RU2316670C1

RU2316670C1 - Wave power plant

Info

Publication number: RU2316670C1
Application number: RU2006120319/06A
Authority: RU
Inventors: Антон Евгеньевич Кирюнин (RU); Антон Евгеньевич Кирюнин; Юрий Александрович Телегин (RU); Юрий Александрович Телегин; Юрий Владимирович Трофимов (RU); Юрий Владимирович Трофимов
Original assignee: Антон Евгеньевич Кирюнин
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2008-02-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed plant is designed for converting energy of waves into electric energy. Proposed plant contains vertical support secured on bottom, rocking rod installed on support for rotation around axis of support, float secured on one of rod ends. Float is provided with intake bottom hole and outlet top hole, both provided with remote controlled valves, and electric generator. Upper end of support remains under water at any possible magnitudes of waves. Wave magnitude sensor is connected with remote controlled valves, float is connected to pneumatic line connected with pressure source, rocking rod is connected with pump which is connected by pipeline with accumulator of hydropotential energy on shore, electric generator is located on shore and is coupled with hydraulic turbine connected with accumulator of hydropotential energy. Plant changes to safe mode of operation owing to filling of float with water at excess of magnitudes waves determined by corresponding wave magnitude sensor.

EFFECT: provision of reliable and long operation.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к устройствам для преобразования энергии волн водоемов в электроэнергию.The invention relates to the field of renewable energy, and in particular to devices for converting the energy of waves of water bodies into electricity.

Известна волновая энергетическая установка по заявке на патент РФ №94025338, МПК 8 F03В 13/12. Волновая энергетическая установка содержит вертикальную опору, трубу, установленную на опоре с возможностью вращения вокруг ее оси, две горизонтальных опоры, объединенных направляющими, по которым перемещается поплавок в форме цилиндра, на оси которого установлены колеса, перемещающиеся по направляющим, и посредством гибкой связи приводящий в действие обмотку электрогенератора. Установка содержит также два электродвигателя, с помощью которых установка меняет свое положение при изменении направления волны и ее амплитуды.Known wave power plant according to the patent application of the Russian Federation No. 94025338, IPC 8 F03B 13/12. The wave power plant comprises a vertical support, a pipe mounted on the support with the possibility of rotation around its axis, two horizontal supports connected by guides along which a cylinder-shaped float moves, on the axis of which wheels are mounted, moving along the guides, and through flexible coupling leading to action generator winding. The installation also contains two electric motors, with the help of which the installation changes its position when the direction of the wave and its amplitude change.

Основным недостатком известной волновой энергетической установки является то, что электрогенератор и электродвигатели расположены с возможностью попадания в них воды, что снижает надежность и долговечность работы установки.The main disadvantage of the known wave power plant is that the generator and electric motors are arranged with the possibility of water entering them, which reduces the reliability and durability of the installation.

Также известна волновая энергетическая установка по патенту РФ №2150021, МПК 8 F03В 13/12, наиболее близкая по своей технической сущности и принятая в качестве ближайшего аналога. Волновая энергетическая установка по патенту РФ №2150021 выглядит следующим образом: на поверхности воды из комплектующих собирают жесткий объемный каркас в виде однотипных модулей, устанавливают множество поплавков в несколько рядов как вдоль, так и перпендикулярно рабочему валу с муфтами одностороннего вращения на каждый поплавок и поплавки связывают с муфтами гибкими связями. Вторичные валы передаточных механизмов разных модулей соединяют карданными передачами. Площадь энергостанции, параметры и количество поплавков определяют по выведенной формуле в зависимости от проектной мощности. Используют поплавки двух оптимальных форм для двух вариантов подвески - на двуплечем рычаге и на вертикальном участке замкнутой через четыре шкива связи. На каркасе размещают ветроагрегаты, преобразователи солнечной энергии, производственные и жилые постройки. Утилизированную энергию волн и ветра в виде механической энергии вращающегося вала через механизмы сцепления, раздаточные коробки и т.п.используют для привода электрогенераторов, насосов, вакуумных дистилляционных установок, опреснительных установок обратного осмоса, мельниц и др. Первичную электроэнергию с нестабильными параметрами используют для нагрева пара, зарядки аккумуляторов, а также для работы электролизера и получения водорода, его накапливают в резервуарах и используют для работы двигателя внутреннего сгорания для привода другого генератора со стабилизацией параметров с помощью обратной связи. Насосами морскую воду перекачивают в резервуары выше уровня моря и используют для работы гидроэлектроагрегата по принципу гидроаккумулирующей электростанции. Энергостанцию устанавливают на шарнирной опоре, или на сваях, или на понтонах с возможностью регулирования высоты расположения каркаса относительно уровня воды, оснащают водяными колесами для маневрирования.Also known wave power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2150021, IPC 8 F03B 13/12, the closest in its technical essence and adopted as the closest analogue. The wave power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2150021 is as follows: on the surface of the water, a rigid volumetric frame is assembled in the form of the same type of modules, a plurality of floats are installed in several rows both along and perpendicular to the working shaft with one-way rotary couplings for each float and the floats are connected with flexible couplings. The secondary shafts of the gears of the various modules are connected by cardan gears. The area of the power plant, the parameters and the number of floats are determined by the derived formula, depending on the design capacity. Floats of two optimal shapes are used for two suspension options - on a two-arm lever and on a vertical section of a connection closed through four pulleys. Windmills, solar energy converters, industrial and residential buildings are placed on the frame. The utilized energy of waves and wind in the form of mechanical energy of a rotating shaft through clutch mechanisms, transfer cases, etc. is used to drive electric generators, pumps, vacuum distillation plants, reverse osmosis desalination plants, mills, etc. Primary electricity with unstable parameters is used for heating steam, charging the batteries, as well as for the operation of the electrolyzer and the production of hydrogen, it is accumulated in tanks and used to operate the internal combustion engine to drive and another generator with stabilization of parameters using feedback. With pumps, sea water is pumped into reservoirs above sea level and is used to operate a hydroelectric unit according to the principle of a pumped storage power plant. The power station is installed on a hinged support, or on piles, or on pontoons with the possibility of adjusting the height of the frame relative to the water level, equipped with water wheels for maneuvering.

Недостатком единичного модуля известной волновой энергетической установки является возможность разрушения конструкция данного модуля, а особенно стойки, поплавковой конструкции и подвески поплавка к общему каркасу посредством стойки либо шкивов при воздействии волновой нагрузки, превышающей расчетную, например, при сильном шторме, могут разрушиться, что снижает устойчивость установки к неблагоприятным внешним факторам и ее надежность.The disadvantage of a single module of the known wave power plant is the possibility of destruction of the structure of this module, and especially the strut, float design and suspension of the float to the common frame by means of a strut or pulleys, when exposed to a wave load exceeding the calculated one, for example, during a strong storm, they can collapse, which reduces stability installation to adverse external factors and its reliability.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить устойчивость волновой энергетической установки к неблагоприятным внешним факторам, тем самым повысить надежность и долговечность ее работы в условиях неблагоприятной внешней среды.The claimed invention has the task of increasing the stability of the wave power plant to adverse external factors, thereby increasing the reliability and durability of its operation in an unfavorable environment.

Поставленная задача решается следующим образом: волновая энергетическая установка, содержащая вертикальную, укрепленную на дне опору, качающуюся штангу, установленную на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры, поплавок, закрепленный на одном из концов качающейся штанги, причем поплавок имеет впускное снизу и выпускное сверху отверстия, снабженные управляемыми дистанционно клапанами, и электрогенератор, при этом вертикальная, укрепленная на дне опора, имеет длину такую, что верхний ее конец находится под водой при любой возможной силе волнения, датчик силы волнения связан с управляемыми дистанционно клапанами, поплавок подключен к пневмомагистрали, соединенной с источником давления, качающаяся штанга соединена с насосом, который соединен трубопроводом с аккумулятором гидропотенциальной энергии на берегу, электрогенератор расположен на берегу и связан с гидротурбиной, соединенной с аккумулятором гидропотенциальной энергии.The problem is solved as follows: a wave power plant containing a vertical, reinforced at the bottom of the support, a swinging rod mounted on the support with the possibility of rotation around the axis of the support, a float mounted on one end of the swinging rod, and the float has an inlet bottom and outlet from the top equipped with remotely controlled valves and an electric generator, while the vertical support fixed at the bottom has a length such that its upper end is under water at any wave force, the wave force sensor is connected to remotely controlled valves, the float is connected to a pneumatic line connected to a pressure source, the swinging rod is connected to a pump, which is connected by a pipeline to the hydropotential energy accumulator on the shore, the electric generator is located on the shore and connected to a hydraulic turbine connected to accumulator of hydropotential energy.

Аккумулятор гидропотенциальной энергии может быть выполнен в виде водонапорной башни.The accumulator of hydropotential energy can be made in the form of a water tower.

Аккумулятор гидропотенциальной энергии может быть выполнен в виде гидропневмоаккумулятора.The accumulator of hydropotential energy can be made in the form of a hydropneumatic accumulator.

Гидротурбина, насос и аккумулятор гидропотенциальной энергии могут быть объединены в замкнутый контурHydroturbine, pump and accumulator of hydropotential energy can be combined in a closed loop

На вертикальную опору может быть надет открытый снизу стакан, закрепленный на вертикальной опоре с помощью подшипниковых опор, находящихся в образованной между стаканом и вертикальной опорой воздушной подушке.A vertical open cup can be worn on a vertical support, mounted on a vertical support with the help of bearing bearings located in an air cushion formed between the glass and the vertical support.

Датчик силы волнения может быть выполнен в виде датчика гидростатического давления, расположенного на качающейся штанге, вблизи крепления штанги на опореThe wave force sensor can be made in the form of a hydrostatic pressure sensor located on a swinging rod, near the mounting of the rod on a support

Датчик силы волнения может быть выполнен в виде датчика углового положения, расположенного на оси вращения штанги.The wave force sensor can be made in the form of an angular position sensor located on the axis of rotation of the rod.

Датчик силы волнения может быть выполнен в виде датчика углового ускорения и расположен во внутренней полости штанги.The wave force sensor can be made in the form of an angular acceleration sensor and is located in the inner cavity of the rod.

Датчик силы волнения может быть выполнен в виде датчика давления в насосе.The wave force sensor can be made in the form of a pressure sensor in the pump.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно повысить надежность и долговечность работы волновой энергетической установки в условиях неблагоприятной внешней среды.Thus, the claimed invention allows to obtain a technical result, namely to increase the reliability and durability of the wave power plant in an unfavorable environment.

На фиг.1 представлен общий вид размещения установки в водоеме, и положений поплавка в рабочем и безопасном положениях.Figure 1 presents a General view of the placement of the installation in a reservoir, and the provisions of the float in working and safe positions.

На фиг.2 представлен вид опоры с расположенным на ней оборудованием.Figure 2 presents a view of the support with equipment located on it.

На фиг.3 представлен вид поплавка и узел крепления качающейся штанги к опоре.Figure 3 presents a view of the float and the mounting unit of the swinging rod to the support.

Волновая энергетическая установка (фиг.1) содержит вертикальную опору 1, укрепленную на дне водоема. Вертикальная опора 1 установлена таким образом, чтобы ее верхний срез с укрепленной на нем качающейся штангой 2, находился под водой при любой вероятной силой волнения. Качающаяся штанга 2 закреплена на вертикальной опоре 1 так, что соотношение между плечами качающейся штанге 2 составляют примерно 10 к 1. На длинном конце штанги закреплен поплавок 3. На вертикальную опору 1 (фиг.2) надет открытый снизу стакан 4, закрепленный на вертикальной опоре 1 с помощью подшипниковых узлов 5, находящихся в образованной между стаканом и вертикальной опорой воздушной подушке. Также снаружи стакана 4 закреплен насос 6, механически связанный с коротким плечом качающейся штанги 2. Насос 6 с помощью трубопровода 7 соединен с гидропневмоаккумулятором 8, расположенном на берегу в защищенном от неблагоприятных факторов внешней среды месте. Турбина 9 соединена с гидропневноаккумулятором 8 через клапан постоянного давления. Сливной патрубок 10 одним концом соединен с выходом турбины 9, а другим выходит в водоем. В поплавке 3 (фиг.3) имеются верхнее и нижнее отверстия, снабженные регулируемыми клапанами 11 и 12. Также в поплавке 3 имеется отверстие с присоединенной к нему пневмомагистралью 13, которая соединена с источником сжатого воздуха 14. Регулируемые клапана 11 и 12 связаны с датчиком силы волнения, выполненном в виде датчика гидростатического давления 15, расположенном на качающейся штанге 2, вблизи крепления качающейся штанги 2 к вертикальной опоре 1.Wave power plant (figure 1) contains a vertical support 1, mounted on the bottom of the reservoir. The vertical support 1 is installed in such a way that its upper cut with the swinging bar 2 fixed on it is under water at any possible force of excitement. The swing rod 2 is fixed on the vertical support 1 so that the ratio between the shoulders of the swing rod 2 is about 10 to 1. At the long end of the rod, a float 3 is fixed. A vertical open cup 1 (Fig. 2) is fitted with a glass 4 open from below that is mounted on a vertical support 1 with the help of bearing units 5 located in the air cushion formed between the glass and the vertical support. Also, outside the cup 4, a pump 6 is fixed mechanically connected to the short arm of the swinging rod 2. The pump 6 is connected via a pipeline 7 to a hydraulic accumulator 8 located on the shore in a place protected from adverse environmental factors. The turbine 9 is connected to the hydraulic accumulator 8 through a constant pressure valve. The drain pipe 10 is connected at one end to the outlet of the turbine 9, and at the other ends into a reservoir. In the float 3 (figure 3) there are upper and lower openings equipped with adjustable valves 11 and 12. Also in the float 3 there is an opening with a pneumatic line 13 connected to it, which is connected to a compressed air source 14. The adjustable valves 11 and 12 are connected to the sensor waves of excitement, made in the form of a hydrostatic pressure sensor 15, located on the swinging rod 2, near the mounting of the swinging rod 2 to the vertical support 1.

Сливной патрубок 10 может быть объединен с насосом 6 и гидропневмоаккумулятором 8 в замкнутый контур, что несколько снизит к.п.д. системы, но позволит использовать в контуре химически нейтральную жидкость, например пресную воду, что повысит долговечность работы установки.The drain pipe 10 can be combined with a pump 6 and a hydraulic accumulator 8 in a closed loop, which will slightly reduce the efficiency system, but will allow the use of a chemically neutral liquid, such as fresh water, in the circuit, which will increase the durability of the installation.

Также датчик силы волнения может быть реализован в виде датчика углового положения качающейся штанги, либо в виде датчика углового ускорения, расположенного в штанге, либо в поплавке. Датчик силы волнения может быть реализован в виде датчика давления в насосе. Благодаря тому, что электрогенератор может быть изолирован от неблагоприятного воздействия внешней среды на берегу повышается надежность работы всей установки в целом.Also, the wave force sensor can be implemented in the form of a sensor for the angular position of the swinging rod, or in the form of an angular acceleration sensor located in the rod, or in the float. The wave force sensor can be implemented as a pressure sensor in the pump. Due to the fact that the generator can be isolated from the adverse effects of the external environment on the shore, the reliability of the entire installation increases.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом: при нормальных условиях внешней среды качающаяся штанга 2 с поплавком 3 свободно вращается и качается относительно вертикальной опоры 1, при этом верхний и нижний регулируемые клапана 11 и 12 закрыты. В этом режиме подводная часть установки за счет механических перемещений поплавка 3 перекачивает с помощь насоса 5 воду по трубопроводу 6 в гидропневмоаккумулятор 8, и затем поток воды, проходя через турбину 9, вырабатывает энергию. При наступлении неблагоприятных внешних условий, например, чрезмерно сильного волнения либо ветра поступает сигнал от датчика 15, на открытие регулируемых клапанов 11 и 12 в поплавке 3. Поплавок 3 заполняется водой, приобретает отрицательную плавучесть, и качающаяся штанга 2 с поплавком 3 погружается в положение не подвергающиеся значительным динамическим нагрузкам от волнения. При снижении силы волнения до допустимой силы датчик 15 подает сигнал на закрытие верхнего клапана 12 и на подачу сжатого воздуха в поплавок 3 по пневмомагистрали 13 от источника сжатого воздуха 15, вода вытесняется из поплавка 3, поплавок 3 приобретает положительную плавучесть и начинает работать в нормальном режиме. Через некоторое время после начала подачи сжатого воздуха в поплавок 3 закрывается нижний регулируемый клапан 11. Таким образом, при превышении допустимых нагрузок волновая энергетическая установка переходит в безопасный режим. В безопасном режиме все основные узлы конструкции находятся ниже уровня максимального воздействия волнения, что способствует повышению надежности работы установки. Также волновая энергетическая установка, находящаяся в безопасном режиме более динамически устойчива за счет заполненного водой поплавка.The wave power plant operates as follows: under normal environmental conditions, the swinging rod 2 with the float 3 rotates freely and swings relative to the vertical support 1, while the upper and lower adjustable valves 11 and 12 are closed. In this mode, the underwater part of the installation due to mechanical movements of the float 3 pumps water using a pump 5 through a pipe 6 to a hydropneumatic accumulator 8, and then the water stream passing through the turbine 9 generates energy. In the event of adverse external conditions, for example, excessive waves or wind, a signal is received from the sensor 15, to open the adjustable valves 11 and 12 in the float 3. The float 3 is filled with water, acquires negative buoyancy, and the swinging rod 2 with the float 3 plunges into the non subjected to significant dynamic loads from excitement. When the wave strength decreases to an allowable force, the sensor 15 gives a signal to close the upper valve 12 and to supply compressed air to the float 3 along the pneumatic line 13 from the compressed air source 15, water is displaced from the float 3, the float 3 acquires positive buoyancy and starts to work in normal mode . Some time after the start of the supply of compressed air to the float 3, the lower adjustable valve 11 closes. Thus, when the permissible loads are exceeded, the wave power plant switches to safe mode. In safe mode, all the main components of the structure are below the level of maximum impact of the waves, which helps to increase the reliability of the installation. Also, the wave power plant, which is in safe mode, is more dynamically stable due to the float filled with water.

Таким образом, заявляемое изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить надежность и долговечность работы волновой энергетической установки в условиях неблагоприятной внешней среды.Thus, the claimed invention made it possible to obtain a technical result, namely, to increase the reliability and durability of the wave power plant in an unfavorable environment.

Claims

1. Волновая энергетическая установка, содержащая вертикальную, укрепленную на дне опору, качающуюся штангу, установленную на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры, поплавок, закрепленный на одном из концов качающейся штанги, причем поплавок имеет впускное снизу и выпускное сверху отверстия, снабженные управляемыми дистанционно клапанами, и электрогенератор, расположенный на берегу и связанный с гидротурбиной, соединенной с аккумулятором гидропотенциальной энергии, отличающаяся тем, что вертикальная, укрепленная на дне опора, имеет длину такую, что верхний ее конец находится под водой при любой возможной силе волнения, датчик силы волнения, связанный с управляемыми дистанционно клапанами, поплавок подключен к пневмомагистрали, соединенной с источником давления, качающаяся штанга механически соединена с насосом, который соединен трубопроводом с аккумулятором гидропотенциальной энергии на берегу.1. Wave power plant comprising a vertical, bottom-mounted support, swinging rod mounted on the support with the possibility of rotation around the axis of the support, a float mounted on one end of the swinging rod, and the float has an inlet bottom and outlet top provided with remotely controlled valves, and an electric generator located on the shore and connected to a hydraulic turbine connected to a hydropotential energy accumulator, characterized in that the vertical support, fixed at the bottom, it has a length such that its upper end is under water at any possible force of excitement, the excitation force sensor associated with remotely controlled valves, the float is connected to a pneumatic line connected to a pressure source, the swinging rod is mechanically connected to the pump, which is connected by a pipeline to the accumulator, hydropotential energy on the shore.

2. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор гидропотенциальной энергии выполнен в виде водонапорной башни.2. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the accumulator of hydropotential energy is made in the form of a water tower.

3. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор гидропотенциальной энергии выполнен в виде гидропневмоаккумулятора.3. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the accumulator of hydropotential energy is made in the form of a hydropneumatic accumulator.

4. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что гидротурбина, насос и аккумулятор гидропотенциальной энергии объединены в замкнутый контур.4. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the hydraulic turbine, pump and accumulator of hydropotential energy are combined in a closed loop.

5. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на вертикальную опору надет открытый снизу стакан, закрепленный на вертикальной опоре с помощью подшипниковых узлов, находящихся в образованной между стаканом и вертикальной опорой воздушной подушке.5. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the vertical support is equipped with a glass open from below that is mounted on a vertical support using bearing units located in an air cushion formed between the glass and the vertical support.

6. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик силы волнения выполнен в виде датчика гидростатического давления, расположенного на качающейся штанге вблизи узла крепления штанги на опоре.6. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the wave force sensor is made in the form of a hydrostatic pressure sensor located on a swinging rod near the rod mount on the support.

7. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик силы волнения выполнен в виде датчика углового положения, расположенного на оси вращения качающейся штанги.7. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the wave force sensor is made in the form of an angular position sensor located on the axis of rotation of the swinging rod.

8. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик силы волнения выполнен в виде датчика углового ускорения, расположенного во внутренней полости качающейся штанги.8. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the wave force sensor is made in the form of an angular acceleration sensor located in the inner cavity of the swinging rod.

9. Волновая энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик силы волнения выполнен в виде датчика давления в насосе.9. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the wave force sensor is made in the form of a pressure sensor in the pump.