PL205138B1

PL205138B1 - Sposób i układ do regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego

Info

Publication number: PL205138B1
Application number: PL371027A
Authority: PL
Inventors: Günther Hess; Heinz Panholzer
Original assignee: Va Tech Hydro Gmbh & Co
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2010-03-31
Also published as: EP1456533B1; ES2333853T3; PT1456533E; ATA20012001A; US20040247393A1; HU228719B1; PL371027A1; US7067935B2; AT411485B; MXPA04005996A; ATE445099T1; SI1456533T1; AU2002356727A1; WO2003054387A1; DE50213908D1; MY135514A; HUP0402206A2; CA2469635C; CA2469635A1; EP1456533A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, stosowany korzystnie w zaporze albo w jazie.

Urządzenia do wytwarzania energii elektrycznej, w przypadku których szereg niewielkich zespołów turbiny-generator umieszczonych jest w rzędach lub kolumnach, obok siebie i jeden nad drugim w ramie albo w usztywnionej konstrukcji, znane są przykładowo z opisu W098/11343 albo US 4,804,855. Ze względu na ich niewielką długość konstrukcyjną i dużą powierzchnię napływu, urządzenia takie stosuje się korzystnie na urządzeniach piętrzących, jak śluzy, jazy, zapory lub tym podobne urządzenia, w celu wykorzystania zazwyczaj bezużytecznie przepływającej wody do wytwarzania energii elektrycznej. Jednak w przypadku takich urządzeń piętrzących należy regulować poziom wody, aby w zależności od zadania, mogły one spełniać funkcję urządzenia piętrzącego. Przykładowo nawigacja rzeczna wymaga określonego poziomu wody, albo też zapora nawadniająca, w celu zapewnienia nawadniania, musi wykazywać minimalny poziom wody. Dotychczas w tym celu otwierano całkowicie lub częściowo jazy.

W opisie US 4,683,718 przedstawiono sposób regulacji instalacji z pewną liczbą turbin, przy czym część turbin występuje bez urządzeń regulujących, a część wyposażona jest w urządzenia regulujące, aby mogły one wykorzystywać optymalnie ilość wody, która jest do dyspozycji.

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, korzystnie w zaporze albo w jazie. W urządzeniu piętrzącym do wytwarzania energii elektrycznej umieszcza się pewną liczbę zespołów turbiny-generator, korzystnie o mocy między odpowiednio 100 kW a 1000 kW, które przynajmniej na pewnych odcinkach umieszczone są jeden nad drugim i/lub obok siebie, tworząc jeden lub szereg modułów turbiny-generator.

Istota wynalazku polega na tym, że stan wodowskazowy przynajmniej częściowo reguluje się według wstępnie zadanej wartości za pomocą włączania lub wyłączania poszczególnych lub szeregu zespołów turbiny-generator i/lub modułów turbiny-generator, przy czym natężenie przepływu nastawia się poprzez urządzenia piętrzące w etapach nieciągłych, a etap nieciągły odpowiada natężeniu przepływu przez jeden lub szereg zespołów turbiny-generator.

Korzystnie, włączone zespoły turbiny-generator pracują z korzystnie stałym natężeniem przepływu lub ze stałą mocą, przy czym stan wodowskazowy przynajmniej częściowo reguluje się za pomocą otwierania, względnie zamykania przynajmniej jednego dodatkowego jazu, przy czym w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, górnego poziomu włączania turbiny, zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator włącza się i/lub jazy otwiera się natomiast w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, górnego poziomu alarmowego jaz otwiera się i/lub włącza się zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator.

Według wynalazku najpierw włącza się wszystkie zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator (3), a następnie otwiera się jazy, przy czym w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, dolnego poziomu włączania turbiny, zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator wyłącza się i/lub jazy zamyka się, natomiast w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, dolnego poziomu alarmowego jazy zamyka się i/lub wyłącza się zespoły turbiny-generator albo moduły turbinygenerator.

Ponadto, najpierw zamyka się wszystkie jazy, a następnie wyłącza się zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator, a w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego poziomu włączania turbiny i/lub poziomu alarmowego wytwarza się i/lub wskazuje sygnał alarmowy, korzystnie akustyczny lub optyczny.

Wskutek wyzwolenia się alarmu, rozpoczyna się proces przełączania czyli włączania albo wyłączania zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator i/lub otwarcia albo zamknięcia jazów.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku opracowuje się prognozę, dotyczącą oczekiwanego stanu wodowskazowego i w zależności od tej prognozy włącza się lub wyłącza zespoły turbinygenerator albo moduły turbiny-generator i/lub otwiera się lub zamyka jazy.

Układy regulacji stanów wodowskazowych szeregu umieszczonych kolejno jedno za drugim urządzeń piętrzących łączy się i reguluje się je poprzez nadrzędny układ regulacji w ten sposób, że optymalizuje się uwzględniane wzajemne stany wodowskazowe tych urządzeń piętrzących, przy czym z góry ustala się liczbę włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator i zasadniczo jednocześnie włącza się je lub wyłącza, a liczbę włączanych lub wyłączaPL 205 138 B1 nych zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator ustala się na podstawie bieżącego zapotrzebowania na energię lub na podstawie oczekiwanego stanu wodowskazowego i oczekiwanego zapotrzebowania na energię.

Układy regulacji stanu wodowskazowego optymalizuje się w odniesieniu do wytwarzania energii, przy czym optymalizację wytwarzania energii przeprowadza się za pomocą modelu matematycznego.

Na podstawie modelu, z uwzględnieniem bieżącego i/lub oczekiwanego dopływu lub odpływu oraz bieżącego i/lub oczekiwanego zapotrzebowania na energię, ustala się optymalną liczbę włączonych lub wyłączonych zespołów turbin-generatorów albo modułów turbiny-generator i ustala się lub uwzględnia przejściowe otwieranie lub zamykanie jazów, zapór, śluz oraz unoszenie zespołów turbina-generator albo modułów turbiny-generator.

W modelu matematycznym uwzglę dnia się dodatkowe dane dotyczące personelu obsługującego, zgromadzone wartości doświadczalne, warunki fizyczne, korzystnie liczba wyparowanej lub wyciekłej wody, i tym podobne dane, oraz bieżące lub prognozowane dane meteorologiczne, korzystnie oczekiwane opady deszczu, prognozy dotyczące temperatury, i tym podobne dane.

Według wynalazku wstępnie ustala się stan wodowskazowy (P) urządzenia piętrzącego w określonym przedziale czasowym, korzystnie w ciągu jednego roku, i tę wartość, zwłaszcza jako wartość zadaną, wykorzystuje się do regulacji, przy czym wstępnie ustala się energię wytwarzaną w określonym przedziale czasowym, korzystnie w ciągu jednego dnia, i reguluje się stan wodowskazowy w ten sposób, że w miarę możliwości dokładnie, przestrzega się wstępnie zadanego procesu wytwarzania energii.

Dla uwolnienia przekroju poprzecznego przepływu unosi się zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator.

Stany wodowskazowe jednego lub szeregu urządzeń piętrzących reguluje się za pomocą centralnego systemu kontrolnego.

Na urządzeniu piętrzącym umieszcza się przynajmniej 10, korzystnie 20-500 włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator.

Przedmiotem wynalazku jest również układ do regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, korzystnie zapory albo jazu, z dużą liczbą zespołów turbiny-generator, które umieszczone są jeden nad drugim i/lub obok siebie, tworząc jeden lub szereg modułów turbiny-generator, i ewentualnie umieszczona jest obok siebie wstępnie określona liczba modułów turbiny-generator, opartych na urządzeniu piętrzącym.

Istota wynalazku polega na tym, że układ zawiera urządzenie do włączania lub wyłączania poszczególnych lub szeregu zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator, za pomocą którego przynajmniej częściowo regulowany jest stan wodowskazowy urządzenia piętrzącego.

Korzystnie, włączane zespoły turbiny-generator są urządzeniami pracującymi z zasadniczo stałym natężeniem przepływu lub o stałej mocy a stan wodowskazowy posiada urządzenie do przynajmniej częściowej regulacji poprzez otwieranie lub zamykanie przynajmniej jednego jazu.

Urządzenie piętrzące posiada dużą liczbę słupów, między którymi może przepływać czynnik, przy czym między dwoma sąsiednimi słupami umieszczona jest odpowiednia liczba zespołów turbinygenerator albo modułów turbiny-generator i jest oparta na słupach.

Według wynalazku, urządzenie do włączania lub wyłączania zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator jest włączone w zespoły lub moduły i jest oparte na słupach za pośrednictwem zespołu albo modułu, korzystnie jest oparte bezpośrednio na słupach.

W układzie zespoły turbiny-generator i/lub moduły turbiny-generator są zamocowane przesuwnie w kierunku góra - dół.

Układ ponadto zawiera centralny system kontroli, który reguluje stan wodowskazowy jednego lub szeregu urządzeń piętrzących, przy czym urządzenie piętrzące stanowi zapora do regulacji toru wodnego do nawigacji, zbiornik wody pitnej, zapora nawadniająca, zbiornik przeciwpowodziowy lub stopień wodny piętrzący elektrowni.

Sposób regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, w najwyższym stopniu wykorzystuje istniejące możliwości i warunki konstrukcyjne, zapewnia działanie urządzenia piętrzącego i umożliwia łatwą i dokładną regulację.

Zespoły turbiny-generator lub moduły turbiny-generator posiadają znany przełyk, dzięki czemu można dokładnie określić natężenie przepływu odpływającej wody. Dlatego też natężenie przepływu odpływającej wody, a wskutek tego stan wodowskazowy urządzenia piętrzącego może być regulowany

PL 205 138 B1 w prosty sposób i dokładnie za pomocą poszczególnych zespołów turbiny w niewielkich etapach nieciągłych. Dlatego też jedynie w sytuacjach wyjątkowych konieczne jest otwieranie lub zamykanie z reguły bardzo duż ych, ciężkich jazów, trudnych do regulacji.

Regulację można przeprowadzać elastycznie, ponieważ dzięki temu możliwa jest regulacja niewielkimi etapami, a ponadto możliwe jest szybkie reagowanie na zmieniające się warunki na urządzeniu piętrzącym. Ponadto dzięki temu możliwa jest optymalizacja w odniesieniu do określonych kryteriów.

Zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator, stosowane do regulacji stanów wodowskazowych, mogą mieć bardzo prostą konstrukcję, jeśli są eksploatowane przy zasadniczo stałym natężeniu przepływu lub ze stałą mocą, ponieważ wówczas nie trzeba stosować żadnych urządzeń do regulacji natężenia przepływu, czy mocy. Tak więc zespoły lub turbiny mają dwa punkty robocze, a mianowicie stan pracy i stan spoczynku, co znacznie uł atwia regulację .

Jeśli stan wodowskazowy przynajmniej częściowo reguluje się za pomocą otwierania, względnie zamykania przynajmniej jednego dodatkowego jazu, wówczas w pewnych sytuacjach można szybko zwiększyć natężenie przepływu odpływającej wody. Ma to miejsce przede wszystkim jako czynnik bezpieczeństwa, w sytuacjach, gdy przepływ przez zespoły turbiny nie wystarcza do zmniejszenia dopływających ilości wody, lub gdy musi być szybko zmniejszony odpływ z urządzenia piętrzącego.

Dzięki odpowiedniemu sterowaniu zapewnione jest zachowanie żądanych wartości granicznych dla poziomu, a jednocześnie zmniejsza się liczba czynności przełączania zespołów turbiny.

Wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą zespołów turbin można zwiększyć do wartości maksymalnych dzięki temu, że najpierw włącza się wszystkie zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator, a następnie otwiera się jazy. Podobnie maksymalne zwiększenie wytwarzania energii elektrycznej uzyskuje się wówczas, gdy najpierw otwiera się wszystkie jazy, a następnie wyłącza się zespoły turbiny-generator albo moduły turbiny-generator. Dzięki temu zwiększa się do maksimum przepływ przez zespoły turbiny, co oddziałuje bezpośrednio korzystnie na wytworzoną liczbę energii.

Szczególnie korzystnie, w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego poziomu włączania turbiny i/lub poziomu alarmowego wytwarza się i/lub wskazuje sygnał alarmowy, ponieważ wówczas bezpośrednio i bez opóźnienia można zareagować na bieżącą sytuację krytyczną. Sygnały alarmowe mogą być korzystnie akustyczne lub optyczne.

Jeśli wskutek wyzwolenia się alarmu, rozpoczną się automatyczne czynności przełączające dla włączania albo wyłączania zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator i/lub otwarcia albo zamknięcia jazów, wówczas regulacja stanu wodowskazowego może następować w znacznym stopniu automatycznie, bez zatrudniania na miejscu personelu obsługującego.

Dzięki temu, że opracowuje się prognozę, dotyczącą oczekiwanego stanu wodowskazowego i w zależ ności od tej prognozy włącza się lub wyłącza zespoły turbiny-generator albo modu ły turbinygenerator i/lub otwiera się lub zamyka jazy, można już z góry zareagować na oczekiwane, duże zmiany poziomu, dzięki czemu można zmniejszyć częstość przełączania jazów.

Jeśli połączy się układy regulacji stanów wodowskazowych szeregu umieszczonych kolejno jedno za drugim urządzeń piętrzących i reguluje się je poprzez nadrzędny układ regulacji w ten sposób, że optymalizuje się uwzględniane wzajemne stany wodowskazowe tych urządzeń piętrzących, wówczas można uzyskać optymalny stan wodowskazowy, znacznie wykraczający poza jedno urządzenie piętrzące, wzdłuż długiego odcinka toru wodnego. Dzięki temu zmniejsza się częstotliwość włączania lub wyłączania zespołów turbiny, a jednocześnie w przeciągu dłuższego czasu uzyskuje się bardziej równomierne wytwarzanie energii.

Według sposobu zgodnego z wynalazkiem uzyskuje się optymalne wykorzystanie otrzymywania energii, przy zapewnieniu właściwej funkcji urządzenia piętrzącego. Jednocześnie zapewnia się to, że wykorzystuje się zasoby naturalne urządzenia piętrzącego.

Jeśli stany wodowskazowe jednego lub szeregu urządzeń piętrzących reguluje się za pomocą centralnego systemu kontrolnego, wówczas można zrezygnować ze stosowania na miejscu dodatkowych urządzeń kontrolnych, co wpływa korzystnie na zmniejszenie kosztów.

Jeśli wstępnie ustala się wartość zadaną dla stanu wodowskazowego, do celu, który nie służy uzyskiwaniu energii, korzystnie do nawigacji, nawadniania, i tym podobnych celów, to nie wpływa to niekorzystnie na pierwotnie określoną pracę urządzenia piętrzącego. Wówczas uzyskiwanie energii jest dodatkową zaletą, którą można osiągnąć bez ograniczenia eksploatacji.

PL 205 138 B1

W praktyce okazało się korzystne, gdy na urzą dzeniu piętrzącym umieszcza się przynajmniej 10, korzystnie 20-500 włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator.

Ponadto korzystne jest, gdy urządzenie piętrzące posiada dużą liczba słupów, między którymi może przepływać czynnik, przy czym między dwoma sąsiednimi słupami umieszczona jest wstępnie określona liczba zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator i jest oparta na słupach. Dzięki temu można bezpośrednio wykorzystać istniejące struktury urządzenia piętrzącego dla dodatkowego uzbrojenia, co czyni zbędnym kosztowne prace związane z przebudową.

Bardzo zwarty wariant postaci wykonania urządzenia uzyskuje się wówczas, gdy urządzenie do włączania lub wyłączania zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator jest włączone w zespoł y lub moduł y i jest oparte na sł upach za poś rednictwem zespołu albo moduł u. Dzię ki temu ogranicza się do minimum konieczne czynności konstrukcyjne na urządzeniu piętrzącym. Zgodnie z dalszym wariantem, urządzenie do włączania lub wyłączania zespołów turbiny-generator albo modułów turbiny-generator jest oparte bezpośrednio na słupach.

Zespoły turbiny-generator i/lub moduły turbiny-generator mogą być bardzo łatwo usuwane w pewnych sytuacjach ze swojego poł o ż enia roboczego, przykł adowo do celów konserwacyjnych lub w celu uwolnienia przekroju poprzecznego przepływu, jeś li są one usytuowane w sposób podnoszony i opuszczany.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku czołowym urządzenie piętrzące z zespołami turbiny-generator, fig. 2 - podstawową zasadę układu regulacji według wynalazku, a fig. 3 rozszerzony sposób regulacji.

Na fig. 1 przedstawione jest schematycznie i w uproszczeniu urządzenie piętrzące 1, przykładowo zapora piętrząca, do spiętrzania cieczy, korzystnie wody, w biegu rzeki, w tym przykładzie wykonania z dwoma słupami 4, pomiędzy którymi umieszczona jest pewna liczba zespołów turbinygenerator 2, w tym przypadku dziesięć. Przy tym zespoły turbiny-generator 2 są połączone do postaci modułu turbiny-generator 3 i w razie potrzeby mogą być podnoszone, jako moduł, z urządzenia piętrzącego 1 za pomocą nie przedstawionego urządzenia podnośnikowego. Ponadto urządzenie piętrzące 1 może posiadać nie przedstawiony jaz, za pomocą którego umożliwiony jest, całkowicie lub w części, albo jest uniemożliwiony odpływ czynnika z urządzenia piętrzącego 1.

Zespoły turbiny-generator 2 mogą być odgrodzone w znany sposób, przykładowo przez zamknięcie rury ssawnej, jak szota lub przysłony irysowej, pojedynczo lub w zespołach, przykładowo cały moduł turbiny-generator 3 wskutek czego przez zespoły turbiny-generator 2 nie może przepływać woda i zespoły nie wytwarzają prądu elektrycznego.

Jest oczywiste, że takie urządzenie piętrzące może zawierać więcej niż dwa słupy i że między dwoma słupami może być umieszczonych więcej zespołów turbiny-generator, niż jest to przedstawione na fig. 1. W praktyce możliwe jest włączenie do urządzenia piętrzącego dowolnej liczby takich zespołów turbiny-generator 2, korzystnie 20-500.

Zespoły turbiny-generator 2 mogą być również umieszczone w dowolnych, innych urządzeniach piętrzących od przedstawionych na fig. 1, przykładowo zbiornikach wody pitnej, zaporach nawadniających, zbiornikach przeciwpowodziowych, i tym podobnych zbiornikach, przy czym opisany poniżej sposób regulacji może być stosowany do stanu wodowskazowego tego samego rodzaju.

Poniżej, na podstawie fig. 2, objaśniona jest zgodna z wynalazkiem podstawowa zasada sposobu regulacji stanu wodowskazowego dowolnego urządzenia piętrzącego ze zintegrowanymi zespołami turbiny-generator 2. Na fig. 2 przedstawione są dwa wykresy, z których pierwszy przedstawia poziom wody P w czasie t, a drugi natężenie przepływu QA wody odpływającej z urządzenia piętrzącego, w czasie t. Dla urządzenia piętrzącego został wstępnie zadany, przykładowo przez użytkownika, docelowy poziom ZP. Bieżący poziom P może zmieniać się również w zakresie górnego i dolnego poziomu włączania turbiny TsPo, TsPu. Poziomy te wynikają z wymagań, stawianych urządzeniu piętrzącemu, przykładowo gdy nawigacja rzeczna wymaga określonych minimalnych i maksymalnych stanów wody. Ponadto, dla urządzenia piętrzącego ustalono górny i dolny maksymalny poziom MPo, MPu, którego nie można przekroczyć i poniżej którego nie można zejść. Gdyby jednak w sytuacjach nadzwyczajnych miało to miejsce, wówczas dla odpowiedniego urządzenia piętrzącego należy podjąć odpowiednie czynności awaryjne, przykładowo zamknięcie lub otwarcie dalszych urządzeń piętrzących, położonych pod prąd, otwarcie istniejących śluz bezpieczeństwa, podniesienie zespołów turbinygenerator 2 lub modułów turbiny-generator 3, i tym podobne czynności.

Punktem wyjścia opisu sposobu regulacji jest stan, w którym ilość wody dopływowej i odpływowej jest jednakowa i poziom P nie ulega zmianie. W tym stanie otwarta jest już dowolna liczba zespo6

PL 205 138 B1 łów turbiny-generator 2 lub modułów turbiny-generator 3, dzięki czemu przez zespoły odpływa również pewna liczba wody QA i wytwarzana jest energia elektryczna.

W momencie to, poziom P urządzenia piętrzącego podnosi się, przykładowo z powodu opadów deszczu, wychodząc od poziomu docelowego ZP i w momencie ts1 osiąga poziom włączania turbiny TsPo. Najpóźniej w momencie ts1, automatycznie lub dzięki personelowi obsługującemu, w celu zwiększenia odpływowego natężenia przepływu QA, włączony zostaje jeden lub szereg dalszych pojedynczych zespołów turbiny-generator 2 albo modułów turbiny-generator 3. Jednocześnie, dzięki temu, jako efekt uboczny, wytworzona zostaje większa ilość energii elektrycznej. Zwiększenie ilości stanowi nieciągły przyrost AQTE, lub jego wielokrotność, i odpowiada dokładnie tej ilości wody, jaka przepływa przez zespół turbiny-generator lub moduły turbiny-generator. Ponieważ w dalszym ciągu podwyższa się poziom P, to w momencie ts2 i ts3 włączone zostają dalsze zespoły turbinygenerator 2 i moduły turbiny-generator 3, wskutek czego natężenie przepływu QA odpływającej wody zwiększa się dalej w sposób nieciągły, odpowiednio o ĄQTE lub jego wielokrotność. Czynności te powtarzane są do tego momentu, aż ponownie nie zostanie osiągnięty górny poziom włączania turbiny TsPo. Gdyby zostały już włączone wszystkie zespoły turbiny-generator 2 i moduły turbiny-generator 3, a poziom P dalej się podnosił, wówczas ewentualnie mogłyby zostać otwarte istniejące jazy, wskutek czego zwiększałoby się dalej natężenie przepływu QA odpływającej wody. Zasadniczo, jazy powinny zostać otwarte dopiero wówczas, gdy włączone zostały już wszystkie zespoły turbiny-generator 2 i moduły turbiny-generator 3, ponieważ wówczas może być zwiększone wytwarzanie energii elektrycznej. Jednak z określonych powodów możliwe jest również wcześniejsze otwarcie jazów.

Jak wynika ponadto z fig. 2, obniżający się poziom P w momencie ts4 może osiągnąć dolny poziom włączania turbiny TsPu, wskutek czego rozpoczyna się proces odwrotny. Sukcesywnie odłączają się automatycznie, lub przy udziale personelu obsługującego, zespoły turbiny-generator 2 lub moduły turbiny-generator 3, do momentu, aż poziom P znajdzie się ponownie wewnątrz obu wartości granicznych, dolnego i górnego poziomu włączania turbiny TsPo, TsPu.

Oczywiście, na podstawie wzrostu poziomu lub spadku poziomu, wielkości doświadczalnych i na podstawie modeli matematycznych lub symulacyjnych, możliwe jest również określenie koniecznej liczby włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator 2 i modułów turbiny-generator 3, a jednocześnie ich otwieranie i zamykanie.

Gdy poziom P znajduje się wewnątrz obu wartości granicznych, wówczas z reguły nie przeprowadza się czynności przełączających, dzięki czemu napór przepływu QA odpływającej wody w tym przedziale czasu pozostaje zasadniczo stały.

W niniejszym przykładzie wykonania, dla uproszczenia, włączone są tylko trzy zespoły turbinygenerator 2 i moduły turbiny-generator 3. W praktyce, z urządzeniem piętrzącym zintegrowanych jest 20 i więcej pojedynczo włączanych zespołów turbiny-generator 2 i modułów turbiny-generator 3, dzięki czemu można przeprowadzać bardzo dokładną regulację poziomu wody P urządzenia piętrzącego.

W przypadku uzyskania górnego lub dolnego poziomu włączania turbiny TsPo, TsPu, może zostać również wyzwolony alarm, który przykładowo jest wskazywany w centralnym systemie kontrolnym lub za pomocą sygnału akustycznego, co zwraca uwagę personelu obsługującego lub też wyzwolone zostają automatyczne czynności przełączające.

Na fig. 3 przedstawiony jest rozszerzony sposób regulacji. Dodatkowo do znanych już z fig. 2 poziomów granicznych, wstępnie zadany jest górny i dolny poziom alarmowy APo, APu. W praktyce poziomy te będą leżały nieznacznie, przykładowo 5 cm, poniżej lub powyżej górnego i dolnego maksymalnego poziomu MPo, MPu.

Jak zostało to już opisane w związku z fig. 2, poziom P wzrasta od momentu tso i po dwóch czynnościach przełączających do momentów ts1, ts2, w momencie ts3 osiąga górny poziom alarmowy APo. W idealnej postaci wykonania, urządzenie piętrzące jest tak ukształtowane, że w momencie ts3 zostały już włączone wszystkie zespoły turbiny-generator 2 albo moduły turbiny-generator 3, dzięki czemu uzyskuje się maksymalny przepływ przez turbiny, a tym samym także maksymalne wytwarzanie energii. W tym przykładzie wykonania, w momencie ts3 wyzwala się sygnał akustyczny, przykładowo w celu zwrócenia uwagi personelu obsługującego na krytyczny poziom P. Alarm akustyczny może być sprzężony z automatycznym przełącznikiem. Teraz zostają otwarte jeszcze ewentualnie istniejące jazy, wskutek czego zwiększa się natężenie przepływu QA odpływającej wody z jazu o AOw i poziom P ponownie zaczyna się obniżać. Dalszym sposobem obniżenia poziomu P może być podniesienie wszystkich zespołów turbiny-generator 2 lub modułów turbiny-generator 3.

PL 205 138 B1

Obniżający się poziom P osiąga w momencie ts4 dolny poziom włączania turbiny TsPu. Jeśli w tym momencie otwarte są jeszcze jazy, albo nie wszystkie ewentualnie podniesione zespoły turbinygenerator 2 albo moduły turbiny-generator 3 zostały opuszczone w położenie robocze, to powinny one zostać zamknięte lub opuszczone, zanim zostaną włączone zespoły turbiny-generator 2 albo moduły turbiny-generator 3, w celu zwiększenia wytwarzania energii do wielkości maksymalnych. W niniejszym przykładzie, w momencie ts4, najpierw zostaje wyłączony jaz, a następnie, w momencie ts5 zespół turbiny-generator 2 lub moduł turbiny-generator 3. W momencie ts6 zostaje osiągnięty dalszy poziom alarmowy APu, ponownie zostaje wyzwolony alarm akustyczny i zostaje wyłączony co najmniej jeden dalszy zespół turbiny-generator 2 lub dalszy moduł turbiny-generator 3, dzięki czemu poziom P wykazuje tendencję wzrastającą. W razie potrzeby, w momencie ts6 można wyłączyć równocześnie szereg zespołów turbiny-generator 2 lub modułów turbiny-generator 3, albo nawet wszystkie zespoły lub moduły.

Opisane powyżej przykłady wykonania są oparte na odpowiednich bieżących pomiarach stanu wodowskazowego lub zmiany stanu wodowskazowego. Możliwe jest opracowywanie prognoz dotyczących przyszłych stanów wodowskazowych, przy uwzględnieniu przykładowo stanów wodowskazowych, leżących pod prąd urządzeń piętrzących, stanów pogody, wartości doświadczalnych, i tym podobnych danych, i na podstawie tych prognoz, możliwa jest regulacja natężenia przepływu QA odpływającej wody poprzez włączenie lub wyłączenie poszczególnych zespołów turbiny-generator 2 lub modułów turbiny-generator 3, w ten sposób, że poziom P leży w miarę możliwości wewnątrz górnego i dolnego poziomu włączania turbiny TsPo, Tspu i nie przekracza ich lub nie opada poniżej.

Zapotrzebowanie na energię zmienia się znacznie w określonym przedziale czasowym. Przykładowo, w ciągu dnia zużywa się więcej energii niż wieczorem, a zimą zużywa się więcej energii niż latem. Sposób można szczególnie korzystnie stosować wówczas, gdy poziom P można optymalizować również wobec wymogów odnośnie wytwarzania energii, zróżnicowanych w przedziale czasowym. Przykładowo, podczas nocy mogą być wyłączone wszystkie zbędne zespoły turbiny-generator 2 lub moduły turbiny-generator 3. Wskutek tego w nocy wzrasta poziom P, który następnie kolejno do dziennych okresów szczytu zapotrzebowania na energię może być zmniejszony przez zespoły turbinygenerator 2 albo moduły turbiny-generator 3 do wytwarzania energii.

Podobnie, poziom P mógłby być zasadniczo wysoki zimą, w celu wspomagania pokrycia zapotrzebowania na energię w okresach szczytu energetycznego.

Podobnie, poziom P mógłby być zasadniczo stale najwyższy, aby możliwe byłoby stale jak największe wytwarzanie energii. Optymalizację realizuje się za pomocą modelu matematycznego urządzenia piętrzącego, w którym można uwzględnić również określone inne warunki brzegowe, przykładowo czasowe otwieranie lub zamykanie dodatkowych jazów, dane dotyczące personelu obsługującego lub dane meteorologiczne.

Jednocześnie, w razie potrzeby, za pomocą modelu matematycznego, mogą być ustalane również określone parametry, przykładowo optymalna liczba otwieranych lub zamykanych zespołów turbiny-generator 2 lub modułów turbiny-generator 3 i/lub jazów.

Korzystnie, poziom P jednego lub szeregu urządzeń piętrzących 1 reguluje się poprzez centralny system kontrolny. W tym celu, do systemu kontrolnego przekazywane są konieczne dane lub stany wodowskazowe P, przykładowo poprzez modem lub drogą radiową i doprowadzane do algorytmu regulacji, który korzystnie jest wprowadzany do komputera. Następnie konieczne sygnały sterujące, korzystnie polecenia otwierania lub zamykania zespołów turbiny-generator 2 lub modułów turbinygenerator 3 są przekazywane z systemu kontrolnego do urządzenia piętrzącego.

Claims

1. Sposób regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, korzystnie w zaporze albo w jazie, przy czym w urządzeniu piętrzącym do wytwarzania energii elektrycznej umieszcza się pewną liczbę zespołów turbiny-generator, korzystnie o mocy między odpowiednio 100 kW a 1000 kW, które przynajmniej na pewnych odcinkach umieszczone są jeden nad drugim i/lub obok siebie, tworząc jeden lub szereg modułów turbiny-generator, znamienny tym, że stan wodowskazowy przynajmniej częściowo reguluje się według wstępnie zadanej wartości za pomocą włączania lub wyłączania poszczególnych lub szeregu zespołów turbiny-generator (2) i/lub modułów turbiny-generator (3), przy

PL 205 138 B1 czym natężenie przepływu nastawia się poprzez urządzenia piętrzące w etapach nieciągłych, a etap nieciągły odpowiada natężeniu przepływu przez jeden lub szereg zespołów turbiny-generator (2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włączone zespoły turbiny-generator (2) pracują z korzystnie stałym natężeniem przepływu lub ze stałą mocą.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stan wodowskazowy (P) przynajmniej częściowo reguluje się za pomocą otwierania, względnie zamykania przynajmniej jednego dodatkowego jazu.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, górnego poziomu włączania turbiny (TsP_o), zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbinygenerator (3) włącza się i/lub jazy otwiera się.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, górnego poziomu alarmowego (AP_o) jaz otwiera się i/lub włącza się zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbiny-generator (3).

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że najpierw włącza się wszystkie zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbiny-generator (3), a następnie otwiera się jazy.

7. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, dolnego poziomu włączania turbiny (TsP_u), zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbinygenerator (3) wyłącza się i/lub jazy zamyka się.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego, dolnego poziomu alarmowego (AP_u) jazy zamyka się i/lub wyłącza się zespoły turbinygenerator (2) albo moduły turbiny-generator (3).

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że najpierw zamyka się wszystkie jazy, a następnie wyłącza się zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbiny-generator (3).

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku osiągnięcia wstępnie zadanego poziomu włączania turbiny (TsP_g,TsP_o) i/lub poziomu alarmowego (AP_o, AP_u) wytwarza się i/lub wskazuje sygnał alarmowy, korzystnie akustyczny lub optyczny.

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wskutek wyzwolenia się alarmu, rozpoczyna się proces przełączania czyli włączania albo wyłączania zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) i/lub otwarcia albo zamknięcia jazów.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że opracowuje się prognozę, dotyczącą oczekiwanego stanu wodowskazowego (P) i w zależności od tej prognozy włącza się lub wyłącza zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbiny-generator (3) i/lub otwiera się lub zamyka jazy.

13. Sposób według zastrz. 1 albo 12, znamienny tym, że łączy się układy regulacji stanów wodowskazowych (P) szeregu umieszczonych kolejno jedno za drugim urządzeń piętrzących (1) i reguluje się je poprzez nadrzędny układ regulacji w ten sposób, że optymalizuje się uwzględniane wzajemne stany wodowskazowe (P) tych urządzeń piętrzących.

14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że z góry ustala się liczbę włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) i zasadniczo jednocześnie włącza się je lub wyłącza.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że liczbę włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) ustala się na podstawie bieżącego zapotrzebowania na energię.

16. Sposób według zastrz. 12 albo 14, znamienny tym, że liczbę włączanych lub wyłączanych zespołów albo modułów turbiny-generator ustala się na podstawie oczekiwanego stanu wodowskazowego (P) i oczekiwanego zapotrzebowania na energię.

17. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że optymalizuje się układy regulacji stanu wodowskazowego (P), w odniesieniu do wytwarzania energii.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że optymalizację wytwarzania energii przeprowadza się za pomocą modelu matematycznego.

19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że na podstawie modelu, z uwzględnieniem bieżącego i/lub oczekiwanego dopływu lub odpływu oraz bieżącego i/lub oczekiwanego zapotrzebowania na energię, ustala się optymalną liczbę włączonych lub wyłączonych zespołów turbingeneratorów (2) albo modułów turbiny-generator (3).

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że na podstawie modelu matematycznego, ustala się lub uwzględnia przejściowe otwieranie lub zamykanie jazów, zapór, śluz oraz unoszenie zespołów turbina-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3).

PL 205 138 B1

21. Sposób według zastrz. 19 albo 20, znamienny tym, że w modelu matematycznym uwzględnia się dodatkowe dane dotyczące personelu obsługującego, zgromadzone wartości doświadczalne, warunki fizyczne, korzystnie liczba wyparowanej lub wyciekłej wody, i tym podobne dane, oraz bieżące lub prognozowane dane meteorologiczne, korzystnie oczekiwane opady deszczu, prognozy dotyczące temperatury, i tym podobne dane.

22. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wstępnie ustala się stan wodowskazowy (P) urządzenia piętrzącego (1) w określonym przedziale czasowym, korzystnie w ciągu jednego roku, i tę wartość, zwłaszcza jako wartość zadaną, wykorzystuje się do regulacji.

23. Sposób według zastrz. 1 albo 22, znamienny tym, że wstępnie ustala się energię wytwarzaną w określonym przedziale czasowym, korzystnie w ciągu jednego dnia, i reguluje się stan wodowskazowy (P) w ten sposób, że w miarę możliwości dokładnie przestrzega się wstępnie zadanego procesu wytwarzania energii.

24. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla uwolnienia przekroju poprzecznego przepływu unosi się zespoły turbiny-generator (2) albo moduły turbiny-generator (3).

25. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stany wodowskazowe jednego lub szeregu urządzeń piętrzących reguluje się za pomocą centralnego systemu kontrolnego.

26. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na urządzeniu piętrzącym umieszcza się przynajmniej 10, korzystnie 20-500 włączanych lub wyłączanych zespołów turbiny-generator (2).

27. Układ do regulacji stanu wodowskazowego urządzenia piętrzącego, korzystnie zapory albo jazu, z dużą liczbą zespołów turbiny-generator, które umieszczone są jeden nad drugim i/lub obok siebie, tworząc jeden lub szereg modułów turbiny-generator, i ewentualnie umieszczona jest obok siebie wstępnie określona liczba modułów turbiny-generator, opartych na urządzeniu piętrzącym, znamienny tym, że układ zawiera urządzenie do włączania lub wyłączania poszczególnych lub szeregu zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3), za pomocą którego przynajmniej częściowo regulowany jest stan wodowskazowy (P) urządzenia piętrzącego.

28. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że włączane zespoły turbiny-generator (2) są urządzeniami pracującymi z zasadniczo stałym natężeniem przepływu lub o stałej mocy.

29. Układ według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że stan wodowskazowy (P) posiada urządzenie do przynajmniej częściowej regulacji poprzez otwieranie lub zamykanie przynajmniej jednego jazu.

30. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) posiada dużą liczbę słupów (4), między którymi może przepływać czynnik, przy czym między dwoma sąsiednimi słupami (4) umieszczona jest odpowiednia liczba zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) i jest oparta na słupach (4).

31. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że urządzenie do włączania lub wyłączania zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) jest włączone w zespoły lub moduły i jest oparte na słupach za pośrednictwem zespołu albo modułu.

32. Układ według zastrz. 30, znamienny tym, że urządzenie do włączania lub wyłączania zespołów turbiny-generator (2) albo modułów turbiny-generator (3) jest oparte bezpośrednio na słupach.

33. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zespoły turbiny-generator (2) i/lub moduły turbiny-generator (3) są zamocowane przesuwnie w kierunku góra - dół.

34. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zawiera centralny system kontroli, który reguluje stan wodowskazowy (P) jednego lub szeregu urządzeń piętrzących (1).

35. Układ według zastrz. 27 albo 34, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) stanowi zapora do regulacji toru wodnego do nawigacji.

36. Układ według zastrz. 27 albo 34, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) stanowi zbiornik wody pitnej.

37. Układ według zastrz. 27 albo 34, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) stanowi zapora nawadniająca.

38. Układ według zastrz. 27 albo 34, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) stanowi zbiornik przeciwpowodziowy.

39. Układ według zastrz. 27 albo 34, znamienny tym, że urządzenie piętrzące (1) stanowi stopień wodny piętrzący elektrowni rzecznej.