RU2629350C1 - Гидроаккумулирующая система - Google Patents

Гидроаккумулирующая система Download PDF

Info

Publication number
RU2629350C1
RU2629350C1 RU2016117597A RU2016117597A RU2629350C1 RU 2629350 C1 RU2629350 C1 RU 2629350C1 RU 2016117597 A RU2016117597 A RU 2016117597A RU 2016117597 A RU2016117597 A RU 2016117597A RU 2629350 C1 RU2629350 C1 RU 2629350C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
water
reservoir
energy
level
Prior art date
Application number
RU2016117597A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Геннадиевич Богородский
Original Assignee
Андрей Геннадиевич Богородский
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 Андрей Геннадиевич Богородский filed Critical Андрей Геннадиевич Богородский
Application granted granted Critical
Publication of RU2629350C1 publication Critical patent/RU2629350C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/002—Injecting air or other fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/30—Application in turbines
    • F05B2220/32—Application in turbines in water turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/60—Fluid transfer
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Изобретение относится к гидравлическим системам. Гидроаккумулирующая система включает в себя рабочие механизмы, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления, закачивающих по водоводам воду из природного водоема в водохранилище, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а также устройство преобразования давления потока воды, поступающей по водоводу из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы. Система снабжена емкостями, размещенными на дне водоема и сообщенными с насосами, которые выполнены с возможностью закачивания воды под высоким давлением в эти емкости и которые оснащены аккумуляторами давления для нормализации давления в них, и буферной емкостью в нижней части водовода, размещенной ниже водохранилища и выше уровня расположения водоема и оснащенной аккумуляторами давления для защиты водовода и рабочих механизмов отбора давления от гидроудара. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности и энергетической эффективности. 2 ил.

Description

Изобретение относится к гидравлическим системам и системам производства электроэнергии. В частности рассматривается система преобразования движений различной природы в давление воды с последующим сбором, нормализацией, аккумулированием, распределением, хранением и утилизацией этого давления в целях произведения требуемой работы, в частности выработки электроэнергии.
Для произведения полезной работы в промышленных масштабах необходимо оперировать величинами того же порядка, который использует потребитель полезной работы. Современная промышленность опирается на национальные и транснациональные энергосети, имеющие в своей работе утренний и вечерний пик в населенных районах и дневную или круглосуточную нагрузку от промышленных потребителей. Современное технологическое оборудование рассчитывается на соответствующие источники рабочей мощности, измеряемые в порядках десятков и сотен киловатт и выше.
Потоковые генераторы (ветро- и гидрогенераторы различных конструкций) могут иметь широкий диапазон характеристик, включая размеры, но с ростом их размера повышается их инерция, что делает большинство подобных конструкций работоспособными только при относительно сильном потоке жидкости или воздуха, способном превысить их собственную инерцию. Указанная особенность уменьшает соотношение времени, в которое генератор производит энергию, к общему времени его работы.
Типовая океанская волна имеет размах по высоте порядка единиц метров и меньше и период колебаний порядка единиц секунд. Основная часть энергии волны - вертикальные колебания поверхности. Генераторы, использующие колебания поверхности воды, в принципе не могут быть с пользой оснащены рабочим телом (поплавком) размерами более, чем половина периода волны, так как при этом они начнут демпфировать (огибать) саму волну, теряя эффективность ее использования.
По описанным выше причинам наиболее перспективными для производственных целей рабочими механизмами являются достаточно легкие механизмы, позволяющие максимально воспринимать энергетическое воздействие как можно меньших природных возмущений. При этом такие механизмы будут иметь малую полезную отдачу от одного механизма, что заставляет увеличивать их количество в штуках, образуя системы отбора энергии природных явлений. Кроме того, различные природные явления могут происходить в одном географическом месте в разные, в том числе пересекающиеся промежутки времени, что делает обоснованным делать системы сбора произведенной энергии в должной мере универсальными.
В настоящий момент все известные способы генерирования электроэнергии с использованием энергии постоянных или периодических движений природных масс в районе морей и океанов делятся на два больших класса:
- системы непосредственного генерирования электроэнергии на самой системе в месте установки
- системы, основанные на перекачке объемов воды из океана в водохранилище.
Системы первого типа имеют два конструктивных недостатка:
- наличие электрооборудования непосредственно рядом с рабочим органом в области океана, что с учетом электропроводности морской воды заставляет оснащать их разнообразными защитами, что приводит к сложности подобных систем и удорожает как их строительство, так и обслуживание;
- нестабильность генерирования электроэнергии приводит к необходимости систем сбора и распределения электроэнергии, что также усложняет строительство распределенных систем подобного типа.
Системы второго типа оперируют инсталляциями одного рабочего механизма, что заставляет использовать системы труб и/или шлангов для доставки качаемой жидкости к месту ее утилизации. Закон Бернулли вносит существенные непроизводительные расходы энергии в трубах/шлангах, что сильно снижает эффективность подобных систем.
Так, из US 2005034452, Е02В 9/00, F03B 13/08, F03B 3/10, опубл. 28.02.2006 известна гидроаккумулирующая система, которая использует гравитационные силы движения вниз большого количества воды для преобразования в электрическую энергию. В предпочтительном способе реализации, система использует искусственное озеро. Хотя на больших высотах эффективность и может быть выше, достаточно чтобы озеро было на высоте от двадцати до тридцати футов. Озеро, которое может превышать сто акров в размере, может быть расположено выше и прилегать к естественным водоемам, например, располагаться на береговой линии океана. Песчаная почва облегчает строительство системы. Подземный генератор используется для преобразования энергии и перекачки воды обратно в верхний резервуар во время низкого спроса на энергию, и позволяет значительно снизить уровень шума. Система может быть использована для обеспечения значительных уровней мощности в периоды пикового спроса на энергию, когда другие источники питания являются более дорогими и сами требуют энергии для работы. Компоненты системы эстетически вписываются в ландшафт, что позволяет использовать систему в жилом районе.
Описанная в US 4132901, Е02В 9/00, Е02В 9/08, F03B 13/14, опубл. 02.01.1979 система относится к электрогенерирующей системе, пригодной для местности, расположенной на возвышенности, где отсутствует достаточное водоснабжение для гидроэлектрогенерации. Дефицит воды покрывается за счет резервуара, размещаемого на возвышенности, и системы насосов для накачки воды в резервуар. В качестве насосов используются устройства, работающие по принципу волновых двигателей для перекачивания воды с уровня моря.
В источнике JPH 11247164, C02F 1/44, Е02В 9/00, опубл. 14.09.1999 раскрыта подземная система гидроаккумулирующей электростанции для опреснения и использования соленой воды. Система содержит вертикальную шахту, проходящую вертикально вниз от уровня моря, и вторую, отходящую от верхнего резервуара, в середине устанавливается труба с мембраной обратного осмоса. Пресная вода производится из морской воды и хранится в подземном резервуаре. Далее вода накачивается в течение непикового времени и хранится в верхнем резервуаре. Во время пикового потребления происходит генерация энергии за счет сброса воды обратно в подземный резервуар.
Так, в заявке RU 2011122189, F03D 3/00, опубл. 10.12.2012 описана гидроаккумулирующая ветроэлектростанция, содержащая верховой водоем, водоприемник, турбинный водовод, по меньшей мере одну необратимую гидрогенераторную пару, состоящую из гидротурбины, электрогенератора и соединительной муфты, и отсасывающую трубу для отвода отработавшей воды в низовой накопительный водоем для ее перекачки в верховой водоем и повторного пропуска через гидротурбину. На берегу низового накопительного водоема или на помосте над поверхностью воды на оптимальном расстоянии от плотины верхового водоема, исключающем помехи ветровому потоку, установлен по меньшей мере один гидронасос с ветродвигателем для утилизации энергии ветра в потенциальную энергию столба воды путем ее перекачки из низового накопительного водоема в верховой для повторного пропуска через турбинно-генераторную пару.
В WO 2010060504, F03B 13/06, опубл. 03.06.21010 описаны система и способ аккумулирования энергии. Система включает, по меньшей мере, один резервуар для хранения морской воды, располагаемый над уровнем моря в непосредственной близости от морского берега. По меньшей мере, одна турбина находится в непосредственной близости от уровня моря и расположена существенно ниже уровня одного из указанных резервуаров. Указанная турбина соединена с генератором мощности. По меньшей мере, один канал, соединяет указанный резервуар и турбину, в котором нисходящий поток морской воды из резервуара приводит во вращение турбину для генерации энергии. Изобретение также описывает методы предотвращения коррозии и накопления морских организмов в системе. Система может быть полностью или частично работать от энергии прерывистых возобновляемых источников, таких как ветер.
В RU 2353797, F03B 13/18, опубл. 27.04.2009 описана система из поплавковых насосов (поле насосов), которая включает в себя поплавковые насосные блоки, скомпонованные так, чтобы подавать текучее вещество в резервуар под действием волн в океане. Резервуар расположен на вершине скалы и принимает воду, перекачиваемую из поплавковых насосных блоков, через выпускные линии. Вода может накапливаться в резервуаре и вытекать через выпускные линии подачи на турбину(турбины), расположенную в машинном зале. Вода может сбрасываться снова в океан через линии сброса. В другом варианте осуществления резервуар может быть расположен над уровнем водного пространства, т.е. на судне или нефтяной платформе. Путем минимизации количества энергии, отбираемой из каждой волны, каждый поплавковый насосный блок, расположенный в поле насосов, получает по существу одинаковое количество энергии.
Данное решение принято в качестве прототипа.
Независимо от природы используемых природных явлений все они не являются точно прогнозируемыми и, как правило, не совпадают во времени с пиками потребности энергосетей в энергии, произведенной из них. Нынешний уровень прогресса делает запасание электроэнергии дорогим как в финансовом смысле, так и в физическом: механические аккумуляторы типа маховиков тратят часть энергии на трение, химические элементы требуют безвозвратных потерь на добычу и производство их элементов, аккумуляторы имеют ненулевые токи саморазряда. Наиболее эффективным способом запасти энергию впрок надолго является использование физических законов: изменение и хранение рабочего тела под давлением (пневматические аккумуляторы давления, используемые на транспорте), использование силы всемирного тяготения (гидроаккумулирующие электростанции - ГАЭС).
ГАЭС в классическом исполнении имеет водохранилище, в котором накапливает воду для своей работы во время, когда электроэнергия наименее востребована, и производит электроэнергию тогда, когда она нужна энергосетям. Минусом классических ГАЭС является то, что они потребляют электроэнергию из энергосетей для пополнения запаса воды в водохранилище.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности за счет введения буферной емкости и повышении энергетической эффективности за счет размещения буферной емкости на участке между природным водоемом и водохранилищем.
Указанный технический результат достигается тем, что гидроаккумулирующая система, включающая в себя рабочие механизмы, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления, закачивающих по водоводам воду из природного водоема в водохранилище, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а так же устройство преобразования давления потока воды, поступающей по водоводу из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы, снабжена емкостями, размещенными на дне водоема и сообщенными с индивидуальными насосами высокого давления, которые выполнены с возможностью закачивания воды под высоким давлением в эти емкости и которые оснащены аккумуляторами давления для нормализации давления в них, и буферной емкостью в нижней части водовода, размещенной ниже водохранилища и выше уровня расположения природного водоема и оснащенной аккумуляторами давления для защиты водовода и рабочих механизмов отбора давления от гидроудара.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 показана общая компоновка собирающих емкостей, водоводов, водохранилища и буферной емкости, в разрезе перпендикулярно береговой линии;
фиг. 2 - размещение частей системы на поверхности берега и дна водоема, вид в плане.
Согласно настоящему изобретению рассматривается система емкостей и трубопроводов, предназначенных для сбора, нормализации, аккумулирования, распределения, хранения и утилизации жидкости различных давлений, изменяющихся в разных частях системы с целью сбора энергии движений различной природы и последующего производства различной полезной работы в нужное время и в нужных объемах, в том числе для производства электроэнергии (фиг. 1 и 2).
В общем случае в виде блок-схемы гидроаккумулирующая система включает в себя рабочие механизмы 1, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления 2, закачивающих по водоводам воду из природного водоема 3 в водохранилище 4, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а также устройство преобразования 5 давления потока воды, поступающей по водоводу 6 из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы. Система снабжена емкостями 7, размещенными на дне водоема 3 и сообщенными с индивидуальными насосами высокого давления 2, которые выполнены с возможностью закачивания воды под высоким давлением в эти емкости и которые оснащены аккумуляторами давления для нормализации давления в них, и буферной емкостью 8 в водоводе, размещенной ниже водохранилища и выше уровня расположения природного водоема и оснащенной аккумуляторами давления для защиты водовода и рабочих механизмов отбора давления от гидроудара.
Расположение точки отбора рабочего давления в точке равновесия давлений двух систем позволяет производить необходимое количество полезной работы независимо от текущего направления динамического балансирования давлений между двумя системами, - водохранилища и собирающей системы. Независимость работоспособности системы от нестабильности природной активности во времени задается при проектировании и строительстве системы и теоретически позволяет обеспечить заданные параметры производства полезной работы на любой заранее заданный срок. Данное свойство позволяет использовать систему в качестве источника работы для производства электроэнергии как в целях постоянной генерации, так и в целях маневра мощностью в национальных и транснациональных энергосетях, - одновременно в обеих целях без снижения эффективности ни в одной из них.
Указанная система, предназначенная для сбора, нормализации, аккумулирования, распределения, хранения и утилизации жидкости различных давлений, изменяющихся в разных частях системы с целью сбора энергии движений различной природы и последующего производства различной полезной работы в нужное время и в нужных объемах, в том числе для производства электроэнергии, состоит из:
- множества емкостей 7 на дне водоема, пригодных для установки на них рабочих механизмов 1, преобразующих движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления 2, закачивающих воду под высоким давлением в эту систему емкостей, и оснащенных аккумуляторами давления для нормализации давления в них;
- водохранилища 4, рассчитываемого и строящегося для хранения объема воды, определяемого исходя из необходимого времени работы всей системы. Объем водохранилища определяется как модуль интегрального потребления на расчетном периоде с необходимым запасом. При этом объем и место строительства такого водохранилища не зависит от притока и наличия рек, необходимых для обычных ГЭС;
- водовода 6 между системой емкостей на дне водоема и водохранилищем, рассчитываемого и строящегося исходя из объема производства сжатой воды и ее максимального давления на выходе из системы емкостей на дне водоема. Давление воды из водохранилища при этом примерно равно указанному давлению из системы емкостей на дне водоема, что позволяет провести максимально эффективный расчет конструкции водовода;
- буферной емкости 8 в нижней части водовода (на участке между береговой линией 9 и водохранилищем 4), оснащенной аккумуляторами давления, обеспечивающей защиту водовода и рабочих механизмов отбора давления от гидроудара, что позволяет обеспечить высокую скорость изменения отбора давления из системы, что, в свою очередь, увеличивает полезность всей предложенной конструкции для производства электроэнергии для национальных и транснациональных энергосистем. Буферная емкость, стабилизирующая давление в системе, также позволяет отбирать давление в целях производства другой полезной работы с прямым использованием 10 воды под давлением без промежуточного преобразования в электричество, что повышает общий КПД производства таких работ (например, прямая подача давления на насос или насосы или гидротурбину, каналы прямого выхода воды из буферной емкости могут отсекаться заслонками 11).
Наличие воды в практически бесконечных объемах вокруг системы позволяет захватывать ее рабочими механизмами, сжимать до рабочего давления и передавать в ту часть системы, которая предназначена для ее сбора с рабочих механизмов. Сами рабочие механизмы при этом могут использовать для своей работы движения любых природных масс, это могут быть как различные движения самой воды, - течения, колебания приливов и отливов, волнение поверхности, - так и движения воздуха (ветер) или иные природные явления, которые рабочий механизм может преобразовать в работу своего насоса. В частном случае рабочий механизм может быть представлен насосом с электроприводом, если требуется утилизировать электроэнергию от нестабильного источника, - например, солнечных батарей.
Особым образом сконструированная система емкостей на дне водоема собирает различные порции воды под различным давлением, но не ниже внутреннего давления емкости, демпфируя скачки давления аккумуляторами давления, что сглаживает скачки давления до среднего по емкости достаточно быстро, чтобы они не мешали работе рабочих механизмов. Впоследствии давление между емкостями выравнивается согласно закону сообщающихся сосудов. Такая конструкция позволяет предлагаемой системе не нуждаться в отдельных ограничителях давления от рабочих механизмов и при этом не терять бесцельно энергию, сообщенную в систему порцией жидкости излишне высокого давления, в любом случае аккумулировать ее для полезной работы.
Искусственное водохранилище, построенное на берегу, является резервуаром для временного хранения воды в тех же целях, что и в классических ГАЭС. Перепад высот между уровнем воды в водохранилище и системой емкостей на дне водоема определяет рабочее давление в системе емкостей и задается на этапе проектирования всей системы. Этот перепад не является постоянным и изменяется в ходе рабочего цикла системы. Чем больше площадь водохранилища, тем меньше изменения давления в системе емкостей на дне водоема в течение рабочего цикла.
Рабочий цикл простейшей системы предложенной конструкции - сутки, что позволяет успешно обслуживать так называемые суточные колебания потребления электроэнергии. Более привлекательным вариантом является система, рассчитанная с учетом колебаний потребления электроэнергии в течение недели (спад выходных дней), что при незначительном увеличении размеров водохранилища (порядка десятков процентов объема) существенно увеличивает востребованность такой системы со стороны энергосистем. Дальнейшее увеличение буферизующей способности системы путем увеличения водохранилища до способности буферизовать, к примеру, сезонные колебания энергопотребления, представляется конструктивно возможным, но экономически невостребованным.
Между водохранилищем и системой емкостей сбора давления располагается водовод с промежуточной емкостью отбора давления. Водовод представляет собой систему труб максимально возможного сечения, материал и сечение которого выбираются на этапе проектирования с учетом имеющихся конструкционных материалов и технологий строительства. Как правило, это стальные или железобетонные трубы порядка 5-7-9 метров в диаметре, часто со сглаживающими стальными или пластиковыми вставками. Так как изготовление и закрепление труб большего диаметра существенно дороже, водовод набирают из необходимого количества доступных труб. Чем диаметр труб водовода больше, а сами трубы прямее, тем ниже непроизводственные энергетические затраты на трение воды в них и тем выше общий КПД всей системы.
В удобном месте, как правило, это поверхность суши на берегу, располагают промежуточную емкость отбора давления для производства полезной работы. Емкость отбора давления необходима по двум причинам:
- во избежание гидравлического удара при смене направления движения воды в/из водохранилища необходимо иметь буферную емкость с механизмами демпфирования гидроудара;
- эффективное быстрое изменение количества отбираемой из системы жидкости позволяет поднять востребованность системы в целях генерирования электроэнергии и в других целях, но также способно вызвать гидроудар.
Использование отдельной емкости отбора давления, оснащенной пневматическими или иными аккумуляторами давления, позволяет:
- удобно разделить различного диаметра трубопроводы водовода и механизмов производства полезной работы, которые таким образом, могут иметь независимые друг от друга размеры;
- относительно большая емкость (в несколько раз больше по объему, чем были бы трубы водовода на этом промежутке), оснащенная пневматическими или иными аккумуляторами давления, эффективно сглаживает колебания давления в системе. Необходимая емкость аккумуляторов давления рассчитывается на этапе проектирования системы исходя из планируемой скорости изменения отбора давления из системы и может достигать десятков секунд работы системы в кубометрах рабочей жидкости. Так как аккумуляторы давления в этом случае располагаются в стационарном здании и легко доступны для осмотра и обслуживания, их можно поставить нужное количество удобной с точки зрения производства и размещения конструкции.
Кроме отбора жидкости под давлением с целью производства электроэнергии система позволяет также эффективно отбирать необходимое количество жидкости под давлением для непосредственного использования без преобразования в электричество, например:
- привод пневмонасоса для производства сжатого воздуха для нужд самой электростанции;
- для накопления в емкостях высокого давления и последующего использования, например, в пневмоинструменте;
- прямое использование воды под давлением для мытья транспорта, судов;
- привод иных рабочих механизмов в любых целях.

Claims (1)

  1. Гидроаккумулирующая система, включающая в себя рабочие механизмы, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления, закачивающих по водоводам воду из природного водоема в водохранилище, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а также устройство преобразования давления потока воды, поступающей по водоводу из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы, отличающаяся тем, что она снабжена емкостями, размещенными на дне водоема и сообщенными с индивидуальными насосами высокого давления, которые выполнены с возможностью закачивания воды под высоким давлением в эти емкости и которые оснащены аккумуляторами давления для нормализации давления в них, и буферной емкостью в водоводе, размещенной ниже водохранилища и выше уровня расположения природного водоема и оснащенной аккумуляторами давления для защиты водовода и рабочих механизмов отбора давления от гидроудара.
RU2016117597A 2014-08-29 2014-08-29 Гидроаккумулирующая система RU2629350C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000648 WO2016032360A1 (ru) 2014-08-29 2014-08-29 Гидроаккумулирующая система

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629350C1 true RU2629350C1 (ru) 2017-08-28

Family

ID=55400122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117597A RU2629350C1 (ru) 2014-08-29 2014-08-29 Гидроаккумулирующая система

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9657708B2 (ru)
RU (1) RU2629350C1 (ru)
WO (1) WO2016032360A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10422312B2 (en) * 2016-12-07 2019-09-24 Olalekan A. Alao Energy storage and generation system
CN110242478B (zh) * 2019-06-19 2024-02-27 浙江中新电力工程建设有限公司自动化分公司 配电网接地故障检测处理分析系统
US10742467B1 (en) * 2019-07-10 2020-08-11 United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Digital dynamic delay for analog power savings in multicarrier burst waveforms
CN110630428B (zh) * 2019-09-29 2021-04-02 国家电网有限公司 抽水蓄能电站高压气控制方法
CN111828229A (zh) * 2020-06-29 2020-10-27 杨升云 一种应用于电瓶车的循环水发电装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1393922A1 (ru) * 1986-08-12 1988-05-07 В.А.Копт ев Волнова гидроаккумулирующа энергетическа установка
GR1006236B (el) * 2008-01-15 2009-01-22 Σταματιος Σωτηριου Καραγιαννης Ανεμοθαλασσο-υδροηλεκτρικη παραγωγη ενεργειας με φραγματα στη θαλασσα
RU2353797C2 (ru) * 2002-10-10 2009-04-27 Индепендент Нэчурэл Ресорсиз, Инк. Энергетическая система на базе поплавкового насоса
US20120019004A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 Rod Ekern Renewable Energy System
US20140060028A1 (en) * 2011-03-07 2014-03-06 Roentdek-Handels Gmbh Pumped-Storage Power Plant

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4132901A (en) * 1975-08-07 1979-01-02 Don Crausbay Electric power generating system
US7257946B2 (en) * 2002-10-10 2007-08-21 Independent Natural Resources, Inc. Buoyancy pump power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1393922A1 (ru) * 1986-08-12 1988-05-07 В.А.Копт ев Волнова гидроаккумулирующа энергетическа установка
RU2353797C2 (ru) * 2002-10-10 2009-04-27 Индепендент Нэчурэл Ресорсиз, Инк. Энергетическая система на базе поплавкового насоса
GR1006236B (el) * 2008-01-15 2009-01-22 Σταματιος Σωτηριου Καραγιαννης Ανεμοθαλασσο-υδροηλεκτρικη παραγωγη ενεργειας με φραγματα στη θαλασσα
US20120019004A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 Rod Ekern Renewable Energy System
US20140060028A1 (en) * 2011-03-07 2014-03-06 Roentdek-Handels Gmbh Pumped-Storage Power Plant

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016032360A1 (ru) 2016-03-03
US9657708B2 (en) 2017-05-23
US20160333844A1 (en) 2016-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6781199B2 (ja) 揚水発電所
Lai et al. Effects of wind intermittence and fluctuation on reverse osmosis desalination process and solution strategies
US8400007B2 (en) Hydroelectric power system
JP6709225B2 (ja) 液圧−空気圧式エネルギー貯蔵システム
US8643206B2 (en) Renewable energy system
US8823195B2 (en) Hydro electric energy generation and storage structure
US10202960B2 (en) Systems and methods for hydroelectric systems
US9657708B2 (en) Pumped-storage system
Davies Wave-powered desalination: resource assessment and review of technology
JP6108401B2 (ja) 揚水発電所
US8231327B2 (en) River high pressure energy conversion machine
US9163606B2 (en) Hydro-electric tube generation
KR20120008801A (ko) 파랑발전기
Klar et al. Buoyant Energy—balancing wind power and other renewables in Europe’s oceans
CN105156263A (zh) 一种利用海洋潮汐的发电系统
WO2022043802A1 (en) A hydro power generation system
CN203362382U (zh) 一种水力发电系统
WO2022136991A1 (en) Power generation system for non-flowing water
WO2016079657A1 (en) Hydroelectricity and compressed-air power plant system
WO2013171754A1 (en) Real time single and multi tier pumped storage power plant and method thereof
WO2018081840A1 (ru) Волновая гидроэлектростанция
CN111911332A (zh) 一种海浪能发电装置
CN202789310U (zh) 潮汐能收集转换空气能装置
CN103334862A (zh) 水力发电系统
KR20200059833A (ko) 해수를 이용한 순환식 수력발전장치