CZ18148U1

CZ18148U1 - Equipment for the exploitation of mine workings for the production of peak electric power by pumping systems in a pump-turbine configuration

Info

Publication number: CZ18148U1
Application number: CZ200719170U
Authority: CZ
Inventors: Pavel Bartos; Pavel Halada
Original assignee: Fite A.S.
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2007-12-21

Description

Zařízení pro využití důlních děl k výrobě špičkové elektrické energie přečerpávacími systémy v konfiguraci čerpadlo-turbínaEquipment for the use of mine workings for the production of peak electricity by pumping systems in the pump-turbine configuration

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká uspořádání technických a technologických zařízení umožňujících vy5 užívání hydroenergetického potenciálu nucené čerpané tekutiny z hlubinných dolů, jakožto i pracovních postupů instalace těchto zařízení k stávající vybavenosti důlních děl, která již byla vytěžena či uzavřena z jiných důvodů a z jichž je nucené vyčerpávána odpadní tekutina, která je následně odváděna jako odpad např. do nejbližšího vodního toku, a využití energie jejího spádu.The technical solution relates to the arrangement of technical and technological devices enabling exploitation of the hydroenergy potential of the forced pumped liquid from underground mines, as well as working procedures of installation of these devices to the existing equipment of mines already extracted or closed for other reasons and from which the waste liquid is forced , which is then discharged as waste, for example, into the nearest watercourse, and the use of its energy of gravity.

Důlní vody, které jsou čerpány z hloubky 500 až 1000 metrů, jsou po vyčerpání na povrch vy10 puštěny přímo do vodotečí nebo přes vyrovnávací retenční nádrže. Jejich hydroenergetický potenciál se nezpracovává. Důlní vody je možné čerpat jak z činných dolů, tak z důlních prostor nečinných dolů, kde čerpání vod je nezbytné z jiných důvodů.Mine waters, which are pumped from a depth of 500 to 1000 meters, are discharged directly to the watercourse or through buffer retention tanks after being exhausted to the surface. Their hydro-energy potential is not processed. Mine water can be pumped from both active mines and mine areas of inactive mines, where pumping of water is necessary for other reasons.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Mezi priority využívání obnovitelných zdrojů patří využívání energie vody, vzduchu, slunce, biomasy a země. V řadě zemí existuje možnost využívat tuto energii v různých formách, v ČR hraje dominantní roli při využívání obnovitelných zdrojů energie voda a biomasa, v poslední době se dostává do pozornosti i vítr (z hlediska spolehlivosti dodávek elektrické energie však není dominantní).Renewable energy priorities include the use of water, air, sun, biomass and earth energy. In a number of countries there is the possibility to use this energy in various forms, in the Czech Republic water and biomass play a dominant role in the use of renewable energy sources, and recently wind has also gained attention (in terms of reliability of electricity supply).

Vodní energie je využívána v nejrůznějších podmínkách, v zásadě se jedná o využívání vodního spádu (přehrady), průtočné vodní elektrárny a přečerpávací vodní elektrárny. Specifickou úlohu mají přečerpávací vodní elektrárny, které využívají levné elektrické energie v době poklesu zatížení elektrizační soustavy, kdy voda ze spodní nádrže je přečerpávána do horní nádrže. V době špičkového zatížení pak je využíván potenciál vody v horní nádrži pro výrobu velmi drahé, tzv. špičkové energie. Potřeba špičkové energie poslední dobou narůstá zejména vlivem rozvoje ne25 stabilních větrných elektráren. Hlavními nevýhodami přečerpávacích vodních elektráren je jejich velice nákladná realizace, zábor půdy a hrubý zásah do krajinné oblasti. Výhodou zařízení pro využití důlních děl k výrobě špičkové elektrické energie přečerpávacími systémy je možnost využít velký výškový rozdíl (500 m až 1000 m) mezi povrchem (horní nádrž) a nejhlubším patrem (spodní nádrž s energoústrojím) hlubinných dolů pro instalaci a provoz důlních přečerpáva30 cích vodních elektráren. Realizace se nabízí zejména tam, kde dochází k likvidaci hlubinných dolů po vytěžení zásob nerostů. Využití přečerpávacího systému, zejména v utlumených hlubinných dolech, nevyžaduje budování nákladných staveb a podzemních přečerpávacích tunelů, v podstatě je vybudované důlní dílo, místo jeho likvidace a zasypání, využito k druhotnému účelu, s minimálními náklady, k výrobě špičkové elektrické energie přečerpávacími systémy.Hydro energy is used in a wide variety of conditions, basically the use of a water head (dam), once-through hydroelectric power plant and pumped-storage power plant. Hydroelectric pumped-storage power stations play a specific role, using low-cost electricity at a time when the load on the power system is falling, when water from the lower tank is pumped to the upper tank. In times of peak load, the potential of the water in the upper tank is used to produce very expensive, so-called peak energy. Recently, the need for peak energy has been increasing mainly due to the development of unstable wind farms. The main disadvantages of pumped storage power plants are their very costly implementation, land occupation and gross intervention in the landscape area. The advantage of mining equipment for the production of peak electrical energy through pumped storage systems is the possibility to use a large height difference (500 m to 1000 m) between the surface (upper tank) and the deepest floor (lower tank with power plant). hydropower plants. Implementation is particularly suitable where the underground mines are liquidated after mining the mineral reserves. The use of the pumped storage system, especially in subdued underground mines, does not require the construction of expensive constructions and underground pumped tunnels; basically, the mined work, instead of its liquidation and backfilling, is used for secondary purposes, at minimal cost, to produce peak electrical energy through pumped storage systems.

Tato myšlenka je nová a není známa obdobná realizace v tuzemsku a ve světě.This idea is new and there is no similar realization at home and in the world.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro využití hydroenergetického potenciálu nucené vyčerpávané důlní tekutiny obsahující horní a spodní akumulační nádrže a turbínovou a čerpací stanici, jehož podstata je v tom, že ve spodní části důlního díla se nachází spodní akumulační nádrž, na kterou je sacím potrubím napojen vstup turbínové a čerpací stanice, přičemž na výtlačný výstup turbínové a čerpací stanice je napojeno výtlačné spádové potrubí, které je opatřeno v místě napojení na vstup turbínové a čerpací stanice uzávěrem těsnosti, který je propojen s řídicí jednotkou, přičemž na energetický výstup turbínové a čerpací stanice je napojena kabelová soustava napájení a odběru elektrické energie, přičemž na řídicí výstup turbínové a čerpací stanice je napojen signalizační a řídicí kabelový systém turbínové a čerpací stanice, kde tento signalizační a řídicí kabelový systém turbínové a čerpací stanice, kabelová soustava napájení a odběru elektric-1 CZ 18148 Ul ké energie a výtlačné spádové potrubí jsou umístěny po celé délce šachty důlního díla, přičemž výtlačné spádové potrubí je napojeno na horní povrchovou akumulační nádrž, přičemž dále kabelová soustava napájení a odběru elektrické energie je propojena s transformační stanicí, přičemž signalizační a řídicí kabelový systém turbínové a čerpací stanice je spojen s velínem.The above mentioned drawbacks are eliminated by a device for exploiting the hydroenergy potential of forced exhausted mining fluid containing upper and lower storage tanks and a turbine and pumping station, which is based on the fact that at the bottom of the mine there is a lower storage tank to which the inlet is connected turbine and pumping stations, the discharge outlet of the turbine and pumping stations being connected to a discharge downcomer, which is provided at the point of connection to the turbine and pump station inlet with a leak seal which is connected to the control unit, connected to the cable system of power supply and consumption, the signaling and control cable system of the turbine and pump station is connected to the control output of the turbine and pumping station, where this signaling and control cable The turbine and pumping stations, the power supply and power take-off system are located along the entire length of the mine shaft, and the discharge head is connected to the upper surface storage tank and the power supply system. and the power take-off is connected to the transformer station, wherein the signaling and control cable system of the turbine and pumping station is connected to the control room.

Dále je výhodné, když spodní akumulační nádrž je uměle vytvořená nebo přírodního typu.It is further preferred that the lower storage tank is of artificial or natural type.

Dále je výhodné, když horní povrchová akumulační nádrž je uměle vytvořená nebo přírodního typu.It is further preferred that the upper surface storage tank is of artificial or natural type.

Dále je výhodné, když turbínová a čerpací stanice obsahuje vodní turbínu, která je mechanicky propojena s čerpadlem a alternátorem, přičemž výstup alternátoru je napojen na kabelovou souio stavu napájení a odběru elektrické energie.It is further preferred that the turbine and pumping station comprises a water turbine which is mechanically coupled to a pump and an alternator, the output of the alternator being coupled to a cable assembly of the power and consumption state.

Výhodou navrhovaného řešení je, že využívá hydroenergetický potenciál důlní tekutiny již uzavřeného důlního díla, nebo částečně i díla ve fázi těžby, který jinak není využit a voda je jako odpad odváděna do nejbližšího vodního toku, a zároveň aniž je zasahováno přímo do stavby uzavřeného důlního díla, které musí být stejně odvodněno a kde se již nachází zařízení pro jedno15 směrné čerpání.The advantage of the proposed solution is that it exploits the hydro-energetic potential of the mine liquid of an already closed mine work or partly also of a mine in the mining phase, which is otherwise not used and the water is discharged as waste into the nearest watercourse without interfering directly into the construction which must be equally drained and where there is already a facility for a single-directional pumping.

Přehled obrázkuPicture overview

Na přiloženém výkrese je znázorněn přiklad provedení dle technického řešení.The attached drawing shows an example of an embodiment according to the technical solution.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Zařízení pro využití hygroenergetického potenciálu nucené vyčerpávané důlní tekutiny obsahuje horní a spodní akumulační nádrže a turbínovou a čerpací stanici, přičemž ve spodní části důlního díla je spodní akumulační nádrž £, na kterou je sacím potrubím £5 napojen vstup turbínové a čerpací stanice 2, přičemž na výtlačný výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojeno výtlačné spádové potrubí 9, které je opatřeno v místě napojení na vstup turbínové a čerpací stanice 2 uzávěrem 6 těsnosti, který je propojen s řídicí jednotkou 7, přičemž na energe25 tický výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojena kabelová soustava 10 napájení a odběru elektrické energie, přičemž na řídicí výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojen signalizační a řídicí kabelový systém ££ turbínové a čerpací stanice 2, kde tento signalizační a řídicí kabelový systém ££ turbínové a čerpací stanice 2, kabelová soustava 10 napájení a odběru elektrické energie a výtlačné spádové potrubí 9 jsou umístěny po celé délce šachty 8 důlního díla, přičemž vý30 tlačné spádové potrubí 9 je napojeno na horní povrchovou akumulační nádrž 13, přičemž dále kabelová soustava 10 napájení a odběru elektrické energie je propojena s transformační stanicí 12, přičemž signalizační a řídicí kabelový systém ££ turbínové a čerpací stanice 2 je spojen s velínem £4.The apparatus for exploiting the hygroenergy potential of the forced exhausted mining fluid comprises upper and lower storage tanks and a turbine and pumping station, the lower part of the mine having a lower storage tank 5 to which the inlet of the turbine and pump station 2 is connected by suction line 5. The discharge outlet of the turbine and pumping station 2 is connected to the discharge downflow line 9, which is provided at the point of connection to the inlet of the turbine and pump station 2 with a leak stopper 6 which communicates with the control unit 7. a cable and power supply system 10 connected to the control output of the turbine and pump station 2 is connected to the signaling and control cable system 8 of the turbine and pump station 2, wherein the signaling and control cable system 8 of the turbine and pump The supply station 2, the power supply and consumption cable system 10, and the discharge downcomer 9 are disposed along the entire length of the mine shaft 8, wherein the discharge head 9 is connected to the upper surface storage tank 13, and the supply and demand cable system 10. The electrical power is connected to the transformer station 12, wherein the signaling and control cable system 48 of the turbine and pumping station 2 is connected to the control room 64.

Spodní akumulační nádrž £ je uměle vytvořená nebo přírodního typu. Horní povrchová akumu35 lační nádrž £3 je uměle vytvořená nebo přírodního typu.The lower storage tank 8 is of artificial or natural type. The upper surface accumulation tank 33 is of artificial or natural type.

Turbínová a čerpací stanice 2 obsahuje vodní turbínu 4, která je mechanicky propojena s čerpadlem 3 a alternátorem 5, přičemž výstup alternátoru 5 je napojen na kabelovou soustavu £0 napájení a odběru elektrické energie.The turbine and pumping station 2 comprises a water turbine 4, which is mechanically connected to the pump 3 and the alternator 5, the output of the alternator 5 being connected to the cable system 40 of the power supply and consumption.

Funkce navrženého zařízení je následující: voda akumulující se ve spodní akumulační nádrži £ důlního díla je nasávána čerpadlem 3 umístěným v turbínové a čerpací stanici 2, které je poháněno alternátorem 5 (synchronní elektromotor při obráceném smyslu otáčení), který pracuje v režimu elektromotoru. Dále je tato voda vytlačovaná výtlačným (spádovým) potrubím 9 umístěným v šachtě 8 důlního díla přes uzávěr 6 těsnosti, který je ovládán řídicí jednotkou 7, a který je v otevřené pozici a slouží k zachycení tlaku sloupce vody před turbínovou a čerpací stanicí 2, na povrch důlního díla, kde je voda akumulována v horní povrchové akumulační nádrži £3. Turbínová a čerpací stanice 2 je napájena z transformační stanice 12 umístěné na povrchu důlního díla pomocí kabelů napájení a odběru elektrické energie, které jsou umístěny v šachtě 8The function of the proposed device is as follows: water accumulating in the lower storage tank 6 of the mine is sucked by a pump 3 located in the turbine and pumping station 2, which is driven by an alternator 5 (reverse synchronous electric motor) operating in electric motor mode. Further, this water is discharged through the discharge pipe 9 located in the mine shaft 8 through a leak seal 6, which is controlled by the control unit 7 and which is in the open position to absorb the pressure of the water column upstream of the turbine and pumping station 2. the surface of the mine where the water is accumulated in the upper surface storage tank 23. The turbine and pumping station 2 is fed from the transformer station 12 located on the surface of the mine by means of power and power cables located in the shaft 8

-2CZ 18148 Ul důlního díla. Systém je řízen a sledován z velínu 14 pomocí signalizačního a řídicího kabelového systému 11 turbínové a čerpací stanice 2.-2GB 18148 Ul of a Mining Work. The system is controlled and monitored from the control room 14 by the signaling and control cable system 11 of the turbine and pumping station 2.

Výše popsaná činnost je prováděna při čerpání ve chvíli, kdy není špičkově vyráběná elektrická energie potřebná, tedy převážně v noci. V případě potřeby výroby špičkové energie se provádí následující činnost:The above-described operation is carried out when pumping at a time when high-quality electricity is not needed, mainly at night. Where peak energy production is required, the following activities shall be carried out:

Voda vyčerpaná z důlního díla a hromadící se v horní povrchové akumulační nádrži JJ je vypouštěna přes výtlačné (spádové) potrubí 9 umístěném v šachtě 8 důlního díla do turbínové a čerpací stanice 2, která je před vstupem opatřena uzávěrem 6 těsnosti, který je ovládán řídicí jednotkou 7, přičemž voda zpracovaná vodní turbínou 4 je odváděna do spodní akumulační nádrío že J_.The water pumped out of the mine and accumulated in the upper surface storage tank 11 is discharged via the discharge pipe 9 located in the mine shaft 8 to the turbine and pumping station 2, which is fitted with a tightness closure 6 which is controlled by the control unit. 7, wherein the water treated by the water turbine 4 is drained to the lower storage tank.

Dále je vodní turbína 4 spojena s čerpadlem 3 a alternátorem 5 (synchronním elektromotorem při obráceném smyslu otáčení), který funguje jako generátor elektrické energie, kterou odvádí do transformační stanice J2 umístěné na povrchu důlního díla přes kabelovou soustavu JO napájení a odběru elektrické energie, které jsou umístěny v šachtě 8 důlního díla.Furthermore, the water turbine 4 is connected to a pump 3 and an alternator 5 (synchronous electric motor in reverse sense of rotation), which acts as an electric power generator, which it discharges to a transformer station J2 located on the mine surface. are located in the shaft 8 of the mine.

Dále je systém řízen a sledován z velínu 14, který je spojen s turbínovou a čerpací stanicí 2 pomocí signalizačního a řídicího kabelového systému JJ.Furthermore, the system is controlled and monitored from the control room 14, which is connected to the turbine and pumping station 2 by means of a signaling and control cable system 11.

Důlní vody jsou čerpány na povrch a vypuštěny buď přímo do vodotečí nebo přes vyrovnávací retenční nádrže. Využitelný výškový rozdíl horní a spodní akumulační nádrže (spád) se pohybuje přibližně v rozmezí 500 až 1000 m. Důlní vody je možné čerpat jak z činných dolů, tak z důlních prostor nečinných dolů, kde čerpání vod je nezbytné z jiných důvodů. Využití bude možné prakticky na každém svislém důlním díle ústícím na povrch, na které navazují alespoň vodorovná otvírková díla, případně i na šikmém (vodorovném) díle ústícím na povrch (štola).Mine waters are pumped to the surface and discharged either directly into the watercourse or via buffer retention tanks. The usable height difference between the upper and lower storage tanks (slope) is between approximately 500 and 1000 m. Mine water can be pumped from both working mines and mine areas of inactive mines, where pumping of water is necessary for other reasons. It will be possible to use it on practically any vertical mine workings leading to the surface, which are followed by at least horizontal opening works, eventually also on the inclined (horizontal) workings leading to the surface (gallery).

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. Equipment for exploiting the hygroenergy potential of forced exhausted mining fluid

25 comprising upper and lower storage tanks and a turbine and pumping station, characterized in that in the lower part of the mine there is a lower storage tank (1), to which the inlet of the turbine and pumping station (15) is connected by suction line (15).

2), wherein the discharge outlet of the turbine and pumping station (2) is connected to the discharge downcomer (9), which is provided at the connection point to the

30, an inlet of a turbine and pump station (2) through a leak seal (6) which communicates with the control unit (7), and a cable system (10) for power supply and consumption is connected to the power output of the turbine and pump station (2); the signaling and control cable system (11) of the turbine and pumping station (2) is connected to the control output of the turbine and pumping station (2), wherein the signaling and control cable system (11) of the turbine and pump station (2), 10) the power supply and consumption and the discharge pipeline (9) are located along the entire length of the mine shaft (8), the discharge pipeline (9) being connected to the upper surface storage tank (13), the cable assembly (10) ) the power supply and consumption is connected to the transformer station (12), whereby the signaling and control cable system (11) of the turbines a filling station (2) is connected with a control center (14).

Device according to claim 1, characterized in that the lower storage tank (1) is of artificial or natural type.

Device according to claim 1, characterized in that the upper surface storage tank (13) is of artificial or natural type.

- J CZ 18148 Ul

Device according to claim 1, characterized in that the turbine and pumping station (2) comprises a water turbine (4) which is mechanically connected to the pump (3) and the alternator (5), the output of the alternator (5) being connected to a cable system (10) for power supply and consumption.