Високоекологічна гідроелектростанція

Реферат: Високоекологічна гідроелектростанція що містить в кінці деривації форсунку з подвійною обкладинкою, яка розміщена між горизонтально розміщеною ківшевою турбіною з подвійною обкладинкою на одному валу з генератором та підвідним напірним трубопроводом, а сама будівля ГЕС знаходиться на заплаві біля русла або біля схилу долини чи за дамбою обвалування, біля якої рядом розміщена акумулююча ємність в яку поступає річкова вода перепускною трубою або напірним трубопроводом, а з останньої за допомогою гідравлічного сифона вода подається в урівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої вода потім спрямовується в деривацію, причому простори між стінками подвійних обкладинок турбіни і форсунки заповнюються газом аргоном при тиску 0,18 Па або не більше указаної величини. UA 121730 U (54) ВИСОКОЕКОЛОГІЧНА ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ UA 121730 U UA 121730 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі гідроенергетики, зокрема до промислового виробництва обладнання для будівництва ГЕС. Аналогом даної корисної моделі може слугувати мала ГЕС біля с. Тур'я Поляна Перечинського району Закарпатської області, яка була введена в експлуатацію у 2012 році. В склад цієї ГЕС входять наступні споруди: низьконапірна бетонна гребля, дериваційний напірний трубопровід діаметром 1,4 м з напором 51 м і довжиною 2950 м будівля ГЕС з однією турбіною, яка має потужність 1,05 МВт при витраті води 2.5 куб. м/с, відвідний канал та рибохід у межах русла річки при санітарному пропуску води 0,1 куб.м/с. Недоліками цієї ГЕС є суттєве порушення екологічної рівноваги водного об'єкта, що викликає великий спротив з боку місцевої громадськості та значні матеріальні і фінансові затрати на її будівництво. Сучасні технології будівництва малих ГЕС є модернізованими варіантами конструкцій робочих органів, які обґрунтовані за старими технологічними підходами щодо використання гідроенергетичного потенціалу річок. Експлуатація таких ГЕС не може кардинально вирішити проблему сучасного розвитку гідроенергетики. Найближчим аналогом за технічною суттю та результатом, що досягається, може слугувати відома універсальна високоекологічна мала гідроелектростанція (УВМГЕС), що містить у собі генератор електричного струму і турбінний блок з подвійною обкладинкою. У кінці деривації розташована форсунка з подвійною обкладинкою, яка розміщена між горизонтально розміщеною ківшовою турбіною на одному валу з генератором та підвідним напірним трубопроводом. Сама будівля ГЕС знаходиться на заплаві біля русла або біля схилу долини, чи за дамбою обвалування, біля якої поруч розміщена акумулююча ємність, в яку надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід, а з неї за допомогою гідравлічного сифона в урівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію [1]. Недоліком указаної конструкції гідроелектростанції можна вважати наявність процесу дисоціації води в напірному трубопроводі, що обумовлює виділення молекул озону, у воді, а це при значному його надходженні може негативно впливати на гідробіологічний режим водного об'єкта. В основу даної корисної моделі поставлено задачу додаткове покращення екологічних показників станції, яка змогла б успішно конкурувати з існуючими ГЕС у безпечному екологічному режимі як за об'ємом відбору води, так і за наслідками її експлуатації. Вказана задача вирішується таким чином, що високоекологічна гідроелектростанція містить в собі форсунку з подвійною обкладинкою, яка розміщена в кінці деривації. Сама будівля ГЕС знаходиться на заплаві біля русла або біля схилу долини, чи за дамбою обвалування, біля якої поруч розміщена акумулююча ємність, в яку надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід. З останньої вода за допомогою гідравлічного сифона подається в урівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію. Простори подвійних обкладинок турбіни і форсунки заповнюються газом аргоном при тиску 0,18 Па або не більше указаної величини. Для створення необхідного напору води урівноважувальну ємність розміщують на висоті 10 м над рівнем води в акумулюючій ємності. Відвід води із кільцевого басейну, що розміщений під турбіною здійснюється при необхідному в ньому напорі за допомогою скидного трубопроводу безпосередньо у водоприймач, що може бути достатньо близько від водозабору. Форсунка має бути довжиною 2,4 м, для того, щоб забезпечити необхідне за потенціалом електромагнітне поле в кінцевій частині напірного трубопроводу на ділянці не менше 10 м і в зоні генератора. Для подачі води в акумулятивну ємність рекомендується використати гідравлічний сифон, конструкція якого наведена в патенті України [2]. Стінки обкладинки рекомендується виготовляти з листів хромонікелевого сплаву товщиною 2 мм, а їх з'єднувати за допомогою системи дірчастих перегородок товщиною 3 мм. Суть корисної моделі пояснюється тим, що високоекологічна гідроелектростанція містить в собі форсунку і ківшову турбіну з подвійними обкладинками, простори між стінками яких заповнюються газом аргоном при тиску 0,18 Па або не більше, указаної величини. Будівля станції знаходиться на заплаві біля русла, за дамбою обвалування або біля схилу долини, а також може бути біля басейну, озера чи моря. Поруч біля річки, озера або моря може бути розміщений акумулюючий басейн, в який надходить вода через перепускну трубу або напірний трубопровід, а з останньої за допомогою гідравлічного сифона в урівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію. Для створення необхідного напору води урівноважувальну ємність розміщують на висоті 10 м від рівня води в акумулятивній ємності. Відвід води із кільцевого басейну, що знаходиться під турбіною, здійснюється, при необхідному в ньому напорі, за допомогою скидного трубопроводу у водоприймач [1]. 1 UA 121730 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Робота високоекологічної гідроелектростанції характеризується наступним. В екологічному аспекті відбір води при малих витратах (від 50 до 400 л/с) з русла і її скид у межах звивини або досить близько від будівлі ГЕС на відносно прямолінійній ділянці річки чи іншого водного об'єкта не може суттєво порушити його гідравлічний і гідробіологічний режими. Після проходження відібраної води через ГЕС у цілому не порушується активність руслових процесів. Це говорить про те, що річка залишається майже у природному стані. Дану станцію рекомендується розміщувати на ділянці мандруючої річки. Зокрема на заплаві з боку опуклого берега звивини з показником її розвитку S/L у межах від 1,4 до 1,8, що відповідає її відносній динамічній рівновазі і гідравлічній вигідності (де S - - довжина звивини по тальвегу, L - крок звивини, який визначається між двома коритами перекатів). У напірному трубопроводі під впливом дії електромагнітного поля від форсунки створюються додаткове місцеве електромагнітне поле, яке за своїм значно вищим потенціалом заміщує поле гравітації. Це обумовлює дію ефекту ежекції в напірному трубопроводі (прискорення руху водних мас на величину в два рази вищим від прискорення сили земного тяжіння). Цей ефект пришвидшення водних мас призводить до формування компактного центрального струменя по довжині напірного трубопроводу. Навколо струменя в кінці трубопроводу має бути місце для випуску повітря, де необхідно розмістити зворотний клапан, що убезпечить турбіну від вібрації при значних (допустимих) швидкостях її обертання. Циркуляція газу аргону в просторах між стінками обкладинки відбувається завдяки температурному градієнту між двома суцільними середовищами (між субстанцією у просторах обкладинки і атмосферним повітрям). Електромагнітне поле від форсунки дає змогу замістити поле гравітації також навколо генератора. Під впливом цього поля знімається опір у підшипниках, що дасть змогу значно продовжити термін їх експлуатації. При витраті води в напірному трубопроводі діаметром 200 mm Q-166 л/с, що відповідає середній швидкості потоку Vсep=5,35 м/с [1], на його кінцевій ділянці під впливом електромагнітного поля швидкість потоку при вході в форсунку може бути домірною Vcep=5,3529,81=105 м/с. Потужність ГЕС з турбіною діаметром 0,6 м буде складати N=Vmkt (105/23.140.3)601=3344 кВт або 3,3 МВт (де Vm - швидкість обертання турбіни, м/хв; k - коефіцієнт корисної дії турбіни з двома генераторами, який при відсутності дії поля гравітації можна приймати рівним одиниці). При зазначеній швидкості води в кінцевій частині напірного трубопроводу, яка значно вища 90 м/с, прояв явища дисоціації не має спостерігатись. Техніко-економічна ефективність даної корисної моделі оцінюється високим рівнем збереження екологічної безпеки водного об'єкта (використання малої кількості води та відсутність явища її дисоціації), економічністю будівництва і експлуатації та досягнутим рівнем стійкості роботи станції під час проходження паводків, що досягається мінімальним втручанням і водокористуванням водним об'єктом. Порівняльний аналіз кошторисної вартості малої ГЕС біля с. Тур'я Поляна (Закарпатська область) і даної корисної моделі на основі вказаної конструкції деривації показав, що можна отримати економію матеріальних і фінансових затрат за строком їх окупності орієнтовно не менше як на 40 %. Це досягається за рахунок здешевлення деривації та суттєвим підвищенням виробництва електричного струму з можливістю його отримування майже протягом всього року. Використані джерела 1. Патент України на корисну модель № 113487. Універсальна високоекологічна мала гідроелектростанція (УВМГЕС). Онищук В.В., Ободовський О.Г. Власник патенту - Київський національний університет імені Тараса Шевченка. Бюл. № 3, 2017. 2. Патент України № 115332. Універсальнй гідравлічний сифон. Онищук В.В., Ободовський О.Г. Бюл. № 7, 2017. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Високоекологічна гідроелектростанція що містить в кінці деривації форсунку з подвійною обкладинкою, яка розміщена між горизонтально розміщеною ківшовою турбіною з подвійною обкладинкою на одному валу з генератором та підвідним напірним трубопроводом, а сама будівля ГЕС знаходиться на заплаві біля русла або біля схилу долини чи за дамбою обвалування, біля якої поряд розміщена акумулююча ємність, в яку надходить річкова вода перепускною трубою або напірним трубопроводом, а з останньої за допомогою гідравлічного сифона вода подається в урівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої вода потім спрямовується в деривацію, яка відрізняється тим, що простори між стінками подвійних обкладинок турбіни і форсунки заповнюються газом аргоном при тиску 0,18 Па або не більше указаної величини. 2 UA 121730 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3