергий, препятствуют извлечению другой энергии. Расчеты показывают, что при оптимальных условиях приливные течения вносят значительную добавку в общую выходную мощность приливной системы.

Фиг.10 - Альтернативное воплощение

В данном примере альтернативного воплощения на опорных стойках (10) приливной энергетической системы монтируют ветряные турбины и электрогенераторы (80).

Основной частью общей стоимости ветряных турбин является стоимость башни. Обычно используют один из двух типов башни. Первый тип - моносвая, по существу, отдельная большая свая, которую забивают в морское дно. Опорные стойки приливной энергетической системы легко могут проходить внутрь башен ветряных турбин, выполненных в виде моносваи. Второй тип башни - тренога. Ее основная конструкция такая же, как и треногая опора (11), показанная на фиг.3С. Дополнение в приливную энергетическую систему энергии ветра является экономически эффективным. Опорные стойки приливной энергетической системы обеспечивают готовые опоры для ветряных турбин. Кроме того, ветряная турбина и генератор (не показаны) могут быть подключены к действующей электрической системе приливной энергетической системы. Таким образом, ветер повышает общую электрическую мощность системы при незначительных дополнительных затратах.

Фиг.11 - Альтернативное воплощение

В данном примере воплощения приливная энергетическая система (70) дополнена электролизерами (90), системой (92) хранения водорода и топливными элементами (94). Электрическую энергию, вырабатываемую приливной энергетической системой (70), используют в крупногабаритных электролизерах (90) для получения из воды водорода. Полученный водород затем по трубопроводу направляют в систему (92) хранения. Из этой системы водород подают в топливные элементы (94) для выработки электрической энергии по требованию. Необходимо отметить, что поскольку электролизеры, по существу, являются топливными элементами, работающими по обратному циклу, можно иметь одну единственную систему электролизер/топливный элемент для извлечения водорода и использования его в качестве топлива с целью выработки электроэнергии. В результате может быть достигнута значительная экономия расходов.

Импульсный характер приливной энергии всегда считается одним из недостатков приливной энергии. Приливные электростанции вырабатывают электроэнергию импульсами, в то время как потребность в энергии постоянная. Кроме того, периоды времени пиков требуемой энергии, по большей части, не совпадают со временем пика вырабатываемой приливной энергии. Поэтому некоторые приливные электростанции из числа сооруженных для пополнения вырабатываемой энергии используют энергию, получаемую от других источников. Для того чтобы приливная энергия использовалась независимо в качестве основного источника электрической энергии, она должна производить энергию по требованию. В одном предложенном решении (спаренный приливный бассейн) сооружают дополнительный приливный бассейн для того, чтобы он действовал как хранилище, из которого извлекают энергию. Естественно, что известность использования спаренного бассейна также необходимо принимать во внимание. До настоящего времени ни одно решение, как установлено, не является экономически выгодным [Clark, p.2653]. Следует также отметить, что для аккумулирования энергии рассматривалось применение сжатого воздуха [Clark, p.2654].

Предложенная конструкция предполагает использовать водородную технологию как средство выработки энергии по требованию. При функционировании для получения максимальной энергии приливная энергетическая система производит большие импульсы недорогой энергии. За счет пропускания воды, когда разность уровней воды между искусственным приливным водохранилищем и окружающим океаном достигает максимума, извлекается максимальное количество энергии. Стоимость электричества, полученного таким путем, очень низкая. Это отчасти обусловлено эффективностью издержек/затрат приливной энергетической системы, а отчасти режимом работы системы. Поскольку энергия вырабатывается импульсами в короткий период времени, такой режим работы не является полезным для ее практического использования, поскольку конечный потребитель нуждается в энергии в течение продолжительного периода времени. Однако в случае получения водорода из воды путем электролиза низкая стоимость электричества является как раз такой, которая необходима с точки зрения стоимости. Количество полученного водорода будет, главным образом, зависеть от общей располагаемой электрической энергии. Согласно опубликованным прогнозам Национальной инженерной академии (National Academy of Engineering) стоимость водорода, полученного путем электролиза, будет преобладать над стоимостью получения электрической энергии [Комитет по альтернативам и стратегиям будущего производства и использования водорода, Национальная инженерная академия. The Hydrogen Economy Opportunities, Costs, Barrier, and R&D Need, The National Academies Press, Washington, DC. www.nap.edu.p.10-9]. Указанный документ был опубликован на вебсайте Национальной академии, и в 2004 году его предполагалось опубликовать в печати. Данный прогноз основан на ожидаемом падении цен на электролизеры и топливные элементы.

В комбинации с водородной технологией и технологией, использующей электролизеры и топливные элементы, описанная приливная энергетическая система производит электрическую энергию по требованию и решает проблему импульсной генерации электрической энергии, вырабатываемой за счет энергии приливов.

Фиг.11 - Альтернативное воплощение

В данном примере воплощения к приливной энергии (70) добавлены крупногабаритные электролизеры (90) и система (92) хранения водорода. В таком примере воплощения конечным продуктом является водород.

Claims

1. Заграждение для извлечения энергии из потенциальной энергии, содержащейся в океанских приливах, содержащее следующие элементы:

большое количество опорных стоек, установленных с одинаковым интервалом друг от друга в океане вдоль линии периметра, ограничивающего указанное заграждение,

средства прикрепления опорных стоек к морскому дну,

предварительно выбранное число панелей, при этом указанные панели укладывают одну поверх другой до достижения необходимой высоты и точно устанавливают между парами соседних опорных стоек,

средства надежного закрепления указанных панелей между парами соседних опорных стоек,

средства герметизации какого-либо зазора между каждой панелью и опорными стойками, между которыми размещена указанная панель,

предварительно заданное количество кессонов,

пары опорных стоек, размещенные с той или с другой стороны от заранее установленных соседних опорных стоек из вышеупомянутого большого количества опорных стоек так, что они образуют два ряда опорных стоек (далее называемые опорными стойками для кессонов) в направлении, перпендикулярном указанному периметру, при этом расстояние между двумя рядами выбрано таким, чтобы указанные кессоны были установлены между ними точно,

опорные панели, размещенные между каждой парой противолежащих опорных стоек из указанных двух рядов стоек так, чтобы указанный кессон опирался на опорные панели, и, таким образом, указанные опорные панели образуют платформу между указанными двумя рядами для кессонов,

турбины, при этом в каждом кессоне размещено предварительно заданное количество турбин,

средства, обеспечивающие пропускание воды через указанную турбину по команде оператора,

электрогенераторы, каждый из которых подключен к одной или более чем одной из указанных турбин,

при этом указанные элементы обеспечивают сооружение указанного заграждения без зазоров или щелей, и в результате океан отделен от области внутри заграждения, за исключением периода времени, в течение которого оператор позволяет воде проходить через турбины, заставляя тем самым генераторы вырабатывать электрическую энергию.

2. Заграждение по п.1, содержащее, кроме того, устройства для извлечения энергии океанских волн, которые встроены в указанное заграждение и тем самым защищают заграждение от разрушительной энергии волн и вырабатывают в то же время электрическую энергию.

3. Заграждение по п.1, в котором секции указанного заграждения предварительно заданной длины, размещенные с обеих сторон от кессона, образуют вместе фигуру в виде буквы "V" с размещенным указанным кессоном в точке пересечения указанных секций, за счет чего приливные течения направляют через узкий проход в турбину, размещенную внутри кессона, приводя таким образом в действие электрогенератор (электрогенераторы), соединенный с турбиной и тем самым преобразуя кинетическую энергию приливных потоков в электрическую энергию.

4. Заграждение по п.1, кроме того, включающее ветротурбины, смонтированные на указанном заграждении.

5. Заграждение по п.1, кроме того, включающее

средства, с помощью которых из воды путем электролиза получают водород,

средства для хранения водорода.

6. Заграждение по п.5, кроме того, включающее средства, с помощью которых электрическая энергия вырабатывается с использованием в качестве топлива водорода.