Каскад деривационных гидроэлектростанций
Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может применяться при проектировании, сооружении и эксплуатации деривационных электростанций мощностью до 100 МГвт.
Задачей полезной модели является расположение каскада деривационных электростанций в русле водного потока, сливающегося через шлюзы плотины, образующей водоем.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение экономической эффективности каскада гидроэлектростанций.
В каскаде деривационных гидроэлектростанций, содержащем водоем, плотину, железобетонный канал, гидротурбины, последовательно установленные в канале, электрогенераторы, согласно полезной модели железобетонный канал установлен в нижнем бьефе плотины, образующей водоем, расстояние от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала составляет одну треть глубины канала, электрогенераторы установлены вне канала сбоку от него, уклон канала относительно верхнего бьефа составляет от 0,5 до 40 градусов.
Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может применяться при проектировании, сооружении и эксплуатации деривационных электростанций мощностью до 100 МГвт.
Деривационной считается гидроэлектростанция, в которой напор на гидротурбины осуществляется водным потоком, подведенным к ним по трубопроводу, каналу или тоннелю. Возможна установка гидротурбин деривационных электростанций в водном потоке рек, как равнинных, так и горных. При этом в водном потоке равнинных рек гидротурбины устанавливают на кораблях, понтонах или поплавках. На горных реках целесообразно в подходящих местах устанавливать железобетонные лотки и внутри них монтировать гидротурбины. Сооружение деривационных электростанций и их эксплуатация позволяют значительно удешевить процесс выработки электроэнергии, сохранить экологическую чистоту местности, экономить топливо за счет сокращения количества ТЭЦ, экономить тепловые сборки на АЭС. Все это достигается за счет использования кинетической энергии существующих и не используемых водных потоков.
Известен каскад деривационных электростанций по патенту RU 2050434, который предусматривает размещенную в водоеме водозаборную часть, соединенную с герметичным водоводом, выполненным в виде трубы, на котором последовательно расположены гидроагрегаты.
Недостатком аналога является технологическая сложность размещения гидротурбин на герметичном напорном водоводе, выполненном в виде трубы.
Известен каскад деривационных гидроэлектростанций по патенту RU 1828940, принятый за прототип.
По прототипу к реке присоединяется обводной железобетонный канал, дно которого расположено на несколько метров ниже уровня реки. В месте присоединения канала к реке строится подпорная плотина, на которой установлены гидротурбины и электрогенераторы. На самом канале построена серия деривационных гидроэлектростанций. Вода из реки впадает в обводной канал и вращает гидроагрегаты, протекая по наклонному днищу обводного канала, и вытекает в реку.
Недостатками прототипа являются:
- сооружение подпорной плотины, участвующей в образовании нижнего бьефа и в тоже время не образующей водоема и не повышающей его уровня, так как река является уже существующим водоемом, что снижает экономическую эффективность проекта;
- установка электрогенераторов непосредственно в железобетонном канале рядом с гидротурбинами, что осложняет техническое обслуживание, ремонт и замену электрогенераторов, увеличивает расходы на содержание электростанций;
- возможность выхода из строя гидротурбин в результате намерзания на них льда в зимнее время года, что снижает время работы гидроэлектростанций и экономические показатели за счет прекращения выработки электроэнергии.
Задачей полезной модели является расположение каскада деривационных электростанций в русле водного потока, сливающегося через шлюзы плотины, образующей водоем.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение экономической эффективности работы каскада гидроэлектростанций.
Технический результат достигается тем, что в каскаде деривационных гидроэлектростанций, содержащем водоем, плотину, железобетонный канал, гидротурбины, последовательно установленные в канале, электрогенераторы, согласно полезной модели железобетонный канал установлен в нижнем бьефе плотины, образующей водоем, расстояние от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала составляет одну треть глубины канала, электрогенераторы установлены вне канала сбоку от него, уклон канала относительно верхнего бьефа составляет от 0, 5 до 40 градусов.
Установка железобетонного канала в нижнем бьефе плотины, образующей водоем, снижает стоимость проекта установки каскада деривационных электростанций, так как при этом нет необходимости сооружения подпорной плотины.
Выполнение расстояния от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала, равным одной трети глубины канала, обеспечивает местное поднятие над гидротурбинами уровня водного потока за счет трения последнего о гидротурбины, что предохраняет гидротурбины от намерзания на них льда и обеспечивает всепогодность работы гидроэлектростанций, и как результат - повышение экономической эффективности их работы. Лабораторные испытания, проведенные заявителем на модели каскада, показали, что выполнение расстояния от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала большим, чем одна треть глубины канала, нецелесообразно, так как при этом увеличиваются габариты канала по высоте и расход материала на его изготовление без дальнейшего поднятия над гидротурбинами уровня водного потока. Выполнение указанного выше расстояния меньшим, чем одна треть глубины канала, приводит к разбрызгиванию воды потока и перехлесту его через стенки канала в районе гидротурбин, промоканию обмоток электрогенераторов и выходу их из строя, а также к размыванию грунта, примыкающего к стенкам канала.
Расположение электрогенераторов вне канала сбоку от него обеспечивает доступность к ним обслуживающего персонала, что облегчает техническое обслуживание, ремонт и замену электрогенераторов, снижает стоимость этих работ, и как результат -повышает экономическую эффективность работы гидроэлектростанций.
Лабораторные испытания, проведенные заявителем на модели каскада, показали, что выполнение уклона канала относительно верхнего бьефа от 0,5 до 40 градусов обеспечивает установку в канале рационального числа последовательно расположенных гидротурбин на заданной длине участка канала, что увеличивает суммарную мощность каскада гидроэлектростанций и повышает экономическую эффективность его работы. Выполнение уклона канала относительно верхнего бьефа меньшим, чем 0, 5 градусов, приводит к перехлесту воды через стенки канала при аварийных сбросах воды через плотину водоема, например, при значительных дождевых ливнях за счет того, что уклон, меньший 0,5 градусов, не обеспечивает скорости водного потока, необходимой для сброса дополнительного объема воды. Выполнение указанного уклона большим, чем 40 градусов, вызывает разбрызгивание движущегося с большой скоростью водного потока за счет ударов его о тела гидротурбин, что вызывает промокание обмоток электрогенераторов и выход их из строя, а также размывание грунта, примыкающего к стенкам канала.
Сущность полезной модели поясняется рисунками.
На фиг.1 приведена принципиальная схема каскада деривационных электростанций.
На фиг.2 изображен разрез А-А на фиг.1.
В нижнем бьефе существующей плотины 1, образующей водоем, установлен железобетонный канал 2 с крышей 3. Канал 2 выполнен с уклоном относительно верхнего бьефа от 0, 5 до 40 градусов. В канале 2 на подшипниках 4 установлены гидротурбины 5. Вне канала 2 и сбоку от него установлены электрогенераторы 6. Валы 7 электротурбин 5 соединены с валами 8 электрогенераторов 6 муфтами 9.
Водный поток из существующего водоема через плотину 1 сбрасывается вниз в железобетонный канал 2 и, протекая по днищу канала, вращает гидротурбины 5 и электрогенераторы 6. Генерируемая электроэнергия подается по проводам в существующие электросети.
Предложенный каскад деривационных электростанций найдет широкое применение в гидротехнике и будет способствовать снижению стоимости генерируемой электроэнергии, а также снижению числа ТЭЦ и АЭС.
Каскад деривационных гидроэлектростанций, содержащий водоем, плотину, железобетонный канал, гидротурбины, последовательно установленные в канале, электрогенераторы, отличающийся тем, что железобетонный канал установлен в нижнем бьефе плотины, образующей водоем, расстояние от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала составляет одну треть глубины канала, электрогенераторы установлены вне канала сбоку от него, уклон канала относительно верхнего бьефа составляет от 0,5 до 40°.
