SU953078A1 - Гидроаккумулирующа электростанци - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к гидротехническому строительству, а именно к гидроаккумулирующим электростанци м.

Известна гидроаккумулирующа  электростанци  (ГАЭС), предназначен- , на  дл  выравнивани  графиков нагрузки энергетических систем и состо ща  из верхнего бассейна, нижнего бассейна и св занного с бассейнами водоводами гидроагрегатного блока.

Гидроагрегатный блок расположен в здании ГАЭС и состоит из обратимой электрической машины (моторагенератора ) и обратимой гидромашины (насоса-турбины).

Цикл работы ГАЭС включает два режима: режим зар дки и режим разр дки .

При зар дке ГАЭС в часы провала графика нагрузки в энергосистеме она потребл ет энергию из электро-сети , электрическа  машина работает в ре даме мотора, гидромашина - в насосном режиме, вода из нижнего бассейна нагнетаетс  в верхний. ГАЭС аккумулирует энергию.

При разр дке ГАЭС в часы пика нагрузки в энергосистеме вода из верхнего бассейна сливаетс  в нижний , гидромашина работает в турбинном режиме, электрическа  машина в режиме генератора, электроэнерги  поступает .в сеть. Мощность ГАЭС определ етс  произведением статического напора, равного разности отметок высот верхнего и нижнего бассейнов, и расхода воды через гидроагрегатный блок. Чем выше статический напор, тем выше мощ10 ность ГАЭС, или при заданной мощности меньше расход воды и объем бассейнов . В качестве верхнего и нижнего бассейнов используютс  естественные или искусственные открытые водоемы, 15 расположенные на различной высоте С1.

Недостатком такой электростанции .  вл етс  больша  зависимость напора от рельефа местности. В равнинных услови х ее эффективность значитель20 но уменьшаетс .

Иэбестна также гидроаккумулирующа  электростанци , включающа  герметичный верхний резервуар, соединенный посредством трубопровода с

25 вентилем с источником сжатого газа, гидроагрегатный блок, соединенный трубопроводом с верхним резервуаром и нижний резервуар, сообщенный с (атмосферой, и соединенный трубопро ,водом с гидроагрегатным блоком. В этой ГАЭС напор обусловлен гидростатическим напором столба воды между резервуарами и давлением сжатого газа верхнем резервуаре, что при заданной мощности станции позвол ет снизить заглубление нижнего резервуара или повысить мощность при неизменном заглублении. Напор электростанции Н в данном сл чае определ етс  формулой Р - РО- / статический напор, равный разности отметок верхнего и нижнего резервуаров; давление в газовом объеме (газовой подушке) верхнего резервуара; -давление воздуха над поверхностьго воды в нижнем резервуаре; -плотность воды; -ускорение свободного паде ни . Дл  увеличени  суммарного напора необходимо повышать давление газа в верхнем резервуаре и понижать в нижнем. Р - rVi Дополнительный напор -- етс  при разр дке ГАЭС по мере опор нени  верхнего резервуара и увеличе ни  в нем газовой подушки. При поли пическом законе расширени  газа в верхнем резервуаре его давление уме шаетс  в соответствии с известной зависимостью Р Ри ( где PU - давление в газовой подушке верхнего резервуара в нач разр дки ГАЭС; , . объем газовой подушки верх него резервуара в начале разр дки ГАЭС; текущий объем газовой под ки верхнего резервуара в процессе его опорожнени ; п - показатель .политропы расш рени . в конце разр дки ГАЭС объем газово подушки становитс  равныг объему всего верхнего резервуара (или бли ким к нему). Дл  уменьшени  падени давлени  газа в верхнем резервуаре при работе ГАЭС необходимо при ее проектировании увеличивать расчетн отношение начального объема газово подушки к объему всего верхнего ре зервуара, т.е. строить верхний рез вуар на объем, значительно превышающий объем воды 2. Недостатками устройства  вл ютс снижение мощности ГАЭС при работе ее в режиме разр дки, обусловленно снижением давлени  газа в верхнем резервуаре, а также высока  стоимость строительства верхнего резервуара, св занна  с необходимостью превышени  его суммарного объема над объемом воды, нужной дл  работы ГАЭС. Оба недостатка.взаимосв заны. При относительно малой начальной газовой подушке верхнего резервуара происходит слишком резкое падение в верхнем резервуаре, но уменьшаетс  стоимость строительства ГАЭС из-за снижени  объема верхнего резервуара. При относительно большой начальной газовой подушке верхнего резервуара снижение давлени  уменьшаетс , но возрастает стоимость строительства из-за увеличени  объема верхнего резервуара. Цель изобретени  - повышение эффективности работы гидроаккумулирующей электростанции. Цель достигаетс  тем, что гидроаккумулирующа  электростанци  снабжена дополнительным герметичным нижним резервуаром, соединенным трубопроводом с гидроагрегатным, блоком, и сообщенным трубопроводами с вентил ми с верхним резервуаром и атмосферой , причем трубопроводы, соедин ющие нижние резервуары с гидроагрегатным блоком, снабжены затворами. Кроме того, в ней отношение объе-. ма одного резервуара с нижнего бьефа к объему другого составл ет 0,9-1,1. На фиг. 1 изображена схема гидроак кумулирующей электростанции; на фиг. 2 - график зависимости относительного давлени  в газовой подушке верхнего резервуара от относительного объема воды, прошедшей через гидроагрегатный блок в процесс се разр дки ГАЭС; на фиг. 3 - график зависимости относительного давлени  в газовой подушке верхнего резервуара в конце его опорожнени  от относительного объема начальной газовой подушки верхнего резервуара, гле V, - объем жидкости (воды), необходимой дл  работы ГАЭС; V - объем верхнего резервуара 1; Vj - объем резервуара 3; Уф - объем резервуара 4, предполагаетс , что давление газа в резервуаре 1 в начале разр дки ГАЭС; давление газа в резервуаре 1 в конце цикла разр дки ГАЭС; текущее значение давлени  в резервуаре 1 при разр дке ГАЭС; относительный объем начальной газовой подушки в резервуаре 1, r. - относительный объем резер вуара 4; относительное текущее давление газа в резервуаре 1; относительное конечное давление газа в резервуаре 1; объем воды, прошедшей через турбину в процессе разр дки ГАЭС; относительный объем воды, прошеди1ей через турбину в процессе разр дки ГАЭС, , . Основныгли част ми гидроаккумулирующей электростанции  вл ютс  верхний резервуар 1, выполненный в виде герметичной емкости, гидроагрегатный блок 2, нижний резервуар 3 и герметичный резервуар 4.. Верхний резервуар 1 в своей нижней части соединен трубопроводом 5 с гидроагрегатным блоком 2, а в своей верхней части - трубопроводом 6 чере вентк ь 7 с источником 8 сжатого газа . Гидроагрегатный блок 2 соединен трубопроводом 9 через затвор 10 с нижней частью резервуара 3, а трубопроводами 9 и 11 через затвор 12 с Нижней частью резервуара 4. Резервуа 3соединен в своей верхней части тру проводом 13 с атомосферой. Резервуар 4в своей верхней части соединен тру бопроводами 14 и 15 через вентиль 16 с верхней частью резервуара 1, а тру бопроводом 17 через вентиль 18 с атмосферой. Работа предложенной ГАЭС происходит следующим образом, В исходном положении резервуары 3 и 4, трубопроводы 5, 9 и 11 заполнены водой, затворы 10 и 12, а также вентили 7 и 18 закрыты. Вентиль 16 открыт. Верхний резервуар 1 заполнен воздухом. Начинаетс  процесс:зар дки ГАЭС, дл  чего открывают -затвор 12 и подают электроэнергию на гидроагрегатный блок 2. Электрическа  машина, работающа  в режиме мотора, начинает вращать обратимую гидромашину , „работающую 1-в насосном режиме. Воду из резервуара 4 по трубопроводам 11, 9 .и 5 перекачивают в верхний резервуар 1, а воздух из него вытесн ют по трубопроводам 15 и 14 в резервуар 4, В момент опорожнени  резервуара 4 затвор 12 закрывают, а затвор 10 открывают. Начинают перекачку воды из резервуара 3. В момент его полного опорожнени  затвор 10 закрывают и прекращают подачу электроэнергии на гидроагрегатный блок 2. Далее открывают вентиль 7 и сжатый воздух от источника 8 сжатого газа (например, компрессора) по трубопроводу 6 подают в верхний резервуар 1 и далее по трубопроводу 15 и 14 в резервуар 4. После достижени  заданного давлени  вентиль 7 закрывают . ГАЭС находитс  в состо нии зар дки. процесс разр дки ГАЭС происходит следующим образом. Подают команду на открытие затвору 10. После открыти  затвора 10 вода под действием разности высот верхнего резервуара 1 и нижнего резервуара 3, а также давлени  в газовой подушке верхнего резервуара 1, устремл етс  из резервуара 1 по трубопроводу 5 в гидроагрегатный блок 2 и далее по трубопроводу 9 через затвор 10 в резервуар 3. Обратима  машина начинает работать в режиме турбины, а электрическа  машина в режиме генератора. Начинаетс  подача энергии в электросеть. Благодар  тому, что объем начальной газовой подушки равен не только объему газа в резервуаре 1 (как в известном устройстве), но и включает в себ  обьем резервуара 4, падение давлени  газа в резервуаре 1 происходит значительно медленнее, чем в известном устройстве. В результате этого и мощность ГАЭС в процессе разр дки падает значительно медленнее. После полного заполнени  резервуара 3 затвор 10 и вентиль 16 закрывают , а затвор 12 и вентиль 18 открывают . Вода из гидрбагрегатного блока 2 по трубопроводам 9 и 11 поступает в резервуар 4. Воздух из резервуара 4 стравливают по трубопроводам 14 и 17 в атмосферу. Газ в резервуаре 1 продолжает расшир тьс , создава  необходимое повышение напора и мощности ГАЭС. После заполнени  резервуара 4 затвор 12 и вентиль 18 закрывают, а вентиль 16 открывают. ГАЭС находитс  в исходном положении и готова к зар дке. При последующих циклах работы источник 8 сжатого газа не обновл ет весь запас газа, а восполн ет лишь утечки из системы. На фиг. 2 в качестве примера представлены расчетные зависимости изменени  величины относительного давлени  газа Р в резервуаре 1 от величины относительного объема воды VT , прс иедшей через турбину в процессе разр дки ГАЭС. Величина Q соответствует началу разр дки, а - полной разр дке (опорожнению резервуара 1). Расчеты приведены дл  /X 0,1 и нескольких значений ft. Величины (i 0 и (Ь 1 т.е. случай наличи  одного нижнего резервуара, соответствуют известному устройству. Предполагалось, что процесс расширени  газа - изотермический с показателем политропы п 1. Все кривые выход т из начальной точки Р 1 при VT 0 и понижаютс  в соответствии с опорожнением верхнего резервуара 1 и ростом V. Наиболее сильное падение давлени  наблюдаетс  у известного устройства л наиболее слабое - у ГАЭС с отношением /1 0,5. Все кривые, относ щи с  к величине 0(, лежат вьше КРИ.ВОЙ, соответствующей (р 1 ), что доказывает наличие положительно го эффекта применени  предложенной ГЛЭС, Переломы на кривых с величино 0. соответствуют моменту заполн ни  резервуара 3 при разр дке ГАЭС. Оптимальной  вл етс  величинар 0,5 . означа}01)1а  равенство объемов резервуаров 3 и 4. Поскольку в предложенной ГАЭС суммарный рабочий объем газовой под ки в верхнем резервуаре 1 равен сум ме объемов газа ,в этом резервуаре и в резервуаре 4, то эффективность ГАЭС должна мен тьс  при изменении начального объема газовой подушки в самом резервуаре 1. На фиг. 3 представлены результаты расчета зависимости относительного конечного Давлени  газа Рк в резервуаре 1, отражающего падение мощности ГАЭС в процессе разр дки, от относительного объема начальной газовой подушки в этом резервуаре. Чем больше Р, тем эффективней ГАЭС. Крива  19 имеюща  уравнение Р| -i ;- , соот ветствует известному устройству, а крива  20, подсчитанна  дл  оптимал ного /5 0,5 и имеюща  уравнение Л. P i+t, предложенной ГАЭС Крива  20 (фиг. 3) лежит всегда выше кривой 19, т.е. предложенна  ГАЭС всегда эффективней известного устройства. С увеличением объема верхнего резервуара 1 при неизменном запасе воды (увеличении/it) эффективность предложенной ГАЭС уменьшаетс  и приближаетс  к эффективности известного устройства, однако необходимость создани  верхнего бассейна увеличенного объема сильно удорожает строительство ГАЭС. Проведем от точки пересечени  кривой 20 с осью ординат пр мую (фиг. 3), параллельную оси абсцисс и пересекающую кривую 19 при значе;: НИИ ,34. Это значит, что предложенна  ГАЭС с/.0, т.е. с нулевым .газовым объемом в верхнем резервуаре l, равна по эффективности известному устройству, имеющему объем подушки, соответствующий/л,0 , 34. Она кроме того превышает по эффективности известное устройство ,34. Формула Изобретени  1.Гидроаккумулирующа  электростанци , включающа  герметичный верхний резервуар, соединенный .средством трубопровода с вентилем ;с ИСТОЧНИКОМ сжатого газа,гидроагрегатный блок,соединенный трубопроводом с верхним резервуаром, и нижний реэерВуар , сообщенный с атмосферой, и соединенный трубопроводом с гидроагрегатным блоком, отличающа с  тем-, что, с целью повышени  эффективности работы, она снабжена дополнительным герметичным нижним резервуаром, соединенным трубопроводом с гидроагрегатным блоком, и сообщенным трубопроводами с вентил ми с верхним резервуаром и атмосферой, причем, трубопроводы, соедин ющие нижние резервуары с гидроагрегатным блоком, снабжены затворами. 2.Электростанци  по п.1, о т лич ающа с  тем, что отношение объема С1ДНОГО резервуара нижнего бьефа к объему другого составл ет 0,9-1,1. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Аргунов П.П. Гидроэлектрические станции, Киев, I960, с. 415-419. . 2.Авторское свидетельство СССР № 746028, кл. Е 02 В 9/00, 1979 (ПРОТОТИП).

А 1 6 ,/5 ,/ffл /7

1-nxJ-rHx -

Л

а

O.S

OS

Zff

аз

,8IZf.f JH

Фие.3

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Гидроаккумулирующая электростанция, включающая герметичный верхний резервуар, соединенный посредством трубопровода с вентилем^ !с источником сжатого газа,гидроагрегатный блок,соединенный трубопроводом с

   25 верхним резервуаром, и нижний резервуар, сообщенный с атмосферой, и соеди'ненный трубопроводом с гидроагрегатным блоком, отличающая с я тем·, что, с целью повышения эд эффективности работы, она снабжена дополнительным герметичным нижним резервуаром, соединенным трубопроводом с гидроагрегатным ценным трубопроводами с верхним резервуаром причем, трубопроводы, нижние резервуары с гидроагрегатным блоком, снабжены затворами.
2. 2. Электростанция по п.1, о т лич ающаяся тем, что отноше- ¹ ние объема’ одного резервуара нижнего бьефа к объему другого составляет 0,9-1,1.