КАСКАД ДЕРИВАЦИОННЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может применяться при проектировании, сооружении и эксплуатации деривационных электростанций мощностью до 100 МГвт.
Деривационной считается гидроэлектростанция, в которой напор на гидротурбины осуществляется водным потоком, подведенным к ним по трубопроводу, каналу или тоннелю. Возможна установка гидротурбин деривационных электростанций в водном потоке рек, как равнинных, так и горных. При этом в водном потоке равнинных рек гидротурбины устанавливают на кораблях, понтонах или поплавках. На горных реках целесообразно в подходящих местах устанавливать железобетонные лотки и внутри них монтировать гидротурбины. Сооружение деривационных электростанций и их эксплуатация позволяют значительно удешевить процесс выработки электроэнергии, сохранить экологическую чистоту местности, экономить топливо за счет сокращения количества ТЭЦ, экономить тепловые сборки на АЭС. Все это достигается за счет использования кинетической энергии существующих и не используемых водных потоков.
Известен каскад деривационных электростанций по патенту RU 2050434, который предусматривает размещенную в водоеме водозаборную часть, соединенную с герметичным водоводом, выполненным в виде трубы, на котором последовательно расположены гидроагрегаты.
Недостатком аналога является технологическая сложность размещения гидротурбин на герметичном напорном водоводе, выполненном в виде трубы.
Известен каскад деривационных гидроэлектростанций по патенту RU 1828940, принятый за прототип.
По прототипу к реке присоединяется обводной железобетонный канал, дно которого расположено на несколько метров ниже уровня реки. В месте присоединения канала к реке строится подпорная плотина, на которой установлены гидротурбины и электрогенераторы. На самом канале построена серия деривационных гидроэлектростанций. Вода из реки впадает в обводной канал и вращает гидроагрегаты, протекая по наклонному днищу обводного канала, и вытекает в реку.
Недостатками прототипа являются:
- сооружение подпорной плотины, участвующей в образовании нижнего бьефа и в тоже время не образующей водоема и не повышающей его уровня, так как река является уже существующим водоемом, что снижает экономическую эффективность проекта;
- установка электрогенераторов непосредственно в железобетонном канале рядом с гидротурбинами, что осложняет техническое обслуживание, ремонт и замену электрогенераторов;
- возможность выхода из строя гидротурбин в результате намерзания на них льда в зимнее время года.
Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков прототипа, а именно:
- повышение экономической эффективности проекта;
- улучшение условий технического обслуживания, ремонта и замены электрогенераторов;
- создание условий всепогодности работы деривационных электростанций.
Технический результат достигается тем, что в каскаде деривационных гидроэлектростанций, содержащем водоем, плотину, железобетонный канал, расположенный в нижнем бьефе плотины, гидротурбины, последовательно установленные в канале, электрогенераторы, согласно полезной модели, железобетонный канал установлен в нижнем бьефе существующей плотины, образующей водоем, расстояние от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала составляет одну треть глубины канала, электрогенераторы установлены вне канала сбоку от него.
Уклон канала относительно верхнего бьефа составляет от 2 до 4 процентов.
Установка железобетонного канала в нижнем бьефе существующей плотины, образующей водоем, снижает стоимость проекта установки каскада деривационных электростанций, так как при этом нет необходимости сооружения подпорной плотины.
Выполнение расстояния от диаметральных габаритов гидротурбин до верхней кромки канала, равном одной трети глубины канала, обеспечивает местное поднятие над гидротурбинами уровня водного потока за счет трения последнего о гидротурбины, что предохраняет гидротурбины от намерзания на них льда, обеспечивает всепогодность работы гидроэлектростанций.
Расположение электрогенераторов вне канала сбоку от него обеспечивает доступность к ним обслуживающего персонала, что облегчает техническое обслуживание, ремонт и замену электрогенераторов.
Выполнение уклона канала относительно верхнего бьефа от 2 до 4 процентов обеспечивает установку в канале рационального числа последовательно расположенных гидротурбин на заданной длине участка канала за счет нарастания мощности водного потока, ниспадающего по днищу канала.
Сущность полезной модели поясняется рисунками.
На рис.1 приведена принципиальная схема каскада деривационных электростанций.
На рис.2 изображен разрез А-А на рис.1.
В нижнем бьефе существующей плотины 1, образующей водоем, установлен железобетонный канал 2 с крышей 3. Канал 2 выполнен с уклоном относительно верхнего бьефа от 2 до 4 процентов. В канале 2 на подшипниках 4 установлены гидротурбины 5. Вне канала 2 и сбоку от него установлены электрогенераторы 6. Валы 7 электротурбин 5 соединены с валами 8 электрогенераторов 6 муфтами 9.
Водный поток из существующего водоема через плотину 1 сбрасывается вниз в железобетонный канал 2 и, протекая по днищу канала, вращает гидротурбины 5 и электрогенераторы 6. Генерируемая электроэнергия подается по проводам в существующие электросети.
Предложенный каскад деривационных электростанций найдет широкое применение в гидротехнике и будет способствовать снижению стоимости генерируемой электроэнергии, а также снижению числа ТЭЦ и АЭС.