КОМПЛЕКС ОСНОВНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ОДНОБАССЕЙНОВОЙ ПРИЛИВНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ПЭС)
COMPLEX OF MAIN HYDRAULIC ENGINEERING STRUCTURES OF SINGLE-POND TIDAL POWER-PLANT (TPP)

Изобретение относится к гидротехническому строительству и к гидроэнергетике и может быть использовано для строительства гидросооружений приливных электростанций (ПЭС).
В гидротехнике принято подразделять все гидротехнические сооружения на постоянные и временные. К временным относят сооружения, используемые только в период строительства и ремонта постоянных сооружений. Постоянные гидротехнические сооружения подразделяют на основные и второстепенные. К основным относят гидротехнические сооружения, разрушение или повреждение которых приводит к нарушению нормальной работы электростанций, прекращению или уменьшению подачи воды для орошения, подтоплению осушаемой и затоплению защищаемой территорий, прекращению или сокращению судоходства, деятельности речного и морского портов, судостроительного и судоремонтного предприятий, может привести к выбросу нефти и газа из морских скважин, хранилищ, трубопроводов, ущербу рыбным запасам и т.п.
К второстепенным относят сооружения разрушение или повреждение которых не приводит к последствиям подобным вышеуказанным.
Таким образом основными гидротехническими сооружениями приливных электростанций, независимо от того, входят они в состав напорного фронта или нет, являются:
- отсекающая плотина;
- здание ПЭС;
- рыбопропускные сооружения (рыбоходы);
- судопропускные сооружения (шлюзы);
- другие сооружения, обеспечивающие нормальную эксплуатацию ПЭС.
Отсекающие плотины ПЭС создают напорный фронт между морем и бассейном. В зависимости от схемы ПЭС они могут иметь различную конструкцию. Однобассейновая ПЭС имеет одну плотину, отсекающую бассейн от моря, и обычно включает в себя глухую и водопропускную части плотины, сопрягающие дамбы (береговые примыкания) и здание ПЭС.
Здание ПЭС предназначено для размещения в нем гидросилового оборудования (генератор, мультипликатор, турбины, установленные в водоводах здания ПЭС), необходимого для выработки электроэнергии.
Известен комплекс основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), предложенный для опытно-промышленной Северной ПЭС в губе Долгой Баренцева моря, включающий отсекающую плотину ПЭС, в составе которой имеются сопрягающие дамбы (грунтовые береговые примыкания), глухие наплавные блоки и наплавной блок здания ПЭС с рыбоходами [журн. "Малая энергетика" №1-2, 2011 г., статья "Северная приливная электростанция", авт. Шполянский Ю.Б., Усачев И.Н., Историк Б.Л., Золотов А.Л., Юрченко А.Н., Новиков С.П., изд. ОАО "НИИЭС"]. Недостатком такого решения является близость взаимного расположения рыбоходов и гидросилового оборудования, работа которого (шум, течение и т.п.) оказывает негативное влияние на рыбопропускную способность рыбоходов.
Аналогичные комплексы основных гидротехнических сооружений однобассейновых ПЭС предложены для промышленных Мезенской, Тугурской и Пенжинской ПЭС [Приливные электростанции / Л.Б. Бернштейн, В.Н. Силаков, С.Л. Гельфер и др.; под ред. д-ра техн. наук Л.Б. Бернштейна. - М.: Энергоатоииздат, 1987. - 296 с.].
Известен, выбранный в качестве прототипа, комплекс основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), реализованный на экспериментальной Кислогубской ПЭС к 2007-ому году, включающий здание ПЭС, состоящее из наплавных блоков, отсекающую плотину ПЭС, в составе которой имеются сопрягающие дамбы (грунтовые береговые примыкания) и наплавной блок здания ПЭС, к одному из двух водоводов которого с помощью стыковочного узла со стороны моря пристыкован исключенный из напорного фронта наплавной блок здания ПЭС [журн. "Гидротехническое строительство" №9, 2007 г., статья "Сооружение типового наплавного энергоблока для приливных электростанций", авт.: Усачев И.Н., Шполянский Ю.Б., Историк Б.Л., Пастухов В.П., Кондрашов Ю.В., Бородин В.В., Савченков С.Н., Кушнерик В.И.].
Общим недостатком описанных решений является низкая эффективность их применения для строительства промышленных и опытно-промышленных ПЭС, обусловленная высокой материалоемкостью и трудоемкостью перекрытия створа, а также низким коэффициентом интенсивного использования дорогостоящих наплавных блоков здания ПЭС, входящих в напорный фронт ПЭС, по причине того, что паспортная производительность наплавных блоков здания ПЭС достигается только после полного перекрытия створа и установки в них гидросилового оборудования, что требует значительных материальных затрат и времени, с течением которого происходит физический и моральный износ наплавных блоков здания ПЭС, обусловленный научно-техническим и производственным прогрессом в области турбиностроения и др. гидросилового и механического оборудования. Так, например, наплавной блок здания Кислогубской ПЭС, установленный в 1968-ом году и предназначенный для французской поворотно-лопастной осевой турбины диаметром 3,3 м (0,4 МВт) морально устарел, т.к. в настоящее время известны и доступны более эффективные образцы гидросилового оборудования, которое, однако, не может быть установлено непосредственно в турбинные водоводы этого наплавного блока. Именно по этой причине изготовлен новый (2007 г.) наплавной блок здания ПЭС, предназначенный для ортогональной турбины диаметром 5 м (1,5 МВт), который пристыкован к старому (1968 г.). Использование ортогональной турбины диаметром 2,5 м (0,2 МВт) является экономически необоснованным и актуально для исследовательских целей. Таким образом следует ожидать, что ориентировочно через 30-50 лет после изготовления наплавные блоки здания ПЭС окажутся пригодными исключительно для пропуска воды через створ ПЭС, что снижает их экономическую эффективность. Демонтаж наплавного блока здания ПЭС, входящего в напорный фронт, без остановки или существенного снижения выработки ПЭС следует считать практически невозможным по экономическим и техническим причинам.
Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента интенсивного использования наплавных блоков здания ПЭС, снижение материалоемкости и трудоемкости перекрытия створа в первую очередь для промышленных и опытно-промышленных ПЭС, длина створа которых может достигать 100 км (Северная ПЭС - около 1 км, Мезенская ПЭС - около 90 км и т.д.).
Объектом изобретения является комплекс основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), включающий здание ПЭС, состоящее из наплавных блоков, и отсекающую плотину ПЭС, в составе которой имеются сопрягающие дамбы, отличающийся тем, что отсекающая плотина имеет водопропускные блоки (или по меньшей мере один блок), к которым(-ому) пристыкованы(-ан) (по меньшей мере один) исключенные(-ый) из напорного фронта наплавные(-ой) блоки (блок) здания ПЭС. Использование предложенного технического решения позволяет повысить коэффициент интенсивного использования наплавных блоков здания ПЭС и снизить материалоемкость и трудоемкость перекрытия створа.
Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что комплекс основных гидротехнических сооружений имеет в своем составе по меньшей мере один рыбоход. Это позволяет улучшить экологические параметры объекта и снизить ущерб рыбным запасам при эксплуатации ПЭС.
Изобретение имеет второе развитие, состоящее в том, что комплекс основных гидротехнических сооружений имеет в своем составе по меньшей мере одно судопропускное сооружение. Это позволяет организовать судоходство через створ ПЭС. Изобретение имеет третье развитие, состоящее в том, что судопропускное сооружение, позволяет пропуск наплавных блоков здания ПЭС и/или наплавных рыбоходов. Это позволяет производить установку наплавных блоков с любой стороны от отсекающей плотины независимо от того, где расположена производственная база, на которой производят изготовление наплавных блоков.
Изобретение имеет четвертое развитие, состоящее в том, что отсекающая плотина имеет в своем составе по меньшей мере один глухой наплавной блок. Это позволяет повысить технологичность строительства отсекающей плотины за счет использования преимуществ наплавного способа строительства по сравнению, например, с отсыпкой грунтовой плотины (сопрягающих дамб).
Изобретение имеет пятое развитие, состоящее в том, что наплавные блоки здания ПЭС пристыкованы к водопропускным наплавным блокам отсекающей плотины ПЭС со стороны моря. Это позволяет повысить технологичность установки и демонтажа (замены) наплавных блоков здания ПЭС в том случае, когда производственная база расположена со стороны моря от отсекающей плотины.
Изобретение имеет шестое развитие, состоящее в том, что наплавные блоки здания ПЭС пристыкованы к водопропускным наплавным блокам отсекающей плотины ПЭС со стороны бассейна. Это позволяет существенно снизить волновые и ледовые нагрузки на наплавные блоки здания ПЭС, и следовательно, уменьшить их материалоемкость, а также повысить надежность их конструкций.
Изобретение имеет седьмое развитие, состоящее в том, что наплавные блоки здания ПЭС пристыкованы к водопропускным наплавным блокам отсекающей плотины ПЭС со стороны моря и со стороны бассейна. Это позволяет увеличить выработку электроэнергии ПЭС на приливной акватории за счет последовательного пропуска одного и того же расхода воды через два здания ПЭС (и соответственно через два гидроагрегата), а также организовать удобный доступ автотранспорта к каждому из них по дороге, проходящей вдоль отсекающей плотины, и их техническое обслуживание (общим на два блока козловым краном и т.п.).
Изобретение имеет восьмое развитие, состоящее в том, что наплавные рыбоходы пристыкованы к водопропускным наплавным блокам отсекающей плотины ПЭС со стороны моря и/или со стороны бассейна. Это позволяет производить замену морально и/или физически изношенных наплавных блоков рыбоходов без остановки или снижения выработки ПЭС за счет того, что блоки рыбоходов не входят в напорный фронт.
Изобретение имеет девятое развитие, состоящее в том, что наплавные блоки здания ПЭС и/или наплавные рыбоходы пристыкованы к водопропускным блокам с помощью стыковочного узла. Это позволяет повысить качество стыковки, а также снизить требования к точности установки блоков на дно акватории (основание).
Изобретение имеет десятое развитие, состоящее в том, что стыковочный узел обеспечивает передачу горизонтальных усилий с наплавных блоков исключенных из напорного фронта на отсекающую плотину ПЭС. Это позволяет снизить требования к устойчивости наплавных блоков на основании и уменьшить объем их балластировки, а также, следовательно, освободить пространство внутри блоков под размещение полезных площадей и т.п.
Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет обеспечить достижение новых технических результатов по сравнению с прототипом. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемыми техническими результатами приведена в таблице 1 (см. стр.7).
Сущность предлагаемого устройства и принцип его действия поясняются чертежами:
- на фиг.1 представлен план комплекса основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), отсекающая плотина которого имеет водопропускной наплавной блок с пристыкованными к нему со стороны моря исключенными из напорного фронта наплавными блоками здания ПЭС;
- на фиг.2 представлен план комплекса основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), отсекающая плотина которого имеет судопропускное сооружение, позволяющее пропуск наплавных блоков, и водопропускной наплавной блок с пристыкованными к нему со стороны моря и со стороны бассейна исключенными из напорного фронта наплавными блоками здания ПЭС и наплавными рыбоходами.
- на фиг.3 представлен план комплекса основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС), отсекающая плотина которого имеет судопропускное сооружение, позволяющее пропуск наплавных блоков, и водопропускной наплавной блок с пристыкованными к нему со стороны бассейна исключенными из напорного фронта наплавными блоками здания ПЭС и наплавными рыбоходами.
- на фиг.4 представлен разрез вдоль потока по водопропускному наплавному блоку и пристыкованному к нему наплавному блокук здания ПЭС.
Комплекс основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС) содержит (см. фиг.3 и 4) здание ПЭС, состоящее из наплавных блоков здания ПЭС (1), отсекающую плотину ПЭС, в составе которой имеются сопрягающие дамбы (2), глухие наплавные блоки (3), судопропускное сооружение (4) и водопропускные блоки (5), к которым пристыкованы исключенные из напорного фронта наплавные блоки здания ПЭС (1) и наплавные рыбоходы (6).
Работа устройства реализуется на приливной акватории за счет создания напора между морем и бассейном отсекающей плотиной и пропуска расхода воды, движущейся под воздействием напора через турбинные тракты (7) наплавных блоков здания ПЭС. Благодаря этому посредством гидросилового оборудования (8), установленного в наплавных блоках здания ПЭС (1), реализуют выработку электроэнергии.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.
Пример №1. Строительство приливной электростанции (см. фиг.3 и 4).
Для отсекающих плотин промышленных приливных электростанций характерны весьма значительные протяженности, достигающие 30 км и более. Выработка электроэнергии реализуется дорогостоящим гидросиловым оборудованием, установленным в зданиях приливной электростанции, которые будучи даже ненасыщенными технологическим оборудованием имеют стоимость в 4-8 раз превышающую стоимость блоков глухой плотины. В свою очередь блоки глухой плотины лишь незначительно дешевле водопропускных наплавных блоков в связи с простотой конструкции последних. Таким образом рационально исключить дорогие здания приливной электростанции из напорного фронта сооружения, заменив их водопропускными наплавными блоками. При этом обеспечивается поэтапное устойчивое освоение мощностей и существенное снижение минимального уровня первоначальных инвестиций в строительство.
Строительство приливной электростанции производят следующим образом. Сначала (в течение, возможно, нескольких десятилетий) возводят отсекающую плотину, в составе которой имеются сопрягающие дамбы (2), глухие наплавные блоки (3), водопропускные блоки (5) и судопропускное сооружение (4), через которое впоследствии последовательно (в соответствии с доступными производственными мощностями и финансовыми возможностями) проводят в защищенную часть акватории (бассейн) наплавные блоки здания ПЭС (1), наплавные рыбоходы (6) и устанавливают их на дно акватории (преимущественно на неподготовленное), стыкуя с водопропускными наплавными блоками (5), обеспечивающими пропуск расходов воды, необходимых для работы гидросилового оборудования (8), установленного в наплавных блоках здания ПЭС (1).