Энергокомплекс Советский патент 1990 года по МПК E02B9/00 

1

(21)4318016/23-15

(22)20.10.87

() 07.05.90. Бюл. If 17

(71)Ленинградское отделение Всесоюзного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института Гидропроект им. С.Я. Жука и Ленинградский политехнический институт

им. М.И. Калинина

(72)С.А. Костенко, С.В. Ларионов и М.П. Федоров

(53) 621.224(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1193225, кл. Е 02 В 9/00, 1984.

(54) ЭНЕРГОКОМПЛЕКС (57) Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергокомплексах с высоконапорной гидроаккумулирующей электростанцией с нижним подземным бассейном, к которому имеется приток геотермального тепла. Цель изобретения - увеличение энергоотдачи и повышение стабильности выработки электроэнергии путем использования геотермальной и солнечной энергии. В часы провала графика нагрузки энергосистемы нагретая геотермальным теплом вода из подземного

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергокомплексах с высоконапорной гидроаккумулирующей электростанцией с нижним подземным бассейном, к которому имеется приток геотермального тепла. Цель изобретения - увеличение энергоотдачи и повышение стабильности выработки электроэнергии путем использования геотермальной и солнечной энергии. В часы провала графика нагрузки энергосистемы нагретая геотермальным теплом вода из подземного бассейна 10 обратимыми агрегатами подземного блока 9 по водоводу 12 подается в водохранилище 2. Водохранилище 2 снабжено теплозащитным экраном 15 с радиаторами 16, позволяющими использовать солнечную энергию для нагрева воды. Из водохранилища 2 по турбинному водороду 5 вода подается на гидроагрегаты 4 и отводится в водохранилище 3. При этом вырабатывается электроэнергия гидроагрегатом 4 и тепловой машиной 6, использующей перепад температур между парогенератором 7, установленным на водоводе 5, и конденсатором 8, размещенным в водохранилище 3, снабженным теплоотражающим экраном 20, препятствующим нагреву воды в водохранилище 3. В период пика нагрузки в энергосистеме подземный агрегатный блок 9 работает в турбинном режиме и вырабатывает электроэнергию. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

15 ГВоздуха

К

1 Ъ

npu1i Tte3gva,QtC

(/

С

-11

ел

& ю

/ /////////////////7/

Ч

д

ЫА2

м

г&.

С т рг Т

/

Ј

/

/

бассейна 10 обратимыми агрегатами Подземного блока 9 по водоводу 12 подается в водохранилище 2. Водохранилище 2 снабжено теплозащитным экраном 15 с радиаторами 16. позволяющими использовать солнечную энергию для нагрева воды. Из водохранилища 2 по турбинному водоводу 5 вода подается на гидроагрегаты 4 и отводится в водохранилище 3. При этом вырабатывается электроэнергия гидроагрегатом 4

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энер- Гокомплексах с высоконапорной гидро- аккумулирующей электростанцией с нижним подземным бассейном, к которому имеется приток геотермального тепла.

Целью изобретения является увели- Мение энергоотдачи и повышение стабильности выработки электроэнергии путем использования геотермальной и солнечной энергии.

I

На фиг. 1 изображен энергокомплекс

план; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - теплозащитный экран наземного водохранилища верхнего бьефа при низких температурах, разрез; на фиг. 5 то же, при солнечной теплой погоде; на фиг. 6 - конденсатор при высокой температуре воздуха и воды больше 4°С, разрез; на фиг.7 то же, при otpицзтeльнoй температуре воздуха; на фиг. 8 - то же, при температуре воздуха больше 0°С и температуре воды от +4 до 0°С; на фиг.9 теплоотражающий экран в наземном водохранилище нижнего бьефа при высокой дневной температуре воздуха и солнечной активности, разрез; на фиг.. 10- то же, в ночной период при низких температурах воздуха.

Энергокомплекс содержит подпорное сооружение 1, наземные водохранилища верхнего 2 и нижнего 3 бьефов, гидроагрегаты 4 здания гидроэлектростанции с турбинными водоводами 5 тепловые машины 6, включающие в себя паро- генераторы 7 на напорных турбинных водоводах 5 и конденсаторы 8, расположенные в наземном водохранилище

и тепловой машиной 6, использующей перепад температур между парогенератором 7, установленным на водоводе 5, и конденсатором 8, размещенным в водохранилище 3, снабженным теплоот- ражающим экраном 20, препятствующим нагреву воды в водохранилище 3. В период пика нагрузки в энергосистеме подземный агрегатный блок 9 работает в турбинном режиме и вырабатывает электроэнергию. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

5

5

0

0

Э

0

5

0

нижнего 3 бьефа. Энергокомплекс также содержит подземный блок 9 с обратимыми гидроагрегатами, подземный бассейн 10, расположенный под наземными водохранилищами и соединенный с ними через подземный блок 9 дополнительными водоводами 11 и 12 с затворами 13 и 14. Наземное водохранилище 2 верхнего бьефа снабжено плавучим теплозащитным секционным экраном 15, например, из пенопласта, поворотные секции которого имеют радиаторы 16. Конденсаторы 8 установлены на дне наземного водохранилища 3 нижнего бьефа. Наземное водохранилище 3 нижнего бьефа может быть снабжено подъемными платформами 17с отсеками 18 регулируемой плавучести, на которых размещаются конденсаторы 8. В водохранилище 3 расположены струена- правляющие дамбы 19 и теплоотражаю- щий перфорированный экран 20 с отсеками 21 регулируемой плавучести 21. Турбинные водоводы 5 снабжены затворами 22.

. Энергокомплекс работает следующим образом.

В ночной провал нагрузки, когда в энергосистеме избыточная энергия, она потребляется обратимыми агрегатами подземного блока 9, работающими в насосном режиме и закачивающими нагретую геотермальным теплом воду из подземного бассейна 10 через водоводы 11 и 12 в наземное водохранилище 2 при открытом 14 и закрытом 13 затворах. Теплая вода, поступая в водохранилище 2, аккумулирует в нем геотермальную энергию недр и потенциальную энергию поднятого из подземного бассейна 10 объема воды. Для предотвращения потерь тепловой энергии через поверхность воды в воздух при температуре воздуха ниже температуры воды на поверхности водохранилища 2 размещен теплозащитный секционный экран 15, поднимающийся одновременно с подъемом уровня воды в водохранилище 2 при насосном режиме работы подземного блока 9.

В период утреннего пика нагрузок в энергосистеме, когда блок 9 не работает, а затвор 1А водовыпуска водохранилища 2 и затвор 13 водоприемника водохранилища 3, оба принадлежащие напорному водоводу 12, закрыты, теплая вода водохранилища 2 перетекает по напорному водоводу 5, проходя парогенератор 7 тепловой машины 6 в водохранилище 3° При этом напор используется установленным на выходе напорного водовода 5 в водохранилище 3 гидроагрегатом k, который регулирует и расход теплой воды из водохранилища 2 в зависимости от потребностей в энергии, а главным образом для оптимизации расхода, исходя из разности температур воды на парогенераторе 7 и конденсаторе 8,

В течение дня при увеличений интенсивности солнечного излучения при восходе солнца, когда энергия излучения, падающая на поверхность водохранилища 2. превышает возможные потери тепловой энергии воды через эту поверхность, поворотные секции теплозащитного экрана 15 поворачивают на определенный угол для частичного погружения радиатора 16 в воду (фиг.5). Падающее на радиатор 16 солнечное излучение нагревает его и тепловая энергия через погруженную в воду часть радиатора 16 передается водохранилищу 2. дополняя накопленную в нем геотермальную энергию. Для увеличения интенсивности приема солнечной энергии поверхность радиатора 16 может быть окрашена в темный цвет, а для увеличения интенсивности теплопередачи воде его поверхность на погруженном в воду участке может быть выполнена ребристой. При заходе солнца или при превышении потерь энергии из водохранилища 2 над притоком солнечной энергии теплозащитный экран 15 перекрывает потери энергии через поверхность воды в воздух, например, при низких температурах (фиг. М.

В течение суток теплая вода из водохранилища 2 равномерно поступает в водохранилище 3. т.е. тепловая машина 6 и гидроагрегат k вырабатывают энергию в базисном режиме. Объем перетекающей через тепловую машину 6 из водохранилища 2 в водохранилище 3 воды в течение суток равен объ

Ю ему воды, поднятому из подземного бассейна 10 при работе гидроагрегатного подземного блока 9 в насосном режиме.

Водохранилища 2 и 3 расположены

15 в высотном положении так, чтобы при всех колебаниях уровня воды в течение суток переток воды происходил самотеком .

По турбинному водоводу 5 вода из

20 водохранилища 2 проходит парогенератор 7 и отдает тепло жидкости, кипящей при низкой температуре (например, аммиак и т.д.). Пары рабочего тела совершают работу в тепловой машине 6,

25 которая и вырабатывает электроэнергию. Отработанный пар поступает в конденсатор 8. который установлен на дне водохранилища 3.

Отдавшая часть накопленного под30 земного тепла вода после парогенератора 7 может иметь еще достаточно большой запас низкопотенциального тепла, который в холодный период года может быть использован, например, для обогрева теплиц. Площадь водохранилища 3 выбирается исходя из требуемого режима охлаждения применительно к климату данной местности. Для предотвращения влияния вытекающей обработанной теплой воды на конденсатор 8 выход из гидроагрегата k отделен струенаправляющей дамбой 19Поступающая теплая вода растекается по поверхности водохранилища 3;

45 отдавая остаточное тепло воздуху, когда его температура ниже температуры воды. Охладившаяся вода опускается вниз, скапливаясь у дна водохранилища 3- и при заборе воды подземным

50 блоком 9 омывает конденсатор 8, находящийся перед его водоприемником. Когда забора воды нет, теплоотдача от кондес. . гора 8 происход г за счет конвекции воды. В случае высоких

5 температур воздуха, например, в жаркий солнечный летний день для предотвращения нагрева воды в водохранилище 3 на поверхность воды поднимается с помощью отсеков 21 регулируемой пла35

40

вучесп. теплоотражающий экран 20, например, из синтетической пленки с алюминиевым покрытием. Для обеспече- н .я возможности затопления и подъе- 3 те ого теплоотражающего экрана 20 на нем должна быть предусмотрена перфорация для перетока воды Установ- ir-нн й на промежуточной отметке в водохранилище 3 экран 20 обеспечивает ov;Ae ие теплопередачи от более на- f атого верхнего слоя воды холодным t . слоям и отражение теплового ,луцен я в сторону воздуха.

10

нилищу 2 летом компенсирует уменьшение интенсивности теплоотдачи во- дохранилица 3 в это время.

Зимой приток тепла в водохранилище 2 главным образом обеспечивается геотермальной энергией и снижение температуры на парогенераторе 7 компенсировано снижением на конденсаторе 8- Этим обеспечивается относитель но стабильная выработка энергии тепловой машиной 6 независимо от времени года.

При необходимости выработки пикоВыполнение конденсатора 8 на подть- вой мощности тепловой машиной 6 она

н ой платформе 17 с отсеками 18 ре- i учоуемой плавучести позволяет повы- эффективность охлаждения в конденсаторе 8 отработанного пара за

ет увеличения оазности температур JQ «- зрогьнераторе 7 и конденсаторе 8. lax при температуре воздуха при т«гм f зтуры воды у дна водохранилища 3, например,.зимой или ночью конденсатор 8 эффективнее охлаждать воздухом. 25

При охлаждении зимой поверхност- ; i слоев воды до температуры (0) - (i-4) и подъема в результате оттепели температуры воздуха более эффекти- кожет быть промежуточное чахож- зо дёние конденсатора 8 в поверхностных слоях, где температура воды может нижз, чем у дна с.

В период пика нагрузки во внешней энергосистеме подземный агрегатный блок 9 начинает работу в турбинном режиме, вырабатывая энергию. При этом открывается затвор 13 и вода из водохранилища 3 по напорному водоводу 12 гидромашины агрегатного блока Э через водовод 11 сбрасывается в подземный бассейн 10, где перемешивается с находящейся там нагретой водой мертвого объема.

В период нахождения сброшенного объема воды в подземном бассейне 10 она прогревается теплом, излучаемым недрами земли, до расчетной температуры, которая зависит от временного интервала между режимами, температурой поступающей воды и средней температурой недр земли на отметке размещения подземного бассейна 10, а также обеспечивается формой и конструкцией его галерей. Перепад температур между конденсатором 8 и парогенератором 7 в течение года будет колебаться незначительно, так как дополнительный приток тепла к водохра35

40

45

50

55

и гидроагрегат Ц могут включаться только в период работы подземного блока 9 в турбинном режиме. До этого момента тепловая энергия в виде закачанного в водохранилище 2 из подземного бассейна 10 объема воды либо сохраняется под прикрытием те- г.лозащитного экрана 15 или с помощью радиатора 16 на экране 15 восполняет ся дополнительной солнечной энергией

Формула изобретения

нилищу 2 летом компенсирует уменьшение интенсивности теплоотдачи во- дохранилица 3 в это время.

Зимой приток тепла в водохранилище 2 главным образом обеспечивается геотермальной энергией и снижение температуры на парогенераторе 7 компенсировано снижением на конденсаторе 8- Этим обеспечивается относительно стабильная выработка энергии тепловой машиной 6 независимо от времени года.

При необходимости выработки пиковой мощности тепловой машиной 6 она

вой мощности тепловой машиной 6 она

о

5

0

5

0

5

и гидроагрегат Ц могут включаться только в период работы подземного блока 9 в турбинном режиме. До этого момента тепловая энергия в виде закачанного в водохранилище 2 из подземного бассейна 10 объема воды либо сохраняется под прикрытием те- г.лозащитного экрана 15 или с помощью радиатора 16 на экране 15 восполняется дополнительной солнечной энергией.

Формула изобретения

2 400ю .

ное водохранилище нижнего бьефа снабжено подъемными платформами,

полненными с отсеками регулируемой плавучести, а конденсаторы установлены на подъемных платформах.

/

16

Т8озд. Ti

.

ьjtj

18 18

Фиг. 6

Д V T0K0XW

Ли./

1562400

У/S///////S//////S/

Фие.7

+1 С4Тг

KJ

k 28 &

S,,V.., i

ffrfys w5F2f7ty 7sSy г

я ft

Ригю