ДЕРИВАЦИОННАЯ БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С НАПОРНЫМ ВОДОВОДОМ
DIVERSION HYDROELECTRIC POWER PLANT WITHOUT DAM AND WITH PRESSURE WATERWAY

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии на горных реках или реках, имеющих большой перепад уровня по руслу и большую разницу в объеме русла в летнее время без нарушения гидрологических характеристик используемой реки и экологии реки и прилегающей к ней местности.
Известна бесплотинная гидроэлектростанция с промежуточным резервуаром, включающая напорный водовод с водозабором в реке и затвором, при этом напорный водовод имеет уклон, меньший уклона дна реки, и соединяет водозабор с промежуточным резервуаром. Промежуточный резервуар снабжен водоводом турбины, связанной с валом генератора и успокоителем потока, выполненным в виде стенки с отверстиями, разделяющей напорный водовод и водовод турбины (см. патент RU №2162914, МПК-7 Е02В 9/00, F03B 13/00).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является бесплотинная гидроэлектростанция с промежуточным резервуаром, содержащая водозабор - водохранилище, расположенное выше по реке и размещенное вне русла реки, напорный водовод, соединяющий водозабор с промежуточным резервуаром-башней, в котором размещен гаситель, прикрепленный к внутренней стенке резервуара в виде колодца из железобетонных колец, трубчатый водовыпуск, подающий воду на гидротурбину, и гидротурбина, связанная с валом генератора (см. патент RU №2381329, МПК Е02В 9/00).
Недостатками известных технических решений является низкая эффективность работы, обусловленная тем, что длина напорного водовода ограничена высотой башни ГЭС, и тем, что водозабор охватывает небольшую часть вод, так как ГЭС потребляет ограниченное количество воды от объема минимального уровня реки для работы гидротурбин и вся вода во время выпадения больших осадков и таяния ледников уходит по основному руслу реки, подтапливая прилегающие территории.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности работы гидроэлектростанции за счет расширения объема водосбора, охватывающего объем паводковых вод по всему руслу реки и контролируемого расхода накопленного объема паводковых вод и за счет применения напорного водовода на участке максимального перепада уровня реки.
Технический результат достигается тем, что деривационная бесплотинная гидроэлектростанция с напорным водоводом, содержащая водозабор, расположенный вне русла реки, основную емкость, напорный водовод и водовод турбины, содержит n-е количество регулирующих водохранилищ для сбора воды, размещенных вдоль всего русла реки, каждое из которых снабжено каналом заполнения, соединенным с руслом реки, выполненным в верхнем по уровню месте, и дамбой высотой до верхнего уровня, выполненной в нижнем по уровню его месте, причем в нижней точке каждого регулирующего водохранилища установлен трубопровод сброса, сообщающийся с руслом реки и снабженный затвором, при этом основная емкость выполнена в виде основного водохранилища, расположенного ниже регулирующих водохранилищ на участке с большим перепадом уровня реки и снабженного каналом заполнения, соединенным с руслом реки, и дамбой высотой до верхнего уровня, выполненных соответственно в верхнем и нижнем по уровню местах, а напорный водовод установлен ниже по уровню основного водохранилища и выполнен в виде напорных трубопроводов длиной не менее 12-15 км в зависимости от перепада уровня реки для получения заданного напора, выходящих из основного водохранилища, а именно в виде зимнего напорного трубопровода для минимального расхода воды и в виде n-ного количества напорных трубопроводов для летнего максимального расхода, соединенных с водоводом турбин, при этом гидроэлектростанция содержит компенсационный водоем, расположенный на уровне напора водовода турбин, соединенный с водоводом турбин и снабженный насосной группой.
Выполнение водозабора у реки в виде n-го количества регулирующих водохранилищ, размещенных вне русла реки и расположенных вдоль всего русла реки, каждое из которых снабжено каналом заполнения, соединенным с руслом реки, выполненным в верхнем по уровню месте, и дамбой высотой до его верхнего уровня, выполненной в нижнем по уровню месте, причем в нижней точке каждого водохранилища установлен трубопровод сброса, соединенный с руслом реки и снабженный затвором, позволяет собрать весь объем паводковых вод, выпавших осадков, увеличивая объем реки и используемый объем воды, и осуществить контролируемый ее расход путем сброса воды из регулирующих водохранилищ при открывании затворов трубопровода сброса, что приводит к увеличению мощности станции, повышая эффективность ее работы. При этом русло реки работает с увеличенной нагрузкой, сохраняется ее высокий уровень, который регулируется при обильных осадках сбросом части воды в регулирующие водохранилища по каналам заполнения, исключая затопление прилегающих территорий. Кроме того, поддержание высокого уровня реки и сохранение русла реки ведут к увеличению количества рыбы и увеличению объемов нереста рыбы, при этом улучшается экология реки за счет отстоя воды в регулирующих водохранилищах.
Выполнение основной емкости в виде основного водохранилища, расположенного ниже регулирующих водохранилищ и на участке с большим перепадом уровня реки, снабженного каналом заполнения, соединенным с руслом реки, и дамбой высотой до верхнего уровня, выполненных соответственно в верхнем и нижнем по уровню местах, а размещение напорного водовода ниже по уровню основного водохранилища и выполненного в виде напорных трубопроводов длиной не менее 12-15 км в зависимости от перепада уровня реки для получения заданного напора, выходящих из основного водохранилища, а именно в виде зимнего напорного трубопровода для минимального расхода воды и в виде n-ного количества напорных трубопроводов для летнего максимального расхода, соединенных с водоводом турбины, а также снабжение гидроэлектростанции компенсационным водоемом, расположенным на уровне напора водовода турбин, соединенным с водоводом турбины и снабженным насосной группой, позволяет удерживать постоянный напор и регулировать нагрузку на турбины с помощью насосной станции, связанной с компенсационным водоемом, повышая эффективность работы, так как при минимальных нагрузках потребления в сети часть объема воды перекачивается в компенсационное водохранилище и может использоваться при увеличении нагрузки потребления.
Кроме того, на длину напорных трубопроводов уменьшается объем затапливаемых участков, сохраняя русло реки, улучшая экологию реки.
На фиг.1 изображена общая схема деривационной бесплотинной гидроэлектростанции с размещением регулирующих водохранилищ для сбора воды вдоль всего русла горной реки, основного водохранилища с напорными трубопроводами, компенсационного водоема с насосной группой и турбинного зала ГЭС;
на фиг.2 изображена схема регулирующего водохранилища, в разрезе;
на фиг.3 изображена схема регулирующего водохранилища, вид сверху;
на фиг.4 изображена схема основного водохранилища в разрезе с установкой напорных трубопроводов, подающих воду на турбины ГЭС.
Деривационная бесплотинная гидроэлектростанция с напорным водоводом включает регулирующие водохранилища 1, расположенные вдоль всего русла реки, имеющей большой перепад уровня по руслу и большую разницу в объеме русла в летнее время. Каждое регулирующее водохранилище 1 расположено вне русла реки и сообщается с руслом реки каналом 2 наполнения, расположенным в верхнем по уровню месте водохранилища. Для снижения затрат регулирующие водохранилища 1 сооружают в местах расположения гравийных линз, в которых с помощью земснаряда намывают водохранилище с каналом 2 наполнения и дамбой 3 в нижнем по уровню месте на высоту верхнего его уровня. Канал 2 наполнения снабжен трубопроводом 4 заполнения при минимальном уровне в зимнее время и каналом 5 заполнения при максимальном уровне в летнее время. В каждом регулирующем водохранилище 1 в нижнем по уровню месте установлен трубопровод 6 сброса, снабженный затвором, сообщающийся с руслом реки через канал сброса 7. Деривационная бесплотинная гидроэлектростанция содержит основное водохранилище 8, самое крупное из водохранилищ, расположенное вне русла реки в самом удобном для эксплуатации месте, имеющем большой перепад высот. Основное водохранилище 8 имеет канал 9 наполнения, соединенный с руслом реки и снабженный трубопроводом 10 заполнения при минимальном уровне в зимнее время, и каналом 11 заполнения при максимальном уровне в летнее время и дамбу 12, выполненную в нижнем по уровню месте на высоту верхнего его уровня. Основное водохранилище 8 снабжено напорными трубопроводами длиной не менее 12-15 км в зависимости от перепада уровня реки для получения заданного напора. Напорные трубопроводы состоят из основного напорного трубопровода 13 для минимального уровня в зимнее время, расположенного под землей, и n-ного количества напорных трубопроводов 14 для максимального уровня в летнее время, расположенных по поверхности. Напорные трубопроводы соединены с водоводом турбин, расположенным в машинном зале 15 и соединенным с компенсационным водоемом 16 через насосную группу 17, обеспечивающую подачу сбросной воды в компенсационный водоем 16 из канала сброса 18, соединенного с руслом реки. Напорные трубопроводы 13 и14 расположены параллельно руслу реки. Частично сбросные воды гидроэлектростанции через водоочистные сооружения используют для подачи питьевой воды на жилой массив.
Деривационная бесплотинная гидроэлектростанция с напорным водоводом работает следующим образом.
При выпадении обильных осадков в летнее время и от таяния снега вода из переполненного русла реки по каналам 2 заполнения поступает в регулирующие водохранилища 1, заполняя их, при этом затворы сливных труб регулирующих водохранилищ закрыты. При переполнении регулирующих водохранилищ открывают затворы сливного трубопровода и сливают воду в русло реки, регулируя уровень в них. При сообщении синоптиков о сильных осадках из регулирующих водохранилищ этого района также сливают воду, освобождая их для принятия новой воды, и направляют ее на турбину через основное водохранилище, напорные трубопроводы и водовод турбины для выработки электроэнергии. При работе бесплотинной гидроэлектростанции осуществляют сбор всех паводковых вод и контролируемый расход воды из регулирующих водохранилищ для подачи ее в основное водохранилище и по напорным трубопроводам на турбину, соединенную с валом генератора. Для регулировки нагрузки потребления на турбины и уменьшения инерционности системы водоводов используют компенсационный водоем с насосной группой. При увеличении нагрузки потребления отключается насосная группа, подающая сливную воду в компенсационный водоем, и ее мощность переводится на потребителя, и наоборот. Подачей воды из компенсационного водоема на турбину осуществляют контролируемый расход воды из регулирующих водоемов, компенсируя их инерционность.
Объединение нескольких заявляемых бесплотинных гидроэлектростанций нескольких рек в единую систему позволит эффективно и стабильно получать электроэнергию, не нарушая экологию окружающей среды.
Деривационная бесплотинная гидроэлектростанция с напорным водоводом, эффективно работающая за счет расширения объема водосбора, охватывающего объем паводковых вод по всему руслу реки с большим уклоном, и контролируемым расходом накопленного объема паводковых вод по напорным трубопроводам, найдет применение в гидроэнергетике.