Блок-модульная приливная гидроэлектростанция
MODULAR TIDAL HYDROELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к строительству гидроэлектростанций и других гидросооружений.
Известны приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливных потоков для выработки электроэнергии генераторами с одиночными турбинными колесами разнообразного исполнения, на горизонтальных и вертикальных осях, вращающихся под воздействием прямого водного потока, строительство которых выполняется индивидуально с монтажом оборудования на месте строительства (см. FR 2616178 A1, 09.12.1988, F03B13/14).
Общими недостатками существующих и известных приливных электростанций являются: высокие затраты на их индивидуальное строительство с установкой и отладкой гидротурбин, генераторов и другого оборудования на месте строительства, малая мощность и неравномерная выработка электроэнергии, продолжительный срок окупаемости вложений.
Целью изобретения является уменьшение названных недостатков существующих ПЭС.
Этот технико-экономический результат достигается за счет индустриального блок-модульного строительства с использованием блок-модулей заводского изготовления: турбинных каналов специальной конструкции с несколькими последовательно расположенными турбинными колесами, обтекаемыми зигзагообразным водным потоком, и типовых блок-модулей ограждающих дамб аккумулирующих бассейнов, устанавливаемых в проектное положение, как и блок-модули турбинных каналов, с помощью плавучего подъемного средства большой грузоподъемности.
Отличительной особенностью патентуемой приливной электростанции является индустриальное изготовление с применением специальных турбинных каналов с установленными в них на заводе-изготовителе нескольких турбинных колес на вертикальных осях, располагаемых по длине канала в шахматном порядке. Бетонные стены турбинных каналов высотой, соответствующей высоте прилива, выполнены волнообразной формы в плане, формирующие зигзагообразный восходящий или нисходящий водный поток, имеющий более высокую удельную энергоотдачу, в сравнении с прямым потоком, за счет воздействия на лопасти турбинных колес под прямым углом. Турбинные каналы в тыловой оконечности оснащены управляемыми затворами, например створчатого типа, регулирующие водные потоки. С каждой оконечности турбинных каналов установлены ограждающие дамбы, расположенные под углом друг к другу в виде приемных раструбов, увеличивающих энергию водного потока в турбинном канале, особенно при наличии нагонных волн, образующие аккумулирующие бассейны. Блок-модули турбинных каналов и типовые блок-модули ограждающих дамб, изготовленные на заводе-изготовителе, устанавливаются в проектное положение с помощью плавучего подъемного средства большой грузоподъемности.
Устройство патентуемой приливной гидроэлектростанции (ПГЭС) показано на чертежах фиг. 1-4: фиг. 1 - план приливной гидроэлектростанции, фиг. 2 -- продольный разрез по турбинному каналу, фиг. 3 - поперечный разрез турбинного канала, фиг. 4 - поперечный разрез типового блок-модуля дамбы.
Патентуемая ПГЭС выполняется из блок-модулей турбинных каналов 1 и 2 специальной конструкции со смонтированным на заводе-изготовителе необходимым оборудованием высокой заводской готовности для использования и типовых блок-модулей ограждающих дамб 3 и 4, образующих аккумулирующие бассейны 5, 6 и 7.
Блок-модули турбинных каналов 1 и 2 выполнены с бетонными стенами 8 и 9, высота которых соответствует величине приливов. Стены турбинных каналов специальной конструкции в плане имеют волнообразную форму. В углублениях стен 8 и 9 установлены на заводе-изготовителе в шахматном порядке по длине каналов на вертикальных осях 10 и 11 турбинные колеса 12 и 13 и электрогенераторы 14. На каждой вертикальной оси смонтированы несколько турбинных колес, по высоте канала, имеющие возможность независимого вращения с разной частотой под действием восходящих приливных и нисходящих отливных потоков воды, в зависимости от скорости потока в его нижних и верхних слоях. Турбинные колеса с вертикально расположенными лопастями 15 и 16, приваренными к ступицам, установлены на вертикальных осях 10 и 11 на опорно-радиальных подшипниках. Волнообразная форма стен канала формирует зигзагообразный поток воды с повышенной энергоотдачей за счет воздействия на лопасти турбинных колес под прямым углом, что увеличивает КПД турбин. На боковых стенах и концевой оконечности турбинных каналов 1 и 2 установлены управляемые гидрозатворы 17 и 18, например, створчатого типа, регулирующие водные потоки.
Типовые бетонные блок-модули 19 ограждающих дамб 3 и 4, образующих аккумулирующие бассейны 5, 6 и 7, состоят из нижней опорной плиты 20, вертикальной стенки 21, верхней плиты 22 и подпорных косынок 23. В зависимости от высоты дамб их блок-модули могут устанавливаться в один или несколько ярусов. Предельные габаритные размеры В×Н×L и масса блок-модулей турбинных каналов и ограждающих дамб определяются условиями доставки (перевозки и перегрузки) от завода-изготовителя до места строительства ПГЭС и могут достигать размеры 15×15×80 метров, масса до 2000 тонн. Турбинные каналы 1 и 2 могут быть выполнены из одного или нескольких блок-модулей массой в пределах грузоподъемности подъемных средств.
Строительство патентуемой ПГЭС осуществляется индустриальным блок-модульным методом, сокращающим сроки строительства и снижающим его стоимость. Блок-модули приливной ГЭС: турбинных каналов, насыщенных необходимым оборудованием, включая турбины, генераторы, водные затворы, пульты управления и прочее, высокой заводской готовности для работы, и блок-модули ограждающих дамб, изготавливаются на заводе изготовителе и доставляются на баржах-площадках к месту строительства. С помощью плавучего подъемного средства большой грузоподъемности блок-модули снимаются с барж-площадок и устанавливаются в проектное положение во время прилива на предварительно подготовленное подводное основание. Вначале устанавливаются блок-модули турбинных каналов, а затем блок-модули ограждающих дамб, образующих аккумулирующие бассейны. Дамбы выполняются с каждой из сторон турбинных каналов под углом друг другу в виде приемного раструба, увеличивающих энергию водного потока в турбинном канале, при наличии нагонных волн. После установки блок-модулей дамб выполняется грунтовая отсыпка откосов 24.
Работа патентуемой приливной гидроэлектростанции выполняется следующим образом. На время прилива открыты все затворы 17 и 18 на боковых стенах 8 и 9 и торцевой оконечности турбинных каналов. Приливной поток воды проходит через турбинные каналы в сторону суши (ущелья, каньона или устья реки), вращая турбинные колеса, и заполняет аккумулирующие бассейны 5, 6 и 7. По окончании прилива закрываются затворы 17 аккумулирующих бассейнов. С началом отлива поток воды из береговой части территории устремляется через турбинные каналы в сторону моря, вращая турбины. При прекращении отлива закрываются водяные затворы 18 в оконечности турбинных каналов и открываются затворы 17 аккумулирующих бассейнов. При этом поток воды из бассейнов через турбинные каналы направляется в море, продолжая вращать турбины. Это позволяет, в зависимости от размеров и вместимости аккумулирующих бассейнов, уменьшить или исключить полностью паузы в работе турбин между отливами и приливами и соответственно увеличить выработку электроэнергии. По окончании выравнивания уровня воды в аккумулирующих бассейнах и в море, открываются затворы 18 в оконечности турбинных каналов для прохождения потока воды начинающегося очередного прилива.