UA103408C2

UA103408C2 - Method of operation of submersible electric power plant together with wave and wind-driven power plants

Info

Publication number: UA103408C2
Application number: UAA201202149A
Authority: UA
Inventors: Анатолий Васильевич Савченко; Сергей Дмитриевич Осадчий
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Гидротехпроект"
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-10-10

Abstract

The invention relates to generation of electricity with use of energy of waves and wind. Submersible electric power plant operates together with wave and wind engines that drive water pumps. Hydro-static pressure of submersion is used for drive of hydro-turbine. Water flow worked out in the turbine is discharged to service reservoir insulated from environment, with separate section in which there is a discharge pump with pneumatic drive. Compressed air for pneumatic motors is obtained by means of those water pumps that are connected through suction pipelines to installed in pairs hermetic half-filled with water vessels. The pumps pump water in turn from one vessel to another one, with compression of air in vessels with pumped-in water. Compressed air through discharge valve is directed to air collector to which pneumatic drives of discharge pumps are connected. At following water pump out from hermetic vessels atmospheric air is filled there for the following compression cycle. At absence of wind and waves operation of hydro-turbine can be supported during some time by means of compressed air. The invention promotes transformation of energy of waves and energy of wind to electricity, and more stable operation of electric power plant.

Description

Винахід належить до гідроенергетики і може бути використаний при виробленні електроенергії в комплексі з хвильовими і вітровими енергоустановками.The invention belongs to hydropower and can be used in the production of electricity in a complex with wave and wind power plants.

Відома хвильова пневмо-гідроакумулююча електростанція, в якій хвильові енергоустановки з'єднані приводами з компресорними установками, стисле повітря від яких спрямовується в повітрозбірник і подається по повітроводу в гідроакумулюючі ємності (див. патент ША Мо 90949,A well-known wave pneumo-hydraulic power plant, in which the wave power plants are connected by drives to the compressor units, the compressed air from which is directed into the air manifold and supplied through the duct to the hydroaccumulating tanks (see patent SHA Mo 90949,

Е 03 В 13/00, 2008 р.).E 03 B 13/00, 2008).

Недоліком цієї установки є мала продуктивність компресора через складність хвильового приводу до компресорних установок унаслідок невідповідності швидкості обертання хвильової турбіни і необхідної швидкості при обертанні компресорного пристрою.The disadvantage of this installation is the low performance of the compressor due to the complexity of the wave drive for compressor installations due to the discrepancy between the speed of rotation of the wave turbine and the required speed when rotating the compressor device.

Відома також занурена хвильова електростанція, у якій використовується гідростатичний тиск глибини занурення турбіни для створення її робочого напору з відведенням води від турбіни в ізольований від водного довкілля витратний резервуар із застосуванням відкачування води з витратного резервуару водяними насосами, що мають привід від хвильових енергоустановок (див. патент ША 95525, Е 03 В 13/14, 2011 р.).A submerged wave power plant is also known, in which the hydrostatic pressure of the submersion depth of the turbine is used to create its working head with the removal of water from the turbine into a waste tank isolated from the water environment with the use of water pumping from the waste tank by water pumps driven by wave power plants (see patent SHA 95525, E 03 B 13/14, 2011).

Недоліком такого способу роботи зануреної електростанції є те, що хвильова енергоустановка для відкачування води є єдиним джерелом отримання енергії для роботи зануреної електростанції. При припиненні роботи хвильової енергоустановки робота електростанції після заповнення витратних резервуарів припиняється. Резервний запас енергії відсутній.The disadvantage of this method of operation of a submerged power plant is that the wave energy installation for pumping water is the only source of energy for the operation of the submerged power plant. When the operation of the wave energy installation is stopped, the operation of the power plant is stopped after the consumption tanks are filled. There is no reserve energy.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу роботи зануреної електростанції спільно з хвильовою і вітровою енергоустановками, при якому відбувається накопичення потенційної енергії за рахунок сумарної енергії хвильових і вітрових енергоустановок, а робота зануреної електростанції забезпечується розподілом і витратою потенційної енергії у вигляді об'ємів стислого повітря для спорожнювання її витратних резервуарів.The basis of the invention is the task of improving the method of operation of a submerged power plant together with wave and wind power plants, in which potential energy is accumulated due to the total energy of wave and wind power plants, and the operation of the submerged power plant is ensured by the distribution and consumption of potential energy in the form of volumes of compressed air for emptying its waste tanks.

Поставлене задача розв'язується тим, що у запропонованому способі роботи зануреної електростанції що включає використання гідростатичного тиску від глибини занурення гідротурбіни для створення її робочого напору, відведення води від турбіни в ізольований від водного довкілля витратний резервуар з ізольованою секцією, переміщення об'ємів водиThe task is solved by the fact that in the proposed method of operation of a submerged power plant, which includes the use of hydrostatic pressure from the submersion depth of the hydroturbine to create its working pressure, the removal of water from the turbine into a consumption tank with an isolated section isolated from the water environment, the movement of water volumes

Зо водяними насосами, що мають привід від хвильових енергоустановок, накопичення стиснутого повітря в повітрозбірнику і його використання для створення тиску, згідно з винаходом, одна частина водяних насосів підключена до приводів від вітродвигунів, до іншої частини насосів підключені приводи від хвильових енергоустановок, а самі водяні насоси з'єднані через напірні і всмоктувальні трубопроводи з попарно встановленими герметичними на половину заповненими водою ємностями і перекачують воду по черзі з однієї ємності в іншу, стискуючи закачуваною водою повітря, що знаходиться в ємностях.With water pumps that have a drive from wave power plants, the accumulation of compressed air in the air manifold and its use to create pressure, according to the invention, one part of the water pumps is connected to the drives from wind motors, to the other part of the pumps, the drives from wave power plants are connected, and the water pumps themselves the pumps are connected through pressure and suction pipelines to pairs of hermetically sealed containers half filled with water and pump water alternately from one container to another, compressing the air in the containers with the pumped water.

Крім того, при закачуванні води в герметичну ємність стиснуте повітря через випускний клапан спрямовується в повітрозбірник, створюючи запас потенційної енергії, а при відкачуванні води з герметичної ємності до неї по повітроводу через впускний клапан надходить атмосферне повітря.In addition, when water is pumped into a hermetic container, compressed air is directed to the air manifold through the outlet valve, creating a reserve of potential energy, and when water is pumped out of the hermetic container, atmospheric air enters it through the air duct through the inlet valve.

Крім того, спорожнювання витратного резервуара виконується шляхом відкачування води водяними насосами, які мають пневматичний привід.In addition, the emptying of the waste tank is performed by pumping water with water pumps that have a pneumatic drive.

Між сукупністю відмітних ознак технічного вирішення, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступна система причинно-наслідкових зв'язків.The following system of cause-and-effect relationships exists between the set of distinctive features of the claimed technical solution and the achieved technical result.

Підключення однієї частини водяних насосів до приводів від вітродвигунів, а іншої частини - до хвильових енергоустановок дозволяє використовувати як вітрову, так і хвильову енергію для перекачування води з однієї попарно з'єднаної герметичної ємності в іншу, утворюючи водою, що перекачується, об'єми стислого повітря і направити його через випускний клапан в повітрозбірник для створення і поповнення запасу потенційної енергії, що забезпечує роботу зануреної електростанції.Connecting one part of the water pumps to drives from wind engines, and the other part to wave power plants allows using both wind and wave energy to pump water from one pair-connected hermetic container to another, forming volumes of compressed water with the pumped water air and send it through the exhaust valve to the air manifold to create and replenish the potential energy reserve that ensures the operation of the submerged power plant.

Подавання стиснутого повітря до водяних насосів, які мають пневматичний привід, дозволяє виконувати відкачування води з витратного резервуара у водне довкілля з відведенням відпрацьованого повітря по повітроводу у атмосферу, що забезпечує постійну роботу зануреної електростанції.Compressed air supply to water pumps that have a pneumatic drive allows water to be pumped from the waste tank into the water environment with exhaust air venting through the air duct into the atmosphere, which ensures constant operation of the submerged power plant.

Запропоноване технічне вирішення пояснюється кресленням, де: на фіг. 1 зображений подовжній розріз по осі електростанції, витратних резервуарах і герметичних ємностям.The proposed technical solution is explained by the drawing, where: in fig. 1 shows a longitudinal section along the axis of the power plant, waste tanks and sealed containers.

На фіг. 2 - схема обв'язування двох герметичних ємностей всмоктувальними і напірними трубопроводами при роботі двох насосів.In fig. 2 - the scheme of connecting two hermetic containers with suction and pressure pipelines during the operation of two pumps.

Де: бо 1 - герметичний корпусWhere: bo 1 - hermetic case

2 - Гідротурбіна2 - Hydro turbine

З - Витратний резервуар 4 - Водовідвідний трубопровід - Насосна камера 5 6 - Водяні насоси з пневмоприводами 7 - Напірний патрубок насоса 8 - Всмоктувальна труба насоса 9 - Повітровід для скидання підвищеного тиску повітря - Герметична ємність 10 11 - Повітрозбірник 12 - Повітровід високого тиску 13 - Вентиль повітроводу високого тиску 14 - Випускний клапан герметичної ємності - Повітровід подачі атмосферного повітря 15 16 - Вентиль повітроводу 17 - Хвильова енергоустановка 18 - Привід до насосів від енергоустановки 19 - Вітрова енергоустановка - Водяний насос 20 21 - Вентиль всмоктувального трубопроводу 22 - Вентиль напірного трубопроводу 23 - Всмоктувальний трубопровід 24 - Напірний трубопровід - Зона хвильової дії. 25 Реалізація запропонованого способу використання хвильової і вітрової енергії при роботі зануреної електростанції відбувається таким чином.C - Waste tank 4 - Water outlet pipeline - Pump chamber 5 6 - Water pumps with pneumatic drives 7 - Pump discharge pipe 8 - Pump suction pipe 9 - Air duct for releasing high air pressure - Hermetic container 10 11 - Air collector 12 - High pressure air duct 13 - High-pressure air duct valve 14 - Sealed container outlet valve - Atmospheric air supply duct 15 16 - Air duct valve 17 - Wave power plant 18 - Drive to pumps from the power plant 19 - Wind power plant - Water pump 20 21 - Suction pipe valve 22 - Discharge pipe valve 23 - Suction pipeline 24 - Pressure pipeline - Zone of wave action. 25 Implementation of the proposed method of using wave and wind energy in the operation of a submerged power plant is as follows.

З'єднані попарно герметичні ємності 10 наполовину заповнюються водою. За наявності хвилювання або вітру на акваторії хвильові 17 і вітрові 19 енергоустановки через приводи 18 приводять в дію насоси 20. Через трубопроводи 23 виконується відкачування води з ємностіPaired sealed containers 10 are half filled with water. In the presence of turbulence or wind in the water area, wave 17 and wind 19 power plants activate pumps 20 through drives 18. Water is pumped out of the tank through pipelines 23

Зо (2) у ємність (Тр), при цьому вентилі з індексом (1) відкриті як на всмоктувальних трубопроводах 23 так і на напірних 24. Вентилі з індексом (2) закриті. Вода з ємності (2"р) перекачується в ємність (Тр), рівень води в ній підвищується і стискує повітря, що розташоване у верхній частині ємності 10. Через повітровід 15 при відкритому вентилі 16 в ємність (2'р) надходить атмосферне повітря. У ємності (1'р) повітровід перекритий вентилем 16. При отриманні заданого тиску повітря в ємності (Ір) відкривається випускний клапан 14 і порція стиснутого повітря потрапляє у повітрозбірник 11.From (2) into the container (Tr), while the valves with the index (1) are open both on the suction pipelines 23 and on the pressure pipelines 24. The valves with the index (2) are closed. Water from the container (2"p) is pumped into the container (Tr), the water level in it rises and compresses the air located in the upper part of the container 10. Atmospheric air enters the container (2'p) through the air duct 15 when the valve 16 is open. In the container (1'r), the air duct is closed by the valve 16. When the specified air pressure in the container (Ir) is obtained, the exhaust valve 14 opens and a portion of the compressed air enters the air manifold 11.

Для перекачування води з ємності (1'р) в ємність (2'р) вентиля з індексом (2) відкриваються, а з індексом (1") закриваються. Перекривається повітровід 15 вентилем 16 на ємності (2"р), а на ємності (1'р) відкривається вентиль 16 повітроводу 15.To pump water from the container (1'r) to the container (2'r), the valve with the index (2) is opened, and the one with the index (1") is closed. The air duct 15 is blocked by the valve 16 on the container (2"r), and on the container (1'r) the valve 16 of the air duct 15 is opened.

При роботі насосів рівень води, що піднімається, в ємності (2'р) стискує повітря у верхній частині ємності і при досягненні заданого тиску відкривається випускний клапан 14, порція стиснутого повітря потрапляє в повітрозбірник 11 з герметичної ємності (2'р).During the operation of the pumps, the rising water level in the tank (2'p) compresses the air in the upper part of the tank and when the set pressure is reached, the outlet valve 14 opens, a portion of the compressed air enters the air collector 11 from the sealed tank (2'p).

При наповненні повітрозбірника 11 стиснутим повітрям відбувається накопичення потенційної енергії, при наявності якої виконується запуск гідротурбіни 2 зануреної електростанції. Вода від турбіни 2 по водовідвідному трубопроводу 4 спрямовується у витратний резервуар 3. При наповненні витратного резервуара З водою по повітроводу високого тиску 12 через відкритий вентиль 13 з повітрозбірнику 11 подається стиснуте повітря на пневматичний привід насосів 6. При їх роботі через всмоктувальну трубу 8 відбувається забір води з витратного резервуара З і через насос 6 вода скидається по напірному патрубку 7 в навколишнє водне середовище.When the air manifold 11 is filled with compressed air, potential energy is accumulated, in the presence of which the hydro turbine 2 of the submerged power plant is started. Water from the turbine 2 is directed to the waste tank 3 through the drainage pipeline 4. When the waste tank is filled with water, through the high-pressure air line 12, through the open valve 13, from the air manifold 11, compressed air is supplied to the pneumatic drive of the pumps 6. During their operation, intake is carried out through the suction pipe 8 of water from the waste tank C and through the pump 6, the water is discharged through the pressure pipe 7 into the surrounding water environment.

Відпрацьоване повітря з насосної камери 5 по повітроводу для скидання підвищеного тиску повітря 9 виводиться в атмосферу.The spent air from the pumping chamber 5 is discharged into the atmosphere through the air duct for releasing the increased air pressure 9.

Наповнення і спорожнення витратного резервуара З відбувається одночасно, що забезпечує постійну роботу зануреної електростанції.The filling and emptying of the consumption tank C occurs simultaneously, which ensures the constant operation of the submerged power plant.

Занурена електростанція працює за наявності хвильової дії на хвильові енергоустановки, а також за наявності вітру для роботи вітрових приводів, що дає можливості постійно поповнювати витрату стиснутого повітря. За відсутності хвилювання води і дії вітру занурена електростанція працює за рахунок накопичених об'ємів стиснутого повітря в повітрозбірнику.A submerged power plant works in the presence of wave action on wave power plants, as well as in the presence of wind for the operation of wind drives, which makes it possible to constantly replenish the flow of compressed air. In the absence of water agitation and wind action, the submerged power plant works due to the accumulated volumes of compressed air in the air manifold.

Кількість груп герметичних ємностей з повітрозбірниками і насосами з приводами від хвильових бо і вітрових енергоустановок необмежена. Вітрові енергоустановки можуть розміщуватися як на акваторії, так і на суходолі, що дозволяє значно збільшити потужність електростанції і підвищити стабільність її роботи.The number of groups of hermetic containers with air collectors and pumps with drives from wave and wind power plants is unlimited. Wind power plants can be located both on water and on land, which allows to significantly increase the power of the power plant and increase the stability of its operation.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. The method of operation of a submerged power plant together with wave and wind power plants, according to which hydrostatic pressure from the submergence depth of the hydroturbine is used to create its working head, water is diverted from the turbine to a waste tank isolated from the water environment with an isolated section, water volumes are pumped out with water pumps that have a drive from wave power plants accumulate compressed air in the air manifold and use it to create pressure, which differs in that one part of the water pumps is connected to the drives from wind motors, to the other part of the pumps the drives from wave power plants are connected, and the water pumps themselves are connected through pressure and suction pipelines with hermetically installed containers half filled with water and pump water alternately from one container to another, compressing the air in the containers with the pumped water, the energy of which is used to empty the waste valves water pumps with pneumatic drives.

2. The method according to claim 1, which differs in that when water is pumped into a hermetic container, compressed air is directed to the air manifold through the exhaust valve, creating a reserve of potential energy, and when water is pumped from the hermetic container to it through an air duct, atmospheric air is admitted through the inlet valve. s, kny m u Ya i Shi Y . GRANDFATHER Mo and co Penya Kk ra JAK I and | khushcha 2nd and nd N you. Kk ry u t Ko H. zhva yi KZ Mk vve IN vezh Still Shi Z i y schikh i ti int too not rya YOU in SE? set tek ev.

Fig. 2