СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЗАМЕРЗАЮЩИХ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ И КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD TO PROVIDE ELECTRIC ENERGY TO CONSUMERS UNDER CONDITIONS OF FREEZING ARCTIC SEAS AND COMPLEX OF TECHNICAL MEANS FOR IMPLEMENTING METHOD

Изобретение относится к области обеспечения электроэнергией стационарных подводных объектов в условиях замерзающих морей.
Известен «Способ обеспечения электрической энергией потребителей в закрываемых льдами акваториях шельфа…», (патент РФ №2399104), который заключается в доставке в район потребления электроэнергии плавучей атомной электростанции и соединении ее кабелем с потребителем, при этом заякоренную плавучую платформу с приемно-распределительными электрическими устройствами и выкидными кабельными линиями подтапливают на недоступную для льдов глубину, осуществляют доставку атомных энергоблоков (энергетических модулей) и стыковку их с платформой, а в процессе эксплуатации производят периодические циклы всплытия-погружения платформы для ее обслуживания.
Однако этот способ имеет низкие эксплуатационные характеристики за счет осуществления швартовки и стыковки энергоблоков с платформой, периодических всплытий и погружений платформы вместе со всеми энергоблоками, в то время как необходимость в работах, как правило, возникает только на одном энергоблоке, а при работах на всех энергоблоках может нарушиться принцип бесперебойности электропитания; за счет того, что при погружениях-всплытиях платформы с находящимся на ней приемно-распределительным устройством кабельные линии, ведущие от него к потребителям, могут тереться друг о друга, а возможно переплетаться, что может привести к преждевременному износу кабеля и даже к аварии; за счет отсутствия операций, обеспечивающих погружение-всплытие промежуточной платформы, в том числе и аварийное всплытие платформы или энергоблоков; за счет отсутствия действий и операций, обеспечивающих электрическое подключение платформы к потребителям, отсутствия действий и операций по установке электростанции на дно акватории, где отсутствует качка, отсутствия действий и операций, обеспечивающих смену персонала и пополнение запасов без всплытия в надводное положение в сложной ледовой и штормовой обстановке. Все это отрицательно сказывается на эксплуатационных и экономических характеристиках способа.
Задача изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик способа, его надежности и безопасности, снижении экономических показателей (материалоемкости и стоимостных показателей).
Решение указанной задачи достигнуто тем, что в известном способе, заключающемся в доставке в район потребления электроэнергии плавучего энергоблока и приемно-распределительного устройства, соединении его посредством силового электрокабеля с потребителями и с плавучим энергоблоком, установке плавучего энергоблока на акватории и погружении его в процессе эксплуатации на недоступную для льдов глубину, в нем сначала приемно-распределительное устройство с заранее подключенным к нему силовым кабелем, соединяющим его с энергоблоком, устанавливают на дне, при этом свободный конец силового кабеля вывешивают на буе-ловителе, затем плавучий энергоблок устанавливают в надводном положении посредством якорных линий с мертвыми якорями, одновременно приемно-распределительное устройство соединяют кабелями с потребителями и свободный конец силового кабеля с буем-ловителем заводят в сильноточный разъем энергоблока, при этом погружение плавучего энергоблока в процессе эксплуатации осуществляют путем заполнения цистерн главного балласта и выбирания якорных линий с небольшой положительной плавучестью, обеспечивающей возможность аварийного всплытия, а перед установкой плавучего энергоблока на дно опускают на дно опоры и придают энергоблоку отрицательную плавучесть, для чего принимают водяной балласт в специальную цистерну.
Кроме того, обеспечение возможности смены экипажа, проведение спасательных работ и обслуживание энергоблока в подводном положении осуществляют посредством обитаемого подводного аппарата, базирующегося на ледокольном судне обеспечения.
Предлагаемый способ позволяет повысить эксплуатационные характеристики и надежность известного способа путем установки приемно-распределительного устройства на дне и отсутствия операций по его периодическому погружению и всплытию вместе с кабелями, ведущими от него к потребителям, путем упрощения операции по электрическому соединению энергоблока с потребителями, путем использования простых и надежных операций погружения-всплытия с заполнением и продуванием цистерн главного балласта и выбирания-травления якорных линий, путем осуществления операций погружения-всплытия энергоблоков и их работы в подводном положении с положительной плавучестью, позволяющей в нештатной ситуации предельно быстро осуществить аварийное всплытие или остаться под водой без угрозы удара о дно, путем возможности постановки энергоблока на дно, что полностью исключает штормовую подводную качку. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает возможность выполнения операций смены экипажа, спасательных работ и обслуживания энергоблока в тяжелых ледовых или штормовых условиях при невозможности всплытия в надводное положение под водой за счет использования обитаемого подводного аппарата.
Предлагаемый способ обеспечения электроэнергией потребителей в условиях замерзающих арктических морей заключается в том, что в район энергообеспечения доставляют подводное приемно-распределительное устройство с заранее подключенным к нему силовым кабелем и устанавливают его на дне, при этом свободный конец силового кабеля вывешивают на буе-ловителе, а между приемно-распределительным устройством и буем-ловителем устанавливают промежуточный буй, поддерживающий силовой кабель и придающий кабельной линии форму, обеспечивающую постоянство длины кабеля при погружении и всплытии. Далее доставляют судно обеспечения с подводным аппаратом и энергоблок, который буксируют на точку установки в межледовый период и устанавливают на акватории в надводном положении посредством 4-8 якорных линий, заведенных на «мертвые» якоря. Погружение якорей на дно осуществляют в точках с требуемыми координатами с помощью кранового оборудования судна обеспечения, при этом перед погружением якорей их стыкуют с якорными линиями. После установки якорей производят требуемое натяжение якорных линий штатными средствами энергоблока. По окончании данной операции к энергоблоку стыкуют силовой кабель, для чего свободный конец силового кабеля с буем-ловителем с помощью подводного аппарата заводят в сильноточный разъем энергоблока. Одновременно с постановкой энергоблока на якорные линии приемно-распределительное устройство соединяют кабелями с потребителями. Приемно-распределительное устройство распределяет электроэнергию по потребителям, к нему могут одновременно подключиться несколько энергоблоков, что дает возможность их замены для ремонтов и перезарядки активной зоны. Далее, в зависимости от погодных условий и ледовой обстановки, энергоблок либо оставляют в надводном положении, либо погружают на глубину, исключающую качку и воздействие льда, вплоть до постановки на дно, для чего из нижней части плавучего энергоблока на дно опускают опоры и придают энергоблоку отрицательную плавучесть путем приема воды в специальную цистерну. В процессе эксплуатации плавучий энергоблок может находиться в любом из рассмотренных положений с предпочтительным пребыванием в надводном положении, из которого энергоблок погружают либо при усилении волнения, либо при ухудшении ледовой обстановки. Смену экипажа, пополнение запасов продовольствия и другие операции предусматривают, в первую очередь, в надводном положении энергоблока, для чего к нему пришвартовывают ледокольное судно обеспечения. Для смены экипажа, пополнения запасов, для спасательных операций при невозможности всплытия энергоблока, а также для подводных работ, в том числе для обеспечения стыковки силового кабеля с сильноточным разъемом энергоблока, для подвешивания силового кабеля на конструкциях промежуточного подводного буя используют обитаемый подводный аппарат. Подводный аппарат базируется на судне обеспечения и может устанавливаться в подводном положении на два посадочных комингса в носу и корме энергоблока.
Известен комплекс технических средств (электростанция для обеспечения «Способа обеспечения электрической энергией потребителей в закрываемых льдами акваториях шельфа…»), патент РФ №2399104, который включает подтопленную заякоренную платформу с посадочными местами для состыкованных с нею энергоблоков (энергомодулей) с направляющими кранцами и ловильно-стыковочными устройствами с приемно-распределительными устройствами, соединенными с потребителями кабельными линиями и с источником электрической энергии - атомными энергоблоками, а также якорные линии. При этом энергоблоки являются автономными, способными, как подводные лодки, самостоятельно совершать подводно-подледное плавание и осуществлять маневры.
Однако известный комплекс имеет повышенную сложность конструкции и эксплуатации и низкую надежность за счет наличия значительной по водоизмещению и металлоемкой промежуточной платформы, наличия на энергетических модулях дорогостоящих и почти неиспользуемых винторулевого комплекса и движительной установки; отсутствия возможности смены персонала и пополнения запасов без всплытия в надводное положение в сложной ледовой обстановке.
Задача изобретения заключается в упрощении комплекса, повышении его эксплуатационной эффективности и надежности.
Задача решена за счет того, что в известном комплексе, содержащем подводное распределительное устройство, соединенное с потребителями, источники электрической энергии - плавучие энергоблоки, соединенные силовым кабелем с приемно-распределительным устройством, а также якорные линии, в нем введено ледокольное судно обеспечения, по крайней мере, один подводный аппарат, базирующийся на ледокольном судне обеспечения, и подводный буй-ловитель для соединения с сильноточным разъемом энергоблока, при этом приемно-распределительное устройство установлено на дне, а каждый плавучий энергоблок снабжен штатными якорными линиями с мертвыми якорями, сильноточным разъемом, цистернами главного балласта, специальной цистерной для придания отрицательной плавучести, опорами, устанавливаемыми на дно, и имеет два наружных посадочных комингса для обслуживающих подводных аппаратов, причем сильноточный разъем соединен посредством силового кабеля с приемно-распределительным устройством, от которого подводные кабели проложены к потребителям.
Кроме того, между приемно-распределительным устройством и буем-ловителем установлен промежуточный буй для поддержания силового кабеля и придания формы кабельной линии, обеспечивающей постоянство длины кабеля.
Предложенный комплекс позволяет упростить известный комплекс, повысить эффективность его работы и надежность за счет наличия ледокольного судна обеспечения для снабжения, спасательных работ и смены экипажа энергоблока в надводном положении, подводного аппарата, позволяющего снабжать энергоблок, менять экипаж и проводить спасательные работы в сложной ледовой обстановке и в штормовых условиях в подводном положении, за счет наличия положительной плавучести, позволяющей осуществить аварийное всплытие при погружении и якорной стоянке в подводном положении, за счет возможности постановки энергоблока на дно для полного исключения ледовой опасности и подводной качки. Надежности комплекса также способствует промежуточный буй между приемно-распределительным устройством и буем-ловителем, поддерживающий силовой кабель и придающий кабельной линии форму, обеспечивающую постоянство длины кабеля при погружении и всплытии. Эффективность комплекса также повышена за счет отсутствия металлоемкой и дорогостоящей платформы и выполнения энергоблоков в несамоходном варианте с доставкой в район постановки путем буксировки, при этом в качестве буксира может быть использовано судно обеспечения.
Изобретение пояснено чертежами, на которых:
на фиг.1 представлена схема установки приемно-распределительного устройства,
на фиг.2 - схема обеспечения электроэнергией потребителей в надводном положении энергоблока,
на фиг.3 - схема обеспечения электроэнергией потребителей в подводном положении энергоблока,
на фиг.4 - схема обеспечения электроэнергией потребителей в положении энергоблока на донном грунте,
на фиг.5 - вариант обеспечения электроэнергией потребителей с помощью нескольких энергоблоков.
Комплекс включает один или несколько энергоблоков 1, которые устанавливают на акватории в межледовый период с помощью штатных якорных линий 2, заведенных на «мертвые» якоря 3. Постановку якорей 3 осуществляют с помощью кранового оборудования судна обеспечения 4, которое может быть использовано и для буксировки энергоблока. Судно обеспечения 4 оборудуют также обитаемым подводным аппаратом 5, который используют для электрического подключения энергоблока 1 к подводному приемно-распределительному устройству 6, установленному на дне, от которого требуемый ток по подводным кабелям идет потребителям. Подводное приемно-распределительное устройство 6 служит для распределения электроэнергии потребителям и для возможности одновременного подключения нескольких энергоблоков 1, что обеспечивает бесперебойность электропитания потребителей и дает возможность замены энергоблоков для ремонтов и перезарядки активной зоны без остановки работы потребителей. Приемно-распределительное устройство 6 устанавливают на дно до постановки энергоблока 1, при этом к устройству 6 заранее подключен силовой кабель 7, свободный конец которого вывешивают на буе-ловителе 8, а между приемно-распределительным устройством 6 и буем-ловителем 8 устанавливают промежуточный буй 9, который поддерживает силовой кабель 7 и придает кабельной линии форму, обеспечивающую постоянство длины кабеля при погружении и всплытии. Манипулятором 10 подводного аппарата 5 ловят буй-ловитель 8 и подают его в захватное устройство 11 энергоблока 1. Захватное устройство 11 доставляет буй-ловитель 8 с кабелем 7 в расположенный над ватерлинией сильноточный разъем 12 энергоблока, тем самым осуществляя электрическое подключение энергоблока 1 к приемно-распределительному устройству 6. Подключение потребителей к приемно-распределительному устройству 6 осуществляют одновременно с постановкой энергоблока 1 на якорные линии 2. Для данного подключения также используют аппарат 5 с манипулятором 10. В процессе эксплуатации, при ухудшении ледовой обстановки или усилении волнения, энергоблок 1 погружают на глубину, исключающую воздействие льда и штормовых волн, вплоть до постановки на дно, для чего энергоблок оборудован выдвижными (откидными) опорами 13 и специальной цистерной 14 для придания отрицательной плавучести, необходимой для устойчивости на дне. Требуемое снабжение энергоблока 1 и смену экипажа в надводном положении осуществляют с помощью ледокольного судна обеспечения 4. В сложной ледовой обстановке и штормовых условиях снабжение энергоблока 1, смену экипажа, а также спасательные операции осуществляют с помощью обитаемого подводного аппарата 5. Посадку аппарата 5 на энергоблок 1 и их стыковку обеспечивают два посадочных комингса 15, разнесенных по длине энергоблока 1.
Предлагаемые способ и комплекс позволяют обеспечить эффективное и надежное снабжение электроэнергией потребителей на замерзающих акваториях арктического шельфа за счет наличия атомного энергоблока, который может работать под водой в сложных ледовых и штормовых условиях, наличия простой и надежной якорной системы позиционирования энергоблока, поддержания положительной плавучести энергоблока на якорных линиях в подводном положении, что обеспечивает возможность аварийного всплытия, возможности постановки энергоблока на дно, наличия отдельно стоящего на дне приемно-распределительного устройства, к которому подключаются потребители и могут одновременно подключиться несколько энергоблоков, что обеспечивает бесперебойность электропитания и возможность замены энергоблоков, наличия ледокольного судна обеспечения для снабжения и смены экипажа энергоблоков в надводном положении и базирующегося на нем подводного аппарата для снабжения, смены экипажа энергоблоков и аварийно-спасательных работ в подводном положении при сложной ледовой обстановке или в штормовых условиях, а также за счет несложной технологии электрического подключения энергоблока к приемно-распределительному устройству и далее потребителям.