ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ГЭС-ГАЭС Российский патент 2015 года по МПК F03B13/00 E02B9/00 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций (ГЭС и ГАЭС).

Энергетический комплекс ГЭС-ГАЭС с турбинными и обратимыми гидроагрегатами, установленными в одном здании и работающими на разноуровневые нижние бассейны, совмещает функции ГЭС и ГАЭС. Установленная мощность турбинных гидроагрегатов обычной ГЭС определяется исходя из гидрологических характеристик створа размещения. Трансформация ГЭС в ГЭС-ГАЭС путем дополнительной установки обратимых гидроагрегатов увеличивает установленную мощность электростанции, участвующей в оказании комплексных системных услуг: регулирование мощности, функции синхронного компенсатора, предотвращение аварийных ситуаций, вывод энергосистем из аварий и т.д., и повышает надежность функционирования энергосистемы в целом. Кроме того, наличие обратимых гидроагрегатов обеспечивает выполнение функций потребителя с регулируемой нагрузкой, что актуально для районов с недостатком маневренных мощностей.

Как правило, ГЭС размещаются и работают на естественное русло водотока. Зачастую топографические условия площадки строительства ГЭС используются не полностью и не комплексно. Потенциально топографические условия площадок ГЭС могут быть использованы для размещения дополнительных аккумулирующих емкостей (бассейнов, водохранилищ), используемых для работы ГАЭС. Размещение турбинных (ГЭС) и обратимых (ГАЭС) гидроагрегатов в одном здании и на одной площадке позволяет снизить строительно-монтажные работы и эксплуатационные издержки по сравнению со строительством отдельных зданий и сооружений для ГЭС и ГАЭС. Работа ГЭС и ГАЭС на разные нижние бассейны (ГЭС в естественное русло, ГАЭС в дополнительный бассейн) позволяет не только повысить выработку электроэнергии, но и позволяет расширить период работы станции, поскольку необходимый для работы ГАЭС объем воды аккумулирован в бассейнах, в то время как ГЭС, как правило, работают в половодно-паводковый период года и ограничены как объемом притока в верхний бассейн, так и объемами сброса в естественный водоток.

Так, известен энергетический комплекс, совмещающий функции ГЭС и ГАЭС, содержащий отдельно установленные насосы, для аккумулирования энергии, водоводы, и емкость (полость) ограниченного объема (Патент РФ №1703789, кл. Е02В 9/00, опубл. 1992 г.).

Недостатком описанного комплекса является ограниченная величина аккумулируемой энергии, а также то, что агрегаты ГЭС должны иметь заведомо большую мощность, что влечет значительное удорожание сооружения.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является энергетический комплекс, состоящий из ГЭС и ГАЭС с агрегатами, размещенными в одном здании, и имеющий верхний и нижний бассейны и водоводы (Патент №2183287, кл. F03B 13/00, опубл. 2002 г.).

Недостатками описанной системы являются: использование для аккумуляции энергии насосов, которые не могут участвовать в выработке электроэнергии; невозможность оптимизации параметров гидроагрегатов по условию их заглубления; использование технически сложного и дорогостоящего оборудования.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного энергетического комплекса, совмещающего функции ГЭС и ГАЭС, с оптимизацией использования условий площадки его размещения.

Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении мощности энергетического комплекса, увеличении эффективности его работы в энергосистеме и минимизации строительно-монтажных работ путем обеспечения возможности разного заглубления турбинных и обратимых гидроагрегатов однотипной компоновки при работе обратимых гидроагрегатов на отдельный нижний бассейн, не связанный гидравлически с естественным руслом реки, являющимся нижним бассейном ГЭС.

Известно, что при одном и том же напоре на гидроагрегатах заглубление рабочих колес обратимых гидроагрегатов должно быть больше, чем для рабочих колес гидротурбин. Выполнение этого требования в энергетическом комплексе ГЭС-ГАЭС по изобретению обеспечивается работой гидротурбин и обратимых гидромашин на разноуровневые нижние бассейны. При этом может применяться одинаковая компоновка гидроагрегатов в здании станции, что обеспечивает минимально возможный объем строительно-монтажных работ.

Указанный технический результат достигается тем, что в энергетическом комплексе ГЭС-ГАЭС, состоящем из ГЭС и ГАЭС с турбинными и обратимыми гидроагрегатами, размещенными в одном здании, верхнего и нижнего бассейнов и напорных водоводов, согласно изобретению комплекс имеет отдельный нижний бассейн ГАЭС, гидравлически не связанный с естественным руслом реки, и соответствующий водоприемник, при этом нижние бассейны ГЭС и ГАЭС расположены на разных уровнях, напорные водоводы верхнего бассейна соединены с турбинными и обратимыми гидроагрегатами, причем турбинные гидроагрегаты выполнены в виде гидротурбин с генераторами, а обратимые гидроагрегаты выполнены в виде обратимых гидромашин (насос-турбин) с генераторами-двигателями, а водоводы нижнего бассейна ГАЭС проложены под или над нижним бассейном ГЭС для гидравлического соединения нижнего бассейна ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами, подающими воду в верхний бассейн.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен план ГЭС-ГАЭС, на фиг. 2 - разрез по турбинным гидроагрегатам, на фиг. 3 - разрез по обратимым гидроагрегатам для варианта прокладки водоводов нижнего бассейна ГАЭС под нижним бассейном ГЭС, на фиг. 4 приведен разрез по обратимым гидроагрегатам для варианта прокладки водоводов нижнего бассейна ГАЭС над нижним бассейном ГЭС.

Энергетический комплекс ГЭС-ГАЭС содержит верхний бассейн 1, водоприемник 2 верхнего бассейна, напорные водоводы 3, здание станции 4, турбинные гидроагрегаты 5, обратимые гидроагрегаты 6, нижний бассейн ГЭС 7, нижний бассейн ГАЭС 8, водоприемник нижнего бассейна ГАЭС 9, водоводы нижнего бассейна ГАЭС 10.

Описанный энергетический комплекс ГЭС-ГАЭС работает следующим образом.

Турбинные гидроагрегаты 5, расположенные в здании станции 4, работают в режиме выработки элекроэнергии в зависимости от гидрологической ситуации, то есть от естественного притока воды в верхний бассейн 1. В случае недостатка естественного притока в верхний бассейн 1 они могут участвовать в выработке энергии за счет объемов воды, накопленных в верхнем бассейне 1 обратимыми гидроагрегатами 6. Турбинные гидроагрегаты 5 обеспечивают преобразование потенциальной энергии воды в верхнем бассейне 1, подводимой к ним посредством водоприемника 2 верхнего бассейна и напорных водоводов 3, в электрическую энергию. После этого вода поступает в нижний бассейн ГЭС 7, отводящий воду в естественное русло через перелив.

Обратимые гидроагрегаты 6, расположенные в здании станции 4, в периоды сниженных нагрузок в энергосистеме обеспечивают преобразование электроэнергии в потенциальную энергию, аккумулируемую объемом воды в верхнем бассейне 1. Величина накопленной потенциальной энергии определяется объемом воды и разницей высот между верхним и нижним бассейнами. В период аккумулирвоания гидромашины обратимых гидроагрегатов 6 работают в насосном режиме, закачивая воду из нижнего бассейна ГАЭС 8 через водоприемник нижнего бассейна ГАЭС 9 и водоводы нижнего бассейна ГАЭС 10 в верхний бассейн 1 через напорные водоводы 3 и водоприемник верхнего бассейна 2.

В периоды максимума нагрузок в энергосистеме обратимые гидроагрегаты 6 работают аналогично турбинным гидроагрегатам, вырабатывая электрическую энергию. В этом режиме вода из верхнего бассейна 1 подводится посредством водоприемника верхнего бассейна 2 и напорных водоводов 3 к обратимым гидроагрегатам для преобразования аккумулированной ранее потенциальной энергии воды. После прохождения обратимых гидроагрегатов вода отводится через водоводы нижнего бассейна ГАЭС 10 и водоприемник нижнего бассейна ГАЭС 9 в нижний бассейн ГАЭС 8, где хранится до следующего цикла аккумулирования.

Как видно из фиг. 1 и 3 обратимые гидроагрегаты работают на отдельный нижний бассейн, который гидравлически не связан с естественным руслом реки.

На фиг. 4 приведен разрез по обратимым гидроагрегатам для варианта прокладки водоводов 10 нижнего бьефа над нижним бассейном ГЭС.

В зависимости от площадки размещения нижнего бассейна ГАЭС 8 и здания станции 4 возможна прокладка водоводов 10 нижнего бьефа как над, так и под нижним бассейном ГЭС. Принципиальная схема работы для этих двух вариантов одинакова, а выбор того или иного варианта проводится на основе технико-экономического сравнения.

Изобретение позволяет существенно увеличить установленную мощность объекта, участвующего в регулировании мощности в энергосистеме на построенных и новых ГЭС, трансформируя их в ГЭС-ГАЭС.

Описанная схема трансформации ГЭС в ГЭС-ГАЭС реализуется на строительстве Зеленчукской ГЭС-ГАЭС.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций (ГЭС и ГАЭС). Энергетический комплекс ГЭС-ГАЭС состоит из ГЭС и ГАЭС с турбинными гидроагрегатами 5 и обратимыми гидроагрегатами, размещенными в одном здании, верхнего и нижнего бассейнов 1 и 7 и напорных водоводов 3. Комплекс имеет отдельный нижний бассейн ГАЭС 8, гидравлически не связанный с естественным руслом реки, и соответствующий водоприемник. Бассейны 7 и 8 расположены на разных уровнях. Водоводы 3 бассейна 1 соединены с турбинными гидроагрегатами 5 и обратимыми гидроагрегатами. Гидроагрегаты 5 выполнены в виде гидротурбин с генераторами. Обратимые гидроагрегаты выполнены в виде обратимых гидромашин с генераторами-двигателями. Водоводы нижнего бассейна ГАЭС проложены под или над нижним бассейном ГЭС для гидравлического соединения нижнего бассейна ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами, подающими воду в бассейн 1. Изобретение направлено на увеличение мощности энергетического комплекса и эффективности его работы в энергосистеме и минимизации строительно-монтажных работ путем обеспечения возможности заглубления турбинных и обратимых гидроагрегатов на разных уровнях при применении их однотипной компоновки. 4 ил.

Энергетический комплекс ГЭС-ГАЭС, состоящий из ГЭС и ГАЭС с турбинными и обратимыми гидроагрегатами, размещенными в одном здании, верхнего и нижнего бассейнов и напорных водоводов, отличающийся тем, что комплекс имеет отдельный нижний бассейн ГАЭС, гидравлически не связанный с естественным руслом реки, и соответствующий водоприемник, при этом нижние бассейны ГЭС и ГАЭС расположены на разных уровнях, напорные водоводы верхнего бассейна соединены с турбинными и обратимыми гидроагрегатами, причем турбинные гидроагрегаты выполнены в виде гидротурбин с генераторами, а обратимые гидроагрегаты выполнены в виде обратимых гидромашин с генераторами-двигателями, а водоводы нижнего бассейна ГАЭС проложены под или над нижним бассейном ГЭС для гидравлического соединения нижнего бассейна ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами, подающими воду в верхний бассейн.