СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МАЛЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
METHOD TO CONSTRUCT SMALL HYDRAULIC POWER PLANTS

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов равнинных рек, и может быть использовано при строительстве малых гидроэлектростанций.
Известен способ возведения малых гидроэлектростанций по патенту SU 1645359, включающий строительство каскада платин со всеми необходимыми сооружениями для прохода судов, сброса воды, и гидроэлектростанциями, возведение по обе стороны русла реки продольных дамб, примыкающих низовыми торцами к плотинам со стороны их верховых граней и защищающих прилегающие территории от затопления. Параллельно дамбам по другую сторону от реки выполняют каналы, устья которых сопрягают с рекой между низовыми гранями плотин и верховыми торцами продольных дамб, при этом устья притоков реки соединяют с каналами, а прилегающие к каналам земли окультуривают. Между дамбами образуется водохранилище. Этот способ взят за прототип. Притоки реки правого и левого берега выводятся в водоотводные каналы правого и левого берега. Способ изначально был предназначен для создания запаса воды, используемой для полива территорий. Высвободившаяся территория после сужения русла реки окультуривается.
Данный способ требует больших капитальных затрат и длительного срока строительства, т.к. предусматривает строительство каскада гидроэлектростанций. Каждая гидроэлектростанция состоит из двух плотин, двух дамб, двух водоотводных каналов потребует наличие большого числа обслуживающего персонала, что значительно увеличит эксплуатационные расходы на содержание гидроэлектростанций и выработку гидроэлектроэнергии.
Наличие невысокого напора воды, создаваемого дамбами, создание нескольких последовательно расположенных гидроэлектростанций, приведет к снижению КПД работающих турбин, как следствие, снизит количество выработанной электроэнергии.
Задача изобретения - ускорение сроков возведения равнинных гидроэлектростанций, снижение капитальных затрат на их строительство и эксплуатацию, а также повышение эффективности работы электростанции.
Сущность заявленного технического решения.
Прототип предполагает сужение русла реки путем строительства двух дамб на сужение русла. В нашем случае строится на левом берегу одна продольная сплошная дамба. Строить вторую сплошную дамбу на правом берегу нет необходимости по причине крутизны правого берега. На правом берегу строят дамбы не сплошные, а только в местах возможных подтоплений, например, для защиты населенных пунктов.
В прототипе, за дамбами строят протяженные водоотводные каналы, в предлагаемом техническом решении протяженный водоотводной канал строят только на левом берегу, а на правом берегу протяженный водоотводной канал заменяют ливневой канализацией с уклонами, водостоками с территории населенных пунктов, которые защищают от подтопления защитные дамбы, которые выполняют функцию защиты от подтопления только данной территории со стороны реки. Как правило, населенные пункты расположены по берегам притоков рек, в эти притоки выводят водостоки и ливневую канализацию.
Притоки левого берега выводятся в протяженный канал, притоки правого берега выводятся водоотводными трубопроводами, проложенными через реку по дну в водоотводной канал также левого берега.
Новый технический результат обеспечивается за счет того, что в способе строительства малых гидроэлектростанций, включающем строительство плотины и сужение речного потока путем строительства на левом берегу реки продольной дамбы, сопрягая в нижнем бьефе дамбу с плотиной, а водоотводной канал, вдоль нее, с рекой. На правом берегу реки дамбы возводят лишь в местах возможного подтопления, перед которыми со стороны поселков прокладывают ливневую канализацию и водостоки и направляют в притоки правого берега реки, которые трубопроводами выводят по дну реки в водоотводной канал левого берега.            Предлагаемый способ позволяет:
1. Ускорить строительство и снизить капитальные затраты за счет исключения строительства второй сплошной дамбы и второго водоотводного канала, который ранее возводили вдоль правого берега реки. Затраты на строительство почти на 1/3 ниже, т.к. строится одна дамба, один водоотводной канал, одно здание гидроэлектростанции, одна плотина;
2. Снизить затраты на эксплуатацию гидроэлектростанции за счет уменьшения количества обслуживающего персонала;
3. Повысить эффективность работы гидроэлектростанции за счет повышения КПД работающих турбин.
На высвобождаемой территории от сужения русла реки можно строить автомагистрали, водопроводный канал. В случаях, когда нет возможности сузить русло реки из-за высокой скорости течения реки, высокой степени заселенности берегов, можно объединить водопроводный канал, дорогу и дамбу в одной конструкции. При этом вновь строящаяся дорога пройдет мимо городов и населенных пунктов, в которые можно выполнить лишь ответвления, что благотворно скажется на экологии городов и населенных пунктов.
Кроме того, значительно сокращаются площади земель, отводимые под водохранилище.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен участок бассейна реки (вид сверху), на котором схематично показаны река - 1, левый берег - 2, водоотводной канал - 3, переезды-мосты через водоотводной канал - 4, притоки левого берега - 5, водоотводящие трубопроводы - 6, правый берег - 7, ливневая канализация и водостоки - 8, приток правого берега - 9, дамба правого берега - 10, дамба левого берега - 11, остров - 12, мост - 13, плотина - 14, рукава реки - 15, 16, временные дамбы - 17, участок осушения - 18, дамба перекрытия - 19, канал для транспортировки воды - 20, автомагистраль - 21.
На фиг. 2 показана схема расположения дамбы, в разрезе, на равнинных территориях, где берег - 2, ливневый водоотводной канал - 3, дорога - 21, водопроводный канал - 20, дамба - 11, река - 1.
На фиг. 3 показана схема расположения дамбы в разрезе на заселенных территориях, где большая скорость течения воды и высота правого берега реки более 50 м: берег - 2, ливневой водоотводный канал - 3, дороги - 21, водопроводящий канал - 20, дамба - 11, река - 1.
Подробное описание способа от начала до конца.
Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). Известно, что под действием силы Кориолиса, вызванной вращением земли, правые берега рек в северном полушарии более крутые, т.к. сила Кориолиса направлена вправо от движения и правый берег реки подмывается течение воды более интенсивно. В южном полушарии все происходит наоборот.
В северном или южном полушарии выбирают равнинную реку - 1 с экономически выгодным расходом воды, с перепадом нижнего и верхнего бьефа не ниже 5 м.
В северном полушарии вдоль левого берега - 2 строят водоотводной канал - 3, который сопрягают в нижнем бьефе с руслом реки - 1, при этом обеспечивают проезд транспорта к руслу реки - 1, организуя переезды-мосты - 4 через водоотводной канал - 3. Перенаправляют сток притоков - 5 левого берега в водоотводной канал - 3. Прокладывают водоотводящие трубопроводы - 6 с правого берега - 7 на левый - 2 до соединения с водоотводным каналом - 3. Монтируют ливневую канализацию с водостоками - 8 с территорий, не предназначенных на затопление на правом берегу - 7, и выводят в притоки правого берега - 9, которые соединяют с водоотводящими трубопроводами - 6 с водоотводным каналом - 3 левого берега. Для защиты территорий на правом берегу - 7, не предназначенных для затопления, строят дамбу - 10.
Сужают речной поток посредством строительства дамбы - 11, которую строят до острова - 12, а после строительства моста - 13 на острове - 12.
Для строительства плотины - 14 выбирают участок реки - 1, где русло реки огибает препятствие и образует остров - 12, разделяясь на два рукава - 15 и 16.
Углубляют, укрепляют русло реки, рукав - 16, на который будет переключаться весь поток реки - 1, доводят до размера главного русла реки - 1. Перекрывают временными дамбами - 17 русло реки, рукав - 15, осушают участок - 18 рукава - 15, строят плотину - 14 и завершают строительство дамбы - 11, сопрягая с плотиной - 14. После завершения строительства плотины - 14 и здания ГЭС разрушают временные дамбы - 17 пиротехническими зарядами. Перекрывают русло реки рукава - 16, дамбой перекрытия - 19, в дальнейшем его можно использовать для судоходства или строительства второго блока ГЭС.
1. Для удешевления проекта, повышения скорости окупаемости проекта, высвободившуюся территорию от сужения русла реки - 1, при строительстве дамбы - 3, на сужение русла реки - 1, предлагается использовать для:
- транспортировки воды по каналу - 20;
- передвижения автотранспорта, строительства автомагистрали - 21.
2. Строительство водоотводного канала, дамбы, канала воды, автомагистрали вести индустриальным способом:
- максимально использовать элементы заводской готовности;
- отсыпку дамбы вести современным способом, т.е. при отсутствии близлежащих месторождений галечника, скальника, глины и т.д. брать грунт с противоположного берега, транспортируя его конвейерными линиями, смонтированными на понтонах, которые выполняют функцию временного моста;
- прокладывание трубопровода по дну реки вести с помощью понтонов, кранов, лебедок.
На фигуре 2 представлен горизонтальный разрез компановки узлов гидроэлектростанции, свободных площадей для строительства: 2 - левый берег, 3 - водоотводной канал, 21 - дорога, 20 - канал для транспортировки воды, 11 - дамба.
На фигуре 3 представлен горизонтальный разрез, когда не будет возможности сузить русло реки, из-за высокой скорости течения воды, а на противоположном берегу скалы высотой более 50 метров, высокая заселенность берегов реки населением, то в этом случае: на берегу реки - 2 строят водоотводной канал - 3, автомагистраль - 21 строят на дамбе, канал транспортировки воды - 20 строят в дамбе - 11.
Пример осуществления способа.
9
Ярким примером осуществления способа является строительство Иркутской и Братской ГЭС. Имеется ввиду строительство Иркутского и Братского водохранилища. Строительство новой гидроэлектростанции «Усольской» является естественным продолжением цепи Ангарских ГЭС с той лишь разницей, что эти ГЭС строились в каньонах, а мы искусственно строим такой каньон. Предлагается начало строительства отводного канала начать вести по левому берегу реки Ангара от поселка «Малая Топка», под городом «Иркутск 2», а завершить у острова «Большой», что за городом «Усолье», тогда протяженность дамбы левого берега составит примерно 100 километров. На правом берегу дамбы строят в районах населенных пунктов «Усть-Куда», «Усть-Болей», «Усолье-Жилкино», на участке реки от поселка «Малая Топка» до поселка «Усть-Куда» берега укрепляются дамбами с обеих сторон реки, если не удастся освободить пойменные территории и берега от населения. Предполагаемая, расчетная мощность гидроэлектростанций 3×10 кВт/ч.
На высвобождаемой территории можно построить канал для подачи чистой воды из озера Байкал в город Ангарск и город Усолье.
Способ использования водных ресурсов равнинных рек реализуется следующим образом: на реке строится каскад плотин, для снижения отчуждаемых территорий сужают водяной поток, для чего по берегам строят продольные дамбы, примыкающие в низовых точках к плотинам. Вдоль дамб строят каналы, примыкающие в низовом течении к реке.
Цель изобретения: уменьшение экологических нарушений в бассейне рек путем снижения площадей отчуждаемых территорий. Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает выработку гидроэлектроэнергии на больших реках с использование их проток или специально сооруженных каналов при минимальном экономическом ущербе для прилегающих к реке территорий и минимальных экономических затратах на строительство.