ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ГАЭС) И РУСЛОВОЕ ГИДРОКОЛЕСО ГИДРОЭНЕРГОАГРЕГАТА
PUMPED STORAGE PLANT (PSP) AND RIVERBED WATER WHEEL OF HYDRAULIC POWER UNIT

Известны подземные гидроаккумулирующие электростанции, содержащие верхний и нижний накопительные бассейны, соединенные между собой напорным водоводом, гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, размещенные на выработанных шахтных горизонтах [патенты РФ №№1828711, 1994 г., 2080432, 1997 г., 2301298, 2007 г.].
Недостатком этих гидроаккумулирующих электростанций является ограниченный объем необходимой для работы воды, большая разность уровней (до 500 м), необходимость применения высокопрочных труб для перекачки воды с нижнего горизонта в верхний и большие энергозатраты.
Известна также гидроаккумулирующая электростанция, например, Загорская ГАЭС (Синюгин В.Ю. и др. Гидроаккумулирующие электростанции в современной электроэнергетике. М.: ЭНАС, 2008, с.115-118), содержащая верхний и нижний аккумулирующие бассейны, соединенные между собой напорными трубопроводами с насосами-турбинами в нижней части, связанные механически с электродвигателями-генераторами в машинном зале, и реверсивный водоприемник в виде плотины (прототип).
Недостатком ГАЭС такого типа является то, что плотина полностью перегораживает реку, затопляя пойменные и низинные участки, рыба не может попасть в верхний бассейн для икрометания, невозможно судоходство.
Известна гидроаккумулирующая электростанция (WO 2007/131305 А1, 2211.2007, Е02В 9/00), содержащая верхний и нижний бассейны, расположенные на берегу реки, заполнение верхнего бассейна происходит посредством насосов, приводимых турбинами.
Представлена лишь идея, нет технического решения, турбины расположены по всей ширине реки и мешают судоходству, их снесет при первом половодье. Фарватер не углубляется, скорость потока воды не увеличивается.
Известно русловое гидроколесо для привода генератора через мультипликатор, по патенту РФ №2469207, содержащее основание со стойками, на которых вращается вал колеса с водилами, на концах которых установлены оси с лопастями и роликами, попеременно перекатывающимися по П-образным направляющим дорожкам боковин.
Недостаток известного технического решения заключается в том, что в нем не предусмотрен механизм выключения колеса при обслуживании гидроколеса и выполнении монтажно-демонтажных работ.
Задачей изобретения является предотвращение затопления водой пойм и низинных участков, беспрепятственное судоходство и прохождение рыбы по всей длине реки, увеличение глубины фарватера и скорости потока воды.
Это достигается тем, что в гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) на равнинных реках с русловыми гидроэнергоагрегатами, включающими осевые насосы, приводящиеся во вращение русловыми гидроколесами через мультипликаторы, служащими для наполнения верхнего аккумулирующего бассейна, выполненного в виде водоема со стенками-дамбами по периметру, причем верхний и нижний аккумулирующие бассейны соединены между собой напорными трубопроводами с насосами-турбинами в нижней части, связанные механически с электродвигателями-генераторами в машинном зале, отличающаяся тем, что верхний аккумулирующий бассейн перекрывает русло реки наполовину. Для обслуживания гидроэнергоагрегатов над модулями их устроены монорельсы с тельферами, установленные на опорах в виде колонн, а в теле дамбы со стороны русла выше уровня паводковых вод устроена автомобильная дорога.
Русловое гидроколесо гидроэнергоагрегата ГАЭС для привода осевого насоса наполнения верхнего аккумулирующего бассейна, содержащее основание со стойками, на которых вращается вал колеса с водилами, на концах которых установлены оси с лопастями и роликами, попеременно перекатывающимися по П-образным направляющим дорожкам боковин, отличающийся тем, что для выхода роликов лопастей из них на наружной полке П-образных направляющих дорожек выполнены шарнирные затворы, управляемые гидро- или пневмоцилиндрами и фиксируемые рычажными стопорами. Ступица водил соединена с валом через муфту свободного хода. Для быстрого монтажа-демонтажа модуля гидроколеса оголовок стойки и головка стойки имеют полукруглые ушки, стягиваемые кольцом и клиновым штырем.
На фиг.1 схематически изображена гидроаккумулирующая электростанция на равнинных реках с русловыми гидроэнергоагрегатами для наполнения верхнего аккумулирующего бассейна (вид сверху); на фиг.2 - вид сбоку ГАЭС со стороны русла; на фиг.3 - схема наполнения верхнего аккумулирующего бассейна сверху; на фиг.4 - то же, снизу; на фиг.5 - установка монорельсов и дороги, вид сверху; на фиг.6 - то же (вид сбоку); на фиг.7 - русловое гидроколесо с тремя лопастями; на фиг.8 - вид шарнирного участка с приводом на наружной полке направляющей дорожки; на фиг.9 - соединение оголовка стойки и головки; на фиг.10 - то же (в разрезе); на фиг.11 - вид А с фиг.9.
В русле 1 реки устроен верхний аккумулирующий бассейн 2 в виде водоема со стенками-дамбами 3 по всему периметру, перекрывающий русло реки наполовину и соединенный с нижним аккумулирующим бассейном 4 напорными трубопроводами 5, в здании 6 ГАЭС установлены насосы-турбины 7 и электродвигатели-генераторы 8 и другое оборудование. Ввод в трубопроводы 5 может перекрываться затворами 9. Заполнение бассейна 2 осуществляется параллельно установленными блоками 10 русловых гидроколес 11, приводящих во вращение осевые насосы 12 через мультипликаторы 13. Подача воды в верхний аккумулирующий бассейн осуществляется по трубопроводам 14 сверху или 15 снизу. При подаче сверху не требуется обратный клапан, при подаче снизу трубопровод 15 перекрывается затвором 16 или ввод в осевой насос оборудуется жалюзийным обратным клапаном (на фиг. не показан). Водоподающая-принимающая дамба 17 соединена с берегом при помощи моста 18. Блоки русловых гидроэнергоагрегатов огорожены сеткой 19. Для обслуживания русловых гидроэнергоагрегатов над водой устроены двухрядные монорельсы 20 с тельферами 21, закрепленные на балках 22 с опорами в виде колонн 23, а в дамбе 24 со стороны русла выше уровня паводковых вод устроена автомобильная дорога 25 с участком 26 для разворота автомобилей.
Русловое гидроколесо имеет основание 27 со стойками 28, на которых вращается вал 29 колеса с водилами 30, на концах которых установлены оси 31 с лопастями 32 и роликами 33, попеременно перекатывающимися по П-образного сечения направляющим дорожкам 34 боковин 35. Для выключения колеса с выходом роликов лопастей из направляющих дорожек, т.е. чтобы колесо не вращалось, на наружной полке 36 П-образных направляющих дорожек выполнены шарнирные затворы 37, управляемые гидро- или пневмоцилиндрами 38 и фиксируемые в закрытом положении рычажными стопорами 39, а ступицы водил 30 соединены с валом 29 через муфты свободного хода. Оголовок 40 стойки 28 и головка 41 имеют полукруглые ушки 42, стягиваемые кольцом 43 и клиновым штырем 44. Фиксация колеса от продольного перемещения осуществляется фторопластовыми втулками 45.
Дно верхнего аккумулирующего бассейна от фильтрации воды выложено полиэтиленовыми листами толщиной 2 мм и шириной 10 м, сваренными встык. Нижний аккумулирующий бассейн выполнен в русле реки, дно углублено потоком воды от турбин, периметр огорожен сеткой.
ГАЭС устраивают на стороне низкого берега равнинной реки для того, чтобы глубокую часть русла оставить свободной для судоходства и прохода рыбы. Вследствие того, что перегораживается половина русла реки, скорость воды в свободной зоне значительно увеличивается, глубина реки увеличивается и установленные блоки 10 русловых гидроколес через мультипликаторы 13 вращают осевые насосы 12, которые заполняют верхний аккумулирующий бассейн 2 водой. Для выработки электроэнергии открывают затворы 9 и вода под напором по трубопроводам 5 поступает на лопасти турбин-насосов 7, вращая генераторы-двигатели 8.
В ночное время, когда уменьшается потребление электроэнергии, насосы-турбины 7 перекачивают воду из нижнего аккумулирующего бассейна в верхний. Русловые гидроэнергоагрегаты установлены ниже нижней кромки льда, поэтому являются всесезонными.
При выходе из строя гидроколес, мультипликатора или осевого насоса их заменяют на исправные, для чего останавливают модуль 10 гидроколес 11 открыванием шарнирных затворов 37. Круговые направляющие дорожки П-образного сечения имеет вырезы в виде окон на рабочей части полки, причем боковые части сечения не вырезаются. При выполнении гидроколеса трехлопастным достаточно два выреза в нижней части направляющей дорожки под 120°, потому что верхняя лопасть занимает горизонтальное положение. Эти вырезы закрывают шарнирными люками, имеющими форму направляющих дорожек и входящих в окна. При открытии люков ролики 33 лопастей 32 проваливаются в вырезы окон и лопасти занимают горизонтальное положение, не воспринимая напор воды. При закрытии люков гидро- или пневмоцилиндрами шарнирные люки давят на ролики, выдавливая их из окон в направляющие дорожки.
Соединение гидроколес осуществляется быстроразъемными муфтами. Водолаз отключает муфты, выбивает клиновые штыри 44 головок 41 стоек, снимает кольца 43, подцепляет гидроколесо к тельферу 21 монорельсов 20. Поднимают гидроколесо и, транспортируя его к дороге 25, грузят на автомобиль и отвозят на ремонт. На место снятого неисправного устанавливают исправное гидроколесо. Соединение головки 41 стойки с оголовком 40 может быть иным, быстроразборным. Заводят ролики лопастей в направляющие, закрывают шарнирные затворы 37 и запускают блок гидроэнергоагрегатов.
В зимнее время вырубают лед бензопилой (электропилой), используя тельфер. Лед отправляется для устройства холодильников пищевых продуктов. Весной во время ледохода подпиленный лед над русловыми гидроэнергоагрегатами сплавляют вниз, открывая заднюю стенку сетки 19.
Применение предложенной ГАЭС на равнинных реках предотвращает затопление водой пойм и низинных участков, обеспечивает беспрепятственное судоходство в летнее время (водный транспорт является самым экономичным), значительно увеличивает продуктивность рыбы вследствие отсутствия преград, улучшает качество воды (увеличение содержания растворенного кислорода, отсутствие цветения и т.п.). Перегораживание половины реки увеличивает глубину фарватера и скорость течения.