Подземная гидроаккумулирующая электростанция

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнического строительства, в частности к подземным гидроаккумулирующим станциям.

Задача - разработка экономического варианта подземной ГАЭС.

Технический результат - усовершенствование техники строительства шахт, снижение капитальных затрат.

Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения достигается следующими факторами: снижением необходимости выработки электроэнергии в энергосистеме для питания электронасосов откачки воды; отпадает необходимость в дорогостоящих насосах и затрат на их эксплуатацию, особенно связанных с ремонтом из-за кавитационных износов; уменьшается объем подземных сооружений ГАЭС, из-за того, что отпадает необходимость помещений для насосов, электрооборудования и узлов управления ими; появляется возможность для оптимизации конструкций агрегатов, так как отпадает необходимость в комбинированных агрегатах, у которых совмещены функции гидротурбин и насосов, генераторов и электродвигателей; преимущество возникает из-за увеличения времени использования ГАЭС в качестве аварийного резерва ЭЭС, что повышает маневренность и надежность работы энергообъединения.

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнического строительства, в частности к подземным гидроаккумулирующим станциям.

Известна также ГАЭС (патент 9400982 от 27.06.1996 г.), включающая машинный зал с обратимыми гидроагрегатами, со вспомогательным и крановым оборудованием, трансформаторный зал, подходной транспортный туннель, причем машинный зал выполнен в виде двух соосно расположенных камер, соединенных между собой шахтами.

Известна также подземная ГАЭС (заявка 2005128637 от 20.03.2007 г), содержащая бассейн (водохранилище, расположенный на поверхности земли, водозаборное (водовыпускное) сооружение, вертикальную шахту напорного водовода, шахту кабелей выдачи мощности, здание ГАЭС с агрегатными блоками, нижний бассейн и транспортный туннель, отличающаяся тем, что нижний бассейн выполнен в виде отдельных участков туннелей, расположенных спирально (в плане), причем первая внутренняя спираль является продолжением транспортного туннеля, выполненного наклонным, например, с уклоном 0,20 (12°) и снабженного устройством для выдачи породы; здание ГАЭС с агрегатными блоками примыкает к выходу из транспортного туннеля и внутреннему витку спирали нижнего бассейна, при этом каждый агрегат соединен туннелем со своим участком спирали нижнего бассейна и снабжен аэрационной шахтой.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности заявленному изобретению является подземная ГАЭС с глубоко расположенным нижним бассейном (Л.Б.Шейнман «Гидроаккумулирующие электростанции с подземными бассейнами» труды Гидропроекта «Вопросы проектирования, исследования и эксплуатации ГАЭС» 64). Под землей выполнены водоподводящие и отводящие водоводы, здания, установлены силовые агрегаты, затворы подачи воды турбинам и отводам к насосам, регуляторы скорости и напряжения, аппаратура автоматики управления и защиты. Силовые агрегаты состоят из гидротурбин, гидронасосов, электрических генераторов, электродвигателей в зависимости от принятого в проекте схемы. Галереи для нижнего бассейна у дна соединены общей водосбросной камерой. Одна или две из галерей трубами небольшого диаметра соединены с атмосферой. При откачке воды с нижний бассейн через них всасывается воздух, а при подаче воды к турбинам воздух выходит из галерей. Водосборная камера соединена с электронасосами откачки.

Основными недостатками вышеуказанных аналогов являются:

- необходимость высокооборотных, многоступенчатых, дорогостоящих насосов откачки;

- необходимость высоковольтных электродвигателей большой мощности и аппаратуры управления ими (высоковольтных выключателей, разъединителей, распределительных устройств);

- необходимость дополнительного объема здания ГАЭС под землей для установки насосов с электродвигателями и затворами;

- значительное потребление электроэнергии электродвигателями для откачки воды в верхний бассейн;

- необходимость различных мероприятий (специальных силовых трансформаторов, реакторов или мощных преобразователей для частотного запуска), чтобы снизить большие посадки напряжения при пуске электродвигателей;

- снижение КПД гидроагрегатов, если конструктивно совмещаются гидротурбины с насосами;

- трудности эксплуатации многоступенчатых насосов, особенно связанных с износом их лопастей кавитационным явлением.

Задача - разработка экономического варианта подземной ГАЭС.

Технический результат - усовершенствование техники строительства шахт, снижение капитальных затрат.

Сущность предлагаемой полезной модели в том, что подземная ГАЭС, включающая бассейн, напорный водовод, гидротурбину, отличающаяся тем, что предусмотрен газогенератор, для создания давления под сводом нижнего бассейна, за счет которого начинается отжим воды через напорный водовод из нижнего бассейна в верхний бассейн, при этом газогенератор, установлен в верхнем бассейне, здесь же расположены газоподводящий и газоотводящий клапан, а газопроводы проведены между галереями.

На рис.1 приведена схема ГАЭС.

Принципиальная схема ГАЭС с подземным нижним бассейном, из которого вода отжимается в верхний бассейн посредством газа вариант с расположением газогенератора 10 в верхнем здании 13, приведена на рис.1, где: 1 - верхний бассейн; 2 - напорный водоподводяще-отводящий водовод; 3 «а» - притурбинный водоподводящий затвор; 3 «б» - притурбинный водоотводящий затвор; 4 - гидротурбина; 5 - электрический генератор; 6 - подземное здание ГАЭС; 7 - подземный бассейн; 8 - целики между галереями (перегородки); 9 - газоподводяще-отводящая труба; 10 - газогенератор (камера сгорания топлива); 11 - газоподводящий клапан; 12 - газоотводящий клапан; 13 - верхнее здание ГАЭС. В этом варианте здесь располагаются: источники газа и аппаратура управления ими; электрическое распределительное устройство генераторов; щиты управления и защиты. Силовые и контрольные кабели из нижнего здания 6 в верхнее 13 могут быть расположены за ограждением в шахте грузоподачи или в шахте эксплуатационного персонала 14; 15 - водосборная камера, соединенная с притурбинным водоотводящим затвором 3 «б»; 16 - газопроводы между галереями; 17 - затвор в начале напорного водовода 2.

Источник газа или плазмы (аккумулятор давления) под которым понимается энергоноситель (в том числе сжатый воздух) может быть расположен наверху около верхнего бассейна (верхнее здание), откуда газ газопроводом подается в нижний бассейн. Энергоисточники могут быть разными. Если химический, то это совокупность компонентов (горючее и окислитель), необходимый для инициирования газовыделения в камере горения. Выходя из сопла, установленного в конце газопровода, газ создает давление под сводом нижнего бассейна и начинает отжим воды через напорный подводяще-отводящий трубопровод турбин в верхний бассейн ГАЭС.

Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения достигается следующими факторами:

1. снижением необходимости выработки электроэнергии в энергосистеме для питания электронасосов откачки воды. Известно, что КПД высокооборотных многоступенчатых насосов оценивается 0,6-0,7. Возникаемая экономия количества энергоносителя и их стоимости в варианте отжатия довольно большая.

2. Отпадает необходимость в дорогостоящих насосах и затрат на их эксплуатацию, особенно связанных с ремонтом из-за кавитационных износов.

3. Уменьшается объем подземных сооружений ГАЭС, из-за того, что отпадает необходимость помещений для насосов, электрооборудования и узлов управления ими. Соответственно, снижаются сроки и стоимость строительства ГАЭС.

4. Появляется возможность для оптимизации конструкций агрегатов, так как отпадает необходимость в комбинированных агрегатах, у которых совмещены функции гидротурбин и насосов, генераторов и электродвигателей.

5. Преимущество возникает из-за увеличения времени использования ГАЭС в качестве аварийного резерва ЭЭС, что повышает маневренность и надежность работы энергообъединения.

Подземная ГАЭС, включающая бассейн, напорный водовод, гидротурбину, отличающаяся тем, что предусмотрен газогенератор для создания давления под сводом нижнего бассейна, за счет которого начинается отжим воды через напорный водовод из нижнего бассейна в верхний бассейн, при этом газогенератор установлен в верхнем бассейне, здесь же расположены газоподводящий и газоотводящий клапан, а газопроводы проведены между галереями.