ГЭС, вырабатывающая электроэнергию от холостого водосброса Российский патент 2018 года по МПК E02B9/00 

Конструкция относится к гидротехнике, а именно к водосбросам на плотинах Гидроэлектростанций и может быть использована для регулирования уровня воды в водоемах грозящих наводнением, например на реках Зея, Амур и других подобных водоемах. Также для переброски паводковых вод реки Зея из Верхнего бьефа, то есть из Зейского водохранилища, в нижний бъеф, чтобы водосбросы не причиняли вреда основанию Зейской плотины.

Известно - на многих ГЭС Водосброс (1*) Пояснения терминов в конце описания) построен по традиционной для отечественной энергетике схеме с отбросом струи с трамплина и гашением ее энергии в яме размыва. Пример Зейская ГЭС (7*). Зейское водохранилище построено таким образом, что открывать затворы при уровне воды ниже отметки 317,5 метра запрещено. Вода по водосбросу должна падать от плотины только в определенном месте - в зоне воронки размыва. Это место укреплено, защищено и забетонировано. Если уровень воды в водохранилище меньше, то струя воды не долетает до воронки и создается дополнительная нагрузка на основание самой плотины - ее попросту размывает. Найдено в интернет URL: http://old.amur.info/news/2013/08/13/16.html

Недостатками данного водосброса являются: (в качестве примера плотина Зейской ГЭС) невозможность снижения уровня Зейского водохранилища до требуемых 310 м Н.У.М. При этом «РусГидро» собирается пересмотреть режим работы ГЭС во время наводнений, для того чтобы сделать сброс воды более плавным. «Зейская ГЭС была построена в 70-е годы, но с тех пор произошло изменение климата, так что теперь мы имеем три аномальных паводка за десять лет, хотя они должны были произойти за 100 лет.

Зея - крупнейшая река бассейна Амура. По глубине, ширине и водостоку превосходит Амур в месте слияния рек, но исторически считается его левым притоком.

Длина: 1242 км Площадь бассейна: 233000 км²

Сейчас по техническим причинам и согласно правилам эксплуатации гидроэлектростанция может сбрасывать 3600 куб. м/с, когда вода в водохранилище достигнет отметки 317,5 м, а затем - 7500 куб. м/с, когда вода поднимется до 319,3 м. Ограничения отметки 317,5 м Н.У.М. из-за нанесения вреда основанию плотины. Плотинам ГЭС в т.ч. Зейской, вредны вибрации создаваемые трамплинным водосбросом и всевозможные подводные течения вымывающие грунт из под основания плотины.

Близким аналогом является Патентный документ Японии JP 5092056 В1.

Он имеет следующую формулу:

Проблема должна быть решена: для обеспечения гидравлического устройства для выработки энергии, которая может быть легко установлена и забрано.

Решение: предлагается устройство гидроэнергетики, которое, включает подобное сумке тело дамбы, которая течет в реке, при этом акведук, который позволяет воде в реке быть выше дамбы который ведет воду с акведука на устройство производства электроэнергии, а генератор производства электроэнергии, который расположен на реке вниз по течению от плотины, по уровню ниже, чем акведук, и трубопровод, который направляет воду от водопровода к устройству.

Следовательно, гидравлическое устройство генерации энергии может быть легко установлена и снята.

Следовательно, устройство производства гидравлической мощности может быть устроено в необходимом месте только в необходимый период, чтобы достигнуть поколения гидравлической мощности.

Вывод: Это просто мобильная Микро ГЭС. Она предназначена для значительно более простых рабочих условий, и не может быть противопоставлена гораздо более сложной предлагаемой конструкции. В JP 5092056, вода в акведуке движется не из холостого водосброса, а из маленькой речки и без прохода через высотную плотину. Также, Патентный документ Японии JP 5092056, в своей конструкции не ставит задачу торможения скорости воды, и к тому же, она не способна выполнить эту задачу.

Наиболее близким является «Эксплуатационный водосброс плотины» Патент №144821 В предлагаемом водосбросе изменена траектория движения воды.

Трамплин Зейской ГЭС исключается из конструкции водосброса. К лотку водосброса плотно примыкает новый дополнительный желоб, по которому вода меняет угол своего хода на плавный (в отличие от трамплина), и по новому желобу вода идет на значительное расстояние от основания плотины. Водоспуск производится на расстоянии 300-500 и более метров от основания плотины. В сопряжении акведука с каналом возводятся подпорные стенки, которые служат одновременно и направляющими водный поток. Акведук имеет прочное водонепроницаемое и плавное сопряжение с лотком водосбросного пролета. Зейская ГЭС. Основные показатели и характеристики водосброса Зейского гидроузла: Отметка порога эксплуатационного поверхностного водосброса 309 м; Количество секций эксплуатационного водосброса - 8 секций с водосливными пролетами шириной по 12 м. Максимальная пропускная способность для водосброса в проектных условиях составляет 9500 кубометров в секунду. По одному пролету водосброс составляет около 1200 кубометров в секунду.

Источник URL: http://www.zges.rushydro.ru/press/news-materials/FA555A2/FA555B4

Недостатками данного водосброса (Патент №144821) является отсутствие торможения скорости водотока, после отведения падающей воды посредством акведука на значительное расстояние от основания плотины. Скорость водотока падающей воды и отводимой посредством акведука равна 30-50 м/сек. Если этот поток не затормозить до скорости течения реки (2-3 м/сек), то он принесет разрушения на береговой линии реки, а также угрожает находящимся в русле реки людям и судам до впадения в реку Амур.

Технической задачей является:

1. Снижение скорости водотока до скорости течения реки, после отведения падающей воды посредством акведука на значительное расстояние от основания плотины.

2. Выработка дополнительной электроэнергии от кинетической энергии воды.

Поставленная задача обеспечивается тем, что на водовыпуске по меньшей мере

одного акведука, установлен машинный зал с энергоблоком или энергоблоками, вырабатывающими электроэнергию от кинетической энергии воды данного водосброса. Водосброс плотины Гидроэлектростанции, дополнен классическим акведуком (или акведуками), при этом акведук функционально является продолжением эксплуатационного поверхностного водосброса и сбрасывает воду далеко от основания плотины, тем самым предотвращая разрушение основания плотины.

На рис. 1 показана новая конструкция «Эксплуатационного водосброса плотины Гидроэлектростанции», в данном случае на плотине Зейской ГЭС.

Высокая плотина 1, гребень плотины 2, водосбросные пролеты 3, трамплин отбрасывающий воду 4, сопряжение пролетов с акведуком 5, часть акведука имеющего плавную кривизну 6, (между лотком водосброса и горизонтальной частью акведука), Акведук 7 расположен параллельно течению реки, борта акведука 8, водовыпуск 9 входящий в турбину, железобетонные или металлические опоры акведука 10, входящий в турбину, железобетонные или металлические опоры акведука 10, Водохранилище (верхний бъеф) 11 и река (нижний бъеф) 12, водовыпуск выходящий из турбины 13, машинный зал дополнительного энергоблока 14, турбина 15.

Дно и стенки акведука выполнены из нержавеющего металла, например стали, или металла с антикоррозийным покрытием и/или бетона и/или железобетона и являются монолитными или сборными или сборно-монолитными.

Один водосливной пролет сопряжен с одним акведуком или несколько водосливных пролетов сопряжены с одним акведуком, соразмерным транспортируемому потоку воды. Опоры акведука 10 имеют жесткое крепление с акведуком 7, благодаря чему не допускаются вибрации. Акведуки выполнены из нержавеющего металла, например стали, или металла с антикоррозийным покрытием или железобетона и являются монолитными или сборно-монолитными.

Работа водосброса осуществляется следующим образом:

Водосброс на Зейской ГЭС построен по традиционной для отечественной энергетики схеме с отбросом струи с трамплина и гашением ее энергии в яме размыва. Здесь вода под напором идет на лотки и устремляется вниз. Водосброс плотины Гидроэлектростанции, в котором вода из водохранилища через створки плотины поступает в лотки 3 расположенные на теле плотины 1 и устремляется вниз, дополнен классическим акведуком 7, при этом акведук функционально является продолжением эксплуатационного поверхностного водосброса, сопряжение с акведуком 5 выполнено выше трамплина 4 эксплуатационного поверхностного водосброса, при этом акведук, от сопряжения с лотком эксплуатационного поверхностного водосброса до достижения горизонтального положения акведука 7, имеет плавную кривизну 6, обеспечивающую возможность проходить водотоку без брызг, то есть ровным потоком до водоспуска 9 в турбину, выполненного на значительном расстоянии от основания плотины, при этом акведук жестко на всем протяжении жестко закреплен к несущим опорам.

Скорость водотока падающей воды и отводимой посредством акведука по заключению ФГБУ «Акваинфотека» равна 40-50 м/сек. Если этот поток не затормозить до скорости течения реки (2-3 м/сек), то этот поток принесет значительные разрушения на береговой линии реки, а также угрожает находящимся в русле реки судам.

Для торможения потока воды па водовыпуске одного или нескольких акведуков установлен машинный зал 14 с энергоблоком или энергоблоками 15, вырабатывающими электроэнергию от кинетической энергии воды данного водосброса.

Быстрый водный поток, пройдя через лопасти гидравлической турбины 15, значительно затормозит свою скорость, примерно до 10 м/сек, это в 5-7 раз быстрее течения реки (например р. Зеи 1,5-2 м/сек). Именно для этого, на выходе воды из энергоблока установлен патрубок соразмерный водовыпуску, он изогнут, вода входит в патрубок под углом 45°±25°, а выходит из патрубка под углом 80°±25° относительно течения реки, если энергоблоков несколько, то струи воды из патрубков направлены друг на друга, в результате чего скорость воды будет заторможена до скорости реки (1,5-2 м/сек).

Также в ходе этого действия производится выработка дополнительной электроэнергии. Вода сбрасывается далеко от плотины.

Во время летних дождей июнь - сентябрь мимо турбин Зейской ГЭС проходит 18 кубических километров воды (холостой водосброс) содержат в себе энергии примерно в 5 раз меньше, чем вырабатывает Зейская ГЭС. Прибавка 20% электроэнергии к выработке Зейской ГЭС является значительной. Холостой водосброс - это бесхозяйственность. Ни один кубометр воды не должен проходить мимо турбины.

Аргументы в защиту дополнительных энергоблоков, вырабатывающих электроэнергию от холостого водосброса.

Например, в Германии ставят Лопастную Ветроустановку мощностью 5 мегаватт и объявляют ее самой производительной Ветровой энергоустановкой в мире. При этом в США грозятся создать Лопастную Ветроустановку на 6 мегаватт, и превзойти Германию. На самом деле, эти Ветроустановки еле-еле крутят свои лопасти, и созданы для рекламы. Действительно рабочие Ветроустановки, выполнены мощностью менее 1 мегаватта.

При этом, один энергоблок дополнительной ГЭС, вырабатывающей электроэнергию от холостого водосброса, будет производить до 100 мегаватт, то есть как целый Ветропарк. (Энергоблоки на Зейской ГЭС выполнены мощностью 215 мегаватт и более).

Количество энергоблоков, вырабатывающих электроэнергию от холостого водосброса, должно быть столько, что бы вся кинетическая энергия холостого водосброса была полностью преобразована в электроэнергию. В дождливые годы на Гидроэлектростанциях дополнительные энергоблоки ГЭС будут работать от 3-х до 5-и месяцев в году. Они позволят на этих Гидроэлектростанциях увеличить выработку электроэнергии на 30%-50%. Известно, что на некоторых плотинных Гидроэлектростанциях воды через холостой водосброс проходит больше, чем через турбины. Это бесхозяйственность. На Зейской ГЭС через турбины проходит 1800 куб/м в сек, а через водосбросы может проходить 8×1200=9600 куб/м в сек. При этом энергетики и консервативные технологи занижают объемы и важность холостых водосбросов.

Ни один кубометр воды не должен проходить мимо турбины.

Эта технология стоит того, что бы ее разрабатывать и применять на практике.

На реке Зея, технология заблаговременного водосброса, посредством акведуков и энергоблоков, предотвращает глобальные наводнения, какое было в 2013 году.

Из за изменения климата, некоторые года стали более дождливыми. Это объясняется тем, что повышение температуры на планете вызывает большую испаряемость океанов, особенно в экваториальной зоне. Далее эта испарившаяся вода, дойдя до Саянских гор из-за перепада температур, обрушивается на Саяны и Алтайский край. Вследствие этого возникают более масштабные наводнения, чем были в прошлом веке. Подтверждение: Амурский регион в 2013 году. Алтайский край, Электростанции на реке Обь, в 2014 и 2015 годах.

Главная цель данных устройств, это рациональное распределение водных ресурсов, предотвращение стихийных бедствий и получение дополнительной электроэнергии.

СО 34.21.308-2005 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения

3.6.7. поверхностный водосброс: Водосброс с незамкнутым поперечным сечением, расположенный на поверхности плотины или берегового склона.

Примечание. В зависимости от места его размещения может быть русловым, береговым, пойменным.

Источник: http://www.znaytovar.ru/gost/2/SO 34213082005 Gidrotexnika Os.html

АКВЕДУК

(мост - водовод) - мост, несущий лоток (трубопровод), который является частью водовода (канала или трубопровода) и переводит водоток через овраг, ущелье, реку, дорогу.

Литература: Справочник по гидротехнике, М., 1955; Гришин М.М., Гидротехнические сооружения, Найдено в интернет URL: http://rushydro.livejournal.com/298984.html

«Зейская ГЭС» Для пропуска паводков на Зейской ГЭС предусмотрено 8 поверхностных водосбросных пролетов. Максимальная пропускная способность для водосброса в проектных условиях составляет 9500 кубометров в секунду + 1300 кубометров в секунду через турбины. Суммарный сбросной расход воды через все водопропускные сооружения гидроузла в проектных условиях составляет 10800 кубометров в секунду. Найдено в интернет URL: http://ria.ru/eco/20130801/953494823.html#ixzzgTCr8enc.

Конструкция относится к гидротехнике, а именно к водосбросам, и может быть использована для регулирования уровня воды в водоемах, грозящих наводнением, например на реках Зея, Амур и других подобных водоемах, а также для переброски паводковых вод из Зейского водохранилища в нижний бьеф, для достижения 310 метров Н.У.М. к 1 августа, чтобы водосбросы не причиняли вреда основанию Зейской плотины. ГЭС, вырабатывающая электроэнергию от холостого водосброса, на Зейской ГЭС дополнена классическим акведуком, при этом акведук функционально является продолжением эксплуатационного поверхностного водосброса, сопряжение с акведуком выполнено выше трамплина эксплуатационного поверхностного водосброса, при этом акведук, от сопряжения с лотком эксплуатационного поверхностного водосброса до достижения горизонтального положения акведука, имеет плавную кривизну, обеспечивающую возможность проходить водотоку без брызг, то есть ровным потоком до водовыпуска, который выполнен на значительном расстоянии от основания плотины. Акведук на всем протяжении жестко закреплен к несущим опорам. Акведуки выполнены из нержавеющей стали, или любого известного нержавеющего металла, или металла с антикоррозийным покрытием, или бетона, или железобетона и являются монолитными или сборно-монолитными. На водовыпуске установлен машинный зал с энергоблоками, вырабатывающими электроэнергию от кинетической энергии воды данного водосброса. На выходе воды из энергоблока установлен патрубок, соразмерный водовыпуску, он изогнут, вода входит в патрубок под углом 45±25°, а выходит из патрубка под углом 80±25° относительно течения реки. Если энергоблоков несколько, то струи воды из патрубков направлены друг на друга. Главная цель изобретения - это предотвращение наводнений и получение электроэнергии от холостых водосбросов. Технической задачей является снижение уровня водохранилищ, защита основания плотины от разрушения и производство электроэнергии от холостых водосбросов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГЭС, вырабатывающая электроэнергию от холостого водосброса, дополнена классическим акведуком, который функционально является продолжением эксплуатационного поверхностного водосброса, сопряжение с акведуком выполнено выше трамплина эксплуатационного поверхностного водосброса, при этом акведук, от сопряжения с лотком поверхностного водосброса до достижения горизонтального положения, имеет плавную кривизну, обеспечивающую возможность проходить водотоку без брызг, то есть ровным потоком до водовыпуска, который выполнен на значительном расстоянии от основания плотины, при этом акведук на всем протяжении жестко закреплен к несущим опорам, а сами акведуки выполнены из нержавеющего металла, например стали, или металла с антикоррозийным покрытием, и/или бетона, и/или железобетона и являются монолитными или сборными, или сборно-монолитными, отличающаяся тем, что на водовыпуске по меньшей мере одного акведука установлен машинный зал с энергоблоком или энергоблоками, при этом на выходе воды из энергоблока установлен патрубок, соразмерный водовыпуску, он изогнут, вода входит в патрубок под углом 45±25°, а выходит из патрубка под углом 80±25° относительно течения реки, если энергоблоков несколько, то струи воды из патрубков направлены друг на друга.

2. ГЭС, вырабатывающая электроэнергию от холостого водосброса по п.1, отличающаяся тем, что на водовыпуске по меньшей мере одного акведука установлен машинный зал с энергоблоком или энергоблоками, вырабатывающими электроэнергию от кинетической энергии воды данного водосброса.