RU2789702C1 - Coastal wave power plant - Google Patents
Coastal wave power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789702C1 RU2789702C1 RU2022109617A RU2022109617A RU2789702C1 RU 2789702 C1 RU2789702 C1 RU 2789702C1 RU 2022109617 A RU2022109617 A RU 2022109617A RU 2022109617 A RU2022109617 A RU 2022109617A RU 2789702 C1 RU2789702 C1 RU 2789702C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- sea
- power plant
- water
- converters
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, вырабатывающим электроэнергию за счет преобразования энергии морских волн на морских побережьях.The invention relates to the field of hydropower, in particular to devices that generate electricity by converting the energy of sea waves on the sea coasts.
Моря и океаны занимают 71% поверхности Земли. Объемы воды в этих акваториях огромны, а имеющаяся в них возобновляемая энергия практически неисчерпаема. Вода здесь пребывает в непрерывном движении, которое проявляется в виде волн в открытом море, морском прибое, приливах и отливах, а также в морских течениях. Источником этой энергии является космос, главным образом Солнце: волны вызываются ветром, морские течения обусловлены особенностями климата, а приливы и отливы вызваны силами притяжения Луны и Солнца.Seas and oceans cover 71% of the Earth's surface. The volumes of water in these water areas are huge, and the renewable energy available in them is almost inexhaustible. Water here is in continuous movement, which manifests itself in the form of waves in the open sea, sea surfs, tide and castings, as well as in marine currents. The source of this energy is the cosmos, mainly the sun: the waves are caused by the wind, the sea currents are due to the characteristics of the climate, and the ebbs and tides are caused by the attraction of the moon and the sun.
В океанах накапливается энергия. Сила прилива передвигает огромные массы воды. Сильные ветры вызывают большие волны. Почти 90% мировой энергии ветра содержится в турбулентности над поверхностью морских вод. Ветер, волны и течения вместе взятые содержат в 300 раз больше энергии, чем потребляется человечеством в настоящий момент. Морские приливы дважды в сутки накатываются на берег, а затем отступают от него в виде отливов. Приливы обладают большой энергией и разрушают берег, действуя сообща с прибоем.Energy is stored in the oceans. The force of the tide moves huge masses of water. Strong winds cause big waves. Almost 90% of the world's wind energy is contained in turbulence over the surface of sea waters. Wind, waves and currents combined contain 300 times more energy than is consumed by mankind at the moment. Sea tides roll onto the coast twice a day, and then recede from it in the form of ebb tides. The tides have great energy and destroy the coast, acting in concert with the surf.
Морской прибой возникает из-за разности скоростей частиц воды на поверхности водоема и у дна, где они тормозятся трением. Форма движения орбит частиц воды деформируется так, что на мелководье резко возрастает горизонтальная составляющая такого движения. Из-за замедления движения воды у дна верхние части волны, отличающиеся более высокой скоростью, поднимаются и обрушиваются на берег. Чем дно круче, тем больше разница в скоростях воды и тем мощнее прибой. Высота волн прибоя нередко превышает 50 м.The sea surf occurs due to the difference in water particles on the surface of the reservoir and at the bottom, where they are inhibited by friction. The shape of the orbits of water particles is deformed so that in shallow water, the horizontal component of such a movement sharply increases. Due to the slowdown in the movement of water at the bottom, the upper parts of the wave, which are characterized by higher speed, rise and collapse to the shore. The steeper the bottom, the greater the difference in water speeds and the more powerful the surf. The height of the waves of the surf often exceeds 50 m.
Энергия прибоя огромна. Например, в Амстердаме на пирс высотой 4 м прибой смог забросить бетонный блок массой 20 т. Наблюдались случаи, когда прибой перемещал глыбы массой 50 тонн и более.The energy of the surf is enormous. For example, in Amsterdam, a surf was able to throw a concrete block weighing 20 tons onto a 4 m high pier. There were cases when the surf moved blocks weighing 50 tons or more.
Среднюю для океанических волн энергию оценивают величиной 50 кВт на погонный метр. Подсчитано, что с учетом неизбежных потерь использование энергии волн у побережья Англии дало бы 120 ГВт энергии, что превышает суммарную мощность электростанций страны. Суммарная мощность волн Мирового океана оценивается в 2700 ГВт. В России наиболее перспективными районами для освоения энергии морских волн считают побережье тихоокеанских морей и Баренцева моря.The average energy for ocean waves is estimated at 50 kW per linear meter. It has been calculated that, taking into account the inevitable losses, the use of wave energy off the coast of England would provide 120 GW of energy, which exceeds the total capacity of the country's power plants. The total wave power of the World Ocean is estimated at 2700 GW. In Russia, the coasts of the Pacific Seas and the Barents Sea are considered the most promising areas for harnessing the energy of sea waves.
Долгое время это изобилие не было использовано, но ситуация поменялась и сейчас в разных странах активно продвигаются проекты по использованию энергии волн Мирового океана.For a long time this abundance was not used, but the situation has changed and now projects are being actively promoted in different countries to use the energy of the waves of the World Ocean.
Известна подводная приливная электростанция (RU 2361038 от 15.04.2015 г.), содержащая гидрогенератор, состоящий из гидротурбины и генератора, размещенного в герметическом корпусе и кинематически связанного с гидротурбиной, преобразователя частоты, через который гидрогенератор подключен к внешней энергосистеме, и систему управления, гидротурбина выполнена лопастного типа, а генератор с возбуждением от постоянных магнитов, при этом гидрогенератор установлен в металлическом цилиндрическом каркасе, к верхней части которого присоединены полые емкости для удержания каркаса в подводном заглубленном положении, а к нижней части каркаса прикреплены тросы, одними концами связанные с каркасом, а другими с фиксирующими блоками, опущенными на морское дно, при этом преобразователь частоты размещен на берегу и связан с гидрогенератором с помощью электрического кабеля, а на концах цилиндрического каркаса установлены конусные устройства, образующие на входе потока воды конфузор, а на выходе - диффузор.Known underwater tidal power plant (RU 2361038 dated April 15, 2015), containing a hydrogenerator, consisting of a hydraulic turbine and a generator located in a sealed housing and kinematically connected to the turbine, a frequency converter through which the hydrogenerator is connected to an external power system, and a control system, a hydraulic turbine made of a bladed type, and the generator is excited by permanent magnets, while the hydrogenerator is installed in a metal cylindrical frame, to the upper part of which hollow containers are attached to hold the frame in an underwater deep position, and cables are attached to the lower part of the frame, connected with the frame at one end, and others with fixing blocks lowered to the seabed, while the frequency converter is placed on the shore and connected to the hydro generator using an electric cable, and cone devices are installed at the ends of the cylindrical frame, forming a confuser at the inlet of the water flow, and a diffuser at the outlet.
Недостатком этого устройства является то, что система удержания каркаса, в подводном заглубленном положении использующая троссы, ненадежна и имеет сложное исполнение, проблематично и точное удержание конфузора в направлении главного потока воды.The disadvantage of this device is that the frame retention system, which uses cables in an underwater deep position, is unreliable and has a complex design, it is problematic and accurate to hold the confuser in the direction of the main water flow.
Известна также приливная электростанция (RU 2579283 от 10.07.2009 г.), содержащая корпус с открытым входом и выходом установленных на вертикальных валах вращения, связанных с электрогенераторами, гидротурбин виде барабанов, на наружных поверхностях которых закреплены лопасти, причем на входе и выходе корпуса установлены вертикальные щиты, направляющие приливный поток на лопасти гидротурбин с обеспечением их вращения, представляющий гидротурбину. Барабан состоит из соединенных основаниями двух конусов, на наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти таким образом, что начало каждой лопасти на нижней вершине конуса барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на второй верхней вершине барабана на 1-2 шага лопастей, причем на нижней конусной части барабана лопасти имеют форму вращения в виде цилиндра, а в верхней части барабана лопасти повторяют при вращении форму конуса.A tidal power station is also known (RU 2579283 dated 07/10/2009), containing a housing with an open inlet and outlet installed on vertical shafts of rotation associated with electric generators, hydraulic turbines in the form of drums, on the outer surfaces of which blades are fixed, and at the inlet and outlet of the case are installed Vertical shields directing a tidal stream on the blades of hydraulic turbine with their rotation, representing the hydraulic turbine. The drum consists of connected by the bases of two cones, on the outer surfaces of which the blades are attached along the screw line so that the beginning of each blade at the lower top of the drum cone is shifted at the course of its rotation relative to the end of the blade at the second top of the drum per 1-2 steps of the blades, and on the lower conical part of the drum, the blades have the shape of rotation in the form of a cylinder, and in the upper part of the drum, the blades repeat the shape of a cone during rotation.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, в частности большие линейные размеры из-за особенностей конструкции гидротурбин.The disadvantage of this device is the complexity of the design, in particular the large linear dimensions due to the design features of the turbines.
Также известна безнапорная гирляндная гидроэлектростанция для использования энергии течений рек и приливов (RU 2305792 от 10.09.2007 г.), содержащая преобразователь энергии, непосредственно преобразующий энергию поступательного движения водного потока в кинетическую энергию вращения и состоящий из одной или нескольких последовательно соединенных в гирлянду гидротурбин, каждая из которых выполнена в виде полого несущего вала-цилиндра с конусными обтекателями на основаниях, к которому прикреплены по образующей цилиндра или под углом к ней лопасти-полуцилиндры таким образом, что несущий вал-цилиндр вписывается во внутренние концы лопастей-полуцилиндров, а их наружные концы, стянутые между собой в нескольких местах узкими кольцами-обручами, образуют многолопастной цилиндр.Also known is a non-pressure daisy-chained hydroelectric power station for using the energy of river currents and tides (RU 2305792 dated 09/10/2007), containing an energy converter that directly converts the energy of the translational movement of the water flow into kinetic energy of rotation and consisting of one or more hydraulic turbines connected in series into a garland, each of which is made in the form of a hollow carrier shaft-cylinder with conical fairings on the bases, to which half-cylinder blades are attached along the generatrix of the cylinder or at an angle to it in such a way that the carrier shaft-cylinder fits into the inner ends of the half-cylinder blades, and their outer the ends, pulled together in several places by narrow hoop rings, form a multi-bladed cylinder.
Недостатком этого устройства является сложная техническая реализация передачи вращающего момента на ротор электрогенератора и необходимость изменения положения гидротурбины для эффективной работы устройства.The disadvantage of this device is the complex technical implementation of the transmission of torque to the rotor of the generator and the need to change the position of the turbine for efficient operation of the device.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является устройство для выработки электроэнергии с водяным колесом в форме Дариуса (JPS60216070 от 1985 г.) представляющего собой генератор, закрепленный на дне моря и через редуктор соединенный с горизонтальным валом над поверхностью моря, на нем закреплены водяные колеса Дариуса в полупогруженном состоянии.The closest in technical essence to the claimed invention is a device for generating electricity with a water wheel in the form of Darius (JPS60216070 from 1985), which is a generator fixed on the seabed and connected through a gearbox to a horizontal shaft above the sea surface, water wheels are fixed on it Darius in a semi-submerged state.
Недостатком этого устройства является то, что устройство не осуществляет накопление воды при приливе для увеличения эффективности производства электроэнергии. Так же для генерации задействована только нижняя, погруженная в воду часть колеса Дариуса, а электрогенератор находится ниже уровня моря, что требует специальной герметизации затрудняет его обслуживание.The disadvantage of this device is that the device does not carry out the accumulation of water at high tide to increase the efficiency of power generation. Also, only the lower, immersed part of the Darius wheel, and the electric generator are below the sea level, are involved in the generation, which requires special sealing to maintain its maintenance.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание электростанции для существенного устранения недостатков аналогичных решений.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a power plant to significantly eliminate the disadvantages of similar solutions.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности использования морских приливов для производства электроэнергии за счет накопления дополнительных объемов воды.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the use of sea tides for the production of electricity due to the accumulation of additional volumes of water.
Осуществление требуемого технического результата достигается тем, что прибрежная волновая электростанция, представляет собой набор секций корпуса, ограждающих часть побережья, выполненных полыми и заполняемыми водой, закрепленными на грунте и между собой. Между секциями корпуса в необходимом количестве располагаются центральные секции, содержащие горизонтально рассоложенные преобразователи энергии, выполненные в виде полого несущего вала, к которому прикреплены под углом лопасти. Преобразователи имеют общий вал, в средней части которого расположен редуктор, концы вала вставлены в заполненные водой и закрепленные на грунте секции корпуса электростанции. Вал преобразователей через редуктор соединен с валом электрогенератора, который через систему управления подключен к аккумуляторной батареи и энергосистеме потребителей.The implementation of the required technical result is achieved by the fact that the coastal wave power plant is a set of body sections enclosing part of the coast, made hollow and filled with water, fixed on the ground and among themselves. Between the housing sections in the required number are central sections containing horizontally brine energy converters made in the form of a hollow bearing shaft, to which the blades are attached at an angle. The converters have a common shaft, in the middle part of which there is a gearbox, the ends of the shaft are inserted into the sections of the power station body filled with water and fixed on the ground. The shaft of the converters is connected through a gearbox to the shaft of the electric generator, which is connected to the battery and the power system of consumers through the control system.
Секция корпуса в верхней части имеет свободно закрепленный резервуар, заполненную воздухом и отклоняемую в одну сторону. Электрогенератор по проводной линии через систему управления подключен к аккумуляторной батарее и внешней энергосистеме.The housing section in the upper part has a loosely fixed reservoir filled with air and deflected to one side. The electric generator is connected by a wire line through the control system to the storage battery and the external power system.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена схема прибрежной волновой электростанции, где:The essence of the invention is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows a diagram of a coastal wave power plant, where:
1 - электрогенератор;1 - electric generator;
2 - преобразователь;2 - converter;
3 - центральная секция;3 - central section;
4 - редуктор;4 - reducer;
5 - секция корпуса электростанции;5 - section of the body of the power plant;
6 - отклоняемый резервуар.6 - deflected tank.
На Фиг. 2 представлена схема центральной секции и преобразователей, где:On FIG. 2 shows a diagram of the central section and converters, where:
7 - вал электрогенератора;7 - electric generator shaft;
8 - вал преобразователей;8 - converter shaft;
9 - ведущая шестерня;9 - drive gear;
10 - ведомая шестерня.10 - driven gear.
На Фиг. 3 представлена схема положения отклоняемого резервуара при приливе или накате морской волны.On FIG. 3 shows a diagram of the position of the deflected tank during high tide or sea wave run-up.
На Фиг. 4 представлена схема изменения положения отклоняемого резервуара при отливе или откате морской волны.On FIG. 4 shows a diagram of the change in the position of the deflected tank during the ebb or rollback of the sea wave.
Изобретение работает следующим образом: предварительно огораживается секциями корпуса электростанции (5) участок моря в прибрежной зоне. В средней части устанавливается центральная секция (3) с электрогенератором (1) и редуктором (4). Редуктор (4) представляет собой соединение ведущей (9) червячной шестерни, на общем валу преобразователей (2) с ведомой, в виде цилиндрического зубчатого колеса на валу электрогенератора (7) для передачи крутящего момента при осевом вращении 90 градусов по отношению к первому элементу.The invention works as follows: pre -encouraged by sections of the power plant (5) section of the sea in the coastal zone. In the middle part, a central section (3) with an electric generator (1) and a gearbox (4) is installed. The reducer (4) is a connection of the driving (9) worm gear, on the common shaft of the converters (2) with the driven one, in the form of a cylindrical gear on the shaft of the electric generator (7) for transmitting torque at axial rotation of 90 degrees relative to the first element.
При волнении моря или приливе, морская волна, набегающая на побережье, воздействует на секции корпуса электростанции (5), захлестывая и складывая их отклоняемые резервуары (6), в этот момент осуществляется проход на огороженный участок побережья максимального количества воды. При обратном движении воды отклоняемые резервуары (6) за счет положительной плавучести принимают вертикальное положение и препятствуют уходу воды. Весь поток направляется к центральной секции (3) и истекает, вращая лопасти преобразователей (2). Надо отметить, что первоначально входной поток воздействует также на верхнюю часть преобразователя (2) и вращает его, а исходящий поток воздействует на нижнюю часть лопастей преобразователя (2) и он осуществляет преобразование энергии волн во время всего цикла работы электростанции.When the sea is rough or high tide, the sea wave running on the coast acts on the sections of the power plant body (5), overflowing and folding their deflected reservoirs (6), at this moment the passage to the fenced area of the coast of the maximum amount of water is carried out. When the water moves back, the deflected tanks (6) take a vertical position due to positive buoyancy and prevent the water from leaving. The entire stream goes to the central section (3) and expires, rotating the blades of converters (2). It should be noted that initially the input flow also affects the upper part of the converter (2) and rotates it, and the outgoing flow acts on the lower part of the converter blades (2) and it transforms the energy of waves during the entire cycle of the power plant.
Вращательное движение общего вала преобразователя (8) приводит в движение ведущую шестерню (9) передающую крутящий момент на ведомую шестерню (10) на валу электрогенератора (7).The rotational movement of the common shaft of the converter (8) drives the drive gear (9) that transmits torque to the driven gear (10) on the generator shaft (7).
Прибрежная волновая электростанция позволяет использовать энергию морских волн, приливов и отливов для обеспечения электроэнергией потребителей, расположенных как в прибрежной зоне, так и удаленно, и станет достойной заменой централизованного электроснабжения или альтернативой установкам, использующим углеводородное топливо. За счет аккумуляторной батареи имеется возможность компенсировать периоды штиля на море, а сборный корпус прибрежной волновой электростанции позволяет подстраивать ее под особенности рельефа. В зависимости от силы волн и приливов в конкретном месте возможна установка соответствующего количества центральных секций (3) с преобразователями (2) и электрогенератором (1) для увеличения мощности электростанции.The coastal wave power station allows the use of the energy of sea waves, tides and castings to provide electricity to consumers located both in the coastal zone and remotely, and will become a worthy replacement for centralized power supply or alternative installations using hydrocarbon fuel. At the expense of the battery, it is possible to compensate for the periods of the calm at sea, and the assembly case of the coastal wave power plant allows you to adjust it to the features of the relief. Depending on the strength of waves and tides in a particular place, it is possible to install the corresponding number of central sections (3) with converters (2) and an electric generator (1) to increase the power of the power plant.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2789702C1 true RU2789702C1 (en) | 2023-02-07 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216070A (en) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | Akaho Yoshio | Submersible dalius turbine generator |
| RU2046207C1 (en) * | 1993-02-01 | 1995-10-20 | Владимир Александрович Гусев | Marine power generating plant |
| GB2460339A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-02 | Rupert John Armstrong Evans | Water turbine system for capturing tidal energy |
| WO2012023866A1 (en) * | 2010-08-20 | 2012-02-23 | Pedro Saavedra Pacheco | Marine wind turbine with extendable blades |
| KR20140092218A (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-23 | 홍문표 | Double current generating station structure of the multi-level frames of the vertical water turbines from tidal and wave |
| RU162604U1 (en) * | 2015-12-04 | 2016-06-20 | Илларион Николаевич Тэн | HYDRO POWER PLANT |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216070A (en) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | Akaho Yoshio | Submersible dalius turbine generator |
| RU2046207C1 (en) * | 1993-02-01 | 1995-10-20 | Владимир Александрович Гусев | Marine power generating plant |
| GB2460339A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-02 | Rupert John Armstrong Evans | Water turbine system for capturing tidal energy |
| WO2012023866A1 (en) * | 2010-08-20 | 2012-02-23 | Pedro Saavedra Pacheco | Marine wind turbine with extendable blades |
| KR20140092218A (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-23 | 홍문표 | Double current generating station structure of the multi-level frames of the vertical water turbines from tidal and wave |
| RU162604U1 (en) * | 2015-12-04 | 2016-06-20 | Илларион Николаевич Тэн | HYDRO POWER PLANT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lagoun et al. | Ocean wave converters: State of the art and current status | |
| EP2906816B1 (en) | Device for generating hydroelectric energy | |
| US20060273594A1 (en) | Ocean wave generation | |
| US10415539B1 (en) | Tidal electricity generator | |
| KR20100131078A (en) | Float type hydraulic power generater | |
| US20100123316A1 (en) | Power generator barge | |
| WO2012131705A2 (en) | A device for generating electrical energy using ocean waves | |
| KR101012094B1 (en) | Tidal Current Power Plant | |
| CN102384017A (en) | Vertical shaft waterflow generating system | |
| CN109469578B (en) | Wind power/ocean energy complementary power generation wave-absorbing device | |
| Lemonis et al. | Wave and tidal energy conversion | |
| CN104018980A (en) | Pile type wave energy capturing device utilizing plurality of floating bodies | |
| RU2789702C1 (en) | Coastal wave power plant | |
| KR20040033160A (en) | Current energy power generation apparatus using impeller type water mill | |
| WO2012127486A1 (en) | System for generation of electrical power by siphoning sea water at sea shore | |
| CN202250580U (en) | Vertical-shaft waterflow electricity generation system | |
| KR20120013472A (en) | Wave energy generator with variable transmission | |
| KR101763802B1 (en) | Hybrid wind wave power plant | |
| RU2775945C1 (en) | Wave unit | |
| US10982645B2 (en) | River and tidal turbine with power control | |
| EP2961979B1 (en) | Modular floating pier with integrated generator of energy from renewable sources | |
| RU192257U1 (en) | High Tide Hydraulic Generator | |
| RU2791367C1 (en) | Wave plant | |
| CN111577520A (en) | Oscillating hydrofoil tidal current energy power generation device | |
| EP3164597A1 (en) | Device for generating hydro-electric energy |