КАСКАД ДЕРИВАЦИОННЫХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Полезная модель относится к области гидроэнергетики и может применяться при проектировании, сооружении и эксплуатации деривационных гидроэлектростанций мощностью до 100 МГвт. Сооружение деривационных гидроэлектростанций и их эксплуатация позволяют значительно удешевить процесс выработки электроэнергии, сохранить экологическую чистоту местности, экономить топливные ресурсы за счет сокращения числа проектируемых ТЭЦ, экономить топливные сборки на построенных АЭС.
Известен каскад деривационных гидроэлектростанций по патенту на полезную модель RU 109230, принятому за прототип.
Известный каскад содержит водоем, плотину, железобетонный канал, гидроагрегаты, последовательно установленные в канале, расположенном в нижнем бьефе плотины.
Одной из отличительных особенностей известного технического решения является выполнение расстояния от диаметральных габаритов турбин до верхней кромки канала, равным одной трети глубины канала, обеспечивающим местное поднятие над гидротурбинами уровня водного потока, что предохраняет гидротурбины от намерзания на них льда в зимнее время года и предотвращает выход гидротурбин из строя.
Однако, это верно только при одном условии: количество воды, содержащейся в образованном плотиной водоеме, может обеспечить местное поднятие над гидротурбинами водного потока круглогодично, в том числе и в зимнее время года. В случае, когда запас воды в образованном плотиной водоеме ограничен, особенно в зимнее время года, когда он пополняется только грунтовыми водами, его может не хватить для защиты лопаток гидротурбин от намерзания на них льда, что приведет к выходу гидроагрегатов из строя.
Задачей предложенной полезной модели является повышение надежности работы каскада деривационных гидроэлектростанций.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение всепогодности работы каскада деривационных гидроэлектростанций, расположенных у водоема с ограниченным запасом воды.
Технический результат обеспечивается тем, что в каскаде деривационных гидроэлектростанций, содержащем водоем, плотину, железобетонный канал, расположенный в нижнем бьефе плотины, гидроагрегаты, последовательно установленные в канале, согласно полезной модели, вне канала и ниже последнего гидроагрегата каскада установлен гидронасос с приводным электродвигателем, сообщенный посредством водовода и водоприемника с отработавшим потоком воды, а нагнетательная полость гидронасоса сообщена посредством напорного водовода с водоемом.
По меньшей мере, один из электрогенераторов каскада подключен к приводному электродвигателю гидронасоса.
Гидронасос с приводным электродвигателем установлен в отапливаемом в зимнее время года помещении.
Помещение для гидронасоса с приводным электродвигателем снабжено теплоэлектронагревательными элементами.
Предложенное техническое решение позволяет в ночные часы, когда до минимума сокращено энергопотребление, часть электроэнергии, вырабатываемой каскадом деривационных электростанций, использовать для электропитания приводного двигателя гидронасоса. Это позволяет перебрасывать часть воды отработавшего потока обратно в водоем, что способствует поддержанию уровня воды в водоеме на заданной высотной  отметке, создает условия работоспособности гидроагрегатов за счет достигнутого постоянства смывания лопастей гидротурбин водой, имеющей температуру выше точки ее замерзания. Тем самым обеспечивается всепогодность работы каскада гидроэлектростанций, расположенных у водоема с ограниченным запасом воды, а значит повышает и надежность работы каскада.
Сущность представленной полезной модели поясняется ее схемой.
Каскад деривационных гидроэлектростанций содержит водоем 1, плотину 2, образующую водоем 1, водосброс 3, расположенный в теле плотины 2, железобетонный канал 4, примыкающий к плотине 2. Железобетонный канал 4 имеет уклон относительно верхнего бьефа плотины в пределах от 0,5 до 40 градусов. В железобетонном канале 4 расположен ряд гидротурбин 5, валы которых соединены через муфты 6 с валами электрогенераторов 7, установленных вне канала 4 и сбоку от него. Вне канала 4 и сбоку от него и ниже последней из гидротурбин 5 установлен гидронасос 8 с приводным электродвигателем 9. Всасывающая полость гидронасоса 8 сообщена посредством водовода 10 и водоприемника 11 с отработавшим потоком воды, протекающим по каналу 4, а нагнетательная полость гидронасоса 8 сообщена посредством напорного водовода 12 с водоемом 1. Гидронасос 8 с приводным электродвигателем 9 установлен в отапливаемом в зимнее время помещении 13. По меньшей мере один из электрогенераторов 7 каскада подключен к приводному электродвигателю 9 гидронасоса 8.
Работа каскада деривационных гидроэлектростанций осуществляется следующим образом.
Поток воды, низвергающийся из водоема 1 через водосброс 3 плотины 2 устремляется в железобетонный канал 4, протекая по которому, вращает гидротурбины 5. Электрогенераторы 7 вырабатывают электрический ток, передающийся по проводам потребителям электроэнергии, расположенным поблизости от водоема, излишки электроэнергии поступают через распределительный пункт в единые электрические сети. В теплое время года, когда водоем запитывается не только грунтовыми, но талыми и ливневыми водами, гидротурбины каскада работают в обычном режиме. В зимнее время года, когда отсутствуют талые и ливневые воды, водоем запитывается только грунтовыми водами. При ограниченном запасе воды в водоеме в зимнее время в ночные часы, когда потребление энергии минимально, автоматика подключает по меньшей мере один из генераторов 7 к приводному электродвигателю 9 гидронасоса 8. Часть воды отработавшего потока гидронасос 8 через напорный водовод 12 перебрасывает обратно в водоем 1. Этим достигается поддержание уровня воды в водоеме 1 на заданной отметке. При этом количество воды, сбрасываемой в нижний бьеф, поддерживается на уровне, достаточном для предотвращения намерзания льда на лопатках гидротурбин. В утренние часы, когда повышается энергопотребление, автоматика при необходимости выключает гидронасос из работы.
Тем самым обеспечивается всепогодность работы каскада деривационных гидроэлектростанций, повышается надежность работы каскада.