Энергетический комплекс

Авторы патента:

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована при организации энергетического комплекса в составе атомной или тепловой электростанции (АЭС или ТЭС) и, по меньшей мере, одной гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС). В энергетическом комплексе, содержащем атомную или тепловую (1) электростанцию (АЭС или ТЭС) с водоемом-охладителем (2) и, по меньшей мере, одну примыкающую к ней гидроаккумулирующую (3) электростанцию (ГАЭС), подающую электроэнергию потребителям АЭС или ТЭС (1) и содержащую верхний бассейн (4), размещенный на возвышенности (5), и нижний бассейн, в качестве которого использован водоем-охладитель (2), и здание ГАЭС (3), гидравлически соединенное с верхними бассейном (4) и водоемом-охладителем (2), верхний бассейн (4) размещен на возвышенности (5), служащей водоразделом между соседними реками (6, 7), на реке (7) со стороны водоема-охладителя (2) размещена гидравлическая-гидроаккумулирующая (8) электростанция (ГЭС-ГАЭС), ниже которой по течению реки размещена контррегулирующая ГЭС (9), а верхний бьеф (10) ГЭС-ГАЭС (8) соединен судоходным каналом (11) с водоемом-охладителем (2), который также соединен судоходным каналом (12) с рекой (6) или морем (15) по другую сторону возвышенности (5). Повышается эффективность работы АЭС (или ТЭС), входящей в энергетический комплекс, за счет снижения температуры водоема-охладителя, предотвращается тепловое загрязнение окружающей среды, улучшается водоснабжение областей с дефицитом местного стока, обеспечивается пропуск судов из бассейна одной реки в бассейн соседней реки (или в море), а также продление навигации за счет отвода тепла из водоема-охладителя.

Ограниченные возможности маневрирования мощностью АЭС и ТЭС компенсируются параллельной с ними работой ГАЭС, что положительно влияет на работу всех составляющих комплекса.

Известен энергетический комплекс, содержащий ТЭС с прудом-охладителем и ГАЭС с верхним и нижним бассейнами; воду на ТЭС подают из пруда-охладителя в часы пика нагрузки, сбрасывая воду из верхнего бассейна в нижний, и подают в часы провала нагрузки из нижнего бассейна в верхний, СН 450067. Однако насосный режим подачи воды в часы провала нагрузки связан с возможными сбоями в работе насосного оборудования и требует дублирования системы, а работа насосного оборудования в период между утренними и вечерними часами пика нагрузи и часами ночного провала нагрузки требует больших затрат энергии. Нагретая вода, поступившая в нижний бассейн, охлаждается недостаточно, перемешиваясь со сбросной водой ГАЭС, так как сразу после завершения сброса воды она забирается обратно. Это может привести к перегреву конденсаторов, а, следовательно, к снижению мощности ТЭС. Кроме того, зависимость техводоснабжения ТЭС от работы ГАЭС вызывает необходимость в наличии большого количества затворов, водоводов, реверсивных переключающих устройств для предотвращения обратного тока воды в конденсаторах ТЭС, что усложняет конструкцию и эксплуатацию системы.

Более эффективны комбинированные энергетические комплексы, включающие сооружения разного назначения, связанные друг с другом. Комбинированная энергосистема SU 676740 содержит ТЭС с прудом-охладителем и ГАЭС с верхним и нижним бассейнами, при этом пруд-охладитель соединен сбросным трубопроводом с нижним бассейном и через дополнительно установленную насосную станцию с верхним бассейном, на сбросном трубопроводе установлена гидротурбина, причем вода на тепловую электростанцию подается из пруда-охладителя. Сброс воды осуществляется в часы пика нагрузок из пруда-охладителя в нижний бассейн, а в часы провала нагрузки вода подается в таком же количестве в нижние слои пруда-охладителя.

Основной недостаток этого энергетического комплекса заключается в том, что выпущенная из конденсаторов ТЭС в пруд-охладитель нагретая вода снова подается в ТЭС с еще достаточно высокой температурой, что снижает эффективность работы ТЭС и может привести к перегреву конденсаторов. Пруд-охладитель должен быть не только достаточно большим, но и иметь соответствующее очертание для обеспечения требуемого режима охлаждения воды; иначе высокая температура воды вызовет повышенное зарастание пруда-охладителя и цветение воды, что вызовет необходимость дополнительных затрат. Этот недостаток сохранится даже с учетом сброса части нагретой воды в часы пика нагрузки из пруда-охладителя через сбросной трубопровод и турбину в нижний бассейн ГАЭС, а в часы провала нагрузки - подачей холодной воды из верхнего бассейна ГАЭС в нижние слои пруда-охладителя в таком же количестве; нагретая вода охлаждается, главным образом, за счет пруда-охладителя, как это делается в обычных ТЭС.

Охлаждение части воды происходит за счет сброса ее в нижний бассейн ГАЭС с перемешиванием ее с объемом воды, циркулирующим в системе верхнего и нижнего бассейна ГАЭС, что требует устройства специальной насосной станции для закачивания воды из верхнего бассейна ГАЭС в пруд-охладитель. Мощность этой насосной станции должна обеспечить закачивание сброшенного в часы пика нагрузки объема воды за время провала нагрузки, что требует дополнительных затрат энергии. Двухступенчатый подъем воды из нижнего бассейна в пруд-охладитель с помощью ГАЭС и насосной станции, а также подача воды из пруда-охладителя требует значительных затрат энергии. Данный комплекс не обеспечивает никаких других потребностей, кроме работы самих ТЭС и ГАЭС, а нагретая вода охлаждается за счет испарения и теплообмена в ограниченном районе энергокомплекса, что вызывает ухудшение природных условий в этом районе.

Энергетический комплекс, содержащий атомную или тепловую электростанцию (АЭС или ТЭС) с водоемом-охладителем и, по меньшей мере, одну, примыкающую к ней гидроаккумулирующую электростанцию (ГАЭС), подающую электроэнергию потребителям АЭС или ТЭС и содержащую верхний бассейн, размещенный на возвышенности, и нижний бассейн, в качестве которого использован водоем-охладитель, и здание ГАЭС, гидравлически соединенное с верхним и нижним бассейнами; здания ГАЭС расположены у подножия возвышенностей и соединены с водоемом-охладителем подводящими (отводящими) каналами, а с верхними бассейнами напорными водоводами, дополнительная система ГАЭС служит аварийным энергоисточником для ответственных потребителей АЭС и соединена специальными линиями электропередачи с ответственными потребителями атомной электростанции, RU 39145 U1.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.

Недостатком прототипа является высокая температура в водоеме-охладителе и в связанном с ним верхнем бассейне ГАЭС, что снижает эффективность работы АЭС (или ТЭС), а также ведет к экологически неблагоприятным последствиям, так называемому «тепловому загрязнению» окружающей среды.

Кроме того, принятый за прототип энергетический комплекс не позволяет решать водохозяйственные задачи, а именно, не обеспечивает возможность перевода части стока более полноводной реки через водораздел в область с дефицитом местного стока, а также водотранспортные задачи по пропуску судов из бассейна одной реки в бассейн соседней реки или в море через водораздел.

Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы АЭС (или ТЭС), входящей в энергетический комплекс, за счет снижения температуры водоема-охладителя, предотвращение теплового загрязнения окружающей среды, улучшение водоснабжения областей с дефицитом местного стока, обеспечение пропуска судов из бассейна одной реки в бассейн соседней реки (или в море), а также продление навигации за счет отвода тепла из водоема-охладителя.

Согласно полезной модели в энергетическом комплексе, содержащем атомную или тепловую электростанцию (АЭС или ТЭС) с водоемом-охладителем и, по меньшей мере, одну примыкающую к ней гидроаккумулирующую электростанцию (ГАЭС), подающую электроэнергию потребителям АЭС или ТЭС и содержащую верхний бассейн, размещенный на возвышенности, и нижний бассейн, в качестве которого использован водоем-охладитель, и здание ГАЭС, гидравлически соединенное с верхним бассейном и водоемом-охладителем, верхний бассейн размещен на возвышенности, служащей водоразделом между соседними реками, на реке со стороны водоема-охладителя размещена гидравлическая-гидроаккумулирующая электростанция (ГЭС-ГАЭС), ниже которой по течению реки размещена контррегулирующая ГЭС, а верхний бьеф ГЭС-ГАЭС соединен судоходным каналом с водоемом-охладителем, который также соединен судоходным каналом с рекой или морем по другую сторону возвышенности.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена схема энергетического комплекса.

Энергетический комплекс содержит АЭС (или ТЭС), в конкретном примере - ТЭС 1 с водоемом-охладителем 2 и, по меньшей мере, одну примыкающую к ней ГАЭС 3, подающую энергию потребителям ТЭС 1. ГАЭС 3 имеет верхний бассейн 4, в качестве нижнего бассейна ГАЭС 3 использован водоем-охладитель 2. Здание ГАЭС 3 соединено водоводами с верхним бассейном 4 и водоемом-охладителем 2. Верхний бассейн 4 размещен на возвышенности 5, служащей водоразделом между соседними реками 6 и 7. Река 7 находится со стороны водоема-охладителя 2. На реке 7 размещена гидравлическая-гидроаккумулирующая (ГЭС-ГАЭС) 8 электростанция, ниже которой по течению реки 7 размещена контррегулирующая ГЭС 9. Верхний бьеф 10 ГЭС-ГАЭС 8 соединен судоходным каналом 11 с водоемом-охладителем 2. Кроме того, водоем-охладитель 2 соединен судоходным каналом 12 с рекой 6 (или непосредственно с морем) по другую сторону водораздела 5. Судоходный канал 12 проходит через прорезь в возвышенности 5.

ТЭС 1 имеет ограниченные возможности маневрирования мощностью энергоблоков в течение суток и в течение недели, однако в ночные часы и в выходные дни имеет место резкое снижение потребления энергии. Неравномерность потребления электроэнергии в течение суток может доходить в энергосистеме до 40%, что вынуждает снижать мощность ТЭС с 23 часов до 7 часов утра.

Энергокомплекс принимает невостребованную энергосистемой мощность и позволяет сгладить суточный график нагрузки за счет включения обратимых агрегатов ГАЭС 3, ГЭС-ГАЭС 8, которые, работая в насосном режиме, потребляют энергию ТЭС 1. ГАЭС 3 перекачивает воду из водоема-охладителя 2 в верхний бассейн 4, расположенный выше водоема-охладителя 2. Снижение уровня воды в водоеме-охладителе 2 при этом компенсируется притоком воды самотеком по судоходному каналу 12 из верхнего бьефа 10 ГЭС-ГАЭС 8 на реке 7.

ГЭС-ГАЭС 8 также принимает участие в сглаживании суточного графика нагрузки. Это происходит за счет работы ее обратимых агрегатов в насосном режиме с потреблением энергии ТЭС 1. Они перекачивают воду из своего нижнего бьефа-бассейна 13, являющегося одновременно водохранилищем контррегулирующей ГЭС 9, в верхний бьеф 10 ГЭС-ГАЭС 8. Уровень воды в верхнем бьефе 10 поддерживается выше уровня воды в водоеме-охладителе 2 для обеспечения его самотечного пополнения холодной пресной водой и снижения температуры воды в нем, что значительно уменьшает опасность теплового загрязнения и снижения вырабатываемой мощности ТЭС 1 из-за перегрева ее конденсаторов, особенно в период жаркой погоды, а также если они находятся в местности с дефицитом местного стока. Приток воды в водоем-охладитель 2 не только повышает эффективность работы ТЭС 1, но и компенсирует потери воды на испарение, фильтрацию из ограниченного суммарного объема водоема-охладителя 2 и верхнего бассейна 4. Кроме того, создается возможность пропуска судов из реки 7 по каналу 11 в водоем-охладитель 2. Из него вода по судоходному каналу 12 пойдет в области с дефицитом местного стока в бассейне соседней реки 6, обеспечивая также продление навигации за счет отвода теплой воды из водоема-охладителя.2.

Часть мощности ГЭС-ГАЭС 8 в период паводка на реке 7 может использоваться для производства электроэнергии в период пиковой суточной потребности в энергосистеме. Для сглаживания неравномерности поступления воды в нижний бьеф ГЭС-ГАЭС 8 в течение суток в период паводка по требованиям экологии и для создания ее нижнего бьефа-бассейна 13 ниже по течению размещена контррегулирующая ГЭС 9.

Судоходные каналы 11 и 12 имеют транспортное, энергетическое и водохозяйственное значение. По ним суда из верхнего бьефа 10 ГЭС-ГАЭС 8 через водоем-охладитель 2 и прорезь 14 в возвышенности 5 могут выйти к реке 6 (или непосредственно в море 15) по другую сторону возвышенности 5.

Полезная модель может быть реализована применительно к территории Южного Федерального округа России. Строительство канала от Волгоградского водохранилища на Волге до существующего Манычского водного пути и выход в р.Дон через Кумо-Манычскую впадину позволит осуществлять круглогодичную навигацию вместо строительства 19 шлюзов второй нитки по трассе существующего водного пути Волга - Дон.

Энергетический комплекс, содержащий атомную или тепловую электростанцию (АЭС или ТЭС) с водоемом-охладителем и, по меньшей мере, одну примыкающую к ней гидроаккумулирующую электростанцию (ГАЭС), подающую электроэнергию потребителям АЭС или ТЭС и содержащую верхний бассейн, размещенный на возвышенности, и нижний бассейн, в качестве которого использован водоем-охладитель, и здание ГАЭС, гидравлически соединенное с верхними бассейном и водоемом-охладителем, отличающийся тем, что верхний бассейн размещен на возвышенности, служащей водоразделом между соседними реками, на реке со стороны водоема-охладителя размещена гидравлическая-гидроаккумулирующая электростанция (ГЭС-ГАЭС), ниже которой по течению реки размещена контррегулирующая ГЭС, а верхний бьеф ГЭС-ГАЭС соединен судоходным каналом с водоемом-охладителем, который также соединен судоходным каналом с рекой или морем по другую сторону возвышенности.