CZ2007591A3

CZ2007591A3 - Method of utilizing mine excavations for producing peak electric power by pumping systems in pump-turbine configuration

Info

Publication number: CZ2007591A3
Application number: CZ20070591A
Authority: CZ
Inventors: Bartoš@Pavel; Halada@Pavel
Original assignee: Fite, A. S.; SLD - REACONT, a. s.
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-11

Abstract

Zarízení pro využití hygroenergetického potenciálu nucene vycerpávané dulní tekutiny obsahující horní a spodní akumulacní nádrže a turbínovou a cerpací stanici má ve spodní cásti dulního díla spodní akumulacní nádrž (1), na kterou je sacím potrubím (15) napojen vstup turbínové a cerpací stanice (2). Na výtlacný výstup turbínové a cerpací stanice (2) je napojeno výtlacné spádové potrubí (9), kteréje opatreno v míste napojení na vstup turbínové acerpací stanice (2) uzáverem (6) tesnosti, který je propojen s rídící jednotkou (7). Na energetickývýstup turbínové a cerpací stanice (2) je napojena kabelová soustava (10) napájení a odberu elektrické energie, pricemž na rídící výstup turbínové a cerpací stanice (2) je napojen signalizacní a rídící kabelový systém (11) turbínové a cerpací stanice (2), kde tento signalizacní a rídící kabelový systém (11) turbínové a cerpací stanice (2), kabelová soustava (10) napájení a odberu elektrické energie a výtlacné spádové potrubí (9) jsou umísteny pocelé délce šachty (8) dulního díla. Výtlacné spádové potrubí (9) je napojeno na horní povrchovou akumulacní nádrž (13), pricemž dále kabelová soustava (10) napájení a odberu elektrické energie je propojena s transformacní stanicí (12). Signalizacní a rídící kabelový systém (11) turbínové a cerpací stanice (2) je spojen s velínem (14). Spodní akumulacní nádrž (1) je umele vytvorená nebo prírodníhotypu. Horní povrchová akumulacní nádrž (13) je umele vytvorená nebo prírodního typu. Turbínová a cerpací stanice (2) obsahuje vodní turbínu (4), která je mechanicky propojena s cerpadlem (3) a alternátorem (5), pricemž výstup alternátoru (5) je napojen na kabelovou sousThe device for utilizing the hygrenergetic potential of the forced-drained bottom fluid containing the upper and lower accumulation tanks and the turbine and pumping station has a lower accumulation tank (1) at the bottom of the bottom structure, to which the turbine and pumping station inlet (2) is connected by suction line (15) . The discharge outlet pipe (9) is connected to the discharge outlet of the turbine and pumping station (2), which is provided at the point of connection to the turbine and pumping station inlet (2) by a sealing cap (6) which is connected to the control unit (7). The power output of the turbine and pumping station (2) is connected to a power supply and power supply system (10), while a signaling and control cable system (11) for 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 pumping station (2), the power supply and power take-off system (10) and the discharge downpipe (9) are disposed along the entire length of the pits (8). The discharge downstream pipe (9) is connected to the upper surface storage tank (13), wherein the power supply and power take-off system (10) is further connected to the transformation station (12). The signaling and control cable system (11) of the turbine and pump station (2) is connected to the control room (14). The lower storage tank (1) is artificially created or naturally embossed. The upper surface storage tank (13) is an artificially constructed or natural type. The turbine and pump station (2) comprises a water turbine (4) that is mechanically coupled to the pump (3) and alternator (5), wherein the alternator output (5) is connected to the cable manifold

Description

Zařízení pro využití důlních děl k výrobě špičkové elektrické energie přečerpávacími systémyJtonfiguraci čerpadlo-turbínaEquipment for the exploitation of mine workings for the production of peak electrical energy by pumping systems of pump-turbine configuration

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká uspořádání technických a technologických zařízení umožňujících využívání 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 invention relates to the arrangement of technical and technological devices enabling the exploitation of the hydroenergy potential of the forced pumped liquid from underground mines, as well as to the operating procedures for installing such equipment to existing mining equipment that has already been extracted or closed for other reasons and from which the waste liquid is forced it is then discharged as waste, for example, to the nearest watercourse, and the use of energy from its gradient.

Důlní vody, které jsou čerpány z hloubky 500 až 1000 metrů, jsou po vyčerpání na povrch vypuštěny přímo do vodoteči 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.The mine water, which is pumped from a depth of 500 to 1000 meters, is discharged directly to the watercourse or through buffer retention tanks when it is 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 využíváni 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 got into 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 nestabilních 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 - 1 000 m) mezi povrchem (horní nádrž) a nejhlubším patrem (spodní nádrž s energoústrojím) hlubinných dolů pro instalaci a provoz důlních přečerpávacích 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 power plants. 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 - 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.

• 9 · 9 9·· · * 9 . ·»······· *· ·· ·· ·* ·· 9• 9 · 9 9 ·· · * 9. · »·······

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro využití hydroenergetického potenciálu nucené vyčerpávané důlní tekutiny obsahující horní a spodní akumulační nádrže a turbínovou a čerpací stanicí, jehož podstata je vtom, 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 řídící jednotkou, přičemž na energetický výstup turbínové a čerpací stanice je napojena kabelová soustava napájení a odběru elektrické energie, přičemž na řídící výstup turbínové a čerpací stanice je napojen signalizační a řídící kabelový systém turbínové a čerpací stanice, kde tento signalizační a řídící kabelový systém turbínové a čerpací stanice, kabelová soustava napájení a odběru elektrické 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 stanici, přičemž signalizační a řídicí kabelový systém turbinové 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 turbine inlet is connected and a pumping station, the discharge outlet of the turbine and pumping station being connected to a discharge downcomer, which is provided at the point of connection to the inlet of the turbine and pumping station with a leak seal which is connected to the control unit; cable system of power supply and consumption, the signaling and control cable system of the turbine and pumping station is connected to the control output of the turbine and pumping station, where this signaling and control The turbine and pumping station tubular system, the power supply and power take-off system and the discharge downcomer are located along the entire length of the mine shaft, with the discharge head connected to the upper surface storage tank, where the power supply and take-off system is interconnected. and a 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 soustavu napájeni 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 alternator output being connected to a power supply and power take-off system.

Výhodou navrhovaného řešení je, že využívá hydroenergetícký potenciál důlní tekutiny již uzavřeného důlního díla, nebo částečné i díla ve fázi těžby, který jinak není využit a voda je jako odpad odváděna 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 jednosměrné čerpání.The advantage of the proposed solution is that it exploits the hydroenergetic potential of the mine liquid of an already closed mine work or partly also of a mine in the extraction phase, which is otherwise not used and the water is discharged as waste to the nearest watercourse, which must be equally drained and where one-way pumping equipment is already present.

Přehled obrázkůOverview of pictures

Na přiloženém výkrese je znázorněn příklad provedeni dle vynálezu.The accompanying drawing shows an embodiment of the invention.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

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 1, na kterou je sacím potrubím 15 napojen vstup turbínové a čerpací stanice 2, přičemž na výtlačný výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojeno výtlačné spádové potrubí 9, které je • · ·· _ Q _ ··*«*·»»»·· ·· ·· ·· ·· ·· · opatřeno vmiste napojení na vstup turbínové a čerpací stanice 2 uzávěrem 6 těsnosti, který je propojen s řídící jednotkou 7, přičemž na energetický výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojena kabelová soustava 10 napájení a odběru elektrické energie, přičemž na řídící výstup turbínové a čerpací stanice 2 je napojen signalizační a řídicí kabelový systém 11 turbínové a čerpací stanice 2, kde tento signalizační a řídicí kabelový systém 11 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 výtlačné 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 řídící kabelový systém 11 turbínové a čerpací stanice 2 je spojen s velínem 14.The apparatus for exploiting the hygroenergy potential of the forced exhausted mine fluid comprises upper and lower storage tanks and a turbine and pumping station, the lower part of the mine having a lower storage tank 1 to which the inlet of the turbine and pump station 2 is connected by suction line 15. the outlet of the turbine and pumping station 2 is connected to the discharge downflow pipe 9, which is provided in place of the connection to the turbine inlet. and a pumping station 2 with a leak seal 6 which communicates with the control unit 7, wherein the power output of the turbine and pumping station 2 is connected to the cable system 10 for power supply and consumption, and the control output of the turbine and pumping station 2 is connected to signaling and control a cable system 11 of a turbine and pumping station 2, wherein this signaling The control and cabling system 11 of the turbine and pumping station 2, the power supply and consumption cable system 10, and the discharge head 9 are disposed along the entire length of the mine shaft 8, the discharge head 9 being connected to the upper surface storage tank 13, furthermore, the cable system 10 of the power supply and consumption is connected to the transformer station 12, wherein the signaling and control cable system 11 of the turbine and pumping station 2 is connected to the control room 14.

Spodní akumulační nádrž 1 je uměle vytvořená nebo přírodního typu. Horní povrchová akumulační nádrž 13 je uměle vytvořená nebo přírodního typu.The lower storage tank 1 is of artificial or natural type. The upper surface storage tank 13 is of artificial or natural type.

Turbínová a čerpací stanice 2 obsahuje vodní turbinu 4, která je mechanicky propojena s čerpadlem 3 a alternátorem 5, přičemž výstup alternátoru 5 je napojen na kabelovou soustavu 10 napájení a odběru elektrické energie.The turbine and pumping station 2 comprises a water turbine 4, which is mechanically coupled to the pump 3 and the alternator 5, the output of the alternator 5 being connected to the power supply and power take-off system 10.

Funkce navrženého zařízení je následující: voda akumulující se ve spodní akumulační nádrži 1 důlního díla je nasávána čerpadlem 3 umístěným v turbínové a čerpací stanici 2, které je v poháněno alternátorem (synchronní elektromotor při obráceném smyslu otáčení) 5, který pracuje v režimu elektromotoru. Dále je tato voda vytlačovaná výtlačným (spádovým) potrubím 9 umístěným v šachtě důlního díla 8 přes uzávěr těsnosti 6, který je ovládán řídící 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 13. Turbínová a čerpací stanice 2 je napájena z transformační stanice 12 umístěné na povrchu důlního díla pomocí kabelů napájení a odběru elektrické energie 10, které jsou umístěny v šachtě důlního díla 8. Systém je řízen a sledován z velínu 14 pomocí signalizačního a řídícího kabelového systému 11 turbinové a čerpací staniceThe function of the proposed device is as follows: water accumulating in the lower storage tank 1 of the mine is sucked in by a pump 3 located in the turbine and pumping station 2, which is driven by an alternator (synchronous electric motor in reverse sense) 5 operating in electric motor mode. Furthermore, this water is discharged through the discharge pipe 9 located in the shaft of the mine 8 through a leak seal 6 which is controlled by the control unit 7 and which is in an open position and serves to absorb the pressure of the water column upstream of the turbine and pumping station 2. to the surface of the mine where water is stored in the upper surface storage tank 13. The turbine and pumping station 2 is fed from a transformer station 12 located on the surface of the mine by power and power cables 10 located in the mine shaft 8 The system is controlled and monitored from the control room 14 by means of the signaling and control cable system 11 of the turbine and pumping stations

2.2.

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 13 je vypouštěna přes výtlačné (spádové) potrubí 9 umístěném v šachtě důlního díla 8 do turbinové a čerpací stanice 2, která je před vstupem opatřena uzávěrem těsnosti 6, který je ovládán řídící jednotkou 7, přičemž voda zpracovaná vodní turbínou 4 je odváděna do spodní akumulační nádrže 1..The water pumped from the mine and accumulated in the upper surface storage tank 13 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 leak seal 6, which is controlled by the control unit. 7, wherein the water treated by the water turbine 4 is discharged into the lower storage tank 1.

Dále je vodní turbína 4 spojena s čerpadlem 3 a alternátorem (synchronním elektromotorem při obráceném smyslu Otáčení) 5, který funguje jako generátor elektrické energie, kterou odvádí do transformační stanice 12 umístěné na povrchu důlního díla přes kabelová soustava napájení a odběru elektrické energie 10, které jsou umístěny v šachtě důlního díla 8.Further, the water turbine 4 is connected to a pump 3 and an alternator (synchronous electric motor in reverse sense of rotation) 5, which acts as an electric power generator, which it delivers to a transformer station 12 located on the surface of the mine via cable and power supply 10. are located in the mine shaft 8.

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

- 4 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 1000m. 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 otvirková díla, případně i na šikmém (vodorovném) díle ústícím na povrch (štola).- 4 Mine waters are pumped to the surface and discharged either directly into the watercourse or through buffer retention tanks. The usable height difference between the upper and lower storage tanks (gradient) is approximately in the range of 500 to 1000 m. Mine water can be pumped from both active mines and mine areas of inactive mines, where pumping of water is necessary for other reasons. It will be possible to use it on virtually every vertical mine workpiece leading to the surface, which is followed by at least horizontal opening works, or even on an inclined (horizontal) workpiece leading to the surface (gallery).

Claims

An apparatus for exploiting the hygroenergy potential of a forced exhausted mining fluid comprising upper and lower storage tanks and a turbine and pumping station, characterized in that at the bottom of the mine there is a lower storage tank 1 to which the turbine and pumping inlet 15 are connected the discharge outlet of the turbine and pumping station 2 is connected to the discharge outlet pipeline, which is provided in place of the connection to the inlet of the turbine and pump station 2 with a sealing cap 6, which is connected to the control unit 7, 2, the power and consumption cable system 10 is connected, and the signaling and control cable system 11 of the turbine and pump station 2 is connected to the control output of the turbine and pumping station 2, wherein the signaling and control cable system 11 is connected. the turbine and pumping stations 2, the power supply and consumption cable system 10, and the discharge head 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, the power consumption is connected to the transformer station 12, the signaling and control cable system 11 of the turbine and pumping station 2 being connected to the control room 14.

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

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

4. The apparatus of claim 1, wherein the turbine and pumping station 2 comprises a water turbine 4 which is mechanically coupled to a pump 3 and an alternator 5, wherein the output of the alternator 5 is connected to a power supply and power take-off system 10.