Гидроаккумулирующая электростанция Советский патент 1983 года по МПК E02B9/00 

г

Ц

/.

фиг f 1 Изобретение относится к гидротех ническому строительству, а именно к конструкции гидроаккумулирующих эле тростанций. Известна гидроаккумулирующая эле тростанция (ГАЭС), предназначенная для выравнивания графиков нагрузки энергетических систем и состоящая из верхнего бассейна, нижнего бассейна и связанного с бассейнами вод водами гидроагрегатного блока. Гидроагрегатный блок расположен в здании ГАЭС и состоит из обратимой эле трической машины (мотора-генератора и обратимой гидромашины (насоса-тур бины). В качестве верхнего и нижнего бассейнов используются естествен ные или искусственные открытые водо емы, расположенные на различной высоте. С 1 , Недостатком такой электростанции является зависимость напора, а следовательно, и мощности от рельефа местности. В равнинных условиях ее эффективность уменьшается. Наиболее близкой к изобретению является гидроаккумулирующая электростацция, включающая гидроагрегат ный блок, верхний резервуар, заполненньш водой и сжатьм газом, и нижний резервуар, соединенные трубопроводами с гидроагрегатным блоком L2 . Недостатком известной ГАЭС является пониженная эффективность работы, связанная с тем, что тепло, выделяющееся при сжатии газа в процессе заполнения водой верхнего резервуара, рассеивается в окружающей среде и не используется, в результате чего происходит снижение КПД, мощности и эффективности работы ГАЭС. Цель изобретения - повышение эффективности работы путем увеличения КПД. Цель достигается тем, что гидроаккумулирующая электростанция снабжена тепловым аккумулятором, помещенным в верхнюю часть верхнего ре зервуара. Причем тепловой аккумулятор выполнен в виде ванны, заполненной парафином. На фиг. изображена схема электроста нции; на фиг. 2 - графики рабочих процессов в газовом объеме верхнего резервуара. 72 ГАЭС содержит (фиг. 1) герметичный верхний резервуар 1, заполненный водой и сжатым газом, гидроаг- . регатный блок 2 и нижний резервуар 3, Верхний резервуар 1 трубопроводом 4 соединен с гидроагрегатным блоком 2,который в свою очередь трубопроводом 5 с затвором 6 соединен с нижним бассейном 3, а последний трубопроводом 7 соединен с атмосферой. Внутри герметичного верхнего резервуара 1 (в части его, не заполняемой водой при зарядке ГАЭС) помещен тепловой аккумулятор 8 постоянной температуры, представляющий собой ванну, наполненную легкоплавким- материалом, например, парафином. ГАЭС работает следующим образом. В исходном положении нижний резервуар 3, трубопроводы 4 и 5 йаполне- э ны водой, затвор 6 закрыт. Верхний резервуар 1 заполнен сжатым газом, например, воздухом. Для зарядки ГАЭС подают электроэнергию на гидроагрегатный блок 2 и открывают затвор 6. Электрическая машина, работающая в режиме мотора, начинает вращать обратимую гидромашину, работающую в насосном режиме. Вода из нижнего резервуара 3 по трубопроводам 5 и 4 поступает в 1 верхний резервуар 1, сжимая в нем газ Прч сжатии газа выделяется тепло, ко.торое .расплавляет легкоплавкий материал в тепловом аккумуляторе 8. Плавление материала происходит при постоянной температуре и идет с поглощением тепла, т.е. процесс сжатия газа в резервуара 1 при зарядке ГАЭС происходит с аккумулированием тепла при температуре, близкой к температуре плавления легкоплавкого материала. После опорожнения нижнего резервуара 3 процесс зарядки ГАЭС заканчивают, прекращают подачу электроэнергии на гидроагрегатный блок 2 и затвор 6закрывают, ГАЭС находится в состоянии резерва, темг- J.- пература газа в верхнем -резервуаре поддержив ается постоянной. - Процесс разрядки ГАЭС начинается с открытия затвора 6. Под действием гидростатического давления столба воды между верхним I и нижним 3 резервуарами и давления газа в резервуаре f вода по трубопроводу 4 устремпяется в гидроагрегатный блок 2 и далее по трубопроводу 5 в нижний резервуар 3.Обратимая гидромашина начинает работать в режиме турбинь, а электри ческая машина - в режиме генератора Происходит подача энергии в электросеть. По мере слива воды из верхнего резервуара 1 величина газового объема в нем увеличивается. Расширение газа вызывает снижение его температуры, что приводит к возникновению оттока тепла от теплового аккумулятора 8, Легкоплавкий материал затвердевает с выделением тепла, иду щим на подогрев газа. Благодаря наличию теплового аккумулятора. 8 расширение газа происходит при температуре, близкой к температуре этого аккумулятора, что обеспечивает меньшее, чем в известном L2, снижение давления в резервуаре 1 и, следовательно, повьшение эффективности работы ГАЭС. После опорожнения верхне го резервуара 1 затвор 6 закрывают, ГАЭС находится в исходном положении Эффективность предлагаемой ГАЭС по сравнению с известной поясняется графиками на фиг. 2, которые изобра жают термодинамические процессы, происходящие в газовом объеме резер ара 1. (V - объем газа в резервуаре 1 перед зарядкой ГАЭС; 2 объем газа перед разрядкой ГАЭС). В известной ГАЭС при отсутствии теплового аккумулятора и оттока теп ла газ в Процессе зарядки ГАЭС из исходного положения 9 сжимается ади абатически до состояния 10. Процесс идет с выделением тепла и повышением температуры. За время нахождения ГАЭС в резервуаре, благодаря рассеиванию тепла в окружающую : среду и отсутствию теплопритока, температур и давление газа в резервуаре 1 умен шаются и термодинамическое состояни газа из точки 10 переходит по изохоре V2 const в точку 11, лежащую на изотерме 9-11, соответствующей температуре окружающей среды. При разрядке ГАЭС вследствие отсутствия теплопритока происходит расширение газа по адиабате 11-12 с падением давления и охлаждением газа ниже температуры окружающей среды. За время нахождения ГАЭС в исходном положении происходит выравнивание температуры газа в резервуаре 1 с температурой о-кружающей среды по из хоре V const и состояние газа из точки 12 перемещается в исходную то ку 9. Описанный цикл 9-10-11-12-9 в координатах давление Р-объем V протекает против часовой стрелки, что согласно H3BecTHONry Сз J соответствует потере энергии, причем, чем больше площадь такого обратного цикла, тем больше потери и меньше КПД. При зарядке предложенной ГАЭС первоначальное сжатие газа происходит из исходного состояния 9 до состояния 13, лежащего на пересечении адпабаты 9-10 с.изотермой 14-15, соответствующей постоянной температуре теплового аккумулятора. Дальнейший процесс идет по изотерме 13-14, поскольку тепло, выделяющееся при сжатии газа, отбирается тепловым аккумулятором и расходуется на плавление легкоплавкого материала при постоянной температуре. Процесс зарядки ГАЭС заканчивается в точке 14. Во время нахождения ГАЭС в резерве температура газа в резервуаре 1 сохраняется постоянной из-за уменьшения рассеивания тепла по сравнению с известным (уменьшения перепада температур точек 14, II по сравнению с точками 10, и) и восстановления потерь за счет теплового аккумулятора 8. При разрядке предлагаемой ГАЭС происходит расширение газа по изотерме 14-15 с подводом тепла к газу от теплового аккумулятора 8, в котором происходит затвердевание легкоплавкого материала с выделением тепла при постоянной температуре. Разрядка заканчивается в точке 15. При достаточном объеме теплового аккумулятора 8 циклы работы ГАЭС происходят по изотерме 14-15 без возврата к исходному положению 9. В предлагаемой ГАЭС характерные для известной обратные циклы сжатиярасширения, идущие с потерей энергии, вырождаются в линию, и площадь этих циклов уменьшается, что позволяет получить увеличенный по сравнению с известным КПД. Увеличение эффективности ГАЭС по сравнению с известной наглядно Де монстрируется взаимным расположением кривых расширения. Расширение газа в предлагаемой ГАЭС (кривая 14-15) происходит при бо.ш-шем давлении, чем в известной (кривая 11-12), что приводит Кувеличению напора и, следовательно, мощности и Э11к1к-ктивности ГЛЭС.

1. ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, включающая гидроагрегатньш блок, верхний резервуар, заполненный водой и сжатым газом, и нижний резервуар, соединенные трубопроводами с гидроагрегатным блоком, о тлич ающа яс rf тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения КПД, она снабжена тепловым аккумулятором, помещенiffiiM в верхнюю часть верхнего резервуара.. 2. Электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой аккумулятор выполнен, в виде ванны, заполненной парафином. ел сд 00