Малая гидроэлектростанция

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области возобновляемых источников энергии в гидроэнергетике, в частности к низконапорным и свободнопоточным гидроэлектростанциям, и может быть использовано для энергоснабжения поселений и предприятий малого и среднего бизнеса на берегах рек. Малая гидроэлектростанция содержит верхний головной бассейн аккумулирования, соединенный с руслом реки и подключенный напорным водоводом через затвор верхнего контура и ортогональную гидротурбину, расположенную в турбинной камере, к входу регулирующего бассейна. Регулирующий бассейн через отсасывающую трубу, турбинную камеру с ортогональной гидротурбиной и затвор нижнего контура подключен к руслу реки ниже входа в верхний головной бассейн аккумулирования. Ортогональная гидротурбина подключена к потребляющей электросети, а затворы верхнего и нижнего контура соединены с механизмом управления затворами. Верхний головной бассейн и регулирующий бассейн представляют собой сообщающиеся сосуды. Изобретение направлено на обеспечение постоянной выработки электрической энергии при рабочих расходах в турбинной камере, превышающей расход притока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области возобновляемых источников энергии в гидроэнергетике, в частности к низконапорным и свободнопоточным гидроэлектростанциям, и может быть использовано для энергоснабжения поселений и предприятий малого и среднего бизнеса на берегах рек.

Проблемы автономного энергоснабжения и энергоэффективности экономики возможно, по меньшей мере, частично решать использованием местного гидропотенциала путем применения малых гидроэнергетических установок на местных водотоках. Площадь децентрализованного энергоснабжения за счет завозимого топлива или вырубаемого леса в нашей стране превышает 70% ее территории. В местах изолированных поселений имеются естественные и искусственные водные потоки, так, в частности, в Алтайском крае стекает в Обь более 20 тыс. неиспользуемых в энергетике водотоков суммарной протяженностью около 60 тыс. км и общим объемом около 43 куб. км воды за год. На местных водотоках можно установить гидроэнергетическую установку микроГЭС мощностью до 100 кВт практически повсеместно или малую ГЭС мощностью до 30 МВт. Во многих развитых странах (Австрия, Канада, США, Швеция, Япония) освоен гидропотенциал крупных рек и тысячами строятся малые ГЭС. В КНР ежегодно вводятся малые ГЭС суммарной мощностью до 300 МВт с увеличением до 600 МВт в перспективе (Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. М.: КНОРУС, 2012. - 240 с., с. 22, 211). В нашей стране вклад малой энергетики не превышает 1%. Достоинства микрогидроэнергетических установок: использование местных возобновляемых ресурсов, близость к потребителям и обеспечение энергоснабжения поселений, предприятий малого и среднего бизнеса, исключение затрат на закуп и завоз топлива, на строительство питающей линии и ее подключение к сети централизованного электроснабжения, на оплату за потребленную энергию по тарифам энергетических сетей; исключение экологического ущерба от сжигания замещаемого топлива и от водохранилищ крупных ГЭС; независимость от погодных условий, равномерность выработки энергии, значительная плотность энергии гидропотока по сравнению с естественными потоками ветровой и солнечной энергии на поверхности Земли, обеспечение быстрого возврата вложенных средств в течение до 3-5 лет. При планировании применения микрогидроэнергетических установок учитывают: условия эксплуатации, факторы местной внешней среды, неравномерность водотока и его значительное снижение в зимний и летний меженный периоды, обеспечение требований к оборудованию, перепады температур, повышенную влажность и коррозионно-активную среду; максимальное удовлетворение требований потребителя - технических, эксплуатационных, безопасности и экологичности; приемлемую стоимость, материалоемкость, трудоемкость монтажа-демонтажа, обслуживания, ремонта, ликвидации аварийных режимов; ресурс работы (10-30 лет) и наработку на отказ (1 год), возможность несанкционированного воздействия, льдообразования и др.

Известно (RU, заявка на выдачу патента на изобретение 2013128048, опубл. 17.12.2013) устройство беспаузной турельной приливной электростанции (БТПЭС), состоящее из стального или ж/бетонного, в виде параллелепипеда наплавного энергоблока (НЭБ), с продольно расположенным конусообразным прямоугольного сечения водоводом внутри. В турбинной камере, установленной в средней части этого водовода, на вертикальную ось посажена обладающая положительной плавучестью ортогональная турбина (ОТП), верхний торец ее полового вала, находясь в сцеплении с наставным полым валом, способен передавать крутящий момент через короткую трансмиссию к генератору; находясь в струе рабочего потока, образованного при последовательно соединенных водоводах НЭБ и турельного устройства (ТУ), установленного на оси между проливом и водоводом отсеченного плотиной бассейна, способного под действием сменяющихся течений обеспечивать беспрерывную работу БТПЭС, поворотом раструба навстречу приливу или отливу, а при их остановках, при полной воде в проливе, открывать водовод в сторону опорожненного бассейна, и, наоборот, при малой воде в проливе открывать водовод со стороны бассейна.

Основным недостатком известной установки следует признать низкую область применения - только приливные электростанции.

Известна (RU, патент 2391554, опубл. 10.06.2010) гидроэнергетическая установка, содержащая низконапорную ортогональную турбину, ротор турбины с лопастями крыловидного профиля, установленный поперек проточной камеры, в камере выполнен, по меньшей мере, один поперечный выступ, примыкающий с зазором к ометаемой лопастями поверхности, боковая грань выступа, обращенная к подводящему отверстию проточной камеры, выполнена вогнутой и с образованием острого угла, проточная камера в перпендикулярном оси ротора сечении выполнена с соблюдением центральной симметрии относительно оси ротора, в проточной камере перед поперечным выступом установлен, по меньшей мере, один струенаправляющий элемент, на роторе смонтирован самоустанавливающийся в потоке среды обтекатель, лопасти выполнены прямолинейными с постоянным по длине лопасти крыловидным профилем и закреплены на роторе параллельно его оси, лопасти закреплены на роторе с использованием дисков или кронштейнов обтекаемой формы, торцы лопастей фиксированы дисками или кольцами.

Недостаток известного технического решения состоит в следующем: выполнение турбины одноярусной с тремя и более прямолинейными лопастями крыловидного профиля увеличивает степень затенения, снижает энергетические характеристики - быстроходность и КПД турбины по сравнению с двух- или однолопастной турбиной, что вызывает необходимость применения более тихоходного электрогенератора или иной рабочей машины и увеличивает капитальные затраты на энергоустановку, выполнение вогнутого выступа с острой гранью вызывает поперечные струи, завихрения набегающего потока и снижение КПД.

Ближайшим аналогом разработанного технического решения можно признать (SU, авторское свидетельство 853145, опубл. 21.08.1981) гидроаккумулирующую электростанцию, содержащую верхний головной бассейн аккумулирования, соединенный с руслом реки и подключенный напорный водоводом к гидротурбине, расположенный в турбинной камере, и регулирующий бассейн, при этом гидротурбина подключена к потребляющей электросети.

Недостатком известной гидроаккумулирующей электростанции следует признать периодичность ее работы.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в разработке конструкции малой гидроэлектростанции нового типа.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной малой гидроэлектростанции, состоит в постоянной выработке электрической энергии при рабочих расходах в турбинной камере, превышающей расход притока (реки).

Для достижения указанного технического результата предложено использовать малую гидроэлектростанцию разработанной конструкции. Разработанная малая гидроэлектростанция содержит верхний головной бассейн аккумулирования, соединенный с руслом реки и подключенный напорным водоводом через затвор верхнего контура и ортогональную гидротурбину, расположенной в турбинной камере, к входу регулирующего бассейна, причем регулирующий бассейн через отсасывающую трубу, турбинную камеру с ортогональной гидротурбиной и затвор нижнего контура подключен к руслу реки ниже входа в верхний головной бассейн аккумулирования, ортогональная гидротурбина подключена к потребляющей электросети, затворы верхнего и нижнего контура соединены с механизмом управления затворами, при этом верхний головной бассейн и регулирующий бассейн представляют собой сообщающиеся сосуды.

Преимущественно объем верхнего головного бассейна аккумулирования вдвое меньше объема регулирующего бассейна.

Желательно, чтобы механизм управления затворами выполнен с возможностью их синхронной работы.

Конструкция схематично приведена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: верхний головной бассейн 1 аккумулирования, верхний контур 2 сработки, регулирующий бассейн 3, затвор 4 верхнего контура 2, ортогональная гидротурбина 5, нижний контур 6 сработки, затвор 7 нижнего контура 6, русло реки 8, механизм 9 управления затворами 4 и 7.

Любой тип и вид известных на момент создания рассматриваемой конструкции гидроэлектростанций может работать только на расходах, не превышающих приток реки. Если это условие не выполняется, то мощность гидроэлектростанции со временем начинает снижаться из-за недостатка объема воды в водохранилище и, как следствие, возникает недостаток рабочего напора и снижение энергетического потенциала гидроэлектростанции. Для сохранения объемов выработки планирования расходов при малом водопотоке реки необходимо строить аккумулирующие водохранилища со значительными энергетическими, материальными, финансовыми и другими затратами на строительство и обслуживание. Это нецелесообразно при небольших объемах потребления электроэнергии, как в случае малых гидроэлектростанций.

Отличительной особенностью малых гидроэлектростанций с обратимой (ортогональной) турбиной 5 от других типов гидроэлектростанций является то, что общий рабочий напор срабатывается через промежуточный регулирующий бассейн двойного действия или обратимый регулирующий бассейн 3. Принцип их работы следующий: промежуточный регулирующий бассейн 3 двойного действия малых гидроэлектростанций аналогичен работе сообщающихся сосудов - внутреннего бассейна приливной гидроэлектростанции, бассейна суточного регулирования или верхнего бассейна гидроаккумулирующей электростанции, где через верхний контур 2 вода под напором стекает из верхнего головного бассейна 1 в обратимый регулирующий бассейн 3, вращая ортогональную гидротурбину 5. В результате этого происходит выработка электроэнергии. По окончанию режима сработки верхнего контура 2 механизмом 9 верхний затвор 4 опускают. Работа верхнего контура 2 прекращается, в верхнем головном бассейне 1 начинается процесс аккумулирования воды за счет расхода реки. При закрытии затвора верхнего контура 4 механизмом 9 открывают затвор 7 нижнего контура 6. При этом вода вытекает из регулирующего бассейна 3 через ортогональную гидротурбину 5, в результате чего возобновляется выработка электроэнергии, а вода возвращается в русло 8 реки, компенсируя процесс аккумулирования воды в верхнем бассейне 1.

Для обеспечения длительной работы малой гидроэлектростанции необходимо, чтобы объем верхнего головного бассейна аккумулирования был, по меньшей мере, вдвое меньше объема регулирующего бассейна. При этом объем верхнего головного бассейна аккумулирования должен обеспечить работу малой гидроэлектростанции в течение, по меньшей мере, 12 часов.

Затворы, применяемые на малых гидроэлектростанциях, не должны иметь перекосов и ненормальных деформаций при работе под напором. Во время эксплуатации движение затвора должно быть беспрепятственное и плавное, а посадка на порог правильной. Ходовые и опорные части затвора должны работать хорошо, и фильтрация в закрытом положении должна быть наименьшей. Подъемный механизм затворов ГЭС должен иметь тормозные приспособления для остановки затвора и указатели положения. Защитные заграждения должны быть устроены так, чтобы в случае надобности можно было их снять и произвести осмотр или ремонт. Трущиеся и вращающиеся части затворов, тяговые устройства (цепи Галля и тросы) нужно регулярно смазывать.

1. Малая гидроэлектростанция, отличающаяся тем, что она содержит верхний головной бассейн аккумулирования, соединенный с руслом реки и подключенный напорным водоводом через затвор верхнего контура, и ортогональную гидротурбину, расположенную в турбинной камере, к входу регулирующего бассейна, причем регулирующий бассейн через отсасывающую трубу, турбинную камеру с ортогональной гидротурбиной и затвор нижнего контура подключен к руслу реки ниже входа в верхний головной бассейн аккумулирования, ортогональная гидротурбина подключена к потребляющей электросети, затворы верхнего и нижнего контура соединены с механизмом управления затворами, при этом верхний головной бассейн и регулирующий бассейн представляют собой сообщающиеся сосуды.

2. Малая гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что объем верхнего головного бассейна аккумулирования вдвое меньше объема регулирующего бассейна.

3. Малая гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что механизм управления затворами выполнен с возможностью их синхронной работы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию. Бесплотинная инерционная гидроэлектростанция содержит каркас.

Изобретение относится к области гидроэнергетики и конкретно к гидроэлектростанциям. Предлагаемое техническое решение заключается в искусственном сужении грунтовой перемычкой русла реки и создании концентрации кинетической энергии потока воды и дальнейшем использовании в работе вертикальной ярусной ковшевой гидротурбины.

Мини-электростанция относится к машиностроению, в части массовой электрификации сельского хозяйства и быта сельского населения, проживающего у берегов горных рек с большими уклонами и небольшими расходами воды.

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к роторным машинам, работающим в режиме гидродвигателя. Роторная машина включает в себя статор 1, цилиндрический ротор 2, установленный в нем и заполняемый жидкостью с возможностью вращения ее с одинаковой с ротором 2 угловой скоростью.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии потока воды в электрическую энергию. Гидросиловая установка содержит корпус 1 в виде двух камер 17, 18 с впускными и выпускными отверстиями 19-22 с затворами 23-26, поплавки 30, 31, установленные в камерах 17, 18, накопительный резервуар 8, рабочую магистраль 4, коленчатый вал 37 с шатунами, связанными с поплавками 30, 31.

Изобретение относится к гидравлическим системам. Гидроаккумулирующая система включает в себя рабочие механизмы, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления, закачивающих по водоводам воду из природного водоема в водохранилище, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а также устройство преобразования давления потока воды, поступающей по водоводу из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к гидротурбинным установкам. Реактивная гидротурбина состоит из нижнего корпуса, который соединен с верхним корпусом, трубовала, закрепленного на нижнем корпусе, гидравлического коллектора, выполненного в виде герметичной камеры с лопатками первой турбины.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии без строительства плотин. Гидроэлектростанция содержит идентичные блоки.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к конструкциям устройств для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом.

Изобретение относится к конструкциям для получения электроэнергии из возобновляемых источников. Альтернативная гидроэлектростанция содержит водохранилище верхнего бьефа 2, конструкцию для его размещения на необходимой высоте, в которую включено здание с машинным залом, гидротурбину, устройство подвода воды к гидротурбине, ветродвигатель 7 с вертикальной осью вращения, водохранилище нижнего бьефа 1.

Изобретение относится к способу эксплуатации гидроэлектрической турбинной системы. Способ содержит следующие этапы: размещают турбину 12 на морском дне в зоне водоема, подверженной действию приливов и отливов; прокладывают электрический кабель для передачи электрической энергии от турбины 12 к удаленному пункту; обеспечивают возможность вращения турбины 12 и выработки электрической энергии за счет энергии приливно-отливного потока воды, проходящего через турбину 12; и перед электрическим соединением кабеля с турбиной 12 поглощают электрическую энергию посредством блока нагрузки 16. Блок 16 электрически соединен с турбиной 12. Блок 16 установлен в гидроэлектрической турбинной системе 10. Изобретение направлено на упрощение установки гидроэлектрической турбинной системы в подверженном приливам и отливам водоеме. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к гидроэнергетике и может использоваться в гидроэнергетических установках, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды без сооружения напорного тракта. В проеме несущей рамы (1) установлен вращающийся ротор с закрепленными на его валу (2) лопастями (4) крыловидного профиля. Концентратор энергии потока выполнен в виде двух перегородок (6) проема, торцы (7) которых примыкают с зазором (8) к цилиндрической поверхности (9), ометаемой лопастями (4) при вращении ротора. В перегородках вдоль торцов (7) выполнены с одной или с обеих сторон проема рамы (1) желоба (10) скругленного профиля. Группа изобретений направлена на увеличение коэффициента использования кинетической энергии потока и повышение эффективности затрат материала на концентрацию энергии свободного потока. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к береговой гидроэлектрической установке для генерирования электрической энергии. Установка расположена над потоком и содержит корпусную секцию, секцию водяного колеса, подвижную секцию передачи энергии, соединенную с водяным колесом, и секцию генерирования электрической энергии. Корпусная секция содержит платформу, расположенную над потоком на определенном расстоянии от него. Секция водяного колеса содержит опорное устройство, один конец которого удерживается на платформе, водяное колесо, соединенное с опорным устройством на расстоянии от указанного одного конца, и поплавковое устройство, соединенное с опорным устройством с возможностью отделения от него и расположенное под водяным колесом. Подвижная секция соединена с водяным колесом и приспособлена к положению водяного колеса для передачи энергии потока. Секция генерирования содержит генератор, соединенный с подвижной секцией. Кинетическая энергия потока извлекается секцией водяного колеса и передается к секции генерирования, приспосабливаемой к высоте уровня воды с помощью подвижной секции. Изобретение направлено на повышение выходной мощности и снижение риска повреждения течением реки. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области гидромашиностроения. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над каналами 4 лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, с завихрителями потока 15 в них и установленное на валу 28 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные каналы, и лопастями, образующими напорные центростремительные каналы 14. Выход сливных каналов выполнен в диффузор отсасывающей трубы 37. Над каналами 14 размещен усеченный конус 16, на боковой поверхности которого выполнены спиральные каналы 17, выходящие в отводящий диффузор 21, заканчивающийся конусом 22, переходящим в трубу 23, а затем в напорный выходной диффузор 27. В конусе 22 установлено сопло 24, образующее с конусом 22 и трубой 23 конструкцию водоструйного насоса. Внутри сопла 24 установлен изолированный электрод 25, соединенный вращающимся переключателем 45 с генератором 44. Электрод 26 установлен в трубе 23 и соединен с заземлением. Напорные части аппарата 2, колеса 8, конус 16 и опоры скольжения 29 установлены в корпусе 20, соединенном на входе с подводом 1, а на выходе с диффузором 21. Изобретение направлено на увеличение и регулирование напора и подачи на его выходе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования механической энергии движения водной среды в электрическую энергию. Устройство для преобразования энергии движения водной среды 1 в электрическую энергию содержит опору 2, герметизированное гибкое полотнище 3, вмонтированные в ткань полотнища 3 элементы-преобразователи механических воздействий на полотнище 3 в электрические сигналы, вмонтированные в ткань полотнища 3 элементы-преобразователи этих электрических сигналов в однополярный электрический ток, который подается потребителю 4. Полотнище 3 выполнено с отрицательной плавучестью и прикреплено к поплавку 5, соединенному с опорой 2. Изобретение направлено на технологическое облегчение исполнения герметизированного гибкого полотнища и расширение области его применения. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области возобновляемых источников энергии в гидроэнергетике, в частности к низконапорным и свободнопоточным гидроэлектростанциям, и может быть использовано для энергоснабжения поселений и предприятий малого и среднего бизнеса на берегах рек. Малая гидроэлектростанция содержит верхний головной бассейн аккумулирования, соединенный с руслом реки и подключенный напорным водоводом через затвор верхнего контура и ортогональную гидротурбину, расположенную в турбинной камере, к входу регулирующего бассейна. Регулирующий бассейн через отсасывающую трубу, турбинную камеру с ортогональной гидротурбиной и затвор нижнего контура подключен к руслу реки ниже входа в верхний головной бассейн аккумулирования. Ортогональная гидротурбина подключена к потребляющей электросети, а затворы верхнего и нижнего контура соединены с механизмом управления затворами. Верхний головной бассейн и регулирующий бассейн представляют собой сообщающиеся сосуды. Изобретение направлено на обеспечение постоянной выработки электрической энергии при рабочих расходах в турбинной камере, превышающей расход притока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх