CS248172B1 - Způsob provozování přečerpávací vodní elektrárny - Google Patents

Abstract

Uešení se týká způsobu provozování přečerpávací vodní elektrárny s uzavřeným objemem provozního kapalného média. Do provozního kapalného média se přiflává složka pro zvýšení jeho měrné hmotnosti, například chlorid sodný, chlorid vápenatý nebo kaolín, a také složky pro úpravu hydraulických vlastnosti média, zejména složky pro úpravu třecích vlastností a viskozity, například polyakrylamidy a polyetylénoxidy.

Description

Vynález se týká způsobu provozování přečerpávacích vodních elektráren s uzavřeným obvodem pracovního média, například přečerpávacích vodních elektráren s dolní akumulační nádrží v podzemí. Vynález řeší možnost zefektivnění provozu těchto přečerpávacích vodních elektráren umělým řízením vlastností pracovního média přidáváním složek, které zvětšují měrnou hmotnost média a zmenšují hydraulické odpory a provozní ztráty.

Dosavadní způsoby provozování přečerpávacích vodních elektráren s utavřeným obvodem pracovního média používají jako pracovního média surovou vodu bez záměrného ovlivňování jejích fyzikálních vlastností. Vzhledem k relativně malé měrné hmotnosti srpové vody a relativně velkým hydraulickým ztrátám vznikajícím při protékáni hydraulického obvodu elektrárny, vznikají na jedné straně značné investiční i technické nároky na akumulační prostory v podzemí a na druhé straně vznikají značné ztráty elektrické energie, jak při čerpadlovém provozu elektrárny, tak i turbínovém. Naznačené nevýhody vedou k tomu, že se tento typ přečerpávacích vodních elektráren prakticky nerealizuje.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob provozování přečerpávací vodní elektrárny s uzavřeným objemem provozního kapalného média podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se do provozního kapalného média přidává složka pro zvýšení jeho měrné hmotnosti, například chlorid sodný, chlorid vápenatý nebo kaolin. Do provozního kapalného média se s výhodou mohou přidávat také složky pro úpravu hydraulických vlastností média, zejména složky pro úpravu třecích vlastností a viskozity, například polyakrylamidy a polyethylenoxidy.

Způsob provozování přečerpávací vodní elektrárny podle vynálezu, tedy řízením fyzikálních vlastností pracovního média, lze bez nároků na investiční prostředky získat zvýšením výkonu výroby a celkové účinnosti přečerpávacích vodních elektráren e uzavřeným obvodem pracovního média. Při zachování požadovaného výkonu a výroby těchto elektráren lze zase získat úspory na rozměrech jednotlivých prvků hydraulického obvodu včetně úspor na podzemních akumulačních prostorech, přitom pro získání složek k naznačenému řízení fyzikálních vlastností pracovního média lze ve značné míře použít i odpadních materiálů.

Způsob provozování přečerpávacích vodních elektráren podle vynálezu je založen na umělém řfzení vlastností pracovního média. Oprava fyzikálních vlastností pracovního média spočívá v přidávání složek, které ve formě těžších roztoků nebo suspenzí vedou ke zvýšení měrné hmotnosti pracovního média, a vedou k zmenšování hydraulických odporů a ztrát, v obou případech v porovnání s používáním surové vody, Obou druhů ovlivňujících složek lze ppužíf odděleně i společně, jednprázoyš i opakovaně,

Způsob prpvozoyání přečerpávacích vědních elektráren s uzavřeným objemem provozního kapalného média řízených vlastností podle vynálezu lze použít při takových koncepčních uspořádáních, kdy horní i dolní akumulační nádrž je možné provozně oddělit od systému povrchového i podzemního proudění vody. Přitom horní i dolní akumulační nádrže mohou být bud na povrchu anebo v podzemí, případně uspořádané v různých kombinacích naznačených možností.

K realizaci přečerpávacích vodních elektráren tohoto typu lze konkrétně využit například 1 opuštěných hlubinných dolů. Těžní jámy některých opuštěných dplů dosahují hloubky i přes 1 000 m a V desítkách pater mají rozvětvené důlní chodby, 'které vytvářejí relativně značné volné podzemní prostery, vhodné po stavebních úpravách pro vytvoření nádržních prostorů, nebot prostory V podzemí lze vytvořit i uměle.

Vzhledem k tomu, že μ těchto děl lze izolovat pracovní médium od okolního prostředí a jeho provoz má cirkulační charakter, lze umělou změnou vlastností tohoto pracovního média přispět ke zlepšení techniekoekonomiekých parametrů díla. To lze dokumentovat pomocí vztahů pro výkon a příkon soustrojí, kterým lze vyjádřit výkon při turbínovém provozu rovnicí 1 ve tvaru:

^?T 1Q2

HT rt a příkon při čerpadlovém provozu rovnicí 2 ve tvaru:

⁼ li? · P · ^QC · ^HC · ^kHC · kde P_T, značí turbínový výkon (kw), příkon čerpadel (kW),$ značí měrná hmotnost pracovního média (kg m ³), Q_T, značí průtok turbínový (m³s , průtok čerpadlový (m³s^-1), H^, značí hrubý spád turbínový (m), hrubý spád čerpadlový (m), který je dán rozdílem horní a dolní hladiny vody, k^_T značí spádový koeficient pro turbínový provoz, daný poměrem užitného spádu turbíny ke spádu hrubému, přitom <1, k^ značí spádový koeficient pro čerpadlový provoz, daný poměrem užitného spádu čerpadla ke spádu hrubému, přitom k^ ^.1, Ύ_τ;

Ύζ značí účinnost při turbínovém provozu, účinnost při čerpadlovém provozu.

Z rovnice 1 je zřejmé, že při turbínovém provozu lze použitím média o větší měrné hmotnosti v porovnání se surovou vodou přímo úměrně zvětšit výkon soustrojí. Obdobně je v daném případě možné zvětšit výkon i použitím média vykazujícího menší hydraulické ztráty, neboř se zvětší hodnota užitného spádu a tím i spádového koeficientu k-,_.

HT

Z rovnice 2 je patrné, že při čerpadlovém provozu při použití téhož média o větší měrné hmotnosti rostou úměrně nároky na příkon elektromotoru soustrojí a tím i na celkovou spotřebu elektrické energie. Třeba však připomenout, že se zde jedná o levnější energii v porovnání se špičkovou elektrickou energií, která se získává z přečerpávací vodní elektrárny při turbínovém provozu.

Použije-li se při čerpadlovém provozu médium, vykazující menší hydraulické ztráty, ukazuje rovnice 2 na možné snížení nároků na velikost příkonu P^, neboř klesá hodnota užitného spádu pro Čerpání a tím i hodnota koeficientu

Pro zvýšení měrné hmotnosti pracovního média lze použít řadu látek, například chlorid sodný NaCl, který je ve vodě dokonale rozpustný a který se zcela přirozeně používá u vodních elektráren přílivových a dále například chlorid vápenatý CaCl^ a další látky. Jejich použití závisí na konkrétních podmínkách v oblasti zásobních prostorů přečerpávacích vodních elektráren provozovaných způsobem podle vynálezu.

Velmi vhodnou suspenzní látkou pro zvětšení měrné hmotnosti může být kaolin, respektive odpady při zpracování kaolinu, které obsahují nečistoty zabraňující dalšímu použití, ale které jsou pro dané účely velmi vhodné malou zrnitostí, řádově 1 ^um.

K zamezení usazování částic a současně ke zmenšení hydraulických ztrát v celém hydraulickém systému přečerpávací vodní elektrárny lze použít polyelektrolytických aditiv se stejným elektrickým nábojem jako tuhé částečky suspenze, například polyakrylamidy, polyethylenoxidy. Tato makromolekulám! aditiva lze použít i samostatně bez kombinace s tuhými částicemi.

Příklad 1

Pro lokalitu hlubinné přečerpávací vodní elektrárny Březová Hora u Příbrami bylo pro zvýšení měrné hmotnosti pracovního média použito kaolinu s = 2 620 kgm ³. Jeho pořizovací cena je 1 000 až 1 100 Kčs/t. Je to látka, která se používá při výrobě porcelánu. Kaolin obsahoval 80 % částic menších než 2 ^um. Je to měkký, neabrazívní materiál. Pro 2 % v roztoku byla měrná tíha = 1,013 Mpm ³, množství látky pro danou koncentraci A = 20 kgm ³, cena potřebného množství látky byla B = 14,184 mil. Kčs, výkon navíc, získaný vyšší měrnou tíhou Z\ P = 3,87 MW, objem výlomových prací získaný vyšší měrnou tíhou Δ V = 9,101 tis. nr, cena za Λ? za rok CA_p = 4,741 mil. Kčs, cena za A V za rok cA_v = 9,101 mil. Kčs, návratnost investic za médium v rocích D = 2,99 roku a procento ušetřených investic za výlom vztažený k objemu výlomových prací pro = 1 bylo E = 1,3 %.

Další příklady jsou pro jednotlivé hodnoty % v roztoku uvedeny v přiložené tabulce č. 1.

Příklad 2

Pro lokalitu hlubinné přečerpávací vodní elektrárny Březová Hora u Příbrami bylo pro zvýšení měrné hmotnosti pracovního média použito chloridu sodného NaCl, jehož $ = 2 163 kgm~^, U nás se NaCl těží u Prešova a Zbudzy na východním Slovensku. Jeho pořizovací cena je 161 Kčs/t. Pro 1 % v roztoku byla měrná tíha - 1,0053 Mpm \ množství látky pro danou koncentraci A = 10,05 kgm'\ cena potřebného množství látky B = 1,148 mil. Kčs, výkon navíc, získaný měrnou tíhou ÓP = 1,58 MW, objem výlomových prací, získaný vyšší měrnou tíhou Δν = ~ 3,739 tis.m^, cena za Δρ za rok CÓ_p = 1,933 mil. Kčs, cena za Δν za rok cA_v = 3,739 mil. Kčs, návratnost investic za médium v rocích D = 0,59 roku, procento ušetřených investic za výlom, vztažený k objemu výlomových prací pro 1 bylo E = 0,5 % a ušetřené investice, tedy rozdíl mezi investicemi ušetřenými za A V a cenu za NaCl je F 2,591 mil. Kčs.

Další příklady jsou pro jednotlivé hodnoty % v roztoku uvedeny v přiložené tabulce č. 2.

Návratnost investic u kaolinu je 3 roky, u chloridu sodného 0,5 roku. Při použití chloridu sodného jsou ušetřeny celkové investice. V uvedených případech nebylo zjištěno jakékoliv korozívní působení přidávaných chemikálií na provozní zařízení.

Při použití způsobu podle vynálezu se není třeba obávat ani ekologického poškození ani případného úniku chemikálií do spodních povrchových vod. Nemusí jít o agresivní chemikálie, ale o jílovíté suspenze. To záleží případ od případu a od charakteru lokality.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob provozování přečerpávací vodní elektrárny s uzavřeným objemem provozního kapalného média, vyznačující se tím, že se do provozního kapalného média přidává složka pro zvýšení jeho měrné hmotnosti, například chlorid sodný, chlorid vápenatý nebo kaolin.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že se do provozního kapalného média přidávají složky pro úpravu hydraulických vlastností média, zejména složky pro úpravu třecích vlastností a viskozity, například polyakrylamidy a polyetylenoxidy.