1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28473
(51) F03B 13/06 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0823.1
(22) 20.06.2013
(45) 15.05.2014, бюл. №5
(72) Цай Артур Анатольевич; Цай Игорь Артурович
(73) Цай Игорь Артурович; Цай Галина Никитична
(56) RU №2377436, 2009
(54) ВЕТРОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
(57) Изобретение относится к энергетике, в
частности к устройствам для получения
электроэнергии без сжигания для этого топлива, и
является источником возобновляемой энергии.
Технический результат - упрощение конструкции
и повышение стабильности работы - достигается
тем, что ветровая гидроэлектростанция, содержащая
ветроколесо, направляющий водовод, в котором
установлена гидротурбина, верхний бассейн и
нижний бассейн, согласно изобретению, снабжена
механическим подъемным устройством для подачи
воды из нижнего бассейна в верхний, приводом
которого служит ветроколесо.
(19)KZ(13)A4(11)28473

2. 28473
2
Изобретение относится к энергетике, в частности
к устройствам для получения электроэнергии без
сжигания для этого топлива, и является источником
возобновляемой энергии.
Известна гидроаккумулирующая электростанция,
установленная в водоеме, содержащая резервуар,
размещенный в нем гидронасос, ветродвигатель и
гидротурбину с электрогенератором, установленную
в водоводной камере, сообщенной входом с
водоемом, а выход - с резервуаром, при этом вход
гидронасоса сообщен с резервуаром, а выход - с
водоемом. Гидротурбина и ветродвигатель
соединены с электрогенератором, верхний край
резервуара размещен над водной поверхностью,
кроме того станция снабжена дополнительными
резервуарами и по числу последних
ветродвигателями, гидронасосами, гидросиловыми
установками, размещенными в резервуарах и
установленными на одном валу, а резервуары
выполнены плавучими и соединены между собой
водоемами (Патент РФ №2007614, кл. F03В
13/00,1994).
Данное устройство имеет сложную конструкцию
и не обеспечивает стабильной работы
электростанции.
Известна скважинная гидроаккумулирующая
электростанция, включающая источник воды,
сообщающийся с ним водовод, нижний конец
которого соединен с зоной стока, расположенной
ниже точки сообщения водовода с питательной
емкостью, установленную в нижней части водовода
гидромашину, кинематически соединенную с
электромашиной, электрическую линию связи
электромашины с электрокоммутационным
преобразовательным щитом на дневной
поверхности у устья скважины, водовод образован
буровой скважиной, пробуренной до зоны стока, за
источник воды приняты поверхностный бассейн, в
зоне которого пробурена скважина, или подземная
водоносная зона или зоны, или поверхностный
бассейн с подземной зоной или зонами, в ней
гидромашина и электромашина агрегатированы и
составляют скважинный гидроагрегат,
выполненный с возможностью работать в
турбинном режиме, при этом электромашина
выполнена в виде электрогенератора, а
гидромашина - в виде гидротурбины, или в
насосном режиме, при этом электромашина
выполнена в виде электродвигателя, а гидромашина
- в виде центробежного насоса, скважинный
гидроагрегат снабжен фиксатором, а зоной стока
является сообщенный с ней, поглощающий
интервал природного или искусственного
происхождения, скважинный гидроагрегат
установлен под динамический уровень, создающий
напор, достаточный для выработки электроэнергии,
источник электроэнергии, выполненный с
возможностью его подключения для подъема воды
из поглощающего интервала и подачи ее в источник
воды, либо к электромашине скважинного
гидроагрегата, работающего в насосном режиме,
либо к электродвигателю погружного насоса,
соединенного с нижним концом водоподъемной
колонны труб, установленной в добычной скважине,
которой перебурен поглощающий интервал и
сообщенный с ней, либо к электродвигателю
компрессора пневматического водоподъемника,
содержащего источник сжатого воздуха -
компрессор, нагнетательную скважину,
пробуренную до поглощающего интервала и
сообщающуюся с ним, а также с источником
сжатого воздуха, водоподъемную скважину,
пробуренную до поглощающего интервала и
сообщающуюся в нижней части с ним, а в верхней
своей части сообщающуюся с источником воды, при
этом водоподъемная скважина сообщена с
поглощающим интервалом ниже сообщения с ним
нагнетательной скважины, а буровая,
водоподъемная и добычная скважины соединены с
источником воды, при этом пересечение буровой
скважины с поглощающим интервалом оборудовано
дистанционно управляемым перекрывающим
устройством, а источником электроэнергии является
ветровая энергетическая установка, включающая
опору, на которой установлено ветроколесо (Патент
РФ №2377436, кл. F03В 13/06, 2009).
Недостатком данной конструкции является ее
сложность и нестабильность работы из-за
использования ветровой энергетической установки
для выработки электроэнергии.
Задачей изобретения является разработка
устройства для получения электроэнергии без
сжигания топлива и работающего от
возобновляемого источника энергии.
Технический результат - упрощение конструкции
и повышение стабильности работы - достигается
тем, что ветровая гидроэлектростанция, содержащая
ветроколесо, направляющий водовод, в котором
установлена гидротурбина, верхний бассейн и
нижний бассейн, согласно изобретению, снабжена
механическим подъемным устройством для подачи
воды из нижнего бассейна в верхний, приводом
которого служит ветроколесо.
Изобретение поясняется фиг, где представлен
общий вид устройства. Ветровая
гидроэлектростанция содержит ветроколесо 1,
направляющий водовод 3, в котором установлена
гидротурбина 4, верхний бассейн 2, нижний бассейн
5, механическое подъемное устройство 6 для подачи
воды из нижнего бассейна 5 в верхний, приводом
которого служит ветроколесо 1. Механическое
подъемное устройство 6 может быть размещено в
горной выработке, например, шахте. Одним из
вариантов изобретения является установка
механического подъемного устройства 6 в каком -
либо каркасе.
Работает ветровая гидроэлектростанция
следующим образом. Преобразование энергии ветра
в электрическую происходит в 2 этапа.
1 этап - накопление энергии. Под действием
ветра вращающиеся лопасти ветроколеса 1 приводят
в действие механическое подъемное устройство 6,
перекачивая воду из нижнего бассейна 5 в верхний
бассейн 2.
2 этап - выработка электрического тока. Из
верхнего бассейна 2 по направляющему водоводу 3

3. 28473
3
вода подается на гидротурбину 4, приводя ее во
вращение. Крутящий момент гидротурбины 4 с
помощью электрогенератора (не показан)
преобразуется в электрический ток, который
подается потребителю, а отработанная вода
сливается в нижний бассейн 5.
Расположение верхнего бассейна зависит от
особенностей местности. В равнинной местности,
как показано на рисунке, он расположен на уровне
основания ветроколеса 1, а нижний бассейн 5 и
гидротурбина 4 под землей. Механическое
подъемное устройство 6 при этом размещено в
шахте.
В горной местности верхний бассейн 2 может
быть расположен на возвышенности. Механическое
подъемное устройство 6 в этом случае может быть
выполнено навесным или помещено в защитный
каркас.
Увеличение объемов бассейнов способно решить
вопрос аккумуляции энергии, актуальнейшего
вопроса ветровой энергетики. В случае организации
ветропарка целесообразно создание общего
верхнего и нижнего бассейнов с единым подъемным
механизмом воды.
Принципиальные отличия предлагаемого
устройства от существующих ветрогенераторов,
использующих гидроаккумулирующие водоемы для
накопления энергии, заключаются в следующем:
в описываемом изобретении ветроколесо не
является ветрогенератором и не вырабатывает
электрический ток, а совершают механическую
работу по перемещению воды из нижнего бассейна
в верхний за счет энергии ветра;
- выработка электроэнергии производится только
гидротурбиной.
Ветроэнергетика является нерегулируемым
источником энергии. Выработка
ветроэлектростанции зависит от силы ветра-
фактора, отличающегося большим непостоянством.
Соответственно, выдача электроэнергии от
ветрогенератора в энергосистему отличается
большой неравномерностью как в суточном, так и в
недельном, месячном, годовом и многолетнем
разрезах.
Учитывая то, что энергосистема сама имеет
неоднородности нагрузки (пики и провалы
энергопотребления), регулировать которые
ветроэнергетика, естественно, не может, введение
значительной доли ветроэнергетики в
энергосистему способствует её дестабилизации.
Поэтому ветроэнергетика требует резерва мощности
в энергосистеме (например, в виде газотурбинных
электростанций), а также механизмов сглаживания
неоднородности их выработки (в виде ГЭС или
ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики
существенно удорожает получаемую от них
электроэнергию.
Предлагаемое решение позволяет устранить
данные проблемы. Работа ветроколеса 1 может
осуществляться в неравномерном режиме и это не
повлияет на работу всей системы, так как
назначение ветроколеса 1 - это подъем воды в
верхний бассейн. В бассейне 2 поддерживается
определенный уровень воды, необходимый для
работы гидротурбины 4. Если вдруг энергии ветра
окажется недостаточно для привода механического
подъемного устройства 6, аккумулированные в
бассейне 2 запасы воды компенсируют этот
недостаток и обеспечат бесперебойную работу
гидротурбины 4.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветровая гидроэлектростанция, содержащая
ветроколесо, направляющий водовод, в котором
установлена гидротурбина, верхний бассейн и
нижний бассейн, отличающаяся тем, что она
снабжена механическим подъемным устройством
для подачи воды из нижнего бассейна в верхний,
приводом которого служит ветроколесо.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч