RU2513070C1 - Поплавковая волновая электростанция - Google Patents
Поплавковая волновая электростанция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513070C1 RU2513070C1 RU2012146780/06A RU2012146780A RU2513070C1 RU 2513070 C1 RU2513070 C1 RU 2513070C1 RU 2012146780/06 A RU2012146780/06 A RU 2012146780/06A RU 2012146780 A RU2012146780 A RU 2012146780A RU 2513070 C1 RU2513070 C1 RU 2513070C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- power plant
- pendulum
- cable
- charger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для производства электроэнергии путем преобразования энергии волн. Электростанция содержит обтекаемый герметичный поплавок 1 и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус 3 с размещенным в нем маятником 4. Маятник 4 подвешен к концу троса 5, который переброшен через блок 6, установленный на вращающейся оси 7. Другой конец троса 5 прикреплен к якорю 9, установленному на дне. К вращающейся оси 7 блока присоединен ротор электрического генератора 10 с постоянными магнитами. Статор генератора 10 закреплен на корпусе 3. Обмотка статора генератора 10 присоединена к входу зарядного устройства 11, а выход устройства 11 присоединен к аккумулятору 13, который вместе с устройством 11 находится в приборном отсеке в верхней части поплавка 1. Изобретение направлено на увеличение мощности, уменьшение габаритов и массы поплавковой волновой электростанции. 3 ил.
Description
Изобретение относится к производству электроэнергии, в частности, без отрицательного воздействия на окружающую среду путем преобразования энергии волн.
Аналогом является, например, поплавковая волновая электростанция (патент РФ №2016227, опубликованный 16.07.1994). Установка содержит плавучий корпус и расположенный в корпусе механический преобразователь, включающий инерционный маятник, имеющий пружинную подвеску и установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения, который имеет кинематическую связь в виде шариковинтовой передачи с электрогенератором.
Наиболее близкой к предлагаемой поплавковой волновой электростанции является поплавковая волновая электростанция (патент РФ №2037642, опубликованный 19.06.1995). Поплавковая волновая электростанция содержит вертикально расположенный герметичный корпус (поплавок) с размещенным в нем преобразователем энергии, выполненным в виде линейного электрогенератора. Обмотка якоря электрогенератора закреплена на внутренней стенке корпуса, а индуктор выполнен в виде инерционной массы с постоянными магнитами, установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством упругих элементов, при этом частота собственных колебаний индуктора соизмерима с частотой колебаний корпуса в воде при воздействии волны.
В прототипе при воздействии на поплавковую волновую электростанцию волны возникают вертикальные колебания герметичного корпуса, вызывающие вынужденные колебания индуктора с постоянными магнитами, установленного на упругих элементах, которые преобразуются статором генератора в электрическую энергию.
Основными недостатками прототипа являются малая выходная мощность, которую может обеспечить поплавковая волновая электростанция, большая масса и габариты электростанции.
Выходная электрическая мощность поплавковой волновой электростанции зависит от механической мощности, которую развивает колебательная система электростанции. Методика расчета механической мощности поплавковой волновой электростанции приведена в патенте РФ №2037642. Определим по этой методике механическую энергию колеблющегося маятника, роль которого в прототипе выполняет индуктор. Принимаем массу маятника m=100 кг, амплитуду колебаний А=0,2 м и период колебаний, равный периоду следования волн, T=3 с. Частота колебаний составит ω=2·π/Т=2,1 1/с, и механическая энергия, которой обладает маятник при заданных параметрах колебаний, будет равна
За период колебаний Т такую энергию маятник накапливает дважды, когда проходит положение равновесия, отсюда механическая мощность, которую можно преобразовать в электрическую, будет равна
Следует учесть, что при преобразовании механической энергии в электрическую часть мощности будет потеряна. Очевидно, что механическая мощность колеблющегося маятника очень мала и такая поплавковая волновая электростанция не выгодна.
Предлагаемое изобретение позволит создать поплавковую волновую электростанцию при той же массе маятника и параметрах колебаний со значительно более мощной энергетической установкой или уменьшить ее габариты и массу при равной с прототипом мощности.
Это достигается тем, что в поплавковой волновой электростанции, содержащей обтекаемый герметичный поплавок и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус с размещенным в нем маятником, маятник подвешен к концу троса, который переброшен через блок, установленный на вращающейся оси, другой конец этого троса прикреплен к якорю, установленному на дне, а к оси блока присоединен ротор электрического генератора с постоянными магнитами, статор которого закреплен на корпусе, при этом обмотка статора электрического генератора присоединена к зарядному устройству, а выход зарядного устройства присоединен к аккумулятору, который вместе с зарядным устройством находится в приборном отсеке в верхней части поплавка.
Увеличение выходной мощности поплавковой волновой электростанции достигается за счет того, что в предлагаемой поплавковой волновой электростанции в электрическую энергию преобразуется не механическая энергия, накопленная инерционным маятником, подвешенным на упругих элементах, как это происходит в прототипе. При подъеме навигационного буя на гребень волны в электрическую энергию преобразуется механическая энергия движения герметичного корпуса под действием сила Архимеда вместе со статором электрического генератора относительно стабилизирующего балласта и присоединенного к балласту ротора линейного электрического генератора. При спуске поплавковой волновой электростанции с гребня волны в электрическую энергию преобразуется механическая энергия движения стабилизирующего балласта и присоединенного к балласту ротора относительно герметичного корпуса и статора генератора под действием силы тяжести балласта и ротора. Как будет показано ниже, механическая энергия, которую можно преобразовать в электрическую при той же массе маятника и тех же параметрах колебаний, в предлагаемой поплавковой волновой электростанции значительно больше, чем в прототипе. А если мощности предлагаемой поплавковой волновой электростанции и прототипа одинаковы, то масса и габариты предлагаемой поплавковой волновой электростанции будут намного меньше.
На фиг.1 показано осевое сечение поплавковой волновой электростанции. На фиг.2 - схема поплавковой волновой электростанции без поплавка и якоря, на фиг.3 - второй вариант закрепления троса на корпусе.
Изображенная на фиг.1 поплавковая волновая электростанция имеет герметичный поплавок 1 в форме тора, разделенный водонепроницаемыми переборками 2 на отсеки. Во внутренней полости к тороидальному поплавку 1 прикреплен вертикально расположенный цилиндрический корпус 3 с размещенным в нем маятником 4. Маятник 4 подвешен к концу троса 5, переброшенного через блок 6, закрепленный на вращающейся оси 7. Трос 5 с другой стороны блока 6 проходит через направляющую, которая может быть выполнена в виде трубы 8, присоединенной к цилиндрическому корпусу 3 с внешней стороны, и прикреплен к якорю 9, который неподвижно установлен на дне водоема. К вращающейся оси 7 присоединен ротор электрического генератора 10 с постоянными магнитами. Обмотка статора электрического генератора 10 (фиг.2) соединена проводниками со входом зарядного устройства 11, размещенного в герметичном отсеке 12 в верхней части поплавка. Выход зарядного устройства 11 соединен с аккумулятором 13, также находящимся в герметичном отсеке 12.
Схема на фиг.2 показывает элементы поплавковой волновой электростанции без тороидального поплавка 1 и якоря 9.
Поплавковая волновая электростанция работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии волны маятник 4 своим весом создает силу натяжения троса 5. Эта сила натяжения троса 5 заставляет поплавковую волновую электростанцию расположиться над якорем. При подходе волны поплавок 1 под действием силы Архимеда всплывает на гребень волны, длина части троса 5 от якоря 9 до блока 6 увеличивается, а длина части троса 5 от блока 6 до маятника 4 уменьшается. При этом маятник 4 поднимается, а блок 6 при смещении троса 5 поворачивается вместе с осью 7. Ось 7 при повороте блока 6 вращает ротор с постоянными магнитами электрического генератора 10. На обмотке статора электрического генератора 10 появляется переменное электрическое напряжение, которое поступает на вход зарядного устройства 11, выпрямляется и подается с выхода зарядного устройства 11 на аккумулятор 13, обеспечивая зарядку аккумулятора 13. К аккумулятору 13 подключаются потребители электроэнергии, которые могут находиться на судне или на берегу.
При спуске с гребня волны поплавковой волновой электростанции расстояние от блока 6 до якоря 9 уменьшается, в результате маятник 4 опускается, расстояние от маятника 4 до блока 6 увеличивается, при этом трос 5 вращает блок 6 с осью 7 и ротором электрического генератора 10. Электрический генератор 10 через зарядное устройство 11 снова обеспечивает зарядку аккумулятора 13.
При перемещении троса 5 в направляющей, выполненной в виде трубы 8, могут возникать значительные силы трения, которые уменьшают мощность поплавковой волновой электростанции и приводят к износу троса 5. Для уменьшения сил трения направляющие троса 5 можно выполнить в виде вращающихся роликов 14 (фиг.3), прикрепленных в опорах качения к цилиндрическому корпусу 3. При смещении троса 5 ролики 14 поворачиваются, скольжения троса 5 относительно направляющих роликов 14 нет, и износ троса 5 уменьшается.
Оценим механическую мощность колебаний в предлагаемой поплавковой волновой электростанции, которую можно преобразовать в электрическую мощность электрическим генератором при тех же параметрах маятника и колебаний, как и у рассмотренного выше прототипа: масса маятника m=100 кг, амплитуда колебаний А=0,2 м, период колебаний Т=3 с. Максимальная скорость смещения маятника будет равна Vm=А·ω=0,42 м/с. При подъеме на гребень волны поплавковой волновой электростанции смещение герметичного поплавка 1 относительно якоря 9 происходит под действием силы Fп, максимальное значение Fпmax примерно равно
Fпmax=Fa-Fэ,
где Fa=γв·V·g- сила Архимеда, действующая на герметичный поплавок 1;
Fэ - вес поплавковой волновой электростанции с маятником 4 и тросом 5;
γв - плотность воды;
V- объем герметичного поплавка 1;
g - ускорение свободного падения.
При подъеме на гребень волны поплавковой волновой электростанции сила натяжения Fнп троса 5, создающая момент, вращающий блок 6 и ротор электрического генератора 10, равна Fп
Fнп=Fп.
При спуске поплавковой волновой электростанции с гребня волны сила натяжения Fнс троса 5, создающая момент, вращающий блок 6 и ротор электрического генератора 10, примерно равна весу маятника 5
Fнс=m·g.
Отсюда механическая энергия вращения блока 6 и ротора электрического генератора 10 при подъеме поплавковой волновой электростанции на гребень волны равна
Wмп=Fнп·Vm.
Механическая энергия вращения блока 6 и ротора электрического генератора 10 при спуске поплавковой волновой электростанции с гребня волны равна
Wмс=Fнс·Vm.
Поскольку период колебаний буя принят T=3 с, можно найти среднюю механическую мощность вращения блока 6 и ротора электрического генератора 10
Рм=(Wмп+Wмс)/T.
Определим Рм при весе поплавковой волновой электростанции с маятником 4 и тросом 5 Fэ=200 кг, силе Архимеда Fa=300 кг и тех же параметрах колебаний, что и для прототипа. По этим параметрам получим
Fпmax=Fa-Fэ=100 кг=980 Н;
Wмпmах=Fпmax·Vm=411 Дж;
Wмс=m·g·Vm=205 Дж;
Рмmах=(Wмп+Wмс)/T=205 Вт.
Если принять, что при подъеме на гребень волны используется только часть механической мощности Wмпmах, равная Wмс, то получим Рм=137 Вт.
Как видно, механическая мощность предлагаемой поплавковой волновой электростанции при одинаковой массе маятника и параметрах колебаний многократно увеличена по сравнению с прототипом. Значит, многократно увеличивается и электрическая мощность, которую вырабатывает электрический генератор. Если мощность предлагаемой поплавковой волновой электростанции и прототипа одинакова, то масса и габариты маятника и, значит, всех остальных элементов электростанции, у предлагаемой поплавковой волновой электростанции будут намного меньше, чем у прототипа.
Claims (1)
- Поплавковая волновая электростанция, содержащая обтекаемый герметичный поплавок и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус с размещенным в нем маятником, отличающаяся тем, что маятник подвешен к концу троса, который переброшен через блок, установленный на вращающейся оси, другой конец этого троса прикреплен к якорю, установленному на дне, а к вращающейся оси блока присоединен ротор электрического генератора с постоянными магнитами, статор которого закреплен на цилиндрическом корпусе, при этом обмотка статора электрического генератора присоединена ко входу зарядного устройства, а выход зарядного устройства присоединен к аккумулятору, который вместе с зарядным устройством находится в приборном отсеке в верхней части поплавка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146780/06A RU2513070C1 (ru) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Поплавковая волновая электростанция |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146780/06A RU2513070C1 (ru) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Поплавковая волновая электростанция |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2513070C1 true RU2513070C1 (ru) | 2014-04-20 |
Family
ID=50480624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146780/06A RU2513070C1 (ru) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Поплавковая волновая электростанция |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513070C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559956C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-08-20 | Александр Михайлович Кропачев | Преобразователь энергии волн (варианты) |
RU2567916C1 (ru) * | 2014-09-22 | 2015-11-10 | Алексей Петрович Сеньков | Поплавковая волновая электростанция (варианты) |
RU193369U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2019-10-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Этс" | Поплавковая волновая электростанция |
CN114017245A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 南方科技大学 | 一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法 |
RU214516U1 (ru) * | 2022-08-12 | 2022-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет"(ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Поплавковая волновая электростанция |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR359932A (fr) * | 1904-12-12 | 1906-04-07 | John Hutchings | Appareil produisant de la force motrice par l'utilisation du mouvement des marées et des vagues |
US4242593A (en) * | 1977-11-21 | 1980-12-30 | Fiat Societa Per Azioni | Device for converting sea wave energy into electrical energy |
RU2037642C1 (ru) * | 1993-08-31 | 1995-06-19 | Александр Архипович Темеев | Поплавковая волновая электростанция |
RU2007130120A (ru) * | 2007-08-06 | 2009-02-20 | Владимир Ильич Плотников (RU) | Поплавковая волновая электростанция |
-
2012
- 2012-11-01 RU RU2012146780/06A patent/RU2513070C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR359932A (fr) * | 1904-12-12 | 1906-04-07 | John Hutchings | Appareil produisant de la force motrice par l'utilisation du mouvement des marées et des vagues |
US4242593A (en) * | 1977-11-21 | 1980-12-30 | Fiat Societa Per Azioni | Device for converting sea wave energy into electrical energy |
RU2037642C1 (ru) * | 1993-08-31 | 1995-06-19 | Александр Архипович Темеев | Поплавковая волновая электростанция |
RU2007130120A (ru) * | 2007-08-06 | 2009-02-20 | Владимир Ильич Плотников (RU) | Поплавковая волновая электростанция |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2559956C1 (ru) * | 2014-04-29 | 2015-08-20 | Александр Михайлович Кропачев | Преобразователь энергии волн (варианты) |
RU2567916C1 (ru) * | 2014-09-22 | 2015-11-10 | Алексей Петрович Сеньков | Поплавковая волновая электростанция (варианты) |
RU193369U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2019-10-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Этс" | Поплавковая волновая электростанция |
CN114017245A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 南方科技大学 | 一种浮式点吸收波浪能发电装置及其发电方法 |
RU214516U1 (ru) * | 2022-08-12 | 2022-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет"(ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Поплавковая волновая электростанция |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8134281B2 (en) | Electrical generators for use in unmoored buoys and the like platforms with low-frequency and time-varying oscillatory motions | |
EP2356332B1 (en) | Wave energy converter | |
EP1691072A1 (en) | Wave power generator | |
Li et al. | Towards self-powered technique in underwater robots via a high-efficiency electromagnetic transducer with circularly abrupt magnetic flux density change | |
RU2513070C1 (ru) | Поплавковая волновая электростанция | |
JP5811719B2 (ja) | 振動発電機 | |
RU2633328C2 (ru) | Волновой генератор энергии и способ генерирования энергии | |
KR101640885B1 (ko) | 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템 | |
CN110594077A (zh) | 一种复摆升频式波浪能收集装置 | |
RU2489301C1 (ru) | Навигационный буй (варианты) | |
Fan et al. | An innovative energy harvesting backpack strategy through a flexible mechanical motion rectifier | |
US4191893A (en) | Natural turbulence electrical power generator | |
CN102239627A (zh) | 声波谐振发生器 | |
CN104118523B (zh) | 利用重力控制发电补充飞轮电池能量的装置及使用方法 | |
CN103437944A (zh) | 水平竖直综合利用浮体绳轮发电*** | |
RU196586U1 (ru) | Поплавковая волновая электростанция | |
KR101376308B1 (ko) | 파력발전장치 | |
RU2658713C1 (ru) | Установка для восполнения энергии аккумуляторов малых морских автономных аппаратов и буёв | |
CN114268191A (zh) | 一种双轴多稳态波浪振动能量收集装置 | |
Sun et al. | Experimental study on a vibratory generator based on impact of water current | |
RU141126U1 (ru) | Волновая балластно-маятниковая электростанция | |
RU156068U1 (ru) | Навигационный буй | |
RU158924U1 (ru) | Волновая электрическая установка | |
KR101945628B1 (ko) | 파력을 이용한 부력식 진동 발전기 | |
CN105006911B (zh) | 一种用于深层土壤的防水激振器 |