ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2002 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к энергетике, направлено на повышение экономичности работы электрогидравлических устройств гидроаккумулирующих электростанций.

Известны гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), предназначенные для выравнивания нагрузки тепловых электрических станций (ТЭС) и служащие резервом энергосистемы.

Известно, что нагрузка потребителей неравномерно распределена по времени. В соответствии с нагрузкой потребителей приходится изменять и мощность, развиваемую электростанциями. Однако для некоторых видов электростанций, особенно для ТЭС, такие колебания крайне неблагоприятны. Эта проблема решается путем сооружения маневренных электростанций, наиболее эффективным видом которых являются ГАЭС. Принцип работы ГАЭС состоит в том, что в период ночного провала графика нагрузки потребителей их агрегаты включаются в насосный режим и накачивают воду в верхний бассейн, аккумулируя энергию ТЭС, а в период пика нагрузки агрегаты ГАЭС включаются в генераторный режим и выдают мощность в энергосистему. Таким образом выравнивается электрическая нагрузка ТЭС (Гидроэлектрические станции. Учебник под редакцией В.Я. Карелина и др. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.6).

Известна ГАЭС смешанного типа или ГЭС-ГАЭС. При этой схеме приток воды в верхний бассейн, достаточный для того, чтобы срабатывая его в турбинном режиме, давать существенную дополнительную выработку электроэнергии, производился стандартным оборудованием ГЭС, работающим в насосном режиме. Иными словами ГЭС-ГАЭС - гидроэлектростанция, имеющая в своем составе обратимые электрические (двигатель-генератор) и гидравлические (турбина-насос) агрегаты. Необходимым условием для использования этой схемы является наличие в нижнем бьефе объема воды, достаточного для обеспечения работы в насосном режиме (см. указанный учебник, с.85-86, рис.7.3, схема II).

Общим недостатком всех имеющихся систем является большие гидравлические потери в системах перекачки воды в верхний бьеф плотины. Значительная часть потерь вызвана возможными колебаниями верхнего и нижнего уровней воды, тем, что гидротехническое оборудование работает в режимах, отличающихся от оптимальных. Большие потери будут наблюдаться на сливном торце трубопровода на верхний уровень перед плотиной. При сбросе воды в утопленном положении сливного торца трубопровода гидравлические потери растут из-за трения и эжекции части водной среды верхнего уровня, при высоко поднятом над верхним уровнем положении торца совершается бесполезная работа на подъем перекачивающейся воды. Дополнительные потери - некоторое снижение КПД главных турбин ГЭС - появляются также при неудачном выборе места сброса воды в верхний уровень из-за турбулентных возмущений среды.

Технический результат, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности и общего КПД преобразования энергии в ГЭС и ГАЭС.

Энергетический комплекс включает гидроэлектростанцию и установленный за ее плотиной перекачивающий насос с трубопроводом и электродвигателем, либо дополнительными насосами с электродвигателями, соединенным с энергосистемой тепловой электростанции, причем трубопровод расположен в плотине и выходит на верхний уровень под водой перед плотиной, насос установлен на плавучем понтоне, а сливной торец трубопровода приподнят над верхним уровнем и поддерживается над водой посредством плавучего понтона.

На чертеже представлена схема устройства для реализации изобретения.

Энергетический комплекс включает низконапорный погружной перекачивающий насос 1 с электродвигателем 2 или систему перекачивающих насосов 1 с электродвигателями 2. Электродвигатели соединены с энергосистемой ТЭС. Погружные насосы 1 установлены на плавучем понтоне 3, который удерживается при помощи тросов 4 и якорей 5 за плотиной ГЭС 6. Трубопровод 7 проложен в плотине 6, выходит на верхний уровень перед плотиной 6 под водой, при этом перекачиваемая вода отводится от плотины на требуемое расстояние для исключения нежелательных возмущений на гидротурбинах ГЭС. Сливной торец 8 трубопровода 7 приподнят над верхним уровнем на высоту волн для снижения гидравлического сопротивления и поддерживается над водой посредством плавучего понтона 9, а также системой тросов 10 и якорей 11. Трубопровод 7 снабжен поворотными участками 12 и 13, которые обеспечивают необходимое перемещение всасывающего участка и сливного торца 8 трубопровода 7 при возможных изменениях верхнего и нижнего уровней воды.

Работает устройство следующим образом. В периоды снижения электрической нагрузки включаются электродвигатели 2 погружных насосов 1, вода по трубопроводу 7 перекачивается через плотину 6 из нижнего уровня в верхний. Перед плотиной 6 накапливается дополнительное количество воды, потенциальная энергия которой используется для выработки электрической энергии на ГЭС или ГАЭС в периоды роста электрической нагрузки.

Погружение насосов 1 и трубопровода 7 на некоторую глубину исключает возможность их заледенения и обмерзания зимой. При больших расходах воды обмерзания сливного торца 8 трубопровода 7 также не произойдет.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность работы энергетической системы и повысить общий КПД преобразования видов энергии.

Комплекс предназначен для преобразования потенциальной энергии воды ЭС и для выравнивания нагрузки ТЭС. Энергетический комплекс включает низконапорный погружной перекачивающий насос с электродвигателем или систему перекачивающих насосов с электродвигателями. Электродвигатели соединены с энергосистемой ТЭС. Погружные насосы установлены на плавучем понтоне, который удерживается при помощи тросов и якорей за плотиной ГЭС. Трубопровод проложен в плотине и выходит на верхний уровень перед плотиной под водой, при этом перекачиваемая вода отводится от плотины на требуемое расстояние для исключения нежелательных возмущений на гидротурбинах ГЭС. Сливной торец трубопровода приподнят над верхним уровнем на высоту волн для снижения гидравлического сопротивления и поддерживается над водой посредством плавучего понтона, а также системой тросов и якорей. Трубопровод снабжен поворотными участками, которые обеспечивают необходимое перемещение всасывающего участка и сливного торца трубопровода при возможных изменениях верхнего и нижнего уровней воды. Композиция комплекса позволяет обеспечить надежную работу ТЭС и дополнительную выработку электроэнергии на ГЭС. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Энергетический комплекс, содержащий гидроэлектростанцию и установленный за ее плотиной перекачивающий насос с трубопроводом и электродвигателем, соединенным с энергосистемой тепловой электростанции, причем трубопровод расположен в плотине и выходит на верхний уровень под водой перед плотиной, отличающийся тем, что насос установлен на плавучем понтоне, а сливной торец трубопровода приподнят над верхним уровнем и поддерживается над водой посредством плавучего понтона. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными насосами с электродвигателями, размещенными на упомянутом плавучем понтоне.