Е02В 9/08
«Самбатион» - низкая приливная плотина низконапорной гидроэлектростанции
Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к низконапорным гидроэлектростанциям с пополнением энергии рабочего тела за счет приливных волн.
Изобретение может быть применено преимущественно на восточном побережье континентов, например в океанских заливах Австралии,
для упрощения и удешевления конструкции, строительства и эксплуатации приливной плотины, а также
для эффективного пополнения потенциальной энергии рабочего тела (воды)
в верхнем накопительном водоеме (верхнем бьефе) гидроэлектростанции,
за счет циклического перелива вод поверх разделительной низкой дамбы,
во время наката приливной океанской волны.
Известны способы непосредственного привода гидротурбины с электрогенератором,
без использования каких-либо плотин,
с преобразованием только горизонтальной динамической составляющей энергии горизонтальных течений, в частности, приливных течений,
которая образуется преимущественно на шельфах,
в результате гравитационного вертикального перепада уровней воды на «гребне» и на «подошве» приливной волны,
одним из недостатков которых является «маятниковая» (переменная) генерация электроэнергии из-за нестабильности силы течений, с заметными продолжительными фазами «остановки вод».
Известны гидроэлектростанции с накопительным водоемом,
образуемым при помощи плотины,
с накоплением (пополнением) потенциальной энергии рабочего тела в водоеме,
например, в верхней части поймы реки (его называют «верхним» водоемом),
за счет естественного стока (сбора) вод рек и ручьев, расположенных выше плотины,
с последующим сбросом вод на более низкий уровень, - в нижний водоем,
например, в нижнюю пойму реки, то есть –
с преобразованием (энергии перепада) сначала в динамическую энергию падающей воды, затем, с помощью гидротурбины и электрогенератора плотины, – в электричество.
Недостаток подобных гидроэлектростанций – в сезонной нестабильности сбора верхних вод, что ведет к нестабильности выработки электроэнергии, либо
ведет к необходимости значительного увеличения размеров верхнего накопительного водоема, к необходимости затопления больших территорий.
Известны гидроаккумулирующие электростанции
с небольшим зеркалом верхнего водоема, но с высокой дорогостоящей плотиной,
для увеличения объема и потенциальной энергии вод,
с периодическим пополнением его в ночном периоде
(при низкой себестоимости электроэнергии)
перекачиванием воды из нижнего водоема,
отличающиеся крайне низким техническим результатом, а именно - низким КПД,
именно из-за этого непроизводительного перекачивания.
Известны приливные электростанции с приливной плотиной, с полномасштабными и полнокомплектными дорогостоящими гидротехническими (пропускными) сооружениями, а также их экономный аналог, - приливная электростанция
(патент РФ №2525622, автор Цгоев Руслан Сергеевич), содержащая, в отличие от аналогов, минимальное число дорогостоящих сооружений, -
короткую дамбу-плотину, отделяющую часть залива (накопительный водоем) от океана, и
встроенный в ней водопропускной канал с блоком параллельных гидротурбин, соединенных трансмиссией с единым электрогенератором.
При этом, возможность перепуска приливных вод в верхний накопительный водоем ограничена торможением потока, гидродинамическим сопротивлением турбин, что осложняет возможность оптимизации
КПД турбин,
времени непрерывной (до очередного прилива) работы плотины,
циклического пополнения энергии накопительного водоема, и
возможность нециклического пропуска судов, плавательных средств и гидробионтов,
по необходимости, независимо от цикла прилива-отлива.
Известны переливные плотины, как простое и надежное средство защиты
от недопустимого (сверхнормативного) повышения уровня вод водоемов
(во время паводков),
путем автоматического сброса избыточных вод из водоема поверх переливной плотины.
Иное, новое применение переливных плотин,
для пополнения верхнего накопительного водоема, - неизвестно.
Известно библейское предание «феномен Самбатиона» (http://borisv.weebly.com ),
природное явление циклического перелива-переката вод
(вероятно следствие гравитационных лунных приливов)
через русло протоки-реки Самбатион,
вероятно соединявшей некогда (в доисторические времена) крупные водоемы-части, вероятно, Средиземного моря.
Но библейские предания не могут быть признаны источником научно-технической информации, поэтому за прототип принят
«пандусный накопитель энергии волн»
(патент RU 2550998, автор Кондратюк Георгий Константинович), согласно которому
пополнение потенциальной энергии вод изолированного низкой дамбой накопительного водоема происходит путем перехвата вод при переливе-перекате прибойных (ветровых) волн поверх дамбы,
подобно упомянутому «эффекту Самбатион», хотя природа волн разная.
Недостатком накопителя является его вытянутая вдоль побережья форма с малым зеркалом (объемом) воды для получения технического результата выработки достаточной энергии.
Заявленное изобретение предназначено для решения задачи эффективного пополнения
вод накопительного водоема низконапорной приливной станции (плотины), без значительного гидродинамического сопротивления водопропускных сооружений.
При осуществлении этой задачи может быть получен основной технический результат в виде удешевления строительства низконапорных приливных плотин, а также дополнительный результат повышения эффективности их работы в случае осуществления дополнительных признаков конкретного их выполнения.
Основной технический результат достигается тем, что в известном прототипе «пандусный накопитель энергии» содержащем
накопительный водоем с низким барьером (плотиной),
с возможностью легкого перепуска волн поверх этого низкого барьера (плотины),
согласно изобретению плотины «Самбатион» и других аналогов,
в качестве накопительного водоема выбирают не узкую береговую,
но полную часть залива, отделенную от океана короткой плотиной,
залива с более округлой формой, с большим зеркалом (объемом) вод,
с более высоким энергетическим потенциалом,
а плотину выбирают более простую и короткую (в узком месте залива),
для экономии материалов и строительно-монтажных работ,
плотину из двух частей, -
высокой глухой части, без ее возможности пропуска вод каким-либо образом,
возможно с применением природного выступающего мыса, и
искусственной (сооруженной) низкой переливной части, сужающейся U-образной или дельтаобразной формы в плане и с пологими откосами, что влияет на
возможность усиления (возвышения), подобно известным «бора» и «поророка», и на
возможность легкого перепуска приливных вод (даже с малой амплитудой приливов) поверх нее, с меньшим гидродинамическим сопротивлением,
с большей пропускной способностью.
Для получения другого технического результата
повышения эффективности работы приливной плотины «Самбатион»,
конкретная форма ее выполнения содержит дополнительные частные признаки:
во-первых, вместо традиционных гидротурбин применяют коаксиальные турбины или, как вариант, гибридные коаксиальные преобразователи возобновляемой энергии (http://borisv.weebly.com ),
а технический результат получают за счет их большей чувствительности (большего КПД)
к слабым энергетическим потокам (напорам),
во-вторых, группу турбин размещают последовательно в едином общем гидродинамическом канале, в блоке турбин,
что влияет на более полное (многократное) извлечение энергии слабого потока лопастями большей суммарной площади группы турбин,
влияет на повышение общего гидродинамического сопротивления (потоку) в канале, и влияет на возможность продления «рабочей» фазы опорожнения верхнего водоема, вплоть до прихода очередной приливной волны, то есть
влияет на возможность обеспечения (регулирования) непрерывности генерации энергии,
в-третьих, в результате возможности легкого перепуска-переката приливных вод поверх
переливной части плотины,
вместо традиционных перепускных сооружений приливных плотин,
работающих непрерывно и синхронно с циклом прилива-отлива,
приливная плотина «Самбатион» содержит блок шлюзов,
с более простой и менее затратной функцией
перепуска-прохода судов, плавательных средств и гидробионтов,
с редкой частотой, по мере необходимости, независимо от частоты цикла прилива-отлива.
в-четвертых, блок турбин и блок шлюзов располагают
ортогонально направлению приливной (ударной) волны,
что уменьшает (исключает) возможность «прямого» динамического воздействия (гидроудара) волны на лопасти турбин и на перепускные заслонки (затворы) шлюзов,
во время прилива (движения вод со стороны океана),
а также, оба эти блока располагают рядом друг с другом, для чего их проектируют по модульному принципу, как совместимые единичные модули,
с возможностью применения технологичных разъемных соединений,
что сокращает количество и стоимость строительно-монтажных и ремонтных работ.
На фиг. 1 изображено заявленное устройство: общий вид сверху (в плане) накопительного водоема с приливной плотиной и ее сооружениями.
На фиг. 2 изображен профиль (поперечное сечение) устройства и сооружений во время переката волны.
Устройство располагают в узкой части морского (океанского) залива, преимущественно на восточном побережье континента, и содержит,
во-первых, искусственную сооруженную переливную низкую плотину 1,
U-образной или дельтаобразной сужающейся в плане формы и с пологими откосами 2,
с возможностью перепуска поверх нее
как вертикальных (прибывающих вод, поднимающихся вертикально),
так и горизонтальных (горизонтальных течений)
типов приливной волны 3,
из моря (океана) со средним уровнем 4, с шельфом 5, с берегами 6, 7 -
в бассейн-накопитель с донной поверхностью 8, с берегом 9,
во-вторых, глухую высокую (выше максимально возможного уровня приливов) плотину 10 (возможно просто выступающий природный мыс с укрепленными берегами),
без возможности переката приливных вод поверх нее,
в-третьих, канальный энергетический блок 11 с коаксиальными турбинами 12 и электрогенераторами 13, размещенный на фундаменте 14, ортогонально к направлению 15 приливной волны 3, с возможностью выработки электроэнергии независимо от направления водного потока, как из океана в бассейн, так и из бассейна в океан,
в-четвертых, перепускной канал 16 (блок шлюзов),
с заслонками 17, размещенный на фундаменте 18, ортогонально к направлению 15 приливной волны 3,
с возможностью пропуска через блок 16 судов, плавательных средств и гидробионтов и блокирования вод в бассейне-накопителе, путем открытия-закрытия заслонок 17,
по необходимости, независимо от цикла прилива-отлива,
с возможностью технологичного положения рядом с блоком 11, как изображено на фиг.1,
согласно с модульным принципом проектирования, строительства и монтажа.
На фиг.2 – два совмещенные (наложенные друг на друга) условные изображения, -
изображение энергетического блока 11 с турбинами 12 и электрогенераторами 13 и изображение перепускного блока 16, с заслонками 17,
большая детализация которых не является задачей заявленного устройства, и
сложность которых не превышает обычного уровня проектирования известных аналогов.
О работе приливной плотины «Самбатион.
Во-первых, приливная плотина «Самбатион», «работает» пассивно, взаимодействуя с природой, с ее приливной волной, -
«автоматически» и непрерывно,
с «природными» циклическими периодами,
с прямой длительной и
с обратной кратковременной (подготовительной) «природными» фазами
(рабочими ходами) генерации электроэнергии.
Во-вторых, в прямом длительном рабочем ходе,
с началом отлива, с образованием эффективного для работы турбины
(минимально необходимого) перепада (напора) вод между бассейном и океаном,
с расходом воды в бассейне
от максимальной отметки 19, равной отметке верха переливной плотины 1,
до минимальной отметки 20, равной отметке низа перепускного канала 16, равной отметке верха фундамента 18,
до гарантированного минимального остатка вод, необходимого и полезного
для защиты флоры и фауны бассейна и
для организации вокруг него рекреационной зоны,
вплоть до появления очередной приливной волны 3, -
плотина выполняет основную функцию
генерирования основного количества электроэнергии,
под напором (перепадом) пропуская воды с потоком 21, из бассейна в океан,
причем только через энергетический канал 11 с последовательными турбинами 12.
Причем, время работы турбин до появления очередной приливной волны зависит от степени торможения процесса опорожнения накопительного водоема, то есть от количества турбин 12 в энергетическом блоке 11, оказывающих гидродинамическое сопротивление расходу, а также от их нагрузки (работы генераторов).
В-третьих, в обратном кратковременном рабочем ходе,
с началом прилива,
вплоть до максимального наполнения бассейна до отметки верха дамбы 1,
плотина выполняет обязательную подготовительную функцию и
главную задачу изобретения, -
обеспечение циклического пополнения запаса энергии (перепада вод), -
перепуска беспрепятственно (с минимальным гидродинамическим сопротивлением)
океанской приливной волны 3 поверх переливной дамбы 1 в бассейн-накопитель,
при этом, с образованием эффективного для работы турбины 12 (минимально необходимого) перепада (напора) вод между океаном и бассейном,
плотина выполняет и дополнительную функцию непрерывности работы,
непрерывной выработки энергии, для чего
часть приливных вод плотина пропускает и через энергетический канал 11
с коаксиальными турбинами 12 и с электрогенераторами 13.
В-четвертых, непрерывность работы плотины достигают также
подбором более объемного (с запасом) накопительного водоема, достаточного для генерации вплоть до прихода очередного прилива.
Также имеет решающее значение
правильный подбор географического местоположения с достаточной амплитудой приливов.
Также влияет подбор (увеличение) гидродинамического сопротивления расходу вод через энергетический канал 11, - увеличением в нем числа турбин 12,
что влияет на время истечения запаса воды, - время до прихода очередного прилива.
Также влияет подбор формы сужающегося тракта, формирующей приливную волну 3, -
подбор географического места расположения плотины
с подходящим уклоном шельфа 5 в море перед заливом,
формы сужения (конвергенции) берегов 6, 7 перед заливом,
формы переливной дамбы 1,
как формы ее дельты (в плане),
так и уклона ее откосов 21,
что влияет на гидродинамическое сопротивление приливному течению,
на торможение и на подпор динамичных вод для их подъема на достаточную высоту (образования гребня),
на возможность преодоления волной более высокой переливной дамбы 1,
для накопления и удержания большего запаса (потенциальной энергии) воды в накопительном бассейне.
В-пятых, в целом, множество факторов влияния
на эффективность работы плотины Самбатион
сложно учесть чисто математическим расчетом, хотя
теорию корреляции факторов и эмпирическое счисление следует развивать,
но, возможно и следует изучать и применять эти факторы, -
прежде всего, экспериментально, -
по принципу совершенствования и наращивания мощности плотины
«от простого к сложному»,
подобно развитию экспериментальных наук и производства,
подобно судостроению, авиации и космонавтике.
В-шестых, блок 16 шлюзов (перепускного канала) проектируют, исходя из
возможности его работы по свободному графику,
с редкой частотой, по мере необходимости,
в конкретных экологических и экономико-хозяйственных условиях,
независимо от частоты циклов прилива-отлива.
Формула изобретения
1. Устройство «Самбатион» - низкая приливная плотина низконапорной гидроэлектростанции, содержащее (по прототипу «пандусный накопитель энергии волн»)
накопительный водоем с низким барьером (разделяющей плотиной),
с возможностью легкого перепуска волн поверх этого низкого барьера (плотины), и
с возможностью накопления и дальнейшего преобразования потенциальной энергии переброшенных и накопленных вод,
отличающееся от прототипа тем, что,
согласно изобретению плотины «Самбатион»,
во-первых, в качестве накопительного водоема выбирают не береговую узкую полосу, с малым накопительным потенциалом,
а принципиально иной водоем, - часть океанского залива,
с большим зеркалом (объемом) вод, с большим накопительным потенциалом,
во-вторых, в качестве рабочего тела применяют не ветровые волны прибоя, -
короткие, с большой частотой, с малой амплитудой, с малыми массой и энергией,
а принципиально иные, океанские гравитационные приливные волны, -
длинные, с малой частотой, с большой амплитудой, с большими массой и энергией,
в-третьих, разделительный барьер осуществляют
не длинным, вдоль всего берега водоема,
а коротким, в узком месте залива, поперек залива,
с возможностью экономии материалов и строительно-монтажных работ,
в виде короткой переливной плотины сужающейся формы, -
дельтаобразной в плане, и с пологими откосами,
которые вместе с высокими (глухими) сужающимися берегами залива (перед плотиной) и с его пологой донной поверхностью (шельфа) образуют сужающуюся конвергентную форму, дельтаобразную в плане и с пологим профилем,
с возможностью усиления и перепуска возвышенных приливных волн поверх плотины в накопительный водоем с меньшими затратами, с большей эффективностью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что
в качестве преобразователя потенциальной энергии вод накопительного водоема
плотина содержит модульные коаксиальные турбины,
с возможностью их эффективной работы с потоками малых скоростей,
установленные последовательно, в одноканальном энергетическом блоке,
с возможностью многократного извлечения энергии потока (максимального торможения),
с возможностью регулирования расхода вод бассейна путем подбора гидродинамического сопротивления потоку изменением количества последовательных турбин в одноканальном энергетическом блоке, то есть
с возможностью регулирования непрерывности генерации энергии, за счет
продления фазы извлечения энергии, вплоть до прихода очередной приливной волны,
причем, блок турбин располагают в теле плотины ортогонально направлению движения приливной волны,
с возможностью исключения (снижения) ударного воздействия ее на лопасти турбин.
3. Устройство по п.1 и п.2, отличающееся тем, что
плотина содержит модульные (простые и дешевые) перепускные сооружения,
в виде блока шлюзов с затворами (заслонками), для пропуска судов, плавательных средств и гидробионтов,
с возможностью блокирования или перепуска вод с редкой частотой,
по мере необходимости, независимо от частоты циклов прилива-отлива,
причем, блок шлюзов с заслонками
располагают в теле плотины ортогонально направлению движения приливной волны,
с возможностью исключения (снижения) ударного воздействия ее на заслонки.
Изобретение может быть применено преимущественно на восточном побережье континентов, например в океанских заливах Австралии,
для упрощения и удешевления конструкции, строительства и эксплуатации приливной плотины, а также
для эффективного пополнения потенциальной энергии рабочего тела (воды)
в верхнем накопительном водоеме (верхнем бьефе) гидроэлектростанции,
за счет циклического перелива вод поверх разделительной низкой дамбы,
во время наката приливной океанской волны.
Известны способы непосредственного привода гидротурбины с электрогенератором,
без использования каких-либо плотин,
с преобразованием только горизонтальной динамической составляющей энергии горизонтальных течений, в частности, приливных течений,
которая образуется преимущественно на шельфах,
в результате гравитационного вертикального перепада уровней воды на «гребне» и на «подошве» приливной волны,
одним из недостатков которых является «маятниковая» (переменная) генерация электроэнергии из-за нестабильности силы течений, с заметными продолжительными фазами «остановки вод».
Известны гидроэлектростанции с накопительным водоемом,
образуемым при помощи плотины,
с накоплением (пополнением) потенциальной энергии рабочего тела в водоеме,
например, в верхней части поймы реки (его называют «верхним» водоемом),
за счет естественного стока (сбора) вод рек и ручьев, расположенных выше плотины,
с последующим сбросом вод на более низкий уровень, - в нижний водоем,
например, в нижнюю пойму реки, то есть –
с преобразованием (энергии перепада) сначала в динамическую энергию падающей воды, затем, с помощью гидротурбины и электрогенератора плотины, – в электричество.
Недостаток подобных гидроэлектростанций – в сезонной нестабильности сбора верхних вод, что ведет к нестабильности выработки электроэнергии, либо
ведет к необходимости значительного увеличения размеров верхнего накопительного водоема, к необходимости затопления больших территорий.
Известны гидроаккумулирующие электростанции
с небольшим зеркалом верхнего водоема, но с высокой дорогостоящей плотиной,
для увеличения объема и потенциальной энергии вод,
с периодическим пополнением его в ночном периоде
(при низкой себестоимости электроэнергии)
перекачиванием воды из нижнего водоема,
отличающиеся крайне низким техническим результатом, а именно - низким КПД,
именно из-за этого непроизводительного перекачивания.
Известны приливные электростанции с приливной плотиной, с полномасштабными и полнокомплектными дорогостоящими гидротехническими (пропускными) сооружениями, а также их экономный аналог, - приливная электростанция
(патент РФ №2525622, автор Цгоев Руслан Сергеевич), содержащая, в отличие от аналогов, минимальное число дорогостоящих сооружений, -
короткую дамбу-плотину, отделяющую часть залива (накопительный водоем) от океана, и
встроенный в ней водопропускной канал с блоком параллельных гидротурбин, соединенных трансмиссией с единым электрогенератором.
При этом, возможность перепуска приливных вод в верхний накопительный водоем ограничена торможением потока, гидродинамическим сопротивлением турбин, что осложняет возможность оптимизации
КПД турбин,
времени непрерывной (до очередного прилива) работы плотины,
циклического пополнения энергии накопительного водоема, и
возможность нециклического пропуска судов, плавательных средств и гидробионтов,
по необходимости, независимо от цикла прилива-отлива.
Известны переливные плотины, как простое и надежное средство защиты
от недопустимого (сверхнормативного) повышения уровня вод водоемов
(во время паводков),
путем автоматического сброса избыточных вод из водоема поверх переливной плотины.
Иное, новое применение переливных плотин,
для пополнения верхнего накопительного водоема, - неизвестно.
Известно библейское предание «феномен Самбатиона» (http://borisv.weebly.com ),
природное явление циклического перелива-переката вод
(вероятно следствие гравитационных лунных приливов)
через русло протоки-реки Самбатион,
вероятно соединявшей некогда (в доисторические времена) крупные водоемы-части, вероятно, Средиземного моря.
Но библейские предания не могут быть признаны источником научно-технической информации, поэтому за прототип принят
«пандусный накопитель энергии волн»
(патент RU 2550998, автор Кондратюк Георгий Константинович), согласно которому
пополнение потенциальной энергии вод изолированного низкой дамбой накопительного водоема происходит путем перехвата вод при переливе-перекате прибойных (ветровых) волн поверх дамбы,
подобно упомянутому «эффекту Самбатион», хотя природа волн разная.
Недостатком накопителя является его вытянутая вдоль побережья форма с малым зеркалом (объемом) воды для получения технического результата выработки достаточной энергии.
Заявленное изобретение предназначено для решения задачи эффективного пополнения
вод накопительного водоема низконапорной приливной станции (плотины), без значительного гидродинамического сопротивления водопропускных сооружений.
При осуществлении этой задачи может быть получен основной технический результат в виде удешевления строительства низконапорных приливных плотин, а также дополнительный результат повышения эффективности их работы в случае осуществления дополнительных признаков конкретного их выполнения.
Основной технический результат достигается тем, что в известном прототипе «пандусный накопитель энергии» содержащем
накопительный водоем с низким барьером (плотиной),
с возможностью легкого перепуска волн поверх этого низкого барьера (плотины),
согласно изобретению плотины «Самбатион» и других аналогов,
в качестве накопительного водоема выбирают не узкую береговую,
но полную часть залива, отделенную от океана короткой плотиной,
залива с более округлой формой, с большим зеркалом (объемом) вод,
с более высоким энергетическим потенциалом,
а плотину выбирают более простую и короткую (в узком месте залива),
для экономии материалов и строительно-монтажных работ,
плотину из двух частей, -
высокой глухой части, без ее возможности пропуска вод каким-либо образом,
возможно с применением природного выступающего мыса, и
искусственной (сооруженной) низкой переливной части, сужающейся U-образной или дельтаобразной формы в плане и с пологими откосами, что влияет на
возможность усиления (возвышения), подобно известным «бора» и «поророка», и на
возможность легкого перепуска приливных вод (даже с малой амплитудой приливов) поверх нее, с меньшим гидродинамическим сопротивлением,
с большей пропускной способностью.
Для получения другого технического результата
повышения эффективности работы приливной плотины «Самбатион»,
конкретная форма ее выполнения содержит дополнительные частные признаки:
во-первых, вместо традиционных гидротурбин применяют коаксиальные турбины или, как вариант, гибридные коаксиальные преобразователи возобновляемой энергии (http://borisv.weebly.com ),
а технический результат получают за счет их большей чувствительности (большего КПД)
к слабым энергетическим потокам (напорам),
во-вторых, группу турбин размещают последовательно в едином общем гидродинамическом канале, в блоке турбин,
что влияет на более полное (многократное) извлечение энергии слабого потока лопастями большей суммарной площади группы турбин,
влияет на повышение общего гидродинамического сопротивления (потоку) в канале, и влияет на возможность продления «рабочей» фазы опорожнения верхнего водоема, вплоть до прихода очередной приливной волны, то есть
влияет на возможность обеспечения (регулирования) непрерывности генерации энергии,
в-третьих, в результате возможности легкого перепуска-переката приливных вод поверх
переливной части плотины,
вместо традиционных перепускных сооружений приливных плотин,
работающих непрерывно и синхронно с циклом прилива-отлива,
приливная плотина «Самбатион» содержит блок шлюзов,
с более простой и менее затратной функцией
перепуска-прохода судов, плавательных средств и гидробионтов,
с редкой частотой, по мере необходимости, независимо от частоты цикла прилива-отлива.
в-четвертых, блок турбин и блок шлюзов располагают
ортогонально направлению приливной (ударной) волны,
что уменьшает (исключает) возможность «прямого» динамического воздействия (гидроудара) волны на лопасти турбин и на перепускные заслонки (затворы) шлюзов,
во время прилива (движения вод со стороны океана),
а также, оба эти блока располагают рядом друг с другом, для чего их проектируют по модульному принципу, как совместимые единичные модули,
с возможностью применения технологичных разъемных соединений,
что сокращает количество и стоимость строительно-монтажных и ремонтных работ.
На фиг. 1 изображено заявленное устройство: общий вид сверху (в плане) накопительного водоема с приливной плотиной и ее сооружениями.
На фиг. 2 изображен профиль (поперечное сечение) устройства и сооружений во время переката волны.
Устройство располагают в узкой части морского (океанского) залива, преимущественно на восточном побережье континента, и содержит,
во-первых, искусственную сооруженную переливную низкую плотину 1,
U-образной или дельтаобразной сужающейся в плане формы и с пологими откосами 2,
с возможностью перепуска поверх нее
как вертикальных (прибывающих вод, поднимающихся вертикально),
так и горизонтальных (горизонтальных течений)
типов приливной волны 3,
из моря (океана) со средним уровнем 4, с шельфом 5, с берегами 6, 7 -
в бассейн-накопитель с донной поверхностью 8, с берегом 9,
во-вторых, глухую высокую (выше максимально возможного уровня приливов) плотину 10 (возможно просто выступающий природный мыс с укрепленными берегами),
без возможности переката приливных вод поверх нее,
в-третьих, канальный энергетический блок 11 с коаксиальными турбинами 12 и электрогенераторами 13, размещенный на фундаменте 14, ортогонально к направлению 15 приливной волны 3, с возможностью выработки электроэнергии независимо от направления водного потока, как из океана в бассейн, так и из бассейна в океан,
в-четвертых, перепускной канал 16 (блок шлюзов),
с заслонками 17, размещенный на фундаменте 18, ортогонально к направлению 15 приливной волны 3,
с возможностью пропуска через блок 16 судов, плавательных средств и гидробионтов и блокирования вод в бассейне-накопителе, путем открытия-закрытия заслонок 17,
по необходимости, независимо от цикла прилива-отлива,
с возможностью технологичного положения рядом с блоком 11, как изображено на фиг.1,
согласно с модульным принципом проектирования, строительства и монтажа.
На фиг.2 – два совмещенные (наложенные друг на друга) условные изображения, -
изображение энергетического блока 11 с турбинами 12 и электрогенераторами 13 и изображение перепускного блока 16, с заслонками 17,
большая детализация которых не является задачей заявленного устройства, и
сложность которых не превышает обычного уровня проектирования известных аналогов.
О работе приливной плотины «Самбатион.
Во-первых, приливная плотина «Самбатион», «работает» пассивно, взаимодействуя с природой, с ее приливной волной, -
«автоматически» и непрерывно,
с «природными» циклическими периодами,
с прямой длительной и
с обратной кратковременной (подготовительной) «природными» фазами
(рабочими ходами) генерации электроэнергии.
Во-вторых, в прямом длительном рабочем ходе,
с началом отлива, с образованием эффективного для работы турбины
(минимально необходимого) перепада (напора) вод между бассейном и океаном,
с расходом воды в бассейне
от максимальной отметки 19, равной отметке верха переливной плотины 1,
до минимальной отметки 20, равной отметке низа перепускного канала 16, равной отметке верха фундамента 18,
до гарантированного минимального остатка вод, необходимого и полезного
для защиты флоры и фауны бассейна и
для организации вокруг него рекреационной зоны,
вплоть до появления очередной приливной волны 3, -
плотина выполняет основную функцию
генерирования основного количества электроэнергии,
под напором (перепадом) пропуская воды с потоком 21, из бассейна в океан,
причем только через энергетический канал 11 с последовательными турбинами 12.
Причем, время работы турбин до появления очередной приливной волны зависит от степени торможения процесса опорожнения накопительного водоема, то есть от количества турбин 12 в энергетическом блоке 11, оказывающих гидродинамическое сопротивление расходу, а также от их нагрузки (работы генераторов).
В-третьих, в обратном кратковременном рабочем ходе,
с началом прилива,
вплоть до максимального наполнения бассейна до отметки верха дамбы 1,
плотина выполняет обязательную подготовительную функцию и
главную задачу изобретения, -
обеспечение циклического пополнения запаса энергии (перепада вод), -
перепуска беспрепятственно (с минимальным гидродинамическим сопротивлением)
океанской приливной волны 3 поверх переливной дамбы 1 в бассейн-накопитель,
при этом, с образованием эффективного для работы турбины 12 (минимально необходимого) перепада (напора) вод между океаном и бассейном,
плотина выполняет и дополнительную функцию непрерывности работы,
непрерывной выработки энергии, для чего
часть приливных вод плотина пропускает и через энергетический канал 11
с коаксиальными турбинами 12 и с электрогенераторами 13.
В-четвертых, непрерывность работы плотины достигают также
подбором более объемного (с запасом) накопительного водоема, достаточного для генерации вплоть до прихода очередного прилива.
Также имеет решающее значение
правильный подбор географического местоположения с достаточной амплитудой приливов.
Также влияет подбор (увеличение) гидродинамического сопротивления расходу вод через энергетический канал 11, - увеличением в нем числа турбин 12,
что влияет на время истечения запаса воды, - время до прихода очередного прилива.
Также влияет подбор формы сужающегося тракта, формирующей приливную волну 3, -
подбор географического места расположения плотины
с подходящим уклоном шельфа 5 в море перед заливом,
формы сужения (конвергенции) берегов 6, 7 перед заливом,
формы переливной дамбы 1,
как формы ее дельты (в плане),
так и уклона ее откосов 21,
что влияет на гидродинамическое сопротивление приливному течению,
на торможение и на подпор динамичных вод для их подъема на достаточную высоту (образования гребня),
на возможность преодоления волной более высокой переливной дамбы 1,
для накопления и удержания большего запаса (потенциальной энергии) воды в накопительном бассейне.
В-пятых, в целом, множество факторов влияния
на эффективность работы плотины Самбатион
сложно учесть чисто математическим расчетом, хотя
теорию корреляции факторов и эмпирическое счисление следует развивать,
но, возможно и следует изучать и применять эти факторы, -
прежде всего, экспериментально, -
по принципу совершенствования и наращивания мощности плотины
«от простого к сложному»,
подобно развитию экспериментальных наук и производства,
подобно судостроению, авиации и космонавтике.
В-шестых, блок 16 шлюзов (перепускного канала) проектируют, исходя из
возможности его работы по свободному графику,
с редкой частотой, по мере необходимости,
в конкретных экологических и экономико-хозяйственных условиях,
независимо от частоты циклов прилива-отлива.
Формула изобретения
1. Устройство «Самбатион» - низкая приливная плотина низконапорной гидроэлектростанции, содержащее (по прототипу «пандусный накопитель энергии волн»)
накопительный водоем с низким барьером (разделяющей плотиной),
с возможностью легкого перепуска волн поверх этого низкого барьера (плотины), и
с возможностью накопления и дальнейшего преобразования потенциальной энергии переброшенных и накопленных вод,
отличающееся от прототипа тем, что,
согласно изобретению плотины «Самбатион»,
во-первых, в качестве накопительного водоема выбирают не береговую узкую полосу, с малым накопительным потенциалом,
а принципиально иной водоем, - часть океанского залива,
с большим зеркалом (объемом) вод, с большим накопительным потенциалом,
во-вторых, в качестве рабочего тела применяют не ветровые волны прибоя, -
короткие, с большой частотой, с малой амплитудой, с малыми массой и энергией,
а принципиально иные, океанские гравитационные приливные волны, -
длинные, с малой частотой, с большой амплитудой, с большими массой и энергией,
в-третьих, разделительный барьер осуществляют
не длинным, вдоль всего берега водоема,
а коротким, в узком месте залива, поперек залива,
с возможностью экономии материалов и строительно-монтажных работ,
в виде короткой переливной плотины сужающейся формы, -
дельтаобразной в плане, и с пологими откосами,
которые вместе с высокими (глухими) сужающимися берегами залива (перед плотиной) и с его пологой донной поверхностью (шельфа) образуют сужающуюся конвергентную форму, дельтаобразную в плане и с пологим профилем,
с возможностью усиления и перепуска возвышенных приливных волн поверх плотины в накопительный водоем с меньшими затратами, с большей эффективностью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что
в качестве преобразователя потенциальной энергии вод накопительного водоема
плотина содержит модульные коаксиальные турбины,
с возможностью их эффективной работы с потоками малых скоростей,
установленные последовательно, в одноканальном энергетическом блоке,
с возможностью многократного извлечения энергии потока (максимального торможения),
с возможностью регулирования расхода вод бассейна путем подбора гидродинамического сопротивления потоку изменением количества последовательных турбин в одноканальном энергетическом блоке, то есть
с возможностью регулирования непрерывности генерации энергии, за счет
продления фазы извлечения энергии, вплоть до прихода очередной приливной волны,
причем, блок турбин располагают в теле плотины ортогонально направлению движения приливной волны,
с возможностью исключения (снижения) ударного воздействия ее на лопасти турбин.
3. Устройство по п.1 и п.2, отличающееся тем, что
плотина содержит модульные (простые и дешевые) перепускные сооружения,
в виде блока шлюзов с затворами (заслонками), для пропуска судов, плавательных средств и гидробионтов,
с возможностью блокирования или перепуска вод с редкой частотой,
по мере необходимости, независимо от частоты циклов прилива-отлива,
причем, блок шлюзов с заслонками
располагают в теле плотины ортогонально направлению движения приливной волны,
с возможностью исключения (снижения) ударного воздействия ее на заслонки.