Precerpavacf elektrarna s horni a dolni nadrzi v plovouci nadrzi
Oblast techniky
Vynalez se tÿkâ pfecerpâvaci elektrârny s plovouci nâdrzi umistenou v zâkladni nâdrzi.
Dosavadni stav techniky
V posledni dobe vÿrazne narùstâ vÿroba elektrické energie z obnovitelnÿch zdrojû energie (OZE), mezi nez fadime slunecni energii, energii ziskanou z vody, vetru, spalovânim biomasy a geotermâlni energii. Tato vÿroba je vsemozne zvyhodnovâna, ale je vice nebo mène zâvislâ na momentâlnich klimatickÿch podminkâch, denni a rocni dobe a elektrickÿ vÿkon je dosti obtizné pfedvidat. U elektrâren na obnovitelné zdroje, zejména u kogeneracnich jednotek, nelze uvazovat o moznosti regulace vÿroby energie podle spotfeby energie v siti, naopak odber elektrické energie z nich ma pfednost pfed elektrarnami na fosilni paliva, coz pùsobi silne destabilizujicim ùcinkem v energetické siti. Zvysuji se vsak pozadavky na zvÿseni efektivnosti vyuzivani techto zdrojû.
Provazanost dnesnich pfenosovÿch siti umoznuje urcitou vzajemnou vÿpomoc regionù pfi pfekonâvâni odberovÿch spicek nebo pfi vÿpadku nekterÿch velkÿch zdrojû energie. Pfetrvâvajici technické odlisnosti jednotlivÿch zemi a jejich rùzné politické orientace vsak nedovoluji fesit tento problém v kontinentalnim mefitku.
Vÿsledkem je velmi napjata situace, kdy hrozi cim dal castejsi i rozsahlejsi vÿpadky v dodavce energie.
Vÿznam akumulace tedy nejen trva, je dokonce nezbytnou podminkou pfechodu k udrzitelné bezuhlikové energetice.
Ùcinnému vyrovnavani disproporci mezi spotfebou a vÿrobou elektrické energie, rychlejsimu rozvoji elektraren na obnovitelné zdroje energie a omezovani provozu elektraren na fosilni paliva zcela zasadnim zpùsobem brani naprostÿ nedostatek ekonomicky a ekologicky vÿhodnÿch akumulatorù energie s vysokou kapacitou, vÿkonem, ùcinnosti a zivotnosti.
Pfecerpavaci elektrarny jsou rùzného druhu, pfecerpavaji vodu mezi dolni a horni nadrzi.
Hladina vody v horni nadrzi je umistena vÿse nez hladina vody v dolni nadrzi.
Vÿskova vzdalenost mezi horni nadrzi a dolni nadrzi pfi pfecerpavani mùze bÿt obecnë stâlâ nebo promennâ.
U klasické pozemni pfecerpavaci elektrarny je vzdalenost mezi horni a dolni nadrzi stâlâ, obe nâdrze jsou umisteny stabilne na zemském povrchu. Pfi pfecerpâvâni se meni pouze vÿskovÿ rozdil mezi hladinou vody v dolni a horni nâdrzi. Obvykle bÿvâ k dispozici dolni nâdrz a je nutno horni nâdrz vybudovat, coz ovsem obvykle vyzaduje zâbor rozsâhlÿch pozemkù v nedotcené pfirode.
Pfecerpâvaci elektrârny mohou bÿt tvofeny jako plovouci v zâkladni nâdrzi, napf. v jezeru nebo v mofi. Nâdrz je plovouci, jestlize na ni pùsobi vztlak vody v zâkladni nâdrzi a neni stabilne upevnena ke dnu zâkladni nâdrze.
Plovouci nâdrz bÿvâ vytvofena jako dolni nâdrz a zâkladni nâdrz, ve kterém plovouci nâdrz plave, je horni nâdrzi.
- 1 CZ 310091 B6
Hladina vody v plovouci, dolni nadrzi je situovana nize nez hladina vody v zakladni nadrzi, tj. v horni nadrzi.
Z tohoto principu vyplÿva, ze také dno vyprazdnené plovouci nadrze je situovano pod ùrovni nebo nejvÿse v ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi.
Pri precerpavani vody mezi plovouci nadrzi a zakladni nadrzi se meni vÿskova poloha plovouci nadrze vûci zakladni nadrzi.
Obvykle se pri precerpavani meni také vÿskovÿ rozdil mezi hladinou vody v plovouci nadrzi a v zakladni nadrzi.
Pri plneni plovouci nadrze se prepousti voda ze zakladni nadrze pres turbinu do plovouci nadrze a plovouci nadrz se timto ponoruje. Pri odcerpâvâni vody z plovouci nadrze pomoci cerpadla do zakladni nadrze se plovouci nadrz vynoruje.
Znamé reseni je ve vynalezu WO 2013163979. Plovouci nadrz, ktera plave na hladine zakladni nadrze.
Plovouci nadrz pritom sestava ze dvou komor - horni a dolni komory, jez jsou pevne konstrukcne spojeny.
Dolni komora je zcela ponorena v zakladni nadrzi, s ovzdusim je spojena odvetravacim kominem, horni komora je nahore plne otevrena do ovzdusi, je vÿskove situovana v ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi.
Obe komory tak soucasne tvori sdruzenÿ plovak, kterÿ umoznuje plavani plovouci nadrze na hladine zakladni nadrze.
Obe komory plovouci nadrze jsou mezi sebou propojeny pomoci svislého kanalu a turbiny, pricemz voda proudi v tomto svislém kanalu pouze jednosmerne dolû k turbine.
Horni komora plovouci nadrze je v ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi spojena bocnim kanalem se zakladni nadrzi, horni komora je tak po funkcni strance soucasti zakladni nadrze. Bocni kanal je uzaviratelnÿ, aby se plovouci nadrz pri preplneni horni komory nepotopila.
Pri ponorovani plovouci nadrze se horni komora samovolne plni bocnim kanalem ze zakladni nadrze a pri vynorovani plovouci nadrze voda samovolne vytéka bocnim kanalem z horni komory do zakladni nadrze, pricemz v dûsledku hydrodynamického odporu ve vodorovném kanalu vznika vÿskovÿ rozdil mezi hladinou vody v horni komore plovouci nadrze a hladinou vody v zakladni nadrzi, kterÿ je zdrojem ztrat v energetické bilanci precerpavani.
Dolni komora je v ùrovni svého dna spojena se zakladni nadrzi pomoci bocniho kanalu a cerpadla, timto bocnim kanalem proudi voda jednosmerne pouze od cerpadla do zakladni nadrze.
Dolni komora plovouci nadrze je dolni nadrzi a zakladni nadrz je horni nadrzi. Horni komora plovouci nadrze je zde soucasti zakladni nadrze, neni vûci dolni komore plovouci nadrze samostatnou, nezavislou, plnohodnotnou horni nadrzi jak pri turbinovém, tak pri cerpacim rezimu, proto se plovouci nadrz pri precerpavani svisle pohybuje.
Precerpavani se provadi mezi zakladni nadrzi a dolni komorou v plovouci nadrzi, ktera se pri plneni dolni komory vodou ze zakladni nadrze v turbinovém rezimu ponoruje a pri odcerpâvâni vody z dolni komory do zakladni nadrze se vynoruje.
- 2 CZ 310091 B6
Zatimco pri cerpacim rezimu je propojeni zakladni nâdrze a dolni komory plovouci nâdrze primé, bezprostfedni, pri turbinovém rezimu neni propojeni zakladni nâdrze a dolni komory plovouci nâdrze pres turbinu primé, bezprostfedni, je pferuseno, coz snizuje vyuzitelnÿ hydrostatickÿ spâd:
-plneni homi komory plovouci nâdrze vodou ze zâkladni nâdrze pomoci bocniho kanâlu se zde provâdi volnë, bez energetického vyuziti, pncemz v homi komofe se hladina vody spojuje s ovzdusim a tim se pferusuje vodni sloupec mezi hladinou vody v zâkladni nâdrzi a hladinou vody v homi komofe,
- z homi komory se voda pfepousti svislÿm kanâlem pfimo, bezprostfednë, s energetickym vyuzitim pfes turbinu do dolni komory.
Pfi cerpacim provozu je voda odcerpâvâna z dolni komory plovouci nâdrze cerpadlem pomoci bocniho kanâlu pfimo, tedy bezprostfednë do zâkladni nâdrze, pficemz voda z homi komory odtékâ volnë boënim kanâlem do zâkladni nâdrze bez energetického vyuziti.
Plovouci nâdrz se pfitom vynofuje z dolni do homi provozni polohy.
Hydrostatickÿ spâd (vÿtlaënâ vÿska) je pfi ëerpacim provozu tvofen vÿskovÿm rozdilem mezi hladinou vody v zâkladni nâdrzi a hladinou vody v dolni komofe.
Pfi turbinovém provozu se voda z homi komory plovouci nâdrze pfepousti svislÿm kanâlem do dolni komory pfes turbinu, pfiëemz voda ze zâkladni nâdrze pfitékâ volnë boënim kanâlem do homi komory bez energetického vyuziti.
Plovouci nâdrz se pfitom ponofuje z homi do dolni provozni polohy.
Hydrostatickÿ spâd (vÿtlaënâ vÿska) je pfi turbinovém provozu tvofen vÿskovÿm rozdilem mezi hladinou vody v homi komofe a hladinou vody v dolni komofe.
Znâmé feseni je ve vynâlezu US 2021221351. Stabilni nâdrz je dolni nâdrzi, je umistëna pod hladinou vody v zâkladni nâdrzi, dalsi stabilni nâdrz umistënâ na bfehu zâkladni nâdrze nebo plovouci nâdrz umistënâ na hladinë vody v zâkladni nâdrzi je homi nâdrzi. Energie se akumuluje tak, ze se plyn nebo kapalina z homi nâdrze vtlaëuje do stabilni dolni nâdrze pod hladinou vody. Vÿskovÿ rozdil homi a dolni nâdrze se nemëni.
Znâmé feseni je ve vynâlezu GB 1601398. Jsou zde pouzity tfi nâdrze.
Ve vodë v zâkladni nâdrzi je vlozenâ stabilni nâdrz, kterâ je nahofe volnë odkryta do ovzdusi. Zâkladni nâdrz je v této dvojici homi nâdrzi a vlozenâ stabilni nâdrz je vùëi ni dolni nâdrzi.
Ve vlozené stabilni nâdrzi je ve vodë umistëna svisle pohyblivâ plovouci nâdrz. Vlozenâ stabilni nâdrz je v této dvojici homi nâdrzi a plovouci nâdrz je vùëi ni dolni nâdrzi.
Znâmé feseni je ve vynâlezu CN 206721844. Uzavfenâ stabilni nâdrz umistënâ na dnë mofe, ponofenâ ùplnë nebo ëâsteënë vyënivajici nad hladinu zâkladni nâdrze, je plnëna vodou pfes turbinu umistënou u dna stabilni nâdrze a odsâvâna ëerpadlem umistënÿm na homi plosinë stabilni nâdrze. Stabilni nâdrz slouzi jako dolni nâdrz, zâkladni nâdrz slouzi jako homi nâdrz. Maximâlni rozdil hladin kapaliny je dân pfipustnou saci vÿskou ëerpadla.
Znâmé feseni je ve vynâlezu US 2014033700. Plovouci nâdrz ve funkci dolni nâdrze nebo homi nâdrze, je svisle pohyblivâ v zâkladni nâdrzi, kterâ slouzi odpovidajicim zpùsobem jako homi nebo dolni nâdrz.
V pfipadech, kde je plovouci nâdrz dolni nâdrzi, je souëet vÿtlaëné vÿsky a provozniho zdvihu omezen hloubkou ponoru plovouci nâdrze.
-3 CZ 310091 B6
V pripadech, kde je plovouci nâdrz horni nâdrzi, je vÿtlacnâ vÿska omezena hloubkou ponoru plovâku (plovouci nâdrze), protoze nadrz na vodu navazuje bezprostredne na plovâk.
Znâmé reseni je ve vynàlezu WO 2016128962. Plovouci, vÿskove nepohyblivâ kompresorovâ stanice vhani stlacenÿ vzduch do stabilni ponorné nadrze umistené na dne more, pricemz z této stabilni ponorné nadrze vytlacuje vodu do more. Stabilni ponorna nadrz je dolni nadrzi, more je horni nadrzi. Pretlak vzduchu, tj. vÿtlacnâ vÿska jsou dâny hloubkou ponoru stabilni ponorné nâdrze.
Nevÿhodou techto reseni s plovouci nâdrzi je, ze plovouci nâdrz je namâhâna velkÿm vnejsim pretlakem vody a musi bÿt patricne zesilena, coz znacne zvysuje jeji hmotnost a tim i cenu. Krome toho dané usporâdâni umoznuje vyuzivat pri precerpâvâni vÿskovÿ rozdil hladin vody nanejvÿs teoreticky do hodnoty odpovidajici hloubce zâkladni nâdrze, cimz jsou omezeny kapacitni moznosti plovouci nâdrze.
Ùkolem vynàlezu je rozsirit moznosti akumulovâni potenciâlni energie v precerpâvacich elektrârnâch s plovouci nâdrzi, které by bylo mozno umistit zejména v jezerech vytvorenÿch tezbou hornin nebo pùsobenim ledovcù.
Podstata vynàlezu
Uvedenÿ problém resi vynâlez precerpâvaci elektrârny, kterâ obsahuje plovouci nâdrz umistenou v zâkladni nâdrzi v prostredi dvou tekutin s rozdilnou hustotou, pricemz precerpâvaci elektrârna obsahuje dolni nâdrz a horni nâdrz, a dâle obsahuje potrubi a energetické soustroji k precerpâvâni tekutiny mezi dolni nâdrzi a horni nâdrzi, pricemz plovouci nâdrz obsahuje dolni nâdrz a horni nâdrz, pricemz prostory dolni nâdrze obsahujici precerpâvanou tekutinu jsou s prostory horni nâdrze obsahujicimi precerpâvanou tekutinu spojeny prostrednictvim energetického soustroji pomoci potrubi, které v dolni nâdrzi i v horni nâdrzi ùsti do precerpâvané tekutiny, pricemz potrubi s energetickÿm soustrojim jsou usporâdâna pro bezprostredni prepousteni tekutiny z horni nâdrze do dolni nâdrze, jejiz podstatou je, ze potrubi s energetickÿm soustrojim jsou usporâdâna pro bezprostredni cerpâni tekutiny z dolni nâdrze do horni nâdrze.
Bezprostredni (tj. primé) cerpâni tekutiny z dolni nâdrze do horni nâdrze mâ za vÿsledek uzavrenost precerpâvaciho okruhu v plovouci nâdrzi mimo zâkladni nâdrz. Nevyuzivâ se tedy primo tekutina v zâkladni nâdrzi (napr. sladkâ nebo morskâ voda), coz zajist’uje delsi zivotnost precerpâvané elektrârny a odolnost vùci korozi. Pro bezprostredni prepousteni tekutiny z horni nâdrze do dolni nâdrze, ve srovnâni s prepoustenim tekutiny ze zâkladni nâdrze samospâdem pres horni nâdrz do dolni nâdrze, se do ùvahy pri vÿpoctu hydrostatickÿch pomerù bere hladina tekutiny v horni nâdrzi, a nikoliv v zâkladni nâdrzi. Stejne tak pro bezprostredni cerpâni tekutiny z dolni nâdrze do horni nâdrze, ve srovnâni s cerpânim tekutiny z dolni nâdrze do zâkladni nâdrze, se do ùvahy pri vÿpoctu hydrostatickÿch pomerù bere hladina tekutiny v horni nâdrzi, a nikoliv v zâkladni nâdrzi, coz zajist’uje vyssi vÿkon a lépe riditelné hydrostatické pomery v precerpâvaci elektrârne.
Pohyb plovouci nâdrze v zâkladni nâdrzi se uskutecnuje na rozhrani dvou pracovnich tekutin s rozdilnou hustotou. Z dùvodu gravitace se ridsi, a tedy lehci tekutina zdrzuje nad hladinou hustsi a tedy tezsi tekutiny a plovouci nâdrz pluje na hladine tezsi tekutiny v zâkladni nâdrzi.
- 4 CZ 310091 B6
Tekutinami s rozdilnou hustotou jsou s vyhodou kapalina jako tekutina s vetsi hustotou (dale jen kapalina) a plyn jako tekutina s mensi hustotou (dale jen plyn). Kapalinou je s vyhodou voda, plynem je s vyhodou vzduch.
Plovouci nâdrz je s vyhodou tvorena nâsledujicimi castmi, pri razeni zdola:
- plovak,
- dolni nadrz,
- mezikus,
- horni nadrz.
Plovak je nosnou câsti celé plovouci nâdrze, je situovan pod ùrovni hladiny zakladni nâdrze, a je nadlehcovan vztlakem vody, ktery pùsobi na ponorenou cast plovâku.
Mezikus je spojovaci casti mezi dolni a horni nâdrzi.
Dolni nadrz, horni nadrz a mezikus mohou byt umisteny v rùzné vysce vùci plovaku, s vyhodou mohou byt plne umisteny nad ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi, tj. nad plovakem.
Dolni nadrz, horni nadrz a mezikus mohou byt umisteny castecne nebo plne pod ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi, s vyhodou primo v prostoru plovaku. Pak tim také prejimaji funkci a zatizeni plovaku.
Pri situovani dolni, pripadne i horni nadrze pod ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi, je plovouci nadrz pomerne stabilnejsi proti prevraceni, avsak v dùsledku vnejsiho hydrostatického tlaku vody pùsobiciho na ponorené câsti plovouci nâdrze musi mit tato plovouci nâdrz velkou tlousfku sten a dna, coz plovouci nâdrz znacne prodrazuje, nebo musi vnitrni pretlak odcerpané vody nahrazovân pretlakem plynu, kterym se plovouci nâdrz musi plnit, aby se vykompenzoval vnejsi hydrostaticky pretlak vody.
Krome toho usporâdâni s umistenim horni nâdrze do prostoru plovouci nâdrze pod ùrovni hladiny vody v zâkladni nâdrzi umoznuje vyuzivat pri precerpâvâni pouze vyskovy rozdil hladin vody nanejvys teoreticky do hodnoty odpovidajici hloubce zâkladni nâdrze, cimz jsou vyrazne omezeny kapacitni moznosti plovouci nâdrze.
Situovânim dolni nâdrze pod ùroven hladiny vody v zâkladni nâdrzi se také komplikuje pristup k energetickym soustrojim, kterâ musi byt umistena v ùrovni dna dolni nâdrze, aby nedochâzelo k pretrzeni vodniho sloupce v podtlakové câsti vodniho potrubi a energetickych soustroji.
Plovouci nâdrz mùze byt sestavena s vyhodou z mnoziny modulù, které jsou spojeny svislymi a vodorovnymi vyztuhami tak, aby byla zajistena dostatecnâ tuhost a pevnost plovouci nâdrze. Moduly taktéz s vyhodou obsahuji plovâk, dolni nâdrz, mezikus a horni nâdrz.
Jednotlivé câsti plovouci nâdrze jsou namâhâny predevsim zâkladnim namâhânim, které je tvoreno rùznou kombinaci vnitrniho a vnejsiho pretlaku a svislym zatizenim od vâhy vodni nâplne a od vlastni vâhy materiâlu. Svislou reakci je vztlak pùsobici na modul odpovidajici hloubce ponoreni plovâku do vody v zâkladni nâdrzi.
Pri precerpâvâni plave plovouci nâdrz v zâkladni nâdrzi stâle ve stejné hloubce, jako celek se svisle nepohybuje, protoze se celkovâ hmotnost plovouci nâdrze nemeni, voda se pouze precerpâvâ mezi dolni a horni nâdrzi uvnitr plovouci nâdrze.
Zakladni namâhâni plovâku je tedy konstantni, zâkladni namâhâni ostatnich câsti je cyklické z dùvodu precerpâvâni vody mezi dolni a horni nâdrzi.
- 5 CZ 310091 B6
Horni nadrz je dimenzovana hlavne na vnitrni pretlak vody odpovidajici vÿsce horni nadrze.
Plovak je cast modulu, kterâ je z vetsi casti ponorena v zakladni nadrzi a jeho vztlakem je urcena vaha vsech casti modulu. Plovak je tlakova nadoba, s vÿhodou uzavrena tlakova nadoba, je namahana predevsim vnejsim pretlakem vody a vahou nesenÿch casti modulu. Bocni vnejsi pretlak vody pûsobici na steny plovaku se linearne zvysuje s hloubkou ponoreni plovaku.
Plovaky jsou s vÿhodou plneny plynem, s vÿhodou inertnim plynem, kterÿ omezuje korozi materialu plovaku.
V zajmu co nejvetsi kapacity plovouci nadrze je nutné, aby konstrukce modulû byla co nejlehci a tim, aby jejich vÿska mohla bÿt co nejvyssi.
Plovak je proto s vÿhodou plnen plynem tak, aby byl jeho vnitrni pretlak co nejvice vyrovnan s nejvetsim vnejsim pretlakem vody pri ponoreni v zakladni nadrzi. Plovak pak nemusi bÿt tak dûkladne vyztuzen jako pri jednostranném zatizeni vnejsim pretlakem a mûze bÿt podstatne lehci.
Pri vetsich hloubkach je vÿhodné vÿskove rozdelit plovak na vice oddilû, které jsou mezi sebou oddeleny tlakovou prepazkou, s vÿhodou ve tvaru klenutého dna.
Kazdÿ oddil plovaku, jinak téz segment, je plnen plynem s vÿhodou na vnitrni pretlak, kterÿm je co nejvice vyrovnan vnejsi pretlak vody odpovidajici jeho nejvetsi konkrétni hloubce ponoreni v zakladni nadrzi.
S rostouci hloubkou umisteni jsou tedy segmenty plneny na vyssi vnitrni pretlak, kterÿ je vyrovnan s vnejsim pretlakem, a tloustka steny segmentû mûze bÿt podstatne mensi, nez kdyby byl v celém plovaku jednotnÿ vnitrni pretlak odpovidajici maximalni hloubce ponoreni v zakladni nadrzi. Tim se dale vÿrazne snizuje vaha plovaku.
Vnitrni pretlak plovaku a jeho segmentû mûze bÿt s vÿhodou vyssi nez vnejsi pretlak vody odpovidajici jejich nejvetsi konkrétni hloubce ponoreni v zakladni nadrzi, coz zvysuje odolnost plovaku a jeho segmentû vûci nahodilému vnejsimu pretizeni narazem do dna nebo vûci sabotazim.
V hornich dnech segmentû je vÿhodné vytvorit prestupni pretlakové komory pro moznost vstupu pracovnikû ùdrzby do segmentû s rozdilnÿm pretlakem. Komory musi bÿt opatreny spolehlivÿmi uzavery, které zabrani propousteni vÿplnového plynu mezi segmenty.
Dolni nadrz je dimenzovana na vnitrni pretlak vody odpovidajici vÿsce dolni nadrze.
Je vÿhodné, aby dolni nadrz mohla pojmout vsechnu vodu z horni nadrze, a navic vsechnu vodu z vodniho potrubi.
Dolni a horni nadrz maji tloustku sten s vÿhodou odstupnovanou podle hydrostatického tlaku své vodni naplne.
Horni dna dolni i horni nadrze mohou mit podstatne mensi tloustku steny, protoze nejsou plne zatizena hydrostatickÿm tlakem vody tak jako dolni dna.
Horni i dolni nadrz jsou s vÿhodou vybaveny v hornim dnu odvetravacim potrubim, aby bylo zabraneno nezadoucimu zvÿseni vnitrniho pretlaku pri plneni nadrzi nebo nezadoucimu podtlaku pri vypousteni nadrzi.
S vÿhodou je odvetravaci potrubi horni a dolni nadrze propojeno, takze je zabraneno odparovani
- 6 CZ 310091 B6 vodni nâplne v plovouci nâdrzi a tim i tvorbe minerâlnich usazenin na vnitrnich stenâch nâdrzi. Nâpln vody v nâdrzich pak nemeni svou hmotnost a lze snadno stabilizovat a kontrolovat jeji cistotu a chemické slozeni. Vÿhodne jsou propojena odvetrâvaci potrubi vsech modulû, cimz se usnadnuje vyrovnavani hladin vody pri nerovnomerném plneni a vyprazdnovâni nadrzi vodou.
Pouzitim inertniho plynu pro vyplneni prostoru nad hladinou vody v nadrzich lze s vÿhodou zabranit nezadoucimu mnozeni flôry a fauny a tim zvysovani hustoty vody a opotrebeni hydraulickÿch zarizeni a rozvodû.
Z uvedenÿch dûvodû témer odpada nutnost cisteni sten nadrzi a potrubi od organickÿch i anorganickÿch nanosû.
Mezikus spojuje dolni a horni nadrz. Je zatizen hlavne svislou silou od vahy horni nâdrze s naplni vody.
Pri kÿvani plovouci nadrze na hladine vody v zakladni nadrzi v dûsledkû narazû silného vetru vznika v modulech také promenlivé ohybové namâhâni pûsobenim rozdilného vztlaku na ponorenou a vynorenou cast plovouci nadrze.
Konstrukce plovouci nadrze mûze bÿt pri dobrém vyuziti pevnosti materiâlu relativne lehkâ a vÿtlacnâ vÿska mezi dolni a horni nâdrzi pak mûze dosahovat stovek metrû.
Moduly jsou mezi sebou vÿhodne spojeny svislÿmi a vodorovnÿmi vÿztuhami a vzâjemnâ vzdâlenost modulû je s vÿhodou volena tak, aby umoznila râdnou kontrolu vnejsich sten modulû.
Nâdrze a plovâky jsou vystaveny pûsobeni vody, proto je vhodné je vyrobit z materiâlu odolného korozi.
Mezikus neni plnen vodou, ani neni ponoren v zâkladni nâdrzi a neni tedy vystaven primému korozivnimu pûsobeni vody, je mozno jej vyrobit z levnejsiho materiâlu, méne odolného proti korozi. S vÿhodou jsou mezikusy po obvodu plovouci nâdrze nebo alespon obvodové câsti mezikusû provedeny z materiâlu odolného korozi.
S vÿhodou jsou mezikusy tvoreny prihradovou konstrukci, kterou je vÿhodné opatrit ochrannÿm nâterem. Prihradovâ konstrukce klade mensi odpor proti vetru, takze plovouci nâdrz neni tak nâchylnâ ke kÿvâni na hladine zâkladni nâdrze.
S vÿhodou je prihradovâ konstrukce opatrena obvodovÿm plâstem, kterÿ umoznuje naplnit vnitrni prostor inertnim plynem pro omezeni koroze prihradové konstrukce. Obvodovÿ plâst’ je s vÿhodou zhotoven z materiâlu odolného korozi.
Obvodovÿmi svislÿmi a vodorovnÿmi vÿztuhami je vsak vÿhodné utesnit prostor mezi nâdrzemi na vodu, jakoz i celÿ prostor mezikusû, a naplnit tyto prostory inertnim plynem za ùcelem omezeni koroze materiâlu nâdrzi a mezikusû.
Vodorovné vÿztuhy mezi plovâky jsou s vÿhodou opatreny otvory, aby umoznily svislé protékâni vody kolem plovâkû a rovnez svislé vÿztuhy mezi plovâky v horni câsti plovâkû jsou s vÿhodou opatreny otvory, aby umoznily vodorovné protékâni vzduchu mezi plovâky nad hladinou vody pri kÿvâni plovouci nâdrze na hladine zâkladni nâdrze.
Prostor mezi plovâky v horni câsti plovâkû po odvodu plovouci nâdrze je s vÿhodou opatren uzaviratelnÿmi otvory pro odvzdusneni pri pocâtecnim ponorovâni plovâkû pri montâzi a pri prvotnim plneni dolni nâdrze vodou ze zâkladni nâdrze.
Pri dalsim provozu je vÿhodné tyto otvory uzavrit, aby nedochâzelo k odparovâni vody v tomto
- 7 CZ 310091 B6 prostoru a k omezeni tvorby mineralnich usazenin na vnejsich stenach modulû.
Prostor mezi plovaky nad hladinou vody je vÿhodné naplnit inertnim plynem jako prostor nadrzi a mezikusû, aby se omezila koroze dotcené casti plovakû.
Slozeni a tlak plynové naplne v modulech a v prostoru mezi nimi je vÿhodné kontinualne kontrolovat pomoci mericich pristrojû, cimz je mozno vcas zjistit netesnosti v konstrukci a operativne zajistit odstraneni zavady.
V plovouci nadrzi je vÿhodné instalovat trvalé rozvody inertniho plynu pro moznost operativniho doplneni nebo vÿmeny naplne plynu k zajisteni maximalni spolehlivosti, bezpecnosti a celkové zivotnosti konstrukce modulû.
Nadrze, mezikusy a plovaky, pripadne i odvetravaci potrubi, jsou s vÿhodou opatreny pojistnÿmi ventily, které brani prekroceni bezpecného pretlaku nebo podtlaku plynu, aby nemohlo dojit k poskozeni casti plovouci nadrze.
Dolni a horni nadrze jsou prostrednictvim vodniho potrubi propojeny s energetickÿm soustrojim.
Energetické soustroji je s vÿhodou umisteno mimo plovouci nadrz, napr. na brehu zakladni nadrze nebo na pontonu plujicim v zakladni nadrzi vedle plovouci nadrze, a je s plovouci nadrzi propojeno pomoci ohebného vodniho potrubi, které umoznuje kompenzovat vzajemné pohyby mezi energetickÿm soustrojim a plovouci nadrzi pri kÿvani na hladine vody v zakladni nadrzi.
Energetické soustroji je s vÿhodou umisteno na plovouci nadrzi.
Ke dnu kazdé dolni a horni nadrze na vodu je s vÿhodou pripojena potrubni odbocka k vodorovnému sbernému vodnimu potrubi, které tvori potrubni sit’ pod dolnimi a pod hornimi nadrzemi.
Obe vodorovné site sberného vodniho potrubi jsou po obvodu plovouci nadrze napojeny na svislé vodni potrubi, které je pripojeno k energetickÿm soustrojim. Svislé vodni potrubi mûze mit tloustku steny odstupnovanou podle hydrostatického tlaku.
Potrubni odbocky pod nadrzemi jsou opatreny uzavery, s vÿhodou regulacnimi, aby bylo mozno regulovat prûtok vody k energetickÿm soustrojim a napomahat k vyvazeni plovouci nadrze.
Energetické soustroji obsahuje s vÿhodou cerpadlo a turbinu samostatne a/nebo s vÿhodou reverzni turbinu.
K precerpavani je vÿhodné pouzit soupravu mensich energetickÿch soustroji, jelikoz maji mensi velikost, ktera umoznuje snadnejsi pnzpûsobeni provozovaného vÿkonu potrebam energetické site, lepsi vyvazeni plovouci nadrze a jednodussi manipulaci pri montazi a opravach.
Jednotliva energeticka soustroji je vÿhodné rozmistit po obvodu plovouci nadrze, aby k nim byl jednodussi pristup.
S vÿhodou jsou energeticka soustroji umistena v samostatnÿch modulech s vlastnimi plovaky, pripojenÿch k modulûm s nadrzemi na vodu, takze lze snadneji vyresit jejich vyvazeni a pristupnost energetickÿch soustroji pro montaz a ùdrzbu. Castecnÿm umistenim energetickÿch soustroji pod ùrovni hladiny vody v zakladni nadrzi lze s vÿhodou tlumit sireni hluku od energetickÿch soustroji do okoli.
Pri precerpavani se plynule meni vÿskovÿ rozdil hladin mezi dolni nadrzi a horni nadrzi - pri plneni horni nadrze se vÿskovÿ rozdil hladin zvysuje, pri vypousteni horni nadrze se vÿskovÿ
- 8 CZ 310091 B6 rozdil hladin snizuje. Vzhledem k vysoké vÿtlacné vÿsce cini tento rozdil jen nekolik procent prûmerné vÿtlacné vÿsky, takze by nemel klast zvÿsené naroky na regulaci vÿkonu energetického soustroji.
Je vÿhodné provozovat energeticka soustroji v parech z protilehlÿch stran plovouci nadrze kvûli vyvazeni plovouci nadrze pri plneni a vyprazdnovani prislusnÿch hornich nadrzi na vodu, i kdyz budou vsechny nadrze na vodu mezi sebou propojeny potrubni siti.
Elektrické propojeni energetickÿch soustroji s elektrickÿm zarizenim na brehu zakladni nadrze je s vÿhodou provedeno pohyblivÿmi kabely, k jejich uchyceni lze s vÿhodou vyuzit plovouci vodici ram.
Plovouci nadrz musi bÿt dostatecne stabilni na hladine zakladni nadrze, proto je vÿhodné plne vyuzit sirku zakladni nadrze a plovouci nadrz zhotovit co nejsirsi.
V rozlehlÿch a hlubokÿch zakladnich nadrzich, napr. v prostoru vytezenÿch povrchovÿch dolû nebo v mori, a pri optimalnim vyuziti pevnosti materialu lze plovouci nadrz pohodlne stavet s velkou vÿtlacnou vÿskou a s velkÿm prûmerem ve stovkach metrû, avsak je nutné zajistit dostatecnou sirku plovouci nadrze pro dosazeni bezpecné stability plovouci nadrze v silném vetru.
Precerpavaci elektrarna tohoto provedeni je tedy vhodna predevsim pro velké vÿkony a velké kapacity v jednotkach az stovkach GWh.
I pri malé plose zakladni nadrze lze plovouci nadrz vystavet vysokou, ale je nutno zajistit jeji stabilitu na hladine zakladni nadrze vÿhodne pomocnou konstrukci ukotvenou ke brehu zakladni nadrze.
Vÿkonnou precerpavaci elektrarnu lze vsak ziskat i tehdy, kdyz je k dispozici nekolik mensich jezer rozmistenÿch blizko sebe. V kazdém jezeru bude postavena cast plovouci nadrze s optimalni vÿskou odpovidajici hloubce jezera, pricemz tyto casti budou vzajemne spojeny a vytvori dostatecne stabilni konstrukci.
Pri projektovani plovouci nadrze je soucasne nutno pamatovat na dostatecnou rezervni hloubku ke dnu zakladni nadrze, aby nedoslo k poskozeni plovaku narazem do dna zakladni nadrze v dûsledku kÿvani plovouci nadrze pûsobenim silného vetru.
Mnozstvi vody v jezere je nutno doplnovat pri vetsim odparovani, aby byla dodrzena vyuzitelna hloubka pro bezpecné provozovani plovouci nadrze.
Pro ùcely plovouci nadrze je vyuzitelna jen ta cast z celkové hloubky zakladni nadrze, ktera zbÿva po odecteni rezervni hloubky. Jedna cast vyuzitelné hloubky je vyuzita pro ponor plovaku pri prazdné plovouci nadrzi, pricemz odpovidajici objem vody bude ze zakladni nadrze vytlacen, pokud ma zûstat celkova hloubka zakladni nadrze na pûvodni hodnote. Druha cast vyuzitelné hloubky je vyuzita pro zvÿseni ponoru plovaku jednorazovÿm prevedenim, nacerpanim vody ze zakladni nadrze do dolni nadrze v plovouci nadrzi.
Na pomeru konstrukcni vÿsky nadrzi na vodu a ponoru plovaku zavisi kapacita plovouci nadrze a hmotnost materialu pouzitého pro zhotoveni plovouci nadrze, v dûsledku pak investicni narocnost plovouci nadrze.
Pro ùcely plovouci nadrze je vÿhodné vyuzivat co nejvetsi cast plochy a hloubky zakladni nadrze.
Plovouci nadrz mûze bÿt vÿhodne sestavena z modulû s jednotnou hloubkou ponoru plovakû, a
- 9 CZ 310091 B6 tedy s jednotnou stavebni vÿskou modulù podle zvolené hloubkové ùrovne v zakladni nâdrzi. Cim hlubsi ùroven pro hlubsi ponoreni plovâkù je zvolena, tim bude mit plovouci nadrz mensi plochu, protoze plochy hloubkovÿch ùrovni zakladni nâdrze se ke dnu zakladni nâdrze zmensuji. Se zmensujici se plochou a zvysujici se hloubkou vsak klesa stabilita plovouci nadrze, ktera tedy musi mit mensi vÿtlacnou vÿsku a tim se mùze nepriznive zvysovat merna cena, investirai narocnost plovouci nadrze. Vsechna energeticka soustroji u této plovouci nadrze mohou bÿt stejného vÿkonu, protoze vsechna maji stejnou vÿtlacnou vÿsku.
Plovouci nadrz mùze bÿt vÿhodne sestavena z modulù s rùznou hloubkou ponoru plovakù podle hloubkového profilu zakladni nadrze, a tedy s rùznou stavebni vÿskou modulù, takze pro ùcely plovouci nadrze mùze bÿt vyuzita nejen témer cela sirka, ale i témer cela hloubka zakladni nadrze, tj. témer celÿ objem zakladni nadrze. Tato konstrukce umoznuje, aby osa teziste plovouci nadrze byla totozna s osou vztlaku plovouci nadrze. Pritom, vzhledem k velké sirce plovouci nadrze, mùze bÿt dobre zajistitelna jeji stabilita i pri velké stavebni vÿsce modulù s hlubsim ponorem plovakù.
Pro kazdou skupinu modulù se stejnou stavebni vÿskou mùze bÿt k dispozici odpovidajici skupina energetickÿch soustroji se stejnou vÿtlacnou vÿskou. Plneni a vyprazdnovani nâdrzi rùzné vÿsky je vÿhodné provadet soucasne a proporcionalne, aby se minimalizovalo smykové napeti ve vÿztuhach mezi moduly rùzne zatizenÿmi.
Dolni dna plovakù rùzné vÿsky jsou s vÿhodou opatrena otvory s uzavery pro moznost zavodneni vnitfniho prostoru plovakù k vyrovnani polohy plovouci nadrze napf. behem montâze nebo pri opravach, prip. pri poruse plovouci nadrze.
Plovouci nadrz je na hladine zakladni nadrze s vÿhodou zajistena vodicim ramem, kterÿ obklopuje plovouci nadrz po celém jejim obvodu.
Vodici ram ma s vÿhodou plovouci cast a kotvici cast, jez jsou kloubove spojeny mezi sebou. Kotvici cast je s vÿhodou kloubove uchycena v zakladech na brehu zakladni nadrze.
Vodici ram slouzi predevsim ke stabilizaci plovouci nadrze proti vodorovnému pohybu na hladine vody v zakladni nadrzi, dovoluje volné kÿvani plovouci nadrze pùsobenim vetru a je ukotven ke brehu zakladni nadrze tak, aby umoznil radnou funkci plovouci nadrze v ramci pripustnÿch vÿskovÿch zmen hladiny vody v zakladni nadrzi.
Vodici ram s vÿhodou slouzi také:
- jako pnstupova plosina pro pracovniky obsluhy a ùdrzby,
- jako dopravni cesta pro prepravu materiâlu pri ùdrzbe a opravâch zejména energetickÿch zarizeni,
- jako montâzni plosina pri ùdrzbe a montâzi plovouci nâdrze, zejména energetickÿch zarizeni,
- pro neseni a vedeni pohyblivÿch kabelù k energetickÿm zanzenim, k ovlâdacim a regulacnim armaturâm, k mericim a zabezpecovacim pristrojùm a zanzenim),
- pro neseni pomocnÿch elektrickÿch zarizeni a rozvodù (montâzni zarizeni venkovni i vnitrni pro zvedâni nâkladù a dopravu osob, osvetleni, pripojky k napâjeni elektrickÿch nâstrojù a pristrojù, rozmrazovâni v zimnim obdobi),
- pro neseni rozvodù inertniho plynu k plneni modulù.
Vodici râm je s vÿhodou vybaven:
- zâbradlim s lemy u podlahy proti pâdu lidi a predmetù z vodiciho râmu do vody,
- kolejemi pro kolejovou dopravu nâkladù a materiâlu,
- vrâtky pro tazeni kolejovÿch vozidel po kolejich,
- osvetlenim,
- 10 CZ 310091 B6
- bezpecnostnim vybavenim a prostredky pro zachranu osob pri padu z vodiciho ramu do vody (zachranné cluny a pasy),
- kotvicim, manipulacnim a pristupovÿm zarizenim pro prekladani materialu a osob mezi vodicim ramem a vodnimi cluny.
Sirka vodiciho ramu je s vÿhodou dostatecna pro dve kolejové trate vedle sebe k nezavislé doprave po kazdé koleji.
Doprava je s vÿhodou zajistena pro plynulÿ pohyb kolejovÿch vozidel ze dvou mist na brehu na vodici ram a po celém jeho obvodu s nekolika vÿhybkami pro moznost prejezdu mezi tratemi v pripade nutnosti.
Koleje jsou s vÿhodou zapusteny v podlaze.
Vodici ram s vÿhodou umoznuje také pohyb kolovÿch vozidel s pneumatikami.
Ke stabilizaci plovouci nadrze proti vodorovnému pohybu na hladine vody v zakladni nadrzi a k vedeni plovouci nadrze pri svislém pohybu je vodici ram s vÿhodou vybaven odpruzenÿm kolovÿm vedenim a pevnÿm vedenim.
Na obvodové rade modulû jsou s vÿhodou nainstalovany nejméne dva vÿtahy pro dopravu osob a nakladû na horni plosinu plovouci nadrze.
Plovouci nadrz mûze bÿt s vÿhodou vytvorena se souvislÿm dnem, cimz se zvetsi vztlak plovakové casti a celÿ vnitrni prostor plovakové casti bude chranen proti ùcinkûm vody v zakladni nadrzi, kde zejména slana voda ma zvlaste silné korozni ùcinky.
S vÿhodou je souvislé dno vytvoreno tak, ze jsou utesneny mezery mezi dny plovakû jednotlivÿch modulû, s vÿhodou je utesneni zhotoveno ze stejného materialu, ze kterého jsou zhotoveny plovaky.
I v pripade souvislého dna je vÿhodou plneni jednodilného i vÿskove vicedilného prostoru plovakové casti uvnitr i vne plovakû vnitrnim pretlakem plynu, s vÿhodou inertniho, které umozni odlehceni sten plovakové casti.
Uvedena konstrukce plovakû umozni také vyuzit prostor mezi dolnimi a hornimi nadrzemi k naplneni vodou.
Vÿhodou tohoto provedeni je tedy vetsi vyuziti objemu zakladni nadrze a celkového objemu plovouci nadrze k precerpavacim ùcelûm, aniz by doslo ke zmene stability plovouci nadrze na hladine vody v zakladni nadrzi.
Plovouci nadrz umistena v mori mûze bÿt s vÿhodou naplnena sladkou vodou z reky nebo z jezera.
Pro kontrolu, cistern a opravy modulû z vnitrni i vnejsi strany je vÿhodné vytvorit uzaviratelné kontrolni otvory v hornich nebo i v dolnich dnech, pripadne v bocnich stenach nebo ve vodorovnÿch vÿztuznÿch pasnicich nebo plosinach nadrzi na vodu, mezikusû a plovakû, které umozni vstup pracovnikû a pouziti nezbytnÿch pracovnich prostredkû a pristrojû.
Pro usnadneni prace uvnitr modulû je vhodné u techto kontrolnich otvorû upravit ùchyty pro kotveni prenosnÿch kontrolnich, cisticich, opravarskÿch a dopravnich zarizeni.
Vnejsi povrch plovouci nadrze je s vÿhodou opatren naterem proti korozi a s vÿhodou plastem se zvÿsenou balistickou odolnosti.
- 11 CZ 310091 B6
Bocni steny a horni plosina mohou bÿt vyuzivany s vÿhodou pro ùcely sportu ci rekreace, pripadne pro dalsi ùcely, zejména pro umisteni slunecni a/nebo vetrné elektrârny, jejiz energie mùze bÿt hned uklâdâna v precerpâvaci elektrârne.
Horni nâdrze na vodu mohou bÿt s vÿhodou usporâdâny vÿskove tak, ze budou mit horni hrany zarovnany do stejné ùrovne, cimz vytvori rozlehlou rovnou plosinu. Pokud bude tato plosina dostatecne zpevnena, mùze tvorit napr. pristâvaci drahu.
Je ovsem nutno uvazit, ze kazdé pridané zatizeni plovouci nadrze bude znamenat câstecné omezeni elektrické kapacity elektrarny.
Precerpâvanâ voda se v dùsledku ztrat odporem a proudenim v energetickém soustroji a v potrubi zahnva. Znacna cast vzniklého tepla se odvadi vnejsim povrchem plovouci nadrze do okoli. Zbylou cast vzniklého tepla je vÿhodné pouzivat zejména v zimnim obdobi k vytapeni bytù i nebytovÿch prostorù v okolnich obcich cirkulaci precerpâvané vody buri primo nebo s pnhnvanim pomoci biomasy, zemniho plynu, elektriny nebo prostrednictvim tepelnÿch cerpadel.
Vzhledem k tomu, ze plovouci nâdrz se mùze na hladine zakladni nadrze kÿvat, je vodni potrubi plovouci nadrze spojeno s topnÿm potrubim k vytapeni bytù vÿhodne pomoci ohebného potrubi.
Pri optimalnim vyuziti pevnosti materiâlu lze plovouci nadrze s nadrzemi situovanÿmi nad hladinou vody v zakladni nadrzi stavet s velkou vÿskou i ve stovkach metrù, avsak je nutné zajistit dostatecnou sirku plovouci nadrze pro dosazeni bezpecné stability plovouci nadrze v silném vetru. Precerpavaci elektrarna tohoto provedeni je tedy vhodna predevsim pro velké vÿkony a kapacity.
V rozlehlÿch a hlubokÿch zakladnich nadrzich, napr. v prostoru vytezenÿch povrchovÿch dolù nebo v mori, lze plovouci nadrz pohodlne stavet s velkou vÿtlacnou vÿskou a s velkÿm prùmerem.
Vÿkonnou precerpavaci elektrarnu lze vsak ziskat i tehdy, kdyz je k dispozici nekolik mensich jezer rozmistenÿch blizko sebe. V kazdém jezeru bude postavena cast plovouci nadrze s optimalni vÿskou odpovidajici hloubce jezera, pricemz tyto casti budou vzajemne spojeny a vytvori dostatecne stabilni konstrukci.
Jelikoz precerpavaci elektrarny podle vynàlezu mohou poskytovat vysoké kapacity a vÿkony soustredené do vybranÿch mist (jezer), je vÿhodné pamatovat na zesileni pripojené rozvodné elektrické site.
Montaz plovouci nadrze:
Plovouci nadrz se s vÿhodou mùze sestavovat postupnou montazi a spojovanim jednotlivÿch câsti modulù vedle sebe, tj. po vrstvâch, na hladine vody v zâkladni nâdrzi.
Na nejnizsi vrstvu câsti modulù se postupne napojuji dalsi vrstvy tak, aby celâ plovouci nâdrz byla na hladine zâkladni nâdrze pri vÿstavbe vyvâzenâ a nevznikala v ni zbytecne pndavnâ napeti. Nejprve se sestavuji plovâky, na ne se vrstvi dolni nâdrze, dâle mezikusy, a nakonec horni nâdrze. Prûbezne se montuje také pnslusenstvi, zejména vodni potrubi a energetickâ soustroji.
Plovouci nâdrz sestavenâ z modulù rùzné stavebni vÿsky se montuje s vÿhodou tak, ze se sestavuje nejprve zâkladni vrstva plovâkù s nejvetsi hloubkou ponoru vnitrni skupiny modulù, které maji nejvetsi stavebni vÿsku.
Po dokonceni zâkladni vrstvy plovâkù se plovâky této vnitrni skupiny modulù zanori câstecnÿm
- 12 CZ 310091 B6 naplnenim dolni casti plovâkû vodou tak, aby se k nim mohly v potrebné ùrovni pripojovat plovâky prilehlé vnejsi skupiny modulû s mensi stavebni vÿskou k vytvorené spojené skupiny modulû.
Po dokonceni montâze této vrstvy plovakû spojené skupiny modulû se plovaky spojené skupiny dale zanon tak, aby se k nim mohly v potrebné ùrovni pnpojovat plovaky dalsi prilehlé vnejsi skupiny modulû s mensi stavebni vÿskou.
Takto se pokracuje az do pripojeni plovakû posledni skupiny modulû s nejmensi stavebni vÿskou, nacez se cela spojena skupina dale zanori tak, aby dalsi montaz mohla pokracovat rovnomernÿm napojovanim dalsich vyssich vrstev plovakû, mezikusû a nâdrzi na vodu.
Horni cast plovakû, kterâ nebude zavodnena, bude postupne plnena stlacenÿm plynem tak, aby byl v plovâcich stâle kompenzovân vnejsi hydrostatickÿ tlak vody a nedoslo ke zborceni plovâkû.
V prûbehu dalsi montâze poroste vâha plovouci nâdrz, kterâ se bude prûbezne ponorovat, pricemz bude ze zâkladni nâdrze postupne vytlacovat vodu o objemu, kterÿ odpovidâ vÿtlaku prâzdné plovouci nâdrze.
Ve vnitrnim prostoru plovâkû je v prûbehu montâze zadrzovâno celé mnozstvi vody, které bude po dokonceni montâze plovouci nâdrze precerpâno do dolni nâdrze na vodu nad plovâky a bude tak ihned k dispozici pro precerpâvâni mezi dolni a horni nâdrzi na vodu, aniz by tedy vznikla potreba pricerpâvat dalsi vodu ze zâkladni nâdrze. Precerpâni vody z plovâkû mûze bÿt s vÿhodou provâdeno pomoci vestavenÿch energetickÿch soustroji a pomoci stlaceného plynu, kterÿm bude uvnitr plovâkû kompenzovân vnejsi hydrostatickÿ tlak vody proti zborceni plovâkû.
Precerpâvaci elektrârna dle vynâlezu mâ predpoklady k rozsâhlému vyuzivâm:
- elektrârna je principiâlne a funkcne jednoduchâ, coz jsou dûlezité podminky jeji spolehlivosti, - elektrârna dosahuje az o nekolik râdû vyssich kapacit akumulované energie proti dosavadnim typûm precerpâvacich elektrâren s plovouci nâdrzi,
- pretlak tekutiny v energetickém soustroji kolisâ behem provozniho zdvihu jen v rozsahu nekolika procent,
- elektrârna mâ pri precerpâvâni vody velmi dobrou energetickou ùcinnost,
- elektrârnu lze spustit a zastavit s vysokou pohotovosti,
- elektrârnu lze postavit s vÿkonem a kapacitou optimâlne dle mistnich pomerû v elektrické siti, - elektrârna umoznuje dlouhodobé ulozeni energie bez ztrâty kapacity,
- plovouci nâdrz elektrârny lze vyrobit s pouzitim beznÿch, levnÿch, ekologickÿch a plne recyklovatelnÿch materiâlû s dlouhou zivotnosti v desitkâch az stovkâch tisic cyklû, v desitkâch az stovkâch let,
- pri vÿvoji a vÿstavbe elektrârny lze navâzat na zkusenosti se stavbou lodi a energetickÿch vodnich staveb,
- neni nutno budovat rozsâhlé pevné zâklady pro precerpâvaci elektrârnu,
- elektrârna mûze vyuzivat jezera vytvorenâ po tezbe surovin i dalsi nevyuzivanâ, napr. ledovcovâ jezera, u kterÿch je minimâlm riziko, ze dojde k poklesu hladiny vody, bez nutnosti zâboru pozemkû v chrânené prirode,
- pri precerpâvâni mezi dolni a horni nâdrzi uvnitr plovouci nâdrze nehrozi riziko nasâti nezâdoucich predmetû z jezera do plovouci nâdrze nebo riziko ohrozeni proudem vody z plovouci nâdrze,
- precerpâvânim se neviri voda v jezere, jelikoz se voda precerpâvâ uvnitr plovouci nâdrze,
- zûstâvâ moznost vyuziti câsti jezera k rekreacnim ùcelûm,
- nehrozi riziko zaplaveni okoli jezera vodou pri poskozeni plovouci nâdrze,
- elektrârna, zejména jeji plovouci nâdrz, je velmi odolnâ proti zemetreseni a proti nepriznivÿm povetrnostnim podminkâm,
- plovouci nâdrz mûze slouzit také jako zâsobnik vody pro nouzové situace,
- 13 CZ 310091 B6
- teplo vzniklé pri pfecerpâvâni vody Ize pouzivat k vytâpeni bytû i nebytovÿch prostorû v okolnich obcich,
- provoz elektrârny je ekologickÿ, nevznikaji pri nem skodlivé odpady,
- elektrârna mâ nizké provozni nâklady,
- uvedené prednosti akumulacni elektrarny predznamenâvaji z hlediska ekonomicnosti investice a provozu moznost srovnâni s klasickou precerpâvaci elektrârnou se dvema stabilnimi nâdrzemi nebo s jinÿmi druhy akumulacnich elektrâren.
Vyuzivani precerpâvacich elektraren s plovouci nâdrzi dle vynâlezu umoznuje resit zâsadni problémy energetiky:
- mnohonâsobne zvÿsit akumulované mnozstvi elektrické energie proti soucasnému stavu,
- rychle vyrovnâvat disproporce mezi promenlivou spotrebou elektrické energie a jeji stâlou vÿrobou z elektrâren na fosilni paliva a znacne nepravidelnou vÿrobou z obnovitelnÿch zdrojû, jako jsou slunecni energie, energie ziskanâ z vody, vetru, spalovânim biomasy a geotermâlni energie,
- poskytovat moznost kompenzace ùciniku a nerovnomernosti v elektrické siti pouzivânim tocivÿch strojû,
- snizit nâklady na reseni disproporci mezi vÿrobou a spotrebou elektrické energie,
- omezit masivni prenosy elektrické energie na dlouhé vzdâlenosti a mezi stâty,
- rozsirit a zlevnit vÿrobu elektrické energie z obnovitelnÿch zdrojû,
- omezit vÿrobu energie z fosilnich paliv,
- zvÿsit energetickou sobestacnost a bezpecnost pro velké i malé ùzemni celky,
- vÿznamne prispet ke zlepseni zivotni prostredi.
Objasneni vÿkresû
Vynâlez bude blize objasnen na prikladech provedeni dle prilozenÿch vÿkresû:
obr. 1 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s plovouci nâdrzi s ponorenou dolni a horni nâdrzi, obr. 2 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s plovouci nâdrzi s ponorenou dolni nâdrzi, obr. 3 znâzornuje schéma modulu plovouci nâdrze s jednodilnÿm plovâkem, obr. 4 znâzornuje schéma modulu plovouci nâdrze s trojdilnÿm plovâkem, obr. 5 znâzornuje schéma plavâni modulu plovouci nâdrze s trojdilnÿm plovâkem, obr. 6 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s jednoùrovnovou plovouci nâdrzi, obr. 7 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s trojùrovnovou plovouci nâdrzi a tristupnovou horni plosinou, obr. 8 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s trojùrovnovou plovouci nâdrzi a vyrovnanou horni plosinou, obr. 9 znâzornuje schéma precerpâvaci elektrârny s jednoùrovnovou plovouci nâdrzi a s vodicim râmem.
Priklady uskutecneni vynâlezu
Na obr. 1 je znâzorneno schéma precerpâvaci elektrârny s plovouci nâdrzi s ponorenou dolni a horni nâdrzi. Plovouci nâdrz 4 obsahuje dolni nâdrz 5 a horni nâdrz 6, jez spolu tvori plovâk 8 a jsou témer plne ponoreny pod ùrovni hladiny 24 vody v zâkladni nâdrzi 3.
V tomto redukovaném provedeni plovouci nâdrze 4 je horni dno 16 dolni nâdrze 5 totozné s dolnim dnem 17 horni nâdrze 6.
Nejnizsi mista horni nâdrze 6 a dolni nâdrze 5 jsou spojena vodnim potrubim 14, které je spojeno
- 14 CZ 310091 B6 s vodnim energetickÿm soustrojim 13. Vzduchovÿ prostor nad hladinou 25 vody v dolni nâdrzi 5 je propojen do ovzdusi odvetrâvacim potrubim 21 a vzduchovÿ prostor nad hladinou 26 vody v horni nadrzi 6 je propojen do ovzdusi odvetravacim potrubim 22, takze v dolni nadrzi 5 i v horni nadrzi 6 zùstâvâ tlak vzduchu konstantni. Vodni energetické soustroji 13 je zde obtizne pristupné pro ùdrzbu. Horni nâdrz 5 a dolni nâdrz 6 jsou vystaveny vnejsimu pretlaku vody v zâkladni nadrzi 3, proto maji silné steny.
Na schématu dle obr. 1a je voda prostrednictvim vodniho potrubi 14 a vodniho energetického soustroji 13 prepustena z horni nâdrze 6 do dolni nâdrze 5, vÿtlacnâ vÿska je zde nejmensi Hv,min. Na schématu dle obr. 1b je voda prostrednictvim vodniho potrubi 14 a vodniho energetického soustroji 13 precerpana z dolni nadrze 5 do horni nadrze 6, vÿtlacna vÿska je zde nejvetsi Hv,max. Vzhledem k tomu, ze vÿskova vzdalenost dolni nadrze 5 a horni nadrze 6 je zredukovana na nejmensi moznou miru, vÿtlacna vÿska v prùbehu precerpavaciho cyklu znacne kolisâ. Hloubka ponoreni plovâku 8 se pri precerpâvâni nemeni.
Na obr. 2 je znazorneno schéma precerpavaci elektrarny s plovouci nadrzi s ponorenou dolni nadrzi. Plovouci nadrz 4 obsahuje dolni nadrz 5 a dolni cast mezikusu 7, které tvori prostor plovaku 8 a jsou ponoreny pod ùrovni hladiny 24 vody v zakladni nadrzi 3, zatimco horni cast mezikusu 7 a horni nadrz 6 plovouci nadrze 4 jsou umisteny nad ùrovni hladiny 24 vody v zakladni nadrzi 3. Nejnizsi mista horni nadrze 6 a dolni nadrze 5 jsou spojena vodnim potrubim 14, které je spojeno s vodnim energetickÿm soustrojim 13. Vzduchovÿ prostor nad hladinou 25 vody v horni nadrzi 6 a vzduchovÿ prostor nad hladinou 26 vody v dolni nadrzi 5 jsou mezi sebou propojeny odvetravacim propojovacim potrubim 23, takze v dolni nadrzi 5 a v horni nadrzi 6 zùstâvâ hmotnost vzduchu konstantni, avsak pri zmene teploty vzduchu se jeho tlak meni. Vodni energetické soustroji 13 je zde obtizne pristupné pro ùdrzbu. Dolni nâdrz 5 a mezikus 7 jsou vystaveny vnejsimu pretlaku vody v zâkladni nâdrzi 3, proto maji silné steny.
Na schématu dle obr. 2a je voda prostrednictvim vodniho potrubi 14 a vodniho energetického soustroji 13 prepustena z horni nâdrze 6 do dolni nâdrze 5, vÿtlacnâ vÿska je zde nejmensi Hv,min. Na schématu dle obr. 2b je voda prostrednictvim vodniho potrubi 14 a vodniho energetického soustroji 13 precerpâna z dolni nâdrze 5 do horni nâdrze 6, vÿtlacnâ vÿska je zde nejvetsi Hv,max. Vzhledem k tomu, ze vÿskovâ vzdâlenost dolni nâdrze 5 a horni nâdrze 6 je podstatne vyssi nez u provedeni dle obr. 1, vÿtlacnâ vÿska v prùbehu precerpâvaciho cyklu jiz tolik nekolisâ. Hloubka ponoreni plovâku 8 se pri precerpâvâni nemeni.
Obr. 3 znâzomuje schéma modulu plovouci nâdrze s jednodilnÿm plovâkem. Modul obsahuje dolni nâdrz 5 s dolnim dnem 15 a hornim dnem 16, mezikus 7, horni nâdrz 6 s dolnim dnem 17 a hornim dnem 18 a jednodilnÿ plovâk 8 s dolnim dnem 19 a hornim dnem 20, které jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovnÿ prùrez mâ kruhovÿ tvar. Mezikus 7 mâ tlousfku steny t. Plovâk 8 je naplnen plynem o pretlaku, kterÿ se rovnâ nejvetsimu hydrostatickému tlaku vody, kterému je plovâk 8 vystaven pri plném ponoreni v zâkladni nâdrzi 3.
Obr. 4 znâzomuje schéma modulu plovouci nâdrze s trojdilnÿm plovâkem. Modul obsahuje horni nâdrz 6, mezikus 7, dolni nâdrz 5 a trojdilnÿ plovâk 8.
Horni nâdrz 6 obsahuje dolni dno 17 a horni dno 18, dolni nâdrz 5 obsahuje dolni dno 15 a horni dno 16, plovâk 8 obsahuje dolni oddil 9 opatrenÿ dolnim dnem 19 a hornim dnem 20a, na ne navazuje stredni oddil 10 opatrenÿ hornim dnem 20b a na ne navazuje horni oddil 11 opatrenÿ hornim dnem 20c.
Uvedené câsti modulu jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovnÿ prùrez mâ kruhovÿ tvar. Mezikus 7 mâ tlousfku steny t.
Jednotlivé oddily 9, 10, 11 plovâku 8 jsou naplneny plynem o pretlaku, kterÿ se rovnâ nejvetsimu
- 15 CZ 310091 B6 hydrostatickému tlaku vody, kterému je danÿ oddil 9, 10, 11 plovaku 8 vystaven pri plném ponoreni v zakladni nadrzi 3, tzn., ze oddily 9, 10, 11 plovaku 8 umistené hloubeji jsou naplneny plynem o vetsim pretlaku.
Horni dno 20a plni funkci tlakové prepazky mezi dolnim oddilem 9 a strednim oddilem 10, horni dno 20b plni funkci tlakové prepazky mezi strednim oddilem 10 a hornim oddilem 11.
Tento trojdilnÿ plovak 8 ma tedy mensi hmotnost a mezikus 7 proto mùze bÿt vyssi nez u modulu na obr. 3 i pri stejné vÿsce a tedy vztlaku plovaku 8.
Obr. 5 znazomuje schéma plavani modulu plovouci nadrze s trojdilnÿm plovakem. U modulu je ponoren pouze plovak 8, resp. jeho tri oddily 9, 10, 11. Mezikus 7 a obe nadrze 5, 6 jsou situovany nad ùrovni hladiny 24 vody v zakladni nadrzi 3.
Na schématu dle obr. 5a je voda prepustena z horni nadrze 6 do dolni nadrze 5, vÿtlacna vÿska je zde nejmensi Hv,min. Na schématu dle obr. 5b je voda precerpana z dolni nadrze 5 do horni nadrze 6, vÿtlacna vÿska je zde nejvetsi Hv,max. Hloubka ponoreni plovaku 8, resp. jeho tri oddilù 9, 10, 11 se pri precerpâvâni nemeni, meni se pouze vÿskova ùroven hladin 25, 26 vody v dolni nadrzi 5 a v horni nadrzi 6.
Obr. 6 znazomuje schéma precerpavaci elektrarny s jednoùrovnovou plovouci nadrzi. Plovouci nadrz 4 obsahuje sadu modulù 4a se stejnou vÿskou a se stejnou hloubkou ponoru. U plovouci nadrze 4 jsou v zakladni nadrzi 3 ponoreny pouze plovaky 8. Mezikusy 7, horni nadrze 6 i dolni nadrze 5 jsou situovany nad hladinou 24 vody v zakladni nadrzi 3. Plovouci nadrz 4 svou sirkou obsahuje témer celou sirku zakladni nadrze 3, ale ma jen omezenou hloubku ponoru, ktera odpovida vyuzité hloubkové ùrovni zakladni nadrze 3. Plovouci nadrz 4 obsahuje také energeticka zarizeni 13 a vodni potrubi 14, kterÿm jsou propojeny horni nadrze 6 a dolni nadrze 5. Energeticka zarizeni 13 jsou vestavena do vlastnich modulù 12 pripevnenÿch k modulùm 4a s nadrzemi 5, 6 po obvodu plovouci nadrze 4.
Na schématu dle obr. 6a je voda prepustena z hornich nadrzi 6 do dolnich nadrzi 5. Na schématu dle obr. 6b je voda precerpana z dolnich nadrzi 5 do hornich nadrzi 6. Hloubka ponoreni plovakù se pri precerpâvâni nemeni.
Obr. 7 znazomuje schéma precerpavaci elektrarny s trojùrovnovou plovouci nadrzi a tristupnovou horni plosinou. Plovouci nadrz obsahuje tri sady modulù 4a, které maji stejnÿ pomer vÿsky dolnich a hornich nadrzi 5, 6 k vyuzitelné hloubce, takze kazda sada modulù 4a ma jinou vÿsku dolnich a hornich nadrzi 5, 6, mezikusù 7 a plovakù 8, tj. jinou hloubku ponoru. U plovouci nadrze 4a jsou ponoreny pouze plovaky 8. Mezikusy 7, dolni nadrze 5 i horni nadrze 6 jsou situovany nad hladinou 24 vody v zakladni nadrzi 3. Plovouci nadrz 4 svou sirkou obsahuje témer celou sirku zakladni nadrze 3 a vyuziva také témer celou hloubku zakladni nadrze 3, jelikoz vnitrni sady modulù 4a zasahuji do vetsich hloubkovÿch ùrovni zakladni nadrze 3. Tato precerpavaci elektrarna ma proto vetsi kapacitu akumulované energie nez precerpavaci elektrarna jednoùrovnova podle obr. 6. Plovouci nadrz 4 obsahuje také tri sady energetickÿch zarizeni 13 a vodnich potrubi 14, kterÿm jsou propojeny dolni nadrze 5 a horni nadrze 6 prislusné sady modulù 4a. Energeticka zarizeni 13 jsou vestavena do vlastnich modulù 12 pripevnenÿch k modulùm 4a s dolnimi a hornimi nadrzemi 5, 6 po obvodu plovouci nadrze 4.
Na schématu dle obr. 7a je voda prepustena z hornich nadrzi 6 do dolnich nadrzi 5. Na schématu dle obr. 7b je voda precerpana z dolnich nadrzi 5 do hornich nadrzi 6. Hloubka ponoreni plovakù 8 se pri precerpavani nemeni.
Obr. 8 znazomuje schéma precerpavaci elektrarny s trojùrovnovou plovouci nadrzi a vyrovnanou horni plosinou. Plovouci nadrz 4 obsahuje, obdobne jako na obr. 7, tri sady modulù 4a, kde kazda sada modulù 4a ma jinou vÿsku dolnich a hornich nadrzi 5, 6, mezikusù 7 a plovakù 8, tj. jinou
- 16 CZ 310091 B6 hloubku ponoru, ale pomer vÿsky dolnich a hornich nadrzi 5, 6 k vyuzitelné hloubce je u techto sad upraven tak, ze horni hrany hornich nadrzi 6 vytvareji souvislou rovinu.
Na schématu dle obr. 8a je voda prepustena z hornich nadrzi 6 do dolnich nadrzi 5. Na schématu 5 dle obr. 8b je voda precerpana z dolnich nadrzi 5 do hornich nadrzi 6. Hloubka ponoreni plovakû 8 se pri precerpavani nemeni.
Obr. 9 znazomuje schéma precerpavaci elektrarny s jednoùrovnovou plovouci nadrzi a s vodicim ramem. Plovouci nadrz 4 obsahuje plovaky 8, dolni nadrze 5, horni nadrze 6 a mezikusy 7 a je v 10 zakladni nadrzi 3 stabilizovana proti vodorovnému pohybu vodicim ramem 27, kterÿ ma plovouci cast 28 a kotvici cast 29, jez jsou kloubove spojeny mezi sebou. Kotvici cast 29 je kloubove uchycena také v zakladech na brehu 1 zakladni nadrze 3.
Na schématu dle obr. 9a je voda prepustena z hornich nadrzi 6 do dolnich nadrzi 5. Na schématu 15 dle obr. 9b je voda precerpana z dolnich nadrzi 5 do hornich nadrzi 6. Hloubka ponoreni plovakû se pri precerpavani nemeni. Na schématech dle obr. 9a, obr. 9b je narys elektrarny, na schématu dle obr. 9c je pûdorys elektrarny.