БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ
HYDROELECTRIC POWER PLANT WITHOUT DAM WITH RELAY TANK

Предлагаемое изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к деривационным ГЭС, и может быть применено для получения энергии реки без нарушения ее гидрологических характеристик и экологии как самой реки, так и прилегающей к ней местности.
Известны гидроэлектростанции (ГЭС), в которых напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке деривацией, когда вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом (почти всегда это отрытый канал) с уклоном, значительно меньшим, чем средний уклон реки за счет спрямления изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей деривации ГЭС (Аргунов П.П. Гидроэлектростанции. Киев. 1960 г.).
7
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является бесплотинная ГЭС с промежуточным резервуаром, включающая напорный водовод с водозабором в реке и затвором, промежуточный резервуар, где установлен успокоитель потока (RU, №2162914, М.кл.: Е02В 9/00, 1998 г.).
Недостатком прототипа является отсутствие основных параметров конструкции, обеспечивающих эффективность строительства и эксплуатации ГЭС, а также увеличение земляных и бетонных работ и расхода материалов.
Задачей изобретения является определение основных конструктивных соотношений параметров, обеспечивающих экономическую эффективность строительства и эксплуатации деривационных ГЭС и снижение затрат на строительство.
Сущность изобретения заключается в том, что резервуар содержит гаситель в виде колодца из железобетонных колец, который прикреплен к внутренней стенке резервуара и связан через затворы с напорным водоводом, причем длина питающего водовода (L) определяется отношением проектной высоты напора (Н) в башне к среднему уклону (i) на используемом участке реки, выше по течению, причем площадь поперечного сечения промежуточного резервуара-башни должна быть не менее 4-кратной величины общей площади поперечного сечения питающих напорных водоводов, снабженных затворами, а выпуски воды из промежуточного резервуара-башни на гидротурбины не должны превышать общей площади сечения питающего напорного водовода. Пропускная способность питающего напорного водовода (водоводов) рассчитана из условия пропуска минимального среднегодичного расхода реки.
Изобретение поясняется чертежом где:
1 - водозабор в реке;
2 - питающий напорный водовод от водозабора до промежуточного резервуара с возможностью его размещения в русле реки;
3 - промежуточный резервуар-башня с гасителем;
4 - колодезный гаситель во внутренней полости резервуара, примкнутый в зоне входа напорного водовода;
5 - водосброс (водовыпуск) из резервуара на турбины с затвором;
6 - гидротурбины;
7 - затворы-автоматы.
Исходя из технико-экономических соображений и равномерной работы станции, пропускная способность всех ниток (не менее двух) питающего напорного водовода рассчитана из условия пропуска минимального среднегодичного расхода реки.
Из условия стабильности работы ГЭС и сбросной системы площадь поперечного сечения колодезного гасителя потока выбрана из условия не менее 4-кратной величины площади поперечного сечения всех питающих водоводов. Водовыпуски 5 за зданием ГЭС обеспечивают подачу воды из промежуточного резервуара 3 на гидротурбины 6, причем общая площадь поперечного сечения всех водовыпусков 5 не должна превышать площади сечения питающих водоводов 2.
Напорная деривационная ГЭС работает следующим образом.
Вода, поступающая по питающему напорному водоводу 2 (не менее двух ниток) от водозабора 1, выше по реке и размещенного вне русла реки, попадает в промежуточный резервуар-башню 3 и выходит из него в устойчивом режиме, благодаря гасителям 4 в виде колодца железобетонных колец расчетного диаметра и высоты, а по трубчатым водовыпускам 5 попадает на лопасти гидротурбин 6 или на другие устройства, обеспечивающие работу гидротурбин.
Заявленное предложение имеет следующие новые технические результаты: при значительно меньшей стоимости по сравнению с плотинными ГЭС и существующими видами деривации обеспечивается стабилизация колебания уровней воды в реке в месте выхода отводящей деривации (водозабора) и выравнивание напора воды, поступающего на лопасти гидротурбины или на другие устройства, усиливающие воздействие напора на гидротурбины, из промежуточного резервуара-башни. Отпадает необходимость строительства: деривационных каналов и плотин, шлюзов и рыбопропускников, нет надобности в затоплении территории, что необходимо при возведении малых плотинных ГЭС.
Подобные башенные ГЭС могут размещаться вдоль рек по обеим берегам или вдали от рек, в ущельях горных потоков или на берегах морей, на искусственных островах и атоллах, но ближе к потребителю. Трубы напорной деривации могут размещаться от водозабора по береговому урезу реки или в самой реке, если она не судоходна, что резко уменьшает земляные и строительные работы. Башенная ГЭС исключает холостые сбросы, так как ГЭС употребляет только необходимое количество воды для работы гидротурбин. Все паводковые воды уходят естественным путем по основному руслу реки. Если башенная ГЭС размещена у горного потока или реки, то ей не страшны селевые и ливневые сходы, так как ГЭС размещена за пределами их воздействия, а в защите от сели нуждается только водозабор. Чем больше уклон реки, тем короче напорный водовод или выше напорная башня и мощнее ГЭС, возможен каскад башенных ГЭС, размещение башен в каскаде может определяться положением потребителя энергии (поселка или предприятия) по отношению к реке, т.е. правый берег, левый берег или в отдалении на некотором расстоянии от нее. Это снижает протяженность линий электропередач, которые обычно подвержены воздействию стихии. Возможно при наличии одной башни, создавать каскад самих зданий ГЭС.
Все выше перечисленные условия и составляют экономическую эффективность при равных мощностях с плотинными ГЭС.