Гідроелектростанція зі штучним обертанням води і спосіб її експлуатації

1 Гідроелектростанція зі штучним обертанням води (ГЕС), що містить басейни, рівні яких створюють напір h, перетворювач енергії води в електричну енергію, водяний трубопровід, засувки та пристрій для транспортування води з нижнього басейну до верхнього, яка відрізняється тим, що для підняття води використовують прив'язні аеростати, які мають сигароподібну форму 2 ГЕС за п 1, аеростати якої підвішені на тросі, яка відрізняється тим, що аеростати через систему блоків зв'язані канатами і мають пристрій, що обмежує їх рух вгору і вниз, причому при обмеженні руху одного аеростата вниз з'являється обмеження руху другого аеростата вгору 3 ГЕС за п 1, яка відрізняється тим, що аеростати переміщуються по напрямних, розташованих з КІНЦІВ повздовжніх осей аеростатів 4 ГЕС за п 1, яка відрізняється тим, що переміщення несучого газу з верхнього аеростата до нижнього здійснюється газовим компресором, горизонтальна вісь якого розташована на рівні входу несучого газу до нижнього аеростата 5 ГЕС за п 1, аеростати якої мають зовнішню та внутрішні оболонки, котрі в змозі спиратись на зовнішню оболонку, яка відрізняється тим, що аеростати мають внутрішню жорстку оболонку з незмінним об'ємом несучого газу, достатнім для утримання маси холостого ходу, а також еластичну оболонку з об'ємом несучого газу, максимальна КІЛЬКІСТЬ котрого достатня для підняття води, причому еластична оболонка розташована в нижній частині зовнішньої оболонки 6 ГЕС за п 1, яка містить систему автоматичного керування, яка відрізняється тим, що по команді "з'єднано" відкриваються клапани аеростатів та ресивера та включається компресор, а при команді "роз'єднано" закриваються клапани аеростатів та ресивера та виключається компресор 7 Спосіб експлуатації ГЕС, при якому вода з нижнього басейну подається до верхнього басейну при споживанні енергії від зовнішнього джерела, який відрізняється тим, що аеростати здійснюють підняття води по черзі, причому, коли один аеростат наповнює водою верхній басейн, другий аеростат зменшує на таку ж КІЛЬКІСТЬ об'єм води нижнього басейну 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що енергія від зовнішнього джерела використовується для опускання несучого газу, який зменшує вантажність верхнього і одночасно збільшує вантажність нижнього аеростата, при цьому потужність компресора зменшується на величину роботи сили тяжіння несучого газу при його опусканні до місця всисання компресора Винахід відноситься до виробництва електричної енергії з допомогою води, піднятої на висоту ВІДОМІ гідроелектростанції зі штучним обертанням води (ГЕС), де підняття води виконується спочатку повітродувкою, а потім насосом, котрі розташовані на рівні нижнього басейна і включаються до роботи за наявності залишків електроенергії (див А С №1038411 "Способ повышения эффективности работы комбинированной аккумулирующей электростанции" від 30 08 83, кл Е02В9/00) ККД таких ГЕС зменшується на добуток КИЛ двигунів повітродувки або насоса, що зменшує КІЛЬКІСТЬ виробленої електроенергії Витрати на підняття води з нижнього басейна до верхнього більші, ніж КІЛЬКІСТЬ виробленої електроенергії ВІДОМІ ГЕС з такими недоліками використовуються тільки як акумулюючі електростанції для вироблення електроенергії в період максимальних навантажень в енергосистемі Запропонована ГЕС може використовуватися постійно в зв'язку з тим, що витрати електроенергії на власні потреби менші, ніж КІЛЬКІСТЬ виробленої електроенергії, завдяки чому станція може працю 1 ю 47577 вати не тільки як акумулююча, але і як автономно діюча електростанція В запропонованій ГЕС для підняття води використовуються прив'язні аеростати Відомий прив'язний аеростат (див А С Чехословаччини № 237923 "Устройство для транспортировки привязным аэростатом с собственным приводом" від 13 11 88, кл В84ВІ/58) Підвішений на несучому тросі аеростат має простір для вантажу, ведучий блок, до якого є прикріплені напрямні планки Недоліком цього прив'язного аеростата є те, що його пересування потребує витрат енергії Окрім цього, потрібні витрати енергії для синхронізації праці двох аеростатів, а також для усунення коливань у повітрі, які залежать від сили та напрямку вітру Відомий керований аеростат (див заявку Франції No 2574369 "Управляемый аеростат" від 13 08 88, кл В64В1/40), що має зовнішню і одну або кілька внутрішніх оболонок, заповнених гелієм Оболонка аеростату, що заповнена повітрям, має пристрої для закачки до неї повітря і його випуску Недоліком цього аеростата є те, що при циклі, що повторюється многократно, губиться несучий газ перед опусканням аеростата Вільне пересування внутрішньої оболонки створює нестійке положення аеростата, коли він не завантажений Відсутність обмежень на випуск несучого газу не гарантує безпечне опускання аеростата Відома система автоматичного запуску аеростата (див Патент США No 4584159 "Система автоматического запуска аеростата" від 14 01 86, кл В64В1/583), котра має форсунку, гнутий трубопровід для переміщення газу Цей пристрій по сигналу "відкрито" забезпечує переміщення газу по трубопроводу, по сигналу "закрито" перешкоджає його переміщенню по трубопроводу, а по сигналу "роз'єднання" відстиковує аеростат Ця система не забезпечує збереження несучого газу при синхронній праці двох аеростатів Ціллю винаходу є зменшення споживання енергії підняття води, КІЛЬКОСТІ несучого газу, синхронізація роботи двох аеростатів, забезпечення точного маршруту руху аеростатів, зменшення тривалості циклу та КІЛЬКОСТІ енергії від зовнішнього джерела, зростання СТІЙКОСТІ аеростата при незавантаженону стані, збереження несучого газу при ЗМІНІ вантажності, з'єднанні та роз'єднанні аеростатів Ці ЦІЛІ досягаються тим, що підняття води виконується прив'язними аеростатами сигароподібної форми Два аеростата через систему блоків зв'язані канатами і мають пристрій, що обмежує їх рух вгору 1 вниз, причому при обмеженні руху одного аеростата вниз з'являється обмеження руху другого аеростата вгору Аеростати переміщуються по напрямнім, розташованим з КІНЦІВ ПОВЗДОВЖ НІХ осей аеростатів Переміщення несучого газу з верхнього аеростата до нижнього здійснюється газовим компресором, горизонтальна вісь якого розташована на рівні входу несучого газа до нижнього аеростата Кожний аеростат має внутрішню жорстку оболонку з незмінним об'ємом несучого газу, достат нім для утримання маси холостого ходу, а також еластичну оболонку з об'ємом несучого газу, достатнім для підняття води, і розташовану в нижній частині зовнішньої оболонки При з'єднанні та роз'єднанні аеростатів використовується система автоматичного керування, яка забезпечує відкривання та закривання ВІДПОВІДНИХ засувок аеростатів і ресивера, а також вмикання і вимикання компресора Аеростати здійснюють підняття води по черзі, причому, коли один аеростат наповнює водою верхній басейн, другий аеростат зменшує на таку ж КІЛЬКІСТЬ об'єм води нижнього басейна Енергія від зовнішнього джерела використовується для опускання несучого газу, котрий зменшує вантажність верхнього і одночасно збільшує вантажність нижнього аеростата, при цьому потужність компресора зменшується на величину роботи сили тяжкості несучого газа при його опусканні до місця всисання компресора На доданих кресленнях зображені на Фіг 1 - загальний вид ГЕС (план), на фіг 2 - загальний вид ГЕС - А, на фіг 3 - загальний вид ГЕС - Б ГЕС має верхній 1 та нижній 2 водяні басейни, перетворювач 3, водяний трубопровід 4, засувки 5, аеростати 6 та 7, ємності для води 8 та 9, затвори Ю т а 11, блоки 12та 13, канати 14, напрямні 15 та 16, опори 17 та 18, ресивер 19 з клапанами 20, 21, 22 та 23, котрі мають КОНІЧНІ переходи, клапани аеростатів 24,25,26 та 27, компресор 28, джерело наповнення несучого газу 29, колеса ЗО та 31, оболонки 32 та 33 з незмінним об'ємом газа, оболонки 34 та 35 зі змінним об'ємом газа, ЗОВНІШНІ оболонки 36 та 37, котрі мають "проходи 38 та 39 для пропускання повітря Якщо у басейні 1 є вода, то після відкриття клапанів вода під напором h по трубопроводу 4 поступає до перетворювача 3 і після виконання роботи поступає до басейна 2, поповнюючи його Повернення води до басейну 1 виконується ємностями 8 та 9 за допомогою аеростатів 6 і 7 В положенні, зображеному на Фіг 1, 2 і 3, ємність 8 поповнила водою басейн 1, а ємність 9 зменшила об'єм води басейна 2 на таку ж КІЛЬКІСТЬ води і знаходиться у самому низькому положенні, обпираючись на опору 18 За допомогою блоків 12 та 13 і каната 14 аеростат 6 та ємність 8 знаходяться у найвищому положенні При цьому затвори Ю т а 11 відкриті, а КОНІЧНІ переходи клапанів 21 та 24, а також 22 та 26 з'єдналися Під час виливання води з ємності 8 в басейн 1 і набору води з басейна 2 у ємність 9 клапани 21 та 24, а також 22 та 26 відкриваються, вмикається компресор 28 і несучий газ з аеростата 6 через ресивер 19 опускається до аеростату 7, що зменшує вантажність аеростата 6 і збільшує вантажність аеростата 7 Після спорожнення ємності 8 та наповнення ємності 9 затвор 11 закривається, що не дає можливості воді вилитися з ємності 9 при її ПІДНЯТТІ Коли переміщення газу аеростата 8 до аеростата 7 закінчується, клапани 21, 24 та 22, 26 закриються, а вантажність аеростата 7 буде достатньою, щоб підняти ємність 9 з водою і опустити аеростат 6 з ємністю 8 до басейну 2 Після підняття ємності 9 над басейном 1 затвори 11 відкриваються і вода виливається до цього басейну, а ємність 8 почи 47577 нає занурюватися у воду басейна 2 Вода знизу підіймає затвор 10 і наповнює ємність 8, котра після наповнення опускається на опори 17 Одночасно кінцеві переходи клапанів 20, 25 та 23, 27 з'єдналися, клапани відкриваються, вмикається компресор 28 і несучий газ з аеростата 7 через ресивер 19 подається в оболонку 35 аеростата 6, що зменшує вантажність аеростата 7 і збільшує вантажність аеростата 6 Далі аеростати працюють так, як це було описано раніше Коли необхідно, ресивер та аеростати поповнюються несучим газом з джерела 29 Оболонки 32 і 33 розташовані у верхніх частинах оболонок 36 і 37 ВІДПОВІДНО Наявність проходів 38 та 39 в оболонках 36 та 37 дозволяє вільно заходити повітрю при зменшенні КІЛЬКОСТІ газу в оболонках 34 та 35 і виходити повітрю назовні при зростанні КІЛЬКОСТІ несучого газу усередині оболонок 34 та 35 При максимальній вантажності аеростатів оболонки 34 та 35 повністю заповнюють простір оболонок 36 та 37 Використання прив'язних аеростатів для підняття води дозволило відмовитися від повітродувки та насосу, котрі витрачають на підняття води більше електроенергії, ніж її виробляє відповідна ГЕС Сигароподібна форма аеростатів дозволяє зменшити металомісткість конструкції Зв'язування аеростатів канатами дозволяє спростити синхроні зацію їх роботи Обмеження руху переміщення аеростатів дозволяє забезпечити точність зупинки ємностей у басейнів Переміщення аеростатів по напрямним дозволило забезпечити точний маршрут, котрий не залежить від сили та напрямку вітру Розташування напрямних з КІНЦІВ ПОВЗДОВЖНІХ осей аеростатів дозволяє зменшити вітрильність аеростатів для їх утримання при вітрі максимальної небезпеки Здійснення переміщення газу компресором дозволило зменшити енергомісткість ГЕС Розташування горизонтальної осі компресора на рівні входу несучого газа до нижнього аеростата дозволило використати максимальну масу стовпа газа для зменшення енерговитрат компресора Наявність внутрішньої жорсткої оболонки з незмінною КІЛЬКІСТЮ газу забезпечила безпечне утримання аеростата в повітрі при мінімальній вантажності, а їх розташування у верхній частині зовнішньої оболонки забезпечує СТІЙКІСТЬ аеростата з мінімальним вантажом Використання еластичної оболонки зі змінним об'ємом газу дозволяє здійснювати зміну вантажності без наявності інших отворів Система автоматичного керування забезпечує використання зменшеної в два рази КІЛЬКОСТІ газа Використання енергії від зовнішнього джерела при опусканні несучого газу дозволило зменшити установлену потужність двигуна компресора о и Фіг.1. Фіг 2 47577 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71