RU2567509C1

RU2567509C1 - Construction of small hydroelectric stations

Info

Publication number: RU2567509C1
Application number: RU2014113783/13A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Миронов
Original assignee: Виктор Владимирович Миронов
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-11-10
Also published as: RU2014113783A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: claimed process comprises erection of hydram with supply waterways. Hydram supply waterways are made entirely of piezoelectric materials. Elastic deformation of the latter at the water increased pressure and at water ram in supply materials causes generation of electric power.

EFFECT: simplified design, production of electric power from low-head natural and man-made waterways.

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов малых рек и техногенных потоков для генерирования электрической энергии.The invention relates to hydropower, and in particular to methods of using water resources of small rivers and industrial flows to generate electrical energy.

Известен способ строительства малых гидроэлектростанций, включающий гидроагрегаты в виде в виде водоводов, в которых создают колебания давления, вызванные гидравлическими ударами, и линейные электрогенераторы, подвижные рабочие органы которых соединяют с подвижными частями стенок водоводов гидроагрегатов [Способ строительства малых гидроэлектростанций. Патент РФ №2412302, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 20.02.2011 г.].A known method of construction of small hydropower plants, including hydraulic units in the form of conduits in which create pressure fluctuations caused by hydraulic shocks, and linear electric generators, the movable working bodies of which are connected to the moving parts of the walls of the pipelines of hydraulic units [Method for the construction of small hydropower plants. RF patent No. 2412302, registered in the State register of inventions of the Russian Federation 02/20/2011].

Недостатком этого способа строительства малых гидроэлектростанций является сложная схема преобразования энергии потока воды в полезную мощность. Способ предполагает преобразование энергии потока воды сначала в механическую работу подвижных органов линейных электрогенераторов, а затем уже в полезную электрическую мощность.The disadvantage of this method of building small hydropower plants is a complex scheme for converting the energy of a water stream into useful power. The method involves converting the energy of a water stream first into the mechanical work of the moving organs of linear electric generators, and then into useful electrical power.

Известен способ, предусматривающий преобразование кинетической энергии потока воды в питающем водоводе гидротарана в потенциальную энергию гидравлического удара, аккумулирование потенциальной энергии воды в специальном гидравлическом аккумуляторе и подачу ее на гидротурбину, вращающую электрогенератор [Гидравлический генератор. Патент Японии JP 57181976 (А), дата публикации 09.11.1982 г.].A known method is provided for converting the kinetic energy of the water flow in the feed pipe of the ram into the potential energy of water hammer, accumulating the potential energy of water in a special hydraulic accumulator and supplying it to a hydraulic turbine rotating an electric generator [Hydraulic generator. Japanese patent JP 57181976 (A), publication date 11/09/1982].

Недостатком японского аналога является также сложная и длинная схема преобразования механической энергии потока воды в электрическую мощность, что приводит к увеличению размеров гидроагрегатов и, соответственно, их стоимости.The disadvantage of the Japanese counterpart is also the complex and long scheme for converting the mechanical energy of the water flow into electrical power, which leads to an increase in the size of hydraulic units and, accordingly, their cost.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ [авторское свидетельство SU №1209917 А, кл. F03B 13/00, опубликованное 07.02.1986]. Способ реализуется размещением на внутренней поверхности питающего водовода пьезоэлектрических элементов, которые при воздействии ударного давления воды на них генерируют электрическую энергию. Недостатком прототипа является сложная конструктивная схема питающего водовода с установленными и закрепленными на его внутренней поверхности пьезоэлектрическими элементами, что увеличивает стоимость конструкции и снижает надежность ее работы.Closest to the proposed technical solution (prototype) for the greatest number of similar features and the result achieved with this is the method [copyright certificate SU No. 1209917 A, class. F03B 13/00, published on 02/07/1986]. The method is implemented by placing on the inner surface of the supply conduit of piezoelectric elements that, when exposed to the shock pressure of water, generate electric energy. The disadvantage of the prototype is the complex structural scheme of the supply conduit with piezoelectric elements installed and fixed on its inner surface, which increases the cost of the structure and reduces the reliability of its operation.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа строительства малых гидроэлектростанций на низконапорных водотоках, способного генерировать полезную мощность путем прямого преобразования механической энергии потока воды в электрическую энергию с использованием пьезоэлектрических материалов.The technical challenge facing the invention is the creation of a simple method for the construction of small hydroelectric power stations on low-pressure watercourses, capable of generating useful power by directly converting the mechanical energy of a water stream into electrical energy using piezoelectric materials.

Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ строительства малых гидроэлектростанций включает сооружение гидротаранов с питающими водоводами, накапливающими кинетическую энергию потока воды, быстрое преобразование ее в потенциальную энергию гидравлического удара, воздействующего на внутреннюю поверхность питающих водоводов. Питающие водоводы гидротаранов целиком выполняют из пьезоэлектрических материалов, при упругой деформации которых за счет повышения давления воды при гидравлическом ударе в пьезоэлектрических материалах генерируется электрическая энергия.According to the invention, the technical problem is solved as follows. A method of constructing small hydropower plants involves the construction of rams with supply conduits that accumulate kinetic energy of the water flow, its quick conversion into potential energy of hydraulic shock acting on the inner surface of the supply conduits. The feed conduits for hydraulic rams are entirely made of piezoelectric materials, during elastic deformation of which electric energy is generated in the piezoelectric materials due to the increase in water pressure during hydraulic shock.

В предложенном способе энергия потока воды напрямую превращается в полезную электрическую энергию. Размеры и количество питающих водоводов гидротаранов выбирают согласно гидрологическим параметрам природного или техногенного водотока. Водоводы устанавливают в потоке параллельно друг другу, а срабатывание ударных клапанов гидротаранов сдвигают по времени для непрерывного снятия с потока воды полезной электрической мощности. Таким образом, отпадает необходимость в специальных аккумуляторах потенциальной энергии большой емкости, роль аккумуляторов и преобразователей энергии выполняют сами водоводы, что существенно снижает затраты на сооружение гидроэлектростанций. Кроме того, параллельно установленные в поток водоводы являются для последнего гидравлическими сопротивлениями, поэтому создают перед собой необходимый подпор для накопления энергии в питающих водоводах и срабатывания автоматических ударных клапанов в гидротаранах, инициирующих гидравлический удар.In the proposed method, the energy of the water flow is directly converted into useful electrical energy. The sizes and number of feed conduits for hydraulic rams are selected according to the hydrological parameters of a natural or technogenic watercourse. Water conduits are installed in the flow parallel to each other, and the response of the shock valves of the rams is shifted in time to continuously remove useful electric power from the water stream. Thus, there is no need for special accumulators of potential energy of large capacity, the role of accumulators and energy converters is performed by the water conduits themselves, which significantly reduces the cost of constructing hydropower plants. In addition, the conduits installed in parallel in the flow are hydraulic drags for the latter, therefore they create the necessary backwater for accumulating energy in the supply conduits and triggering automatic shock valves in hydraulic rams that initiate a hydraulic shock.

Использование заявленного технического решения упрощает конструкцию и обеспечивает выработку электроэнергии с низконапорных природных и техногенных водотоков путем прямого преобразования механической энергии воды, воздействующей на стенки питающих водоводов из пьезоэлектрических материалов гидротаранных установок, в электрическую мощность.The use of the claimed technical solution simplifies the design and ensures the generation of electricity from low-pressure natural and man-made watercourses by directly converting the mechanical energy of the water acting on the walls of the supply pipelines from the piezoelectric materials of the ramming plants into electrical power.

Claims

A method of constructing small hydroelectric power plants, including the construction of hydraulic rams with supply conduits, characterized in that the supply conduits of the hydraulic rams are entirely made of piezoelectric materials, during elastic deformation of which, due to the increase in water pressure during hydraulic shock in the supply conduits, electric energy is generated in the piezoelectric materials.