Універсальна високоекологічна гідроелектростанція

Реферат: Універсальна високоекологічна гідроелектростанція містить генератор електричного струму і турбінний блок з подвійною обкладинкою, а в кінці деривації має форсунку з подвійною обкладинкою, яка розміщена між горизонтально розміщеною ківшовою турбіною на одному валу з генератором та підвідним напірним трубопроводом, а сама будівля ГЕС розміщена на заплаві біля русла або біля схилу долини, чи за дамбою обвалування, біля якої поруч розміщена акумулятивна ємність, в яку надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід, а з неї у зрівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в напірний трубопровід. Напірний трубопровід має чотиристінну обкладинку і захисну трубу з просторами між стінками, рівними 6 мм, які по боках заповнені газом гелієм при тиску 0,18 Па або не більше, а середній і крайній - є нейтральними при вакуумі з тиском 0,18 Па або не більше указаної величини. UA 121863 U (12) UA 121863 U UA 121863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі гідроенергетики, зокрема до промислового виробництва обладнання для будівництва ГЕС. Відомою є 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 ГЕС є суттєве порушення екологічної рівноваги водного об'єкту, що викликає великий спротив з боку місцевої громадськості та значні матеріальні і фінансові затрати на її будівництво [1]. 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 універсальна високоекологічна мала гідроелектростанція, що містить 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 акумулятивна ємність. В неї надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід, а з звідти у зрівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію [2]. Недоліком конструкції гідроелектростанції є наявність процесу дисоціації води в напірному трубопроводі, що обумовлює виділення молекул озону, як у воді, так і в атмосфері. В основу корисної моделі поставлено задачу покращення конструктивних елементів деривації 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. Поставлена задача вирішується таким чином, що універсальна високоекологічна гідроелектростанція, що містить 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 акумулятивна ємність, в яку надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід. З останньої вода за допомогою гідравлічного сифона подається у зрівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію. Крім того, напірний трубопровід має чотиристінну обкладинку з просторами між стінками з шириною в 6 мм, які по боках заповнені газом гелієм при тиску 0,18 Па або не більше, а середній - є нейтральним при вакуумі з тиском 0,18 Па або не більше указаної величини, останні з'єднані між собою за допомогою систем жорстких дірчастих перегородок. Додатково напірний трубопровід розміщують в захисній трубі, яку скріплюють з обшивкою за допомогою системи жорстких дірчастих перегородок з простором між їхніми стінками в 6 мм при вакуумі з тиском 0,18 Па або не більше указаної величини. Для створення необхідного напору води зрівноважувальну ємність розміщують на висоті 10 м над рівнем води в акумулятивній 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, яке змогло б замістити поле гравітації. Для подачі води в акумулятивну ємність рекомендується використати гідравлічний сифон, конструкція якого наведена в патенті України [3]. Слід зауважити, що даний сифон може подавати воду на висоту до 12 м. Стінки обкладинки рекомендується виготовляти з листів хромонікелевого сплаву товщиною 2 мм, а захисну трубу аналогічними листами товщиною 3 мм. Суть корисної моделі додатково пояснюється кресленнями, на яких зображено: - фіг. 1 - вигляд збоку зрівноважувальної ємності з напірним трубопроводом; - фіг. 2 - поперечний розріз трубопроводу по А-А. На фіг. 1 наведено, де показано вигляд збоку зрівноважувальної ємності з напірним трубопроводом: 1 - зрівноважувальна ємність; 2 - напірний трубопровід; на фіг. 2-3 - стінка трубопроводу; 4, 5 центральні стінки обкладинки; 6 - зовнішня стінка обкладинки; 7 - захисна труба; 8 - жорстка дірчата перегородка. 1 UA 121863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть корисної моделі пояснюється тим, що універсальна високоекологічна гідроелектростанція містить напірний трубопровід з чотиристінною обкладинкою, з просторами між стінками 3-6, рівними 6 мм, і які по боках заповнені газом гелієм при тиску 0,18 Па, а середній з них є нейтральним при вакуумі з тиском 0,18 Па. Стінки обкладинки з'єднуються між собою за допомогою систем жорстких дірчатих перегородок 8. Крім того, напірний трубопровід розміщується в захисній трубі, яку скріплюють з обшивкою за допомогою системи жорстких дірчатих перегородок 8 з простором між ними в 6 мм при вакуумі з тиском 0,18 Па або не більше указаної величини. Ківшова турбіна знаходиться на опорі і має зверху подвійну обкладинку. 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 може бути розміщений акумулятивний басейн, в який надходить вода через перепускну трубу або напірний трубопровід, а з останньої у зрівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в деривацію. Для створення необхідного напору води зрівноважувальну 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 безпосередньо у водоприймач, і може бути достатньо близько від водозабору. Робота (функціонування) універсальної високоекологічної гідроелектростанції відбувається наступним чином. В екологічному аспекті частковий (мінімальний - від 10 до 400 л/с) відбір води 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 порушити гідравлічний і гідробіологічний режими водного об'єкту. 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 1,6 до 1,8, що відповідає її відносній динамічній рівновазі і найбільшій її гідравлічній вигідності (де S - довжина звивини по тальвегу, L - крок звивини, який визначається між двома критичними точками/коритами перекатів). У напірному трубопроводі з чотиристінною обкладинкою завдяки циркуляції газу гелію у бокових просторах між стінками обкладинки 3-4 і 5-6 створюються додаткові місцеві електромагнітні поля, які за своїм значно вищим потенціалом заміщують силу гравітації. Це обумовлює дію ефекту ежекції в напірному трубопроводі (прискорення руху водних мас на величину сили земного тяжіння). Цей ефект пришвидшення водних мас призводить до формування компактного центрального струменю по довжині напірного трубопроводу, в якому має бути відсутнім процес дисоціації будь-якої за мінералізацією води. 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 гелію в просторах між стінками обкладинки відбувається завдяки температурному градієнту між двома середовищами (між субстанцією у просторах обкладинки і атмосферним повітрям). В результаті цього формуються два електромагнітних поля, які під впливом дії нейтрального простору (шару) убезпечують від виникнення явища дисоціації води і відповідно виділення молекул озону. Ці два поля зрівноважуються між собою і, таким чином, захищають воду в трубі від дисоціації. Крім того, додатковий нейтральний шар між крайньою стінкою обкладинки і захисною трубою блокує розповсюдження додаткового електромагнітного поля у навколишнє середовище і захищає напірний трубопровід від додаткового електромагнітного поля від форсунки. Електромагнітне поле від форсунки дає змогу замістити поле гравітації навколо турбіни і генератора. Під впливом цього поля знімається опір у підшипниках, що дасть змогу значно продовжити їх експлуатацію. Техніко-економічна ефективність даної корисної моделі оцінюється високим рівнем збереження екологічної безпеки водного об'єкта (використання малої кількості води), економічністю будівництва і експлуатації та досягнутим рівнем стійкості роботи станції під час проходження паводків, що досягається мінімальним втручанням і водокористуванням водним об'єктом. Крім того, робота ГЕС є ефективною при мінімальних об'ємах заборів води (при витратах води у межах від 100 до 400 л/с) на будь-якій ділянці річки або інших водних об'єктах майже не порушуючи їх гідравлічний режим і гідроекологічний стан. 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 20 %. Це 2 UA 121863 U досягається за рахунок здешевлення деривації та суттєвим підвищенням виробництва електричного струму з можливістю його отримування майже протягом всього року. 5 10 Джерела інформації: 1. Мешканці Тур'я Поляна від будівництва міні-ГЕС не отримали нічого крім проблем: [Електрон, ресурс]. Режим доступу: http://linfo.net/stati-novosti-soobschenija/statji/meshkanc-tur-japoljana-v-d-bud-vnictva-m-n-ges-ne-otrimali-n-chogo-kr-m-problem.html.- Назва з екрану. 2. Патент України на корисну модель № 113587 Універсальна високоекологічна мала гідроелектростанція (УВЕМГЕС). Онищук В.В., Ободовський О.Г. Власник патенту Київський національний університет імені Тараса Шевченка. - Бюл. № 3, 2017. 3. Патент України № 88196. Високоефективний гідравлічний сифон. Онищук В.В. - Бюл. № 5, 2014. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Універсальна високоекологічна гідроелектростанція, що містить генератор електричного струму і турбінний блок з подвійною обкладинкою, а в кінці деривації має форсунку з подвійною обкладинкою, яка розміщена між горизонтально розміщеною ківшовою турбіною на одному валу з генератором та підвідним напірним трубопроводом, а сама будівля ГЕС розміщена на заплаві біля русла або біля схилу долини, чи за дамбою обвалування, біля якої поруч розміщена акумулятивна ємність, в яку надходить річкова вода через пропускну трубу або напірний трубопровід, а з неї у зрівноважувальну ємність, розміщену на опорах, з якої воду потім спрямовують в напірний трубопровід, яка відрізняється тим, що напірний трубопровід має чотиристінну обкладинку і захисну трубу з просторами між стінками, рівними 6 мм, які по боках заповнені газом гелієм при тиску 0,18 Па або не більше, а середній і крайній - є нейтральними при вакуумі з тиском 0,18 Па або не більше указаної величини. Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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