CZ36529U1 - Přečerpávací elektrárna s horní a dolní nádrží v plovoucí nádrži - Google Patents

Description

Přečerpávací elektrárna s horní a dolní nádrží v plovoucí nádrži

Oblast techniky

Technické řešení se týká přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží umístěnou v základní nádrži.

Dosavadní stav techniky

V poslední době výrazně narůstá výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie (OZE), mezi něž řadíme sluneční energii, energii získanou z vody, větru, spalováním biomasy a geotermální energii. Tato výroba je všemožně zvýhodňována, ale je více nebo méně závislá na momentálních klimatických podmínkách, denní a roční době a elektrický výkon je dosti obtížné předvídat. U elektráren na obnovitelné zdroje, zejména u kogeneračních jednotek, nelze uvažovat o možnosti regulace výroby energie podle spotřeby energie v síti, naopak odběr elektrické energie z nich má přednost před elektrárnami na fosilní paliva, což působí silně destabilizuj ícím účinkem v energetické síti. Zvyšují se však požadavky na zvýšení efektivnosti využívání těchto zdrojů.

Provázanost dnešních přenosových sítí umožňuje určitou vzájemnou výpomoc regionů při překonávání odběrových špiček nebo při výpadku některých velkých zdrojů energie. Přetrvávající technické odlišnosti jednotlivých zemí a jejich různé politické orientace však nedovolují řešit tento problém v kontinentálním měřítku.

Výsledkem je velmi napjatá situace, kdy hrozí čím dál častější i rozsáhlejší výpadky v dodávce energie.

Význam akumulace tedy nejen trvá, je dokonce nezbytnou podmínkou přechodu k udržitelné bezuhlíkové energetice.

Účinnému vyrovnávání disproporcí mezi spotřebou a výrobou elektrické energie, rychlejšímu rozvoji elektráren na obnovitelné zdroje energie a omezování provozu elektráren na fosilní paliva zcela zásadním způsobem brání naprostý nedostatek ekonomicky a ekologicky výhodných akumulátorů energie s vysokou kapacitou, výkonem, účinností a životností.

Přečerpávací elektrárny jsou různého druhu, přečerpávají vodu mezi dolní a horní nádrží.

Hladina vody v horní nádrži je umístěna výše než hladina vody v dolní nádrži.

Výšková vzdálenost mezi horní nádrží a dolní nádrží při přečerpávání může být obecně stálá nebo proměnná.

U klasické pozemní přečerpávací elektrárny je vzdálenost mezi horní a dolní nádrží stálá, obě nádrže jsou umístěny stabilně na zemském povrchu. Při přečerpávání se mění pouze výškový rozdíl mezi hladinou vody v dolní a horní nádrži. Obvykle bývá k dispozici dolní nádrž a je nutno horní nádrž vybudovat, což ovšem obvykle vyžaduje zábor rozsáhlých pozemků v nedotčené přírodě.

Přečerpávací elektrárny mohou být tvořeny jako plovoucí v základní nádrži, např. v jezeru nebo v moři. Nádrž je plovoucí, jestliže na ni působí vztlak vody v základní nádrži a není stabilně upevněna ke dnu základní nádrže.

Plovoucí nádrž bývá vytvořena jako dolní nádrž a základní nádrž, ve kterém plovoucí nádrž plave, je horní nádrží.

Hladina vody v plovoucí, dolní nádrži je situována níže než hladina vody v základní nádrži, tj.

- 1 CZ 36529 U1 v horní nádrži.

Z tohoto principu vyplývá, že také dno vyprázdněné plovoucí nádrže je situováno pod úrovní nebo nejvýše v úrovni hladiny vody v základní nádrži.

Při přečerpávání vody mezi plovoucí nádrží a základní nádrží se mění výšková poloha plovoucí nádrže vůči základní nádrži.

Obvykle se při přečerpávání mění také výškový rozdíl mezi hladinou vody v plovoucí nádrži a v základní nádrži.

Při plnění plovoucí nádrže se přepouští voda ze základní nádrže přes turbínu do plovoucí nádrže a plovoucí nádrž se tímto ponořuje. Při odčerpávání vody z plovoucí nádrže pomocí čerpadla do základní nádrže se plovoucí nádrž vynořuje.

Plovoucí nádrž může mít dvoukomorové provedení. Při vyprázdněné plovoucí nádrži má horní komora dno v úrovni nebo těsně pod úrovní hladiny vody v základní nádrži. Dolní komora je trvale ponořena. Horní komora je propojena spojovacím kanálem se základní nádrží a s dolní komorou je propojena spádovým vodním potrubím a turbínou, dolní komora je propojena se základní nádrží výtlačným vodním potrubím a čerpadlem. Při turbínovém provozu voda protéká ze základní nádrže spojovacím kanálem do horní komory a z této horní komory proudí přes spádové vodní potrubí a turbínu do dolní komory, která se plní dle svého objemu, přičemž se plovoucí nádrž ponořuje do základní nádrže. Při čerpacím provozu se voda čerpá čerpadlem a výtlačným vodním potrubím z dolní komory do základní nádrže, přičemž se plovoucí nádrž vynořuje.

Nevýhodou těchto řešení s plovoucí nádrží je, že plovoucí nádrž je namáhána velkým vnějším přetlakem vody a musí být patřičně zesílena, což značně zvyšuje její hmotnost a tím i cenu. Kromě toho dané uspořádání umožňuje využívat při přečerpávání výškový rozdíl hladin vody nanejvýš teoreticky do hodnoty odpovídající hloubce základní nádrže, čímž jsou omezeny kapacitní možnosti plovoucí nádrže.

Úkolem technického řešení je rozšířit možnosti akumulování potenciální energie v přečerpávacích elektrárnách s plovoucí nádrží, které by bylo možno umístit zejména v jezerech vytvořených těžbou hornin nebo působením ledovců.

Podstata technického řešení

Tento problém řeší přečerpávací elektrárna, která obsahuje plovoucí nádrž umístěnou v základní nádrži v prostředí dvou tekutin s rozdílnou hustotou, přičemž elektrárna obsahuje dolní a horní nádrž s výškovým rozdílem mezi provozními hladinami hustší tekutiny a dále obsahuje potrubí a energetické soustrojí k přečerpávání tekutiny mezi dolní a horní nádrží, jejíž podstatou je, že plovoucí nádrž obsahuje dolní nádrž a horní nádrž, přičemž prostory dolní nádrže obsahující přečerpávanou tekutinu jsou s prostory horní nádrže obsahujícími přečerpávanou tekutinu spojeny prostřednictvím energetického soustrojí pomocí potrubí, které v dolní nádrži i v horní nádrži ústí do přečerpávané tekutiny.

Pohyb plovoucí nádrže v základní nádrži se uskutečňuje na rozhraní dvou pracovních tekutin s rozdílnou hustotou. Z důvodu gravitace se řidší, a tedy lehčí tekutina zdržuje nad hladinou hustší, a tedy těžší tekutiny a plovoucí nádrž pluje na hladině těžší tekutiny v základní nádrži.

Tekutinami s rozdílnou hustotou jsou s výhodou kapalina jako tekutina s větší hustotou (dále jen kapalina) a plyn jako tekutina s menší hustotou (dále jen plyn). Kapalinou je s výhodou voda, plynem je s výhodou vzduch.

- 2 CZ 36529 U1

Plovoucí nádrž s výhodou obsahuje následující části, při řazení zdola:

- plovák,

- dolní nádrž,

- mezikus,

- horní nádrž.

Plovák je nosnou částí celé plovoucí nádrže, je situován pod úrovní hladiny základní nádrže, a je nadlehčován vztlakem vody, který působí na ponořenou část plováku.

Mezikus je spojovací částí mezi dolní a horní nádrží.

Dolní nádrž, horní nádrž a mezikus mohou být umístěny v různé výšce vůči plováku, s výhodou mohou být plně umístěny nad úrovní hladiny vody v základní nádrži, tj. nad plovákem.

Dolní nádrž, horní nádrž a mezikus mohou být umístěny částečně nebo plně pod úrovní hladiny vody v základní nádrži, s výhodou přímo v prostoru plováku. Pak tím také přejímají funkci a zatížení plováku.

Při situování dolní, případně i horní nádrže pod úrovní hladiny vody v základní nádrži, je plovoucí nádrž poměrně stabilnější proti převrácení, avšak v důsledku vnějšího hydrostatického tlaku vody působícího na ponořené části plovoucí nádrže musí mít tato plovoucí nádrž velkou tloušťku stěn a dna, což plovoucí nádrž značně prodražuje, nebo musí vnitřní přetlak odčerpané vody nahrazován přetlakem plynu, kterým se plovoucí nádrž musí plnit, aby se vykompenzoval vnější hydrostatický přetlak vody.

Kromě toho uspořádání s umístěním horní nádrže do prostoru plovoucí nádrže pod úrovní hladiny vody v základní nádrži umožňuje využívat při přečerpávání pouze výškový rozdíl hladin vody nanejvýš teoreticky do hodnoty odpovídající hloubce základní nádrže, čímž jsou výrazně omezeny kapacitní možnosti plovoucí nádrže.

Situováním dolní nádrže pod úroveň hladiny vody v základní nádrži se také komplikuje přístup k energetickým soustrojím, která musí být umístěna v úrovni dna dolní nádrže, aby nedocházelo k přetržení vodního sloupce v podtlakové části vodního potrubí a energetických soustrojí.

Plovoucí nádrž může být sestavena s výhodou z množiny modulů, které jsou spojeny svislými a vodorovnými výztuhami tak, aby byla zajištěna dostatečná tuhost a pevnost plovoucí nádrže. Moduly taktéž s výhodou obsahují plovák, dolní nádrž, mezikus a horní nádrž.

Jednotlivé části plovoucí nádrže jsou namáhány především základním namáháním, které je tvořeno různou kombinací vnitřního a vnějšího přetlaku a svislým zatížením od váhy vodní náplně a od vlastní váhy materiálu. Svislou reakcí je vztlak působící na modul odpovídající hloubce ponoření plováku do vody v základní nádrži.

Při přečerpávání plave plovoucí nádrž v základní nádrži stále ve stejné hloubce, jako celek se svisle nepohybuje, protože se celková hmotnost plovoucí nádrže nemění, voda se pouze přečerpává mezi dolní a horní nádrží uvnitř plovoucí nádrže.

Základní namáhání plováku je tedy konstantní, základní namáhání ostatních částí je cyklické z důvodu přečerpávání vody mezi dolní a horní nádrží.

Horní nádrž je dimenzována hlavně na vnitřní přetlak vody odpovídající výšce horní nádrže.

Plovák je část modulu, která je z větší části ponořena v základní nádrži a jeho vztlakem je určena váha všech částí modulu. Plovák je tlaková nádoba, s výhodou uzavřená tlaková nádoba, je namáhána především vnějším přetlakem vody a váhou nesených částí modulu. Boční vnější přetlak

- 3 CZ 36529 U1 vody působící na stěny plováku se lineárně zvyšuje s hloubkou ponoření plováku.

Plováky jsou s výhodou plněny plynem, s výhodou inertním plynem, který omezuje korozi materiálu plováku.

V zájmu co největší kapacity plovoucí nádrže je nutné, aby konstrukce modulů byla co nejlehčí, a tím aby jejich výška mohla být co nejvyšší.

Plovák je proto s výhodou plněn plynem tak, aby byl jeho vnitřní přetlak co nejvíce vyrovnán s největším vnějším přetlakem vody při ponoření v základní nádrži. Plovák pak nemusí být tak důkladně vyztužen jako při jednostranném zatížení vnějším přetlakem a může být podstatně lehčí.

Při větších hloubkách je výhodné výškově rozdělit plovák na více oddílů, které jsou mezi sebou odděleny tlakovou přepážkou, s výhodou ve tvaru klenutého dna.

Každý oddíl plováku, jinak též segment, je plněn plynem s výhodou na vnitřní přetlak, kterým je co nejvíce vyrovnán vnější přetlak vody odpovídající jeho největší konkrétní hloubce ponoření v základní nádrži.

S rostoucí hloubkou umístění jsou tedy segmenty plněny na vyšší vnitřní přetlak, který je vyrovnán s vnějším přetlakem, a tloušťka stěny segmentů může být podstatně menší, než kdyby byl v celém plováku jednotný vnitřní přetlak odpovídající maximální hloubce ponoření v základní nádrži. Tím se dále výrazně snižuje váha plováku.

Vnitřní přetlak plováku a jeho segmentů může být s výhodou vyšší než vnější přetlak vody odpovídající jejich největší konkrétní hloubce ponoření v základní nádrži, což zvyšuje odolnost plováku a jeho segmentů vůči nahodilému vnějšímu přetížení nárazem do dna nebo vůči sabotážím.

V horních dnech segmentů je výhodné vytvořit přestupní přetlakové komory pro možnost vstupu pracovníků údržby do segmentů s rozdílným přetlakem. Komory musí být opatřeny spolehlivými uzávěry, které zabrání propouštění výplňového plynu mezi segmenty.

Dolní nádrž je dimenzována na vnitřní přetlak vody odpovídající výšce dolní nádrže.

Je výhodné, aby dolní nádrž mohla pojmout všechnu vodu z horní nádrže, a navíc všechnu vodu z vodního potrubí.

Dolní a horní nádrž mají tloušťku stěn s výhodou odstupňovanou podle hydrostatického tlaku své vodní náplně.

Horní dna dolní i horní nádrže mohou mít podstatně menší tloušťku stěny, protože nejsou plně zatížena hydrostatickým tlakem vody tak jako dolní dna.

Horní i dolní nádrž jsou s výhodou vybaveny v horním dnu odvětrávacím potrubím, aby bylo zabráněno nežádoucímu zvýšení vnitřního přetlaku při plnění nádrží nebo nežádoucímu podtlaku při vypouštění nádrží.

S výhodou je odvětrávací potrubí horní a dolní nádrže propojeno, takže je zabráněno odpařování vodní náplně v plovoucí nádrži a tím i tvorbě minerálních usazenin na vnitřních stěnách nádrží. Náplň vody v nádržích pak nemění svou hmotnost a lze snadno stabilizovat a kontrolovat její čistotu a chemické složení. Výhodně jsou propojena odvětrávací potrubí všech modulů, čímž se usnadňuje vyrovnávání hladin vody při nerovnoměrném plnění a vyprazdňování nádrží vodou.

Použitím inertního plynu pro vyplnění prostoru nad hladinou vody v nádržích lze s výhodou zabránit nežádoucímu množení flóry a fauny a tím zvyšování hustoty vody a opotřebení

- 4 CZ 36529 U1 hydraulických zařízení a rozvodů.

Z uvedených důvodů téměř odpadá nutnost čištění stěn nádrží a potrubí od organických i anorganických nánosů.

Mezikus spojuje dolní a horní nádrž. Je zatížen hlavně svislou silou od váhy horní nádrže s náplní vody.

Při kývání plovoucí nádrže na hladině vody v základní nádrži v důsledků nárazů silného větru vzniká v modulech také proměnlivé ohybové namáhání působením rozdílného vztlaku na ponořenou a vynořenou část plovoucí nádrže.

Konstrukce plovoucí nádrže může být při dobrém využití pevnosti materiálu relativně lehká a výtlačná výška mezi dolní a horní nádrží pak může dosahovat stovek metrů.

Moduly jsou mezi sebou výhodně spojeny svislými a vodorovnými výztuhami a vzájemná vzdálenost modulů je s výhodou volena tak, aby umožnila řádnou kontrolu vnějších stěn modulů.

Nádrže a plováky jsou vystaveny působení vody, proto je vhodné je vyrobit z materiálu odolného korozi.

Mezikus není plněn vodou, ani není ponořen v základní nádrži a není tedy vystaven přímému korozivnímu působení vody, je možno jej vyrobit z levnějšího materiálu, méně odolného proti korozi. S výhodou jsou mezikusy po obvodu plovoucí nádrže nebo alespoň obvodové části mezikusů provedeny z materiálu odolného korozi.

S výhodou jsou mezikusy tvořeny příhradovou konstrukcí, kterou je výhodné opatřit ochranným nátěrem. Příhradová konstrukce klade menší odpor proti větru, takže plovoucí nádrž není tak náchylná ke kývání na hladině základní nádrže.

S výhodou je příhradová konstrukce opatřena obvodovým pláštěm, který umožňuje naplnit vnitřní prostor inertním plynem pro omezení koroze příhradové konstrukce. Obvodový plášť je s výhodou zhotoven z materiálu odolného korozi.

Obvodovými svislými a vodorovnými výztuhami je však výhodné utěsnit prostor mezi nádržemi na vodu, jakož i celý prostor mezikusů, a naplnit tyto prostory inertním plynem za účelem omezení koroze materiálu nádrží a mezikusů.

Vodorovné výztuhy mezi plováky jsou s výhodou opatřeny otvory, aby umožnily svislé protékání vody kolem plováků a rovněž svislé výztuhy mezi plováky v horní části plováků jsou s výhodou opatřeny otvory, aby umožnily vodorovné protékání vzduchu mezi plováky nad hladinou vody při kývání plovoucí nádrže na hladině základní nádrže.

Prostor mezi plováky v horní části plováků po odvodu plovoucí nádrže je s výhodou opatřen uzavíratelnými otvory pro odvzdušnění při počátečním ponořování plováků při montáži a při prvotním plnění dolní nádrže vodou ze základní nádrže.

Při dalším provozu je výhodné tyto otvory uzavřít, aby nedocházelo k odpařování vody v tomto prostoru a k omezení tvorby minerálních usazenin na vnějších stěnách modulů.

Prostor mezi plováky nad hladinou vody je výhodné naplnit inertním plynem jako prostor nádrží a mezikusů, aby se omezila koroze dotčené části plováků.

Složení a tlak plynové náplně v modulech a v prostoru mezi nimi je výhodné kontinuálně kontrolovat pomocí měřicích přístrojů, čímž je možno včas zjistit netěsnosti v konstrukci

- 5 CZ 36529 U1 a operativně zajistit odstranění závady.

V plovoucí nádrži je výhodné instalovat trvalé rozvody inertního plynu pro možnost operativního doplnění nebo výměny náplně plynu k zajištění maximální spolehlivosti, bezpečnosti a celkové životnosti konstrukce modulů.

Nádrže, mezikusy a plováky, případně i odvětrávací potrubí, jsou s výhodou opatřeny pojistnými ventily, které brání překročení bezpečného přetlaku nebo podtlaku plynu, aby nemohlo dojít k poškození částí plovoucí nádrže.

Dolní a horní nádrže jsou prostřednictvím vodního potrubí propojeny s energetickým soustrojím.

Energetické soustrojí je s výhodou umístěno mimo plovoucí nádrž, např. na břehu základní nádrže nebo na pontonu plujícím v základní nádrži vedle plovoucí nádrže, a je s plovoucí nádrží propojeno pomocí ohebného vodního potrubí, které umožňuje kompenzovat vzájemné pohyby mezi energetickým soustrojím a plovoucí nádrží při kývání na hladině vody v základní nádrži.

Energetické soustrojí je s výhodou umístěno na plovoucí nádrži.

Ke dnu každé dolní a horní nádrže na vodu je s výhodou připojena potrubní odbočka k vodorovnému sběrnému vodnímu potrubí, které tvoří potrubní síť pod dolními a pod horními nádržemi.

Obě vodorovné sítě sběrného vodního potrubí jsou po obvodu plovoucí nádrže napojeny na svislé vodní potrubí, které je připojeno k energetickým soustrojím. Svislé vodní potrubí může mít tloušťku stěny odstupňovanou podle hydrostatického tlaku.

Potrubní odbočky pod nádržemi jsou opatřeny uzávěry, s výhodou regulačními, aby bylo možno regulovat průtok vody k energetickým soustrojím a napomáhat k vyvážení plovoucí nádrže.

Energetické soustrojí obsahuje s výhodou čerpadlo a turbínu samostatně a/nebo s výhodou reverzní turbínu.

K přečerpávání je výhodné použít soupravu menších energetických soustrojí, jelikož mají menší velikost, která umožňuje snadnější přizpůsobení provozovaného výkonu potřebám energetické sítě, lepší vyvážení plovoucí nádrže a jednodušší manipulaci při montáži a opravách.

Jednotlivá energetická soustrojí je výhodné rozmístit po obvodu plovoucí nádrže, aby k nim byl jednodušší přístup.

S výhodou jsou energetická soustrojí umístěna v samostatných modulech s vlastními plováky, připojených k modulům s nádržemi na vodu, takže lze snadněji vyřešit jejich vyvážení a přístupnost energetických soustrojí pro montáž a údržbu. Částečným umístěním energetických soustrojí pod úrovní hladiny vody v základní nádrži lze s výhodou tlumit šíření hluku od energetických soustrojí do okolí.

Při přečerpávání se plynule mění výškový rozdíl hladin mezi dolní nádrží a horní nádrží - při plnění horní nádrže se výškový rozdíl hladin zvyšuje, při vypouštění horní nádrže se výškový rozdíl hladin snižuje. Vzhledem k vysoké výtlačné výšce činí tento rozdíl jen několik procent průměrné výtlačné výšky, takže by neměl klást zvýšené nároky na regulaci výkonu energetického soustrojí.

Je výhodné provozovat energetická soustrojí v párech z protilehlých stran plovoucí nádrže kvůli vyvážení plovoucí nádrže při plnění a vyprazdňování příslušných horních nádrží na vodu, i když budou všechny nádrže na vodu mezi sebou propojeny potrubní sítí.

- 6 CZ 36529 U1

Elektrické propojení energetických soustrojí s elektrickým zařízením na břehu základní nádrže je s výhodou provedeno pohyblivými kabely, k jejich uchycení lze s výhodou využít plovoucí vodicí rám.

Plovoucí nádrž musí být dostatečně stabilní na hladině základní nádrže, proto je výhodné plně využít šířku základní nádrže a plovoucí nádrž zhotovit co nejširší.

V rozlehlých a hlubokých základních nádržích, např. v prostoru vytěžených povrchových dolů nebo v moři, a při optimálním využití pevnosti materiálu lze plovoucí nádrž pohodlně stavět s velkou výtlačnou výškou a s velkým průměrem ve stovkách metrů, avšak je nutné zajistit dostatečnou šířku plovoucí nádrže pro dosažení bezpečné stability plovoucí nádrže v silném větru.

Přečerpávací elektrárna tohoto provedení je tedy vhodná především pro velké výkony a velké kapacity v jednotkách až stovkách GWh.

I při malé ploše základní nádrže lze plovoucí nádrž vystavět vysokou, ale je nutno zajistit její stabilitu na hladině základní nádrže výhodně pomocnou konstrukcí ukotvenou ke břehu základní nádrže.

Výkonnou přečerpávací elektrárnu lze však získat i tehdy, když je k dispozici několik menších jezer rozmístěných blízko sebe. V každém jezeru bude postavena část plovoucí nádrže s optimální výškou odpovídající hloubce jezera, přičemž tyto části budou vzájemně spojeny a vytvoří dostatečně stabilní konstrukci.

Při projektování plovoucí nádrže je současně nutno pamatovat na dostatečnou rezervní hloubku ke dnu základní nádrže, aby nedošlo k poškození plováku nárazem do dna základní nádrže v důsledku kývání plovoucí nádrže působením silného větru.

Množství vody v jezeře je nutno doplňovat při větším odpařování, aby byla dodržena využitelná hloubka pro bezpečné provozování plovoucí nádrže.

Pro účely plovoucí nádrže je využitelná jen ta část z celkové hloubky základní nádrže, která zbývá po odečtení rezervní hloubky. Jedna část využitelné hloubky je využita pro ponor plováku při prázdné plovoucí nádrži, přičemž odpovídající objem vody bude ze základní nádrže vytlačen, pokud má zůstat celková hloubka základní nádrže na původní hodnotě. Druhá část využitelné hloubky je využita pro zvýšení ponoru plováku jednorázovým převedením, načerpáním vody ze základní nádrže do dolní nádrže v plovoucí nádrži.

Na poměru konstrukční výšky nádrží na vodu a ponoru plováku závisí kapacita plovoucí nádrže a hmotnost materiálu použitého pro zhotovení plovoucí nádrže, v důsledku pak investiční náročnost plovoucí nádrže.

Pro účely plovoucí nádrže je výhodné využívat co největší část plochy a hloubky základní nádrže.

Plovoucí nádrž může být výhodně sestavena z modulů s jednotnou hloubkou ponoru plováků, a tedy s jednotnou stavební výškou modulů podle zvolené hloubkové úrovně v základní nádrži. Čím hlubší úroveň pro hlubší ponoření plováků je zvolena, tím bude mít plovoucí nádrž menší plochu, protože plochy hloubkových úrovní základní nádrže se ke dnu základní nádrže zmenšují. Se zmenšující se plochou a zvyšující se hloubkou však klesá stabilita plovoucí nádrže, která tedy musí mít menší výtlačnou výšku a tím se může nepříznivě zvyšovat měrná cena, investiční náročnost plovoucí nádrže. Všechna energetická soustrojí u této plovoucí nádrže mohou být stejného výkonu, protože všechna mají stejnou výtlačnou výšku.

Plovoucí nádrž může být výhodně sestavena z modulů s různou hloubkou ponoru plováků podle hloubkového profilu základní nádrže, a tedy s různou stavební výškou modulů, takže pro účely

- 7 CZ 36529 U1 plovoucí nádrže může být využita nejen téměř celá šířka, ale i téměř celá hloubka základní nádrže, tj. téměř celý objem základní nádrže. Tato konstrukce umožňuje, aby osa těžiště plovoucí nádrže byla totožná s osou vztlaku plovoucí nádrže. Přitom, vzhledem k velké šířce plovoucí nádrže, může být dobře zajistitelná její stabilita i při velké stavební výšce modulů s hlubším ponorem plováků. Pro každou skupinu modulů se stejnou stavební výškou může být k dispozici odpovídající skupina energetických soustrojí se stejnou výtlačnou výškou. Plnění a vyprazdňování nádrží různé výšky je výhodné provádět současně a proporcionálně, aby se minimalizovalo smykové napětí ve výztuhách mezi moduly různě zatíženými.

Dolní dna plováků různé výšky jsou s výhodou opatřena otvory s uzávěry pro možnost zavodnění vnitřního prostoru plováků k vyrovnání polohy plovoucí nádrže např. během montáže nebo při opravách, příp. při poruše plovoucí nádrže.

Plovoucí nádrž je na hladině základní nádrže s výhodou zajištěna vodicím rámem, který obklopuje plovoucí nádrž po celém jejím obvodu.

Vodicí rám má s výhodou plovoucí část a kotvicí část, jež jsou kloubově spojeny mezi sebou. Kotvicí část je s výhodou kloubově uchycena v základech na břehu základní nádrže.

Vodicí rám slouží především ke stabilizaci plovoucí nádrže proti vodorovnému pohybu na hladině vody v základní nádrži, dovoluje volné kývání plovoucí nádrže působením větru a je ukotven ke břehu základní nádrže tak, aby umožnil řádnou funkci plovoucí nádrže v rámci přípustných výškových změn hladiny vody v základní nádrži.

Vodicí rám s výhodou slouží také:

- jako přístupová plošina pro pracovníky obsluhy a údržby,

- jako dopravní cesta pro přepravu materiálu při údržbě a opravách zejména energetických zařízení, - jako montážní plošina při údržbě a montáži plovoucí nádrže, zejména energetických zařízení, - pro nesení a vedení pohyblivých kabelů k energetickým zařízením, k ovládacím a regulačním armaturám, k měřicím a zabezpečovacím přístrojům a zařízením),

- pro nesení pomocných elektrických zařízení a rozvodů (montážní zařízení venkovní i vnitřní pro zvedání nákladů a dopravu osob, osvětlení, přípojky k napájení elektrických nástrojů a přístrojů, rozmrazování v zimním období),

- pro nesení rozvodů inertního plynu k plnění modulů.

Vodicí rám je s výhodou vybaven:

- zábradlím s lemy u podlahy proti pádu lidí a předmětů z vodícího rámu do vody,

- kolejemi pro kolejovou dopravu nákladů a materiálu,

- vrátky pro tažení kolejových vozidel po kolejích,

- osvětlením,

- bezpečnostním vybavením a prostředky pro záchranu osob při pádu z vodicího rámu do vody (záchranné čluny a pásy),

- kotvicím, manipulačním a přístupovým zařízením pro překládání materiálu a osob mezi vodicím rámem a vodními čluny.

Šířka vodicího rámu je s výhodou dostatečná pro dvě kolejové tratě vedle sebe k nezávislé dopravě po každé koleji.

Doprava je s výhodou zajištěna pro plynulý pohyb kolejových vozidel ze dvou míst na břehu na vodicí rám a po celém jeho obvodu s několika výhybkami pro možnost přejezdu mezi tratěmi v případě nutnosti.

Koleje jsou s výhodou zapuštěny v podlaze.

Vodicí rám s výhodou umožňuje také pohyb kolových vozidel s pneumatikami.

- 8 CZ 36529 U1

Ke stabilizaci plovoucí nádrže proti vodorovnému pohybu na hladině vody v základní nádrži a k vedení plovoucí nádrže při svislém pohybu je vodicí rám s výhodou vybaven odpruženým kolovým vedením a pevným vedením.

Na obvodové řadě modulů jsou s výhodou nainstalovány nejméně dva výtahy pro dopravu osob a nákladů na horní plošinu plovoucí nádrže.

Plovoucí nádrž může být s výhodou vytvořena se souvislým dnem, čímž se zvětší vztlak plovákové části a celý vnitřní prostor plovákové části bude chráněn proti účinkům vody v základní nádrži, kde zejména slaná voda má zvláště silné korozní účinky.

S výhodou je souvislé dno vytvořeno tak, že jsou utěsněny mezery mezi dny plováků jednotlivých modulů, s výhodou je utěsnění zhotoveno ze stejného materiálu, ze kterého jsou zhotoveny plováky.

I v případě souvislého dna je výhodou plnění jednodílného i výškově vícedílného prostoru plovákové části uvnitř i vně plováků vnitřním přetlakem plynu, s výhodou inertního, které umožní odlehčení stěn plovákové části.

Uvedená konstrukce plováků umožní také využít prostor mezi dolními a horními nádržemi k naplnění vodou.

Výhodou tohoto provedení je tedy větší využití objemu základní nádrže a celkového objemu plovoucí nádrže k přečerpávacím účelům, aniž by došlo ke změně stability plovoucí nádrže na hladině vody v základní nádrži.

Plovoucí nádrž umístěná v moři může být s výhodou naplněna sladkou vodou z řeky nebo z jezera.

Pro kontrolu, čištění a opravy modulů z vnitřní i vnější strany je výhodné vytvořit uzavíratelné kontrolní otvory v horních nebo i v dolních dnech, případně v bočních stěnách nebo ve vodorovných výztužných pásnicích nebo plošinách nádrží na vodu, mezikusů a plováků, které umožní vstup pracovníků a použití nezbytných pracovních prostředků a přístrojů.

Pro usnadnění práce uvnitř modulů je vhodné u těchto kontrolních otvorů upravit úchyty pro kotvení přenosných kontrolních, čisticích, opravářských a dopravních zařízení.

Vnější povrch plovoucí nádrže je s výhodou opatřen nátěrem proti korozi a s výhodou pláštěm se zvýšenou balistickou odolností.

Boční stěny a horní plošina mohou být využívány s výhodou pro účely sportu či rekreace, případně pro další účely, zejména pro umístění sluneční a/nebo větrné elektrárny, jejíž energie může být hned ukládána v přečerpávací elektrárně.

Horní nádrže na vodu mohou být s výhodou uspořádány výškově tak, že budou mít horní hrany zarovnány do stejné úrovně, čímž vytvoří rozlehlou rovnou plošinu. Pokud bude tato plošina dostatečně zpevněna, může tvořit např. přistávací dráhu.

Je ovšem nutno uvážit, že každé přidané zatížení plovoucí nádrže bude znamenat částečné omezení elektrické kapacity elektrárny.

Přečerpávaná voda se v důsledku ztrát odporem a prouděním v energetickém soustrojí a v potrubí zahřívá. Značná část vzniklého tepla se odvádí vnějším povrchem plovoucí nádrže do okolí. Zbylou část vzniklého tepla je výhodné používat zejména v zimním období k vytápění bytů i nebytových prostorů v okolních obcích cirkulací přečerpávané vody buď přímo nebo s přihříváním pomocí

- 9 CZ 36529 U1 biomasy, zemního plynu, elektřiny nebo prostřednictvím tepelných čerpadel.

Vzhledem k tomu, že plovoucí nádrž se může na hladině základní nádrže kývat, je vodní potrubí plovoucí nádrže spojeno s topným potrubím k vytápění bytů výhodně pomocí ohebného potrubí.

Při optimálním využití pevnosti materiálu lze plovoucí nádrže s nádržemi situovanými nad hladinou vody v základní nádrži stavět s velkou výškou i ve stovkách metrů, avšak je nutné zajistit dostatečnou šířku plovoucí nádrže pro dosažení bezpečné stability plovoucí nádrže v silném větru. Přečerpávací elektrárna tohoto provedení je tedy vhodná především pro velké výkony a kapacity.

V rozlehlých a hlubokých základních nádržích, např. v prostoru vytěžených povrchových dolů nebo v moři, lze plovoucí nádrž pohodlně stavět s velkou výtlačnou výškou a s velkým průměrem.

Výkonnou přečerpávací elektrárnu lze však získat i tehdy, když je k dispozici několik menších jezer rozmístěných blízko sebe. V každém jezeru bude postavena část plovoucí nádrže s optimální výškou odpovídající hloubce jezera, přičemž tyto části budou vzájemně spojeny a vytvoří dostatečně stabilní konstrukci.

Jelikož přečerpávací elektrárny podle technického řešení mohou poskytovat vysoké kapacity a výkony soustředěné do vybraných míst (jezer), je výhodné pamatovat na zesílení připojené rozvodné elektrické sítě.

Montáž plovoucí nádrže:

Plovoucí nádrž se s výhodou může sestavovat postupnou montáží a spojováním jednotlivých částí modulů vedle sebe, tj. po vrstvách, na hladině vody v základní nádrži.

Na nejnižší vrstvu částí modulů se postupně napojují další vrstvy tak, aby celá plovoucí nádrž byla na hladině základní nádrže při výstavbě vyvážená a nevznikala v ní zbytečně přídavná napětí. Nejprve se sestavují plováky, na ně se vrství dolní nádrže, dále mezikusy, a nakonec horní nádrže. Průběžně se montuje také příslušenství, zejména vodní potrubí a energetická soustrojí.

Plovoucí nádrž sestavená z modulů různé stavební výšky se montuje s výhodou tak, že se sestavuje nejprve základní vrstva plováků s největší hloubkou ponoru vnitřní skupiny modulů, které mají největší stavební výšku.

Po dokončení základní vrstvy plováků se plováky této vnitřní skupiny modulů zanoří částečným naplněním dolní části plováků vodou tak, aby se k nim mohly v potřebné úrovni připojovat plováky přilehlé vnější skupiny modulů s menší stavební výškou k vytvořené spojené skupiny modulů.

Po dokončení montáže této vrstvy plováků spojené skupiny modulů se plováky spojené skupiny dále zanoří tak, aby se k nim mohly v potřebné úrovni připojovat plováky další přilehlé vnější skupiny modulů s menší stavební výškou.

Takto se pokračuje až do připojení plováků poslední skupiny modulů s nejmenší stavební výškou, načež se celá spojená skupina dále zanoří tak, aby další montáž mohla pokračovat rovnoměrným napojováním dalších vyšších vrstev plováků, mezikusů a nádrží na vodu.

Horní část plováků, která nebude zavodněna, bude postupně plněna stlačeným plynem tak, aby byl v plovácích stále kompenzován vnější hydrostatický tlak vody a nedošlo ke zborcení plováků.

V průběhu další montáže poroste váha plovoucí nádrž, která se bude průběžně ponořovat, přičemž bude ze základní nádrže postupně vytlačovat vodu o objemu, který odpovídá výtlaku prázdné plovoucí nádrže.

- 10 CZ 36529 U1

Ve vnitřním prostoru plováků je v průběhu montáže zadržováno celé množství vody, které bude po dokončení montáže plovoucí nádrže přečerpáno do dolní nádrže na vodu nad plováky a bude tak ihned k dispozici pro přečerpávání mezi dolní a horní nádrží na vodu, aniž by tedy vznikla potřeba přičerpávat další vodu ze základní nádrže. Přečerpání vody z plováků může být s výhodou prováděno pomocí vestavěných energetických soustrojí a pomocí stlačeného plynu, kterým bude uvnitř plováků kompenzován vnější hydrostatický tlak vody proti zborcení plováků.

Přečerpávací elektrárna dle technického řešení má předpoklady k rozsáhlému využívání:

- elektrárna je principiálně a funkčně jednoduchá, což jsou důležité podmínky její spolehlivosti, - elektrárna dosahuje až o několik řádů vyšších kapacit akumulované energie proti dosavadním typům přečerpávacích elektráren s plovoucí nádrží,

- přetlak tekutiny v energetickém soustrojí kolísá během provozního zdvihu jen v rozsahu několika procent,

- elektrárna má při přečerpávání kapaliny velmi dobrou energetickou účinnost,

- elektrárnu lze spustit a zastavit s vysokou pohotovostí,

- elektrárnu lze postavit s výkonem a kapacitou optimálně dle místních poměrů v elektrické síti,

- elektrárna umožňuje dlouhodobé uložení energie bez ztráty kapacity,

- plovoucí nádrž elektrárny lze vyrobit s použitím běžných, levných, ekologických a plně recyklovatelných materiálů s dlouhou životností v desítkách až stovkách tisíc cyklů, v desítkách až stovkách let,

- při vývoji a výstavbě elektrárny lze navázat na zkušenosti se stavbou lodí a energetických vodních staveb,

- není nutno budovat rozsáhlé pevné základy pro přečerpávací elektrárnu,

- elektrárna může využívat jezera vytvořená po těžbě surovin i další nevyužívaná, např. ledovcová jezera, u kterých je minimální riziko, že dojde k poklesu hladiny vody, bez nutnosti záboru pozemků v chráněné přírodě,

- při přečerpávání mezi dolní a horní nádrží uvnitř plovoucí nádrže nehrozí riziko nasátí nežádoucích předmětů z jezera do plovoucí nádrže nebo riziko ohrožení proudem vody z plovoucí nádrže,

- přečerpáváním se nevíří voda v jezeře, jelikož se voda přečerpává uvnitř plovoucí nádrže,

- zůstává možnost využití části jezera k rekreačním účelům,

- nehrozí riziko zaplavení okolí jezera vodou při poškození plovoucí nádrže,

- elektrárna, zejména její plovoucí nádrž, je velmi odolná proti zemětřesení a proti nepříznivým povětrnostním podmínkám,

- plovoucí nádrž může sloužit také jako zásobník vody pro nouzové situace,

- teplo vzniklé při přečerpávání vody lze používat k vytápění bytů i nebytových prostorů v okolních obcích,

- provoz elektrárny je ekologický, nevznikají při něm škodlivé odpady,

- elektrárna má nízké provozní náklady,

- uvedené přednosti akumulační elektrárny předznamenávají z hlediska ekonomičnosti investice a provozu možnost srovnání s klasickou přečerpávací elektrárnou se dvěma stabilními nádržemi nebo s jinými druhy akumulačních elektráren.

Využívání přečerpávacích elektráren s plovoucí nádrží dle technického řešení umožňuje řešit zásadní problémy energetiky:

- mnohonásobně zvýšit akumulované množství elektrické energie proti současnému stavu,

- rychle vyrovnávat disproporce mezi proměnlivou spotřebou elektrické energie a její stálou výrobou z elektráren na fosilní paliva a značně nepravidelnou výrobou z obnovitelných zdrojů, jako jsou sluneční energie, energie získaná z vody, větru, spalováním biomasy a geotermální energie,

- poskytovat možnost kompenzace účiníku a nerovnoměrností v elektrické síti používáním točivých strojů,

- snížit náklady na řešení disproporcí mezi výrobou a spotřebou elektrické energie,

- 11 CZ 36529 U1

- omezit masivní přenosy elektrické energie na dlouhé vzdálenosti a mezi státy, - rozšířit a zlevnit výrobu elektrické energie z obnovitelných zdrojů, - omezit výrobu energie z fosilních paliv,

- zvýšit energetickou soběstačnost a bezpečnost pro velké i malé územní celky, - významně přispět ke zlepšení životní prostředí.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno na příkladech provedení dle přiložených výkresů:

obr. 1 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží s ponořenou dolní a horní nádrží, obr. 2 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží s ponořenou dolní nádrží, obr. 3 znázorňuje schéma modulu plovoucí nádrže s jednodílným plovákem, obr. 4 znázorňuje schéma modulu plovoucí nádrže s trojdílným plovákem, obr. 5 znázorňuje schéma plavání modulu plovoucí nádrže s trojdílným plovákem, obr. 6 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s jednoúrovňovou plovoucí nádrží, obr. 7 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s trojúrovňovou plovoucí nádrží a třístupňovou horní plošinou, obr. 8 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s trojúrovňovou plovoucí nádrží a vyrovnanou horní plošinou, obr. 9 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s jednoúrovňovou plovoucí nádrží a s vodicím rámem.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je znázorněno schéma přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží s ponořenou dolní a horní nádrží. Plovoucí nádrž 4 obsahuje dolní nádrž 5 a horní nádrž 6, jež spolu tvoří plovák 8 a jsou téměř plně ponořeny pod úrovní hladiny 24 vody v základní nádrži 3.

V tomto redukovaném provedení plovoucí nádrže 4 je horní dno 16 dolní nádrže 5 totožné s dolním dnem 17 horní nádrže 6.

Nejnižší místa horní nádrže 6 a dolní nádrže 5 jsou spojena vodním potrubím 14, které je spojeno s vodním energetickým soustrojím 13. Vzduchový prostor nad hladinou 25 vody v dolní nádrži 5 je propojen do ovzduší odvětrávacím potrubím 21 a vzduchový prostor nad hladinou 26 vody v horní nádrži 6 je propojen do ovzduší odvětrávacím potrubím 22, takže v dolní nádrži 5 i v horní nádrži 6 zůstává tlak vzduchu konstantní. Vodní energetické soustrojí 13 je zde obtížně přístupné pro údržbu. Horní nádrž 5 a dolní nádrž 6 jsou vystaveny vnějšímu přetlaku vody v základní nádrži 3, proto mají silné stěny.

Na schématu dle obr. 1a je voda prostřednictvím vodního potrubí 14 a vodního energetického soustrojí 13 přepuštěna z horní nádrže 6 do dolní nádrže 5, výtlačná výška je zde nejmenší Hvmin. Na schématu dle obr. 1b je voda prostřednictvím vodního potrubí 14 a vodního energetického soustrojí 13 přečerpána z dolní nádrže 5 do horní nádrže 6, výtlačná výška je zde největší Hv,max.

Vzhledem k tomu, že výšková vzdálenost dolní nádrže 5 a horní nádrže 6 je zredukována na nejmenší možnou míru, výtlačná výška v průběhu přečerpávacího cyklu značně kolísá. Hloubka ponoření plováku 8 se při přečerpávání nemění.

Na obr. 2 je znázorněno schéma přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží s ponořenou dolní nádrží. Plovoucí nádrž 4 obsahuje dolní nádrž 5 a dolní část mezikusu 7, které tvoří prostor plováku 8 a jsou ponořeny pod úrovní hladiny 24 vody v základní nádrži 3, zatímco horní část mezikusu 7

- 12 CZ 36529 U1 a horní nádrž 6 plovoucí nádrže 4 jsou umístěny nad úrovní hladiny 24 vody v základní nádrži 3. Nejnižší místa horní nádrže 6 a dolní nádrže 5 jsou spojena vodním potrubím 14, které je spojeno s vodním energetickým soustrojím 13. Vzduchový prostor nad hladinou 25 vody v horní nádrži 6 a vzduchový prostor nad hladinou 26 vody v dolní nádrži 5 jsou mezi sebou propojeny odvětrávacím propojovacím potrubím 23, takže v dolní nádrži 5 a v horní nádrži 6 zůstává hmotnost vzduchu konstantní, avšak při změně teploty vzduchu se jeho tlak mění. Vodní energetické soustrojí 13 je zde obtížně přístupné pro údržbu. Dolní nádrž 5 a mezikus 7 jsou vystaveny vnějšímu přetlaku vody v základní nádrži 3, proto mají silné stěny.

Na schématu dle obr. 2a je voda prostřednictvím vodního potrubí 14 a vodního energetického soustrojí 13 přepuštěna z horní nádrže 6 do dolní nádrže 5, výtlačná výška je zde nejmenší Hv,min. Na schématu dle obr. 2b je voda prostřednictvím vodního potrubí 14 a vodního energetického soustrojí 13 přečerpána z dolní nádrže 5 do horní nádrže 6, výtlačná výška je zde největší Hv,max.

Vzhledem k tomu, že výšková vzdálenost dolní nádrže 5 a horní nádrže 6 je podstatně vyšší než u provedení dle obr. 1, výtlačná výška v průběhu přečerpávacího cyklu již tolik nekolísá. Hloubka ponoření plováku 8 se při přečerpávání nemění.

Obr. 3 znázorňuje schéma modulu plovoucí nádrže s jednodílným plovákem. Modul obsahuje dolní nádrž 5 s dolním dnem 15 a horním dnem 16, mezikus 7, horní nádrž 6 s dolním dnem 17 a horním dnem 18 a jednodílný plovák 8 s dolním dnem 19 a horním dnem 20, které jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovný průřez má kruhový tvar. Mezikus 7 má tloušťku stěny t. Plovák 8 je naplněn plynem o přetlaku, který se rovná největšímu hydrostatickému tlaku vody, kterému je plovák 8 vystaven při plném ponoření v základní nádrži 3.

Obr. 4 znázorňuje schéma modulu plovoucí nádrže s trojdílným plovákem. Modul obsahuje horní nádrž 6, mezikus 7, dolní nádrž 5 a trojdílný plovák 8.

Horní nádrž 6 obsahuje dolní dno 17 a horní dno 18, dolní nádrž 5 obsahuje dolní dno 15 a horní dno 16, plovák 8 obsahuje dolní oddíl 9 opatřený dolním dnem 19 a horním dnem 20a, na ně navazuje střední oddíl 10 opatřený horním dnem 20b a na ně navazuje horní oddíl 11 opatřený horním dnem 20c.

Uvedené části modulu jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovný průřez má kruhový tvar. Mezikus 7 má tloušťku stěny t.

Jednotlivé oddíly 9, 10, 11 plováku 8 jsou naplněny plynem o přetlaku, který se rovná největšímu hydrostatickému tlaku vody, kterému je daný oddíl 9, 10, 11 plováku 8 vystaven při plném ponoření v základní nádrži 3, tzn., že oddíly 9, 10, 11 plováku 8 umístěné hlouběji jsou naplněny plynem o větším přetlaku.

Horní dno 20a plní funkci tlakové přepážky mezi dolním oddílem 9 a středním oddílem 10, horní dno 20b plní funkci tlakové přepážky mezi středním oddílem 10 a horním oddílem 11.

Tento trojdílný plovák 8 má tedy menší hmotnost a mezikus 7 proto může být vyšší než u modulu na obr. 3 i při stejné výšce, a tedy vztlaku plováku 8.

Obr. 5 znázorňuje schéma plavání modulu plovoucí nádrže s trojdílným plovákem. U modulu je ponořen pouze plovák 8, resp. jeho tři oddíly 9, 10, 11. Mezikus 7 a obě nádrže 5, 6 jsou situovány nad úrovní hladiny 24 vody v základní nádrži 3.

Na schématu dle obr. 5 a je voda přepuštěna z horní nádrže 6 do dolní nádrže 5, výtlačná výška je zde nejmenší Hv,min. Na schématu dle obr. 5b je voda přečerpána z dolní nádrže 5 do horní nádrže 6, výtlačná výška je zde největší Hv,max. Hloubka ponoření plováku 8, resp. jeho tří oddílů 9, 10, 11 se při přečerpávání nemění, mění se pouze výšková úroveň hladin 25, 26 vody v dolní nádrži 5

- 13 CZ 36529 U1 a v horní nádrži 6.

Obr. 6 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s jednoúrovňovou plovoucí nádrží. Plovoucí nádrž 4 obsahuje sadu modulů 4a se stejnou výškou a se stejnou hloubkou ponoru. U plovoucí nádrže 4 jsou v základní nádrži 3 ponořeny pouze plováky 8. Mezikusy 7, horní nádrže 6 i dolní nádrže 5 jsou situovány nad hladinou 24 vody v základní nádrži 3. Plovoucí nádrž 4 svou šířkou obsahuje téměř celou šířku základní nádrže 3, ale má jen omezenou hloubku ponoru, která odpovídá využité hloubkové úrovni základní nádrže 3. Plovoucí nádrž 4 obsahuje také energetická zařízení 13 a vodní potrubí 14, kterým jsou propojeny horní nádrže 6 a dolní nádrže 5. Energetická zařízení 13 jsou vestavěna do vlastních modulů 12 připevněných k modulům 4a s nádržemi 5, 6 po obvodu plovoucí nádrže 4.

Na schématu dle obr. 6a je voda přepuštěna z horních nádrží 6 do dolních nádrží 5. Na schématu dle obr. 6b je voda přečerpána z dolních nádrží 5 do horních nádrží 6. Hloubka ponoření plováků se při přečerpávání nemění.

Obr. 7 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s trojúrovňovou plovoucí nádrží a třístupňovou horní plošinou. Plovoucí nádrž obsahuje tři sady modulů 4a, které mají stejný poměr výšky dolních a horních nádrží 5, 6 k využitelné hloubce, takže každá sada modulů 4a má jinou výšku dolních a horních nádrží 5, 6, mezikusů 7 a plováků 8, tj. jinou hloubku ponoru. U plovoucí nádrže 4a jsou ponořeny pouze plováky 8. Mezikusy 7, dolní nádrže 5 i horní nádrže 6 jsou situovány nad hladinou 24 vody v základní nádrži 3. Plovoucí nádrž 4 svou šířkou obsahuje téměř celou šířku základní nádrže 3 a využívá také téměř celou hloubku základní nádrže 3, jelikož vnitřní sady modulů 4a zasahují do větších hloubkových úrovní základní nádrže 3. Tato přečerpávací elektrárna má proto větší kapacitu akumulované energie než přečerpávací elektrárna jednoúrovňová podle obr. 6. Plovoucí nádrž 4 obsahuje také tři sady energetických zařízení 13 a vodních potrubí 14, kterým jsou propojeny dolní nádrže 5 a horní nádrže 6 příslušné sady modulů 4a. Energetická zařízení 13 jsou vestavěna do vlastních modulů 12 připevněných k modulům 4a s dolními a horními nádržemi 5, 6 po obvodu plovoucí nádrže 4.

Na schématu dle obr. 7a je voda přepuštěna z horních nádrží 6 do dolních nádrží 5. Na schématu dle obr. 7b je voda přečerpána z dolních nádrží 5 do horních nádrží 6. Hloubka ponoření plováků 8 se při přečerpávání nemění.

Obr. 8 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s trojúrovňovou plovoucí nádrží a vyrovnanou horní plošinou. Plovoucí nádrž 4 obsahuje, obdobně jako na obr. 7, tři sady modulů 4a, kde každá sada modulů 4a má jinou výšku dolních a horních nádrží 5, 6, mezikusů 7 a plováků 8, tj. jinou hloubku ponoru, ale poměr výšky dolních a horních nádrží 5, 6 k využitelné hloubce je u těchto sad upraven tak, že horní hrany horních nádrží 6 vytvářejí souvislou rovinu.

Na schématu dle obr. 8a je voda přepuštěna z horních nádrží 6 do dolních nádrží 5. Na schématu dle obr. 8b je voda přečerpána z dolních nádrží 5 do horních nádrží 6. Hloubka ponoření plováků 8 se při přečerpávání nemění.

Obr. 9 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s jednoúrovňovou plovoucí nádrží a s vodicím rámem. Plovoucí nádrž 4 obsahuje plováky 8, dolní nádrže 5, horní nádrže 6 a mezikusy 7 a je v základní nádrži 3 stabilizována proti vodorovnému pohybu vodicím rámem 27, který má plovoucí část 28 a kotvicí část 29, jež jsou kloubově spojeny mezi sebou. Kotvicí část 29 je kloubově uchycena také v základech na břehu 1 základní nádrže 3.

Na schématu dle obr. 9a je voda přepuštěna z horních nádrží 6 do dolních nádrží 5. Na schématu dle obr. 9b je voda přečerpána z dolních nádrží 5 do horních nádrží 6. Hloubka ponoření plováků 8 se při přečerpávání nemění. Na schématech dle obr. 9a, obr. 9b je nárys elektrárny, na schématu dle obr. 9c je půdorys elektrárny.

Claims (14)

1. Přečerpávací elektrárna, která obsahuje plovoucí nádrž umístěnou v základní nádrži v prostředí dvou tekutin s rozdílnou hustotou, přičemž elektrárna obsahuje dolní nádrž (5) a horní nádrž (6) a dále obsahuje potrubí (14) a energetické soustrojí (13) k přečerpávání tekutiny mezi dolní a horní nádrží, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) obsahuje dolní nádrž (5) a horní nádrž (6), přičemž prostory dolní nádrže (5) obsahující přečerpávanou tekutinu jsou s prostory horní nádrže (6) obsahujícími přečerpávanou tekutinu spojeny prostřednictvím energetického soustrojí (13) pomocí potrubí (14), které v dolní nádrži (5) i v horní nádrži (6) ústí do přečerpávané tekutiny.

2. Přečerpávací elektrárna podle nároku 1, vyznačená tím, že potrubí (14) je umístěno uvnitř a/nebo vně plovoucí nádrže (4).

3. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 a 2, vyznačená tím, že energetické soustrojí (13) je umístěno uvnitř nebo vně plovoucí nádrže (4).

4. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 3, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) obsahuje plovák (8) k vytvoření vztlaku pro nesení plovoucí nádrže (4) v základní nádrži (3).

5. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 4, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) obsahuje mezikus (7) pro nesení horní nádrže (6).

6. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 5, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) je tvořena množinou vzájemně spojených modulů (4a).

7. Přečerpávací elektrárna podle nároků 4 až 6, vyznačená tím, že plovák (8) je naplněn plynem, jehož vnitřní přetlak je stejný nebo větší než vnější přetlak hustší tekutiny odpovídající největší hloubce ponoření plováku (8) v základní nádrži (3).

8. Přečerpávací elektrárna podle nároků 4 až 7, vyznačená tím, že plovák (8) je výškově rozdělen na více oddílů (9, 10, 11), které jsou mezi sebou odděleny tlakovou přepážkou (20a, 20b), přičemž každý oddíl (9, 10, 11) je naplněn plynem, jehož vnitřní přetlak v každém oddílu (9, 10, 11) je stejný nebo větší než vnější přetlak hustší tekutiny odpovídající největší hloubce ponoření příslušného oddílu (9, 10, 11) v základní nádrži (3).

9. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 8, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) je tvořena moduly (4a) s různou hloubkou ponoru podle hloubkového profilu základní nádrže (3).

10. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 9, vyznačená tím, že obsahuje odvětrávací propojovací potrubí (21, 22), kterým jsou dolní nádrž (5) a horní nádrž (6) propojeny do ovzduší.

11. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 10, vyznačená tím, že obsahuje odvětrávací propojovací potrubí (23), kterým jsou propojeny dolní nádrž (5) a horní nádrž (6).

12. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 11, vyznačená tím, že obsahuje vodicí rám (27) pro zajištění plovoucí nádrže (4) proti vodorovnému pohybu v základní nádrži (3).

13. Přečerpávací elektrárna podle nároků 1 až 12, vyznačená tím, že plovoucí nádrž (4) je vytvořena se souvislým dnem.

- 15 CZ 36529 U1

14. Přečerpávací elektrárna podle některého z nároků 1 až 13, vyznačená tím, že základní nádrž (3) 5 je tvořena uzavřenou tlakovou nádobou pro možnost zvýšení přetlaku přečerpávaných tekutin a zvýšení množství akumulované energie.