Гидроаккумулирующая установка

(45) Дата опубликования описания 07.03.81 Е 02 В 9/00 Е ОЗВ 13/О Го еииые комите СССР о делам изобрете и открытиЯ(088,8) Авторы зоб ретения Н. Астахов, В. А,В. И, Обрезков й ордена Лени энергеков, П, . Г,Тер Непорожзарян 1) Заявитель ской Р осковс на и ордена Ок тический инстит 54) ГИДРОАККУМУЛ Я УСТАНОВ Изобрименнокам.В настоянепрерывногрузки энеих структусобных рабме. Известции (ГЭС)плотину иническуюскую (1). етение к гидр относится ккумулир энергетике, ащим установемя наблюдается процесс уплотнения графиков наем, что требует наличия в рирующих установок, спов резкопеременном режиавлические электростанржащие водохранилище, ты, преобразующие мехаию воды в электричещее вр го раз ргосист ре гене отать ны гидр соде агрега энергПо мере развития народного хозяйства потребность в оперативных пиковых мощностях возрастает, а возможность их получения за счет ГЭС (тепловые пиковые электростанции требуют дефицитного и дорогого топлива и менее мобильны) ограничивается запасами водноэнергетических ресурсов. Так, в Европейской части Советского Союза, где сосредоточены основные потребители электроэнергии страны, экономически целесообразные к использованию гидроэнергетические ресурсы практически уже исчерпаны, Кроме того, возможности выдачи пиковой мощности ГЭС определяются режимом водохранилища и гидрологическим режимом реки, что затрудняет генерирование пиковой мощности в нужный момент времени и нужной величины.Известно, что дальнейшее развитие энергетики Европейской части СССР будет происходить прежде всего за счет сооружения мощных АЭС, не приспособленных к работе в переменном режиме.В этих условиях усложняется не только проблема покрытия пика графика нагрузки системы, но и проблема прохождения ночного провала нагрузки, величина которой становится меньше технического минимума, работавшего в часы пик оборудования ТЭС и АЭС и кратковременный останов которых практически невозможен.В настоящих условиях решение этих проблем наиболее целесообразно осуществлять с помощью гидроаккумулирующих электростанций, стоящих из двух емкостей и реверсивных генераторов 1).Наиболее близким к изобретению техническим решением являются известные гидроаккумулирующие установки, включающие водоем, реверсивные генераторы и аккумулятор энергии 12). Аккумулятор энергии выполнен в виде гидротехнического сооружения, включающего верхний резервуар и водоводы.В первом случае генератор очного провала нагрузки рабо ме60 65 двигателя и сидящая на одном валу с ним турбина, работая в насосном режиме, перекачивает воду из нижнего резервуара в верхний, создавая одновременно дополнительную нагрузку системы. Во втором случае запасенная в верхнем резервуаре вода пропускается в часы пика нагрузки через турбины ГАЭС и генератор вырабатывает электроэнергию, а вода переходит в нижний резервуар.Однако ГАЭС требуют для сооружения определенных топогеологических условий, которые при данном водоеме позволили бы сооружить два резервуара с перепадом уровней между ними не менее 80 - 100 м (чем больше, тем лучше). Такие условия отнюдь не всегда имеются.Сооружение ГЛЭС в некоторых средних условиях требует сравнительно больших (примерно 160 руб/кВт установленной мощности), капиталовложений с достаточно длительным омертвлением их во время строительства, а также привлечения людских сил, материалов и техники. Кроме того, в силу конструктивных особенностей силового оборудования ГЛЭС время пуска ее из насосного режима в генераторный занимает 8 - 10 мин, что ограничивает возможность использования ГАЭС для улучшения динамической устойчивости энергосистем в периоде заряда. Эти недостатки снижают эффективность и надежность известной конструкции.Целью изобретения является повышение эффективности и надежности установки путем устранения отмеченных недостатков.Поставленная цель достигается тем, что аккумулятор энергии выполнен в виде полой емкости, расположенной в водоеме и кинематически соединенной с реверсивными генераторами.На чертеже изображен схематичный разрез гидроаккумулирующей установки.Энергосистема 1 электрически связана с реверсивным генератором 2, представляющим собой генератор электрической энергии, который может работать в двух режимах: прямом (генераторном) и обратном (двигательном). Вал 3 реверсивного генератора 2 кинематически соединен с полой емкостью 4, расположенный в водоеме 5. Полая емкость 4 может фиксироваться в затопленном положении стопором (на чертеже не показан),Установка работает следующим образом,Во время избытка мощности в энергосистеме 1, например во время прохождения ночного провала нагрузки, полая емкость запасает энергию. При этом реверсивный генератор 2 работает в двигательном режиме, создавая дополнительную нагрузку в энергосистеме (необходимую во время прохождения провала нагрузки) погружением полой емкости 4 в водоем 5. При этом (без 5 1 О 15 25 30 35 40 45 50 55 4учета потерь на трение) запасаемая энергия определяется выражением= (рд 1 - Мд) й,где р - плотность воды;д - ускорение свободного падения; У - объем полой емкости (погруженнойчасти);М - масса полой емкости;Л - глубина погружения.Если масса полой емкости 4 мала и имеет форму параллелепипеда с площадью основания 5 и высотой Н, то получаемы= 1 рдьь = 1 раьн(к =и). Предположив, что полая емкость имеет размеры 10 К 10 К 10 м и что она погружается на глубину 10 м, можно рассчитать величину запасаемой энергии по формулеЬИ = 0,5 10 Дж. Хранение энергии осуществляется следующим образом: стопор фиксирует положение полон емкости 4 под водой в водоеме 5.Во время прохождения максимума нагрузки, когда в энергосистеме имеется дефицит пиковой мощности, аккумулятор энергии работает в режиме выдачи накопленной энергии, При этом стопор отпускается. Под действием выталкивающей силы полая емкость 4 всплывает, а так как она кинематически связана с реверсивным генератором 2, работающим в генераторном режиме, то при этом в энергосистему отдается накопленная энергия, вычисленная по формуле (за вычетом потерь на трение).Поскольку в изобретении отсутствуют два элемента прототипа - турбины и верхнего резервуара, экономический эффект его может быть приближенно оценен стоимостью их сооружения, Надо отметить также, что эта оценка заниженная, так как здесь не учтен ряд факторов, например стоимость земли под сооружение верхнего резервуара, стоимость земляных и бетонных работ при сооружении здания ГАЭС, вспомогательное оборудование, ряд монтажных работ и т. д.Экономический эффект будет также обеспечиваться тем, что аккумулятор энергии в виде полой емкости, дополняя функции ГЭС и ГАЭС в части генерирования дешевых кратковременных пиковых мощностей, способствует дальнейшему повышению динамической устойчивости энергосистем, особенно в наиболее критические моменты времени.В целом эффективность может быть оценена величиной снижения удельных капиталовложений примерно на половину. Так, для установленной мощности ГАЭС 1200 МВт и при удельных капиталовложениях 160 руб/кВт экономический эффект составит 1200 100,5 160 = 100 млн. руб,аказ 353/1 О Изд.177 Тираж 694ПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобр 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д, 4/5 Подпис откры ни ипография, пр. Сапунова,Установка может также использоваться в тех автономных системах, в которых к пиковым мощностям предъявляются дополнительные требования, определяемые спецификой их работы (бесшумность, отсутствие загрязнения воздушной среды и т, д.). Формула изобретения Гидроаккумулирующая установка, включающая водоем, реверсивные генераторы и аккумулятор энергии, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее эффективности и надежности, аккумулятор энергии выполнен в виде полой емкости, расположенной в водоеме и кинематически соеди ненной с реверсивными генераторами. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гидроэнергетические установки. Под10 ред. Щавелева Д. С., 1976, с. 9, 10.2. Король Л. А. Гидравлическое аккумулирование энергии, 1975, с. 5,