СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СЕЙСМОБЕЗОПАСНЫХ, СБЕРЕГАЮЩИХ РЕКИ И ЭКОЛОГИЮ, ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
METHOD TO CONSTRUCT SEISMIC-SAFE HYDRAULIC POWER PLANTS THAT PROTECT RIVERS AND ENVIRONMENT

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено при строительстве ГЭС, в любой местности.
Известна «Малая ГЭС с активной турбиной» (Патент №2305793. Заявка 2005140717/06(045344), от 26.12.2005 г.).
Малая ГЭС с активной турбиной, включающая в себя плотину водозабора, конус водозабора, напорный водовод, активную турбину, генератор тока с приводом отличающаяся тем, что конус водозабора выполнен конусом только в горизонтальной плоскости, вход в донный водосброс и вход в конус водозабора располагаются в одной плоскости и над ними на гребне плотины водозабора установлено теплое помещение, стенка которого, обращенная в сторону водохранилища, располагается перед плотиной и ее нижняя кромка заглублена на величину промерзания водохранилища, а активная турбина выполнена в виде диска, жестко закрепленного на валу турбины, по обеим сторонам которого, по его периферии закреплены ковши, выполненные в виде улиток, закручивающих падающую на них струю воды из сопел напорного водовода таким образом, чтобы отработанная струя воды падала мимо основной струи, каждое сопло напорного водовода выполнено в виде конуса, связанного с задвижкой напорного водовода через промежуточное звено водовода, а в качестве тормозной системы, для стабилизации числа оборотов колеса турбины и, следовательно, частоты тока, при изменяющихся в процессе работы станции параметрах напора и нагрузок на генератор от потребителей тока, применен дополнительный генератор постоянного тока, вал которого жестко связан с валом основного генератора и на обмотку возбуждения которого через диодный мост подается ток из основной, трехфазной сети основного генератора, кроме того, в схеме управления обмоткой возбуждения основного генератора применен реостат, предназначенный для изменения силы тока в его обмотке возбуждения, управляемый центробежным толкателем, например, системы Уатта, вал которого также связан с валом основного генератора.
Известна «Гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором», по патенту №2448215 (Заявка №2008108539/03, от 04.03.2008 г.).
Гидростанция с напорным водоводом и боковым водозабором, включающая турбину и привод ее генераторов, отличается тем, что водозабор гидростанции выполнен в виде искусственного резервуара, который строится рядом с рекой и к которому подсоединена водозаборная часть напорного водовода, верхняя кромка которого расположена близко или на уровне наиболее глубокой естественной точки дна реки, в створе искусственного резервуара, причем последний соединен с рекой каналом или водоводом, дно которых выполнено так же на уровне или близко к наиболее глубокой естественной точке дна реки.
Известна гидроэлектростанция с использованием энергетики скоростного напора реки для накопления в водохранилище, не связанного с рекой, необходимого напора и объемов воды (Патент WO 2007/131305 А1 Института энергетических технологий. Япония. Автор В FIELDS SEARCHED).
Сущность изобретения заключается в том, что водоаккумулирующее водохранилище строится в стороне от реки. Заполнение его водой осуществляется только насосными установками, установленными в русле основной реки, которые для создания необходимого напора используют энергетику скоростного напора реки. Таких установок, по предложению автора, может быть от одной до необходимого их количества. Автор не уточняет, какой частью энергетики потока можно при этом воспользоваться.
Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ строительства гидроэлектростанций». Автор Зимин Г.Т.
Заявка №92003099 от 02.11.1992 г., 6E02B 09\00, «Способ строительства гидроэлектростанций заключается в том, что гидроэлектростанции сооружаются ярусами, с подводом воды от вышерасположенной гидроэлектростанции к нижерасположенной по наклонным подземным напорным водоводам. Горизонты воды водохранилищ этого яруса друг от друга могут отличаться по высоте всего на один метр.
Все предлагаемые решения не учитывают реального состояния реки или иного естественного водного потока, энергетикой которого предполагается пользоваться. А эта энергетика не постоянна, как не постоянно пополнение водой русла реки, вне зависимости от характера и площадей водосбора. Это непостоянство, суточное, спорадическое, сезонное, требует создания водохранилищ, и какой бы емкости эти водохранилища не были (пример водохранилища Нурекской, Красноярской ГЭС и других), объема их не хватает для устойчивой работы гидроагрегатов. В любом случае, на любой реке, устойчивую работу гидроэнергетических установок определяет единственная стабильная для каждой реки величина - объем ее минимального «бытового» стока в межень.
Цель изобретения - сохранение реки, при строительстве на ней ГЭС, в ее первозданном виде, уменьшение негативных последствий от водохранилищ, сохранение экологии местности, где строится ГЭС, и исключение эффекта «домино», при разрушении одной или нескольких плотин каскада ГЭС, например, в случае сильного землетрясения. Поставленная цель достигается применением способа строительства сейсмобезопасных, сберегающих реки и экологию, гидроэлектростанций, включающих каскад небольшой емкости водохранилищ, которые строятся на боковых притоках реки, складках местности или логах, в стороне от основного русла рек, отличающегося тем, что водохранилища и их плотины располагаются с одной или обеих сторон реки, на таком расстоянии друг от друга, чтобы горизонты воды каждого последующего, начиная от истока реки, водохранилища каскада были ниже дна предыдущего, и все водохранилища каскада соединяются между собой наземными напорными водоводами, водозаборы которых располагаются в самых низких точках плотины предыдущего водохранилища, а конец, с гидротурбиной или гидротурбинами, например, активными, конусными и генераторами, на плотине или берегах последующего водохранилища, с водосливом в него отработанной турбинами воды, причем первый водозабор каскада ГЭС выполняется, например, боковым из основного русла реки.
На Фиг.1 показана общая схема такого каскада гидроэлектростанций с их плотинами и водохранилищами.
Вдоль реки-1, энергетику которой предполагается использовать для получения электроэнергии, с одной или с обеих ее сторон, на боковых ее притоках, или используя складки местности, строится ряд плотин-2. За ними образуются небольшие водохранилища-3, пополнение объемов воды в которых происходит не только за счет бытового стока с площадей, примыкающих к водохранилищам, и атмосферных осадков, но и за счет того, что эти водохранилища расположены так, что горизонт воды каждого последующего водохранилища расположен ниже дна предыдущего, и связаны друг с другом напорными водоводами-4, турбины, с генераторами тока, которых-5 располагаются на плотине или берегу водохранилища, расположенного ниже по течению реки, с обязательным сливом отработанной ими воды в водохранилище, а водозабор производится из самой низкой части плотины водохранилища, расположенного выше по течению реки, причем первый водозабор каскада ГЭС может осуществляться непосредственно из основного русла реки, с помощью бокового водозабора-6. При этом каждый кубометр воды, взятый первым водозабором из основного русла реки, будет работать столько раз, сколько плотин с их водохранилищами в каскаде ГЭС. Водохранилища при этом выполняют роль не только аккумулятора определенных объемов воды, но и роль уравнительного резервуара, которые в настоящее время, в гидроэнергетике с напорными водоводами, вынужденно применяются, из-за недостатков в конструкциях существующих типов турбин.
В связи с тем, что каждое водохранилище каскада непрерывно пополняется объемом воды минимального «бытового стока», отпадает необходимость в водохранилищах большого объема, в высоких плотинах. Экология местности и реки, на которой строится такой каскад, не нарушается.
Предлагаемый способ строительства гидроэлектростанций, в отличие от существующего, при котором плотиной или плотинами перегораживается русло реки, имеет ряд преимуществ:
а. Максимально уменьшает негативные последствия гидроэнергетики на окружающую среду и экологию мест строительства на ней гидроэнергетических объектов.
б. Весь объем «бытового стока» реки, в зимний межень, попадая в трубы напорного водовода, не «размазывается» по руслу реки, на образование льда, наледи и дренаж, а сохраняется на всем протяжении водоводов полностью и «работает» многократно. Напор реки на всем протяжении напорных водоводов также используется полностью. Все это позволяет получать от реки большие мощности ГЭС без накопления большого количества в водохранилищах воды.
в. Предлагаемый способ исключает принцип «домино» при авариях на гидроэнергетических объектах, расположенных каскадом в основном русле реки. При разрушении хотя бы одной из плотин от землетрясения, при военных действиях или от террористического акта в основное русло реки попадает только незначительный объем воды ее водохранилища.