Спосіб регулювання навантаження енергосистеми за рахунок роботи шахтної водовідливної установки в режимі регулятора – споживача

Спосіб регулювання навантаження енергосистеми за рахунок роботи шахтної водовідливної установки в режимі регулятора-споживача, що включає періодичне заповнення водою і осушення водозбірника водовідливної установки шахти з відкачкою води на поверхню насосами водовідливу в періоди спаду споживання електроенергії, який відрізняється тим, що заповнюють водою і вводять у дію як робочу ємність водозбірника відпрацьовані виробки двору шахти біля стовбура, а потім періодично спорожняють і заповнюють зазначену ємність, причому її періодичне випорожнення здійснюють переважно в нічний період зниження навантаження енергосистеми. Винахід відноситься до області шахтного і рудничного водовідливу і знайде конкретне застосування на водовідливах закритих і діючих шахт. Відомий спосіб [1] регулювання навантаження енергосистеми шляхом використання спеціальних гідроакумулюючи х електростанцій, що гідроакумулюють, у насосному і турбінному режимах експлуатації. При цьому в насосному режимі зазначені електростанції експлуатують у нічний час доби, коли споживання електроенергії мінімальне, а в турбінному - у години ранкових і вечірніх максимумів споживання електроенергії. Даний спосіб дозволяє одержати цілком визначений результат по вирівнюванню добового навантаження енергосистеми. Однак йому властиві і досить істотні недоліки: - значні первинні капітальні витрати. Як випливає з [1], для устаткування, наприклад, Ташликської гідроакумулюючої електростанції, що гідроакумулює, що включає 2 гідроагрегати із сумарною встановленою потужністю 300МВт, необхідні первинні витрати в сумі 1,867млрд.грн.; - виникає ряд складних проблем екологічного і соціального плану; - потрібне використання значних земельних площ для спорудження водоймищ. Відомий, обраний як прототип, спосіб [2] регулювання навантаження енергосистеми за рахунок роботи шахтної водовідливної установки в режимі регулятора-споживача, що включає періодичне, заповнення водоприпливом і осушення водозбірника водовідливної установки шахти з видачею води на поверхню насосами водовідливу в періоди позапікового споживання енергії (з виключенням їхньої роботи в години ранкових і вечірніх максимумів споживання електроенергії). Спосіб [2], на відміну від пропонованого рішення, заснований на періодичному заповненні й осушенні спеціально оснащених, розташованих нижче відмітки двору біля стовбура водозбірників діючих водовідливних установок. Відповідно до Правил безпеки об'єми таких водозбірників приймаються не менше 4-годинного припливу. Аналіз фактичних об'ємів існуючих водозбірників показав, що в переважній більшості випадків об'єм їх не перевищує 4-5-годинного припливу води. Здійснення процесу періодичного заповнення й осушення останніх, з урахуванням практично постійного їх зашламлення і необхідності підтримки незаповненої не менш чим 2годинної аварійної ємності, дозволяє здійснити ефективну реалізацію режимів позапікового спо (19) UA (11) 78424 (13) C2 (21) a200507426 (22) 25.07.2005 (24) 15.03.2007 (46) 15.03.2007, Бюл. № 3, 2007 р. (72) Ященко Олексій Маркович, Грядущий Борис Абрамович, Антонов Едуард Іванович, Ященко Ігор Олексійович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ГІРНИЧОЇ МЕХАНІКИ ІМЕНІ М.М. ФЕДОРОВА" (56) SU 1694783, E02D19/00, 30.11.91 SU 1038418, E02D19/00, 30.08.83 DE 2064617U, E21F15/00, 20.07.72 US 4986696, E21F17/00, 22.01.91 WO 8700151, B65G5/00, 15.01.87 3 78424 4 живання енергії (коли робочі насоси водовідливу з можливих варіантів схеми водовідливної установиключаються з роботи в години пікового наванвки, що реалізує пропонований спосіб для випадтаження енергосистеми) тільки в обмеженому чику, коли водоприпливом заповнюють і вводять у слі випадків. І тим більше при цьому неможливо дію як робочу ємність водозбірника відпрацьовані забезпечити режим відкачки води тільки, або певиробки усього двору біля стовбура шахти. На реважно, у години нічного зниження навантаженФіг.2 представлений один з можливих варіантів ня. (У роботі [2] затверджується, що позапікове пристрою водовідливної установки, що реалізує споживання енергії при нормальному припливі пропонований спосіб для випадку, коли водоприпможе бути забезпечене без будь-яких змін і переливом заповнюють деяку частину виробок двору устаткування водовідливної установки, якщо вона біля стовбура, які є відпрацьованими, і при цьому задовольняє вимоги Правил безпеки. Однак при зберігають у роботі діючу водовідливну установку цьому не враховуються відзначене вище: практичшахти. но постійна зашламленність водозбірників, з істотПерший з розглянутих варіантів придатний ним скороченням їхнього робочого об'єму; необдля закритих ша хт, др угий - як для закритих, так і хідність підтримування незаповненої не менш чим для діючих ша хт. 2-годинної аварійної ємності). У першому варіанті пристрою водовідливна У підсумку, на основі використання [2], не удаустановка включає (Фіг.1) насоси 1 водовідливу, ється вирішити давно поставлену перед вугільною включені на мережу напірних трубопроводів 2, промисловістю задачу, що полягає в реалізації розміщених у стовбурі 3. Насоси 1 змонтовані в найбільш вигідних режимів регулювання енергосинасосній камері 4, сполученої зі стовбуром 3 і розстеми, заснованих на використанні режимів позаташованої в даній схемі вище відмітки двору біля пікового споживання енергії і, тим більше, на повстовбур у 5. Останній на схемі показаний у розрізі у ному, або близькому до нього, переведенні виді одної виробки. Однак варто підкреслити, що шахтного водовідливу в цілому на роботу в період двір біля стовбура 5 має досить розвиту мережу нічного зниження навантаження енергосистеми: транспортних виробок, камер виробничого і служпрактика показує, що основна складність - у забового призначення, таких як центральна підземна безпеченні необхідних об'ємів водозбірників. Це ж, електропідстанція, насосна камера, электровозне у свою чергу, обумовлює підвищену оплату за депо і т.п. Загальна ємність виробок двору біля спожиту електроенергію шахтами і, відповідно, стовбура перевищує проектну ємність існуючих завищений рівень потужності електростанцій у водозбірників головних водовідливних установок у нічний період часу. багато разів. З урахуванням примикання до двору З іншого боку, у процесі закриття поруч розтабіля стовбура 5 магістральних горизонтальних шованих ша хт і неконтрольованості при цьому виробок ємність заповнюваних у пропонованій гідравлічних трактів підведення припливів з боку схемі водою мережі виробок може перевищува ти останніх не виключене різке, аварійне, зростання ємність зазначених водозбірників у десятки разів. водоприпливів, що особливо небезпечно в періоди Насоси 1 постачені індивідуальними усмоктузаповненого стану таких водозбірників обмеженої вальними трубопроводами 6 із прийомними приємності (як діючих, так і закритих ша хт) з підтопстроями 7. Насосна камера 4 може бути постачена ленням або навіть затопленням самих водовідливертикальною виробкою 8, що виконує роль коловних установок. Таким чином, безпека і надійність дязя, у якому можуть бути розміщені усмоктувальексплуатації шахтного водовідливу при реалізації ні трубопроводи 6. Як видно з Фіг.1 останні можуть [2], особливо в умовах закриття значного числа розташовуватися і безпосередньо в стовбурі 3 підприємств, різко знижена. (зображені пунктирними лініями). Мета винаходу - усунення відзначених недоліНа Фіг.1 нанесені також контури водозбірника ків, підвищення ефективності вирівнювання добо9 стаціонарної водовідливної установки, що функвого навантаження енергосистеми, зниження плаціонувала до закриття шахти (для ілюстрації його ти за споживану електроенергію на шахтах, розташування по висоті стосовно двору біля стовзабезпечення безпечної і надійної роботи водовідбура 5 і камери 4). ливних установок діючих і закритих ша хт, ша хтноЗабір води насосами 1 водовідливу ведуть го водовідливу в цілому. Ця мета досягається тим, нижче відмітки днища 10 двору біля стовбура 5 що у відомому способі регулювання навантаження або з придонної його області (всас 76 на Фіг.1). У енергосистеми за рахунок роботи шахтної водоцьому випадку прийомні пристрої 7 насосів 1, мовідливної установки в режимі регуляторажуть бути розміщені або нижче днища 10 (у спеціспоживача, що включає періодичне заповнення альному колодязі 11), або в області нижче розтаводоприпливом і осушення водозбірника водовідшованої частини 12 стовбура 3 (наприклад, у його ливної установки шахти з видачею води на поверзумпфі), або в придонній області двору біля стовхню насосами водовідливу в періоди позапікового бура 5. При розміщенні прийомних пристроїв 7 споживання енергії, водоприпливом заповнюють і нижче відмітки днища 10 роль останніх досить вводять у дію як робочу ємність водозбірника відефективно можуть виконувати спеціальні підкачупрацьовані виробки двору біля стовбура, а потім ючі (бустерні) заглибні насоси 13. ведуть періодичне осушення і заповнення зазнаВідмінність другого варіанта пристрою, (Фіг.2), ченої ємності, причому періодичне осушення її що реалізує запропонований спосіб, проілюстроздійснюють переважно протягом нічних періодів ваний на одному з можливих варіантів пристрою. зниження навантаження енергосистеми. Насоси 1 водовідливу змонтовані в насосній камеСутність запропонованого винаходу пояснюрі 4, що разом із прийомними колодязями 8 і водоється кресленням, де на Фіг.1 представлений один збірником 9, розташованим нижче відмітки двору 5 78424 6 біля стовбура, являє собою традиційну, стаціонатеризується різким зниженням навантаження енерно обладнану, водовідливну установку. Крім того, ргосистеми. відповідно до запропонованого способу до складу При нормальній, безаварійної, роботі водовідустановки входить відпрацьована (незадіяна) виливної установки видача водоприплива в режимі робка (або частина виробок) 14 двору біля стовбуперіодичного осушення двору 5 має місце зниженра 5, фактично використовувана тепер як основна ня рівня води від відмітки ВУ до відмітки НУ, НУа по об'єму робоча ємність водозбірника установки. або НУб. Після цього насоси 1 виключають і веРозрахунки показують, що для повної реалізадуть чергове наповнення виробок двору 5 від НУ ції режиму роботи шахтного водовідливу як регудо ВУ, після чого цикл осушення-наповнення полятора-споживача необхідно, щоб регулювальна вторюється. У випадку виникнення аварійної ситуємність водозбірника (основна частина робочої ації, наприклад, унаслідок різкого прориву води, його ємності) була не менш 17-годинного припливу рівень її може підвищитися до відмітки АУ, після води. Саме вибір і використання виробки (виробок) чого включаються додаткові насоси 1 і ємність 14 двору біля стовбура 5 і забезпечує ефективне виробок двору 5 знову осушується до відмітки НУ. рішення такої задачі. При цьому виробка 14 повиПропонований спосіб у варіанті, коли водонна бути гідравлічно ізольована від іншої частини припливом заповнюють частину виробок (окремі двору біля стовбура 5, наприклад, перемичкою відпрацьовані виробки) двору біля стовбура 5 ша(перемичками) 15. В останній герметично заклахти, здійснюють у такий спосіб. дений зливальний трубопровід 16, постачений При переведенні раніше стаціонарно обладрегулюючою засувкою 17. Крім того, у виробці 14 наної головної водовідливної установки, діючої підведений вихід із приточного трубопроводу 18, або закритої шахти, на режим роботи регулятораза допомогою якого її заповнюють водоприпливом. споживача енергії обладнають додаткову водозбіОстанній може бути спрямований з нижче або вирну ємність за рахунок використання частини ще розташованих горизонтів ша хти, або з боку (окремих) відпрацьованих виробок 14 двору біля водозбірника 9 (з перекачуванням частини пристовбура 5 (Фіг.2). пливу за допомогою низьконапірних насосів - на Після устаткування виробки (виробок) 14 вокресленні не показані). довідливну установку переводять на зазначений Пропонований спосіб у варіанті, коли водорежим роботи, для чого насамперед заповнюють припливом заповнюють усі виробки двору біля водоприпливом саме виробки 14 двору біля стовстовбура 5 шахти (Фіг.1), здійснюють у такий спобура 5, а потім ведуть періодичне її осушення і сіб. При закритті шахти обладнають насосну камезаповнення як основної робочої ємності водозбірру 4 і монтують насоси 1 водовідливу з усмоктуваників, причому періодичне її осушення здійснюють льними трубопроводами 6 і прийомними переважно протягом нічного зниження навантапристроями 7, розташовуваними нижче днища 10 ження енергосистеми. Заповнення її ведуть в інабо в придонній області двору біля стовбура 5. ший час доби. Після цього водоприпливом заповнюють усі Процес осушення виробки 14 сполучають з виробки (відпрацьовані) двору біля стовбура 5 осушенням водозбірника 9 -шляхом, наприклад, (при цьому припиняють відкачку води з водозбірперепуску припливу води за допомогою трубопроника 9), і вводять їх у дію як робочу ємність водоводу 16. Витрату води Qтр через останній регулюзбірника, потім ведуть періодичне заповнення й ють засувкою 17, погоджуючи його з подачею наосушення згаданої ємності за допомогою насосів 1 сосів 1 водовідливу. Вибір загальної ємності водовідливу. При цьому періодичне осушення її виробки 14 повинен бути погоджений з величиною здійснюють тільки, або переважно, протягом нічноємності водозбірника 9 так, щоб повне, або близьго зниження навантаження енергосистеми, а запоке до повного, осушення їхньої сумарної регулювнення їх - в інший час доби. Забір води здійснювальної ємності від добового водоприпливу здійсють за допомогою прийомних пристроїв 7. (У нювалося за рахунок одноразового включення залежності від конкретних гідрогеологічних особнасосів 1 водовідливу протягом нічного періоду ливостей шахти, гідравлічних її зв'язків з іншими зниження навантаження енергосистеми. близько розташованими шахтами складові сумарВидачу водоприпливу в умовах нормальної, ного водоприпливу можуть надходити з боку різбезаварійної, роботи водовідливної установки, а них виробок, що примикають до двору 5, а також також у випадках аварійного зростання припливу, по стовбуру 3 - з верхніх і нижніх горизонтів шаху розглянутому варіанті способу ведуть аналогічно ти). попередньому. При цьому велика частина аварійУ ємності двору біля стовбура 5 повинні бути ної ємності, вище відміток ВУ, може бути розміщепередбачені нижній НУ, НУа або НУб, верхній ВУ й на у виробки 14, оскільки в більшості практичних аварійний АУ рівні води. При цьому варіант НУа випадків її загальний об'єм може бути обраний відповідає випадку, коли забір води прийомними істотно більшим, ніж об'єм водозбірника 9. пристроями 7 ведуть нижче днища 10 двору біля У визначених випадках у якості аварійної може стовбура 5, НУб - випадку, коли забір води ведуть бути прийнятий більша ніж у [2] частину об'єму із придонної області двору 5. водозбірника 9, завдяки виключенню або різкому Ємність виробок двору біля стовбура 5 між уповільненню його зашламлення. Це додатково відмітками НУ і ВУ є його регулювальною ємністю. буде сприяти підвищенню безпеки і надійності У пропонованому способі об'єм її вибирається виексплуатації водовідливу. ходячи з умови повного її осушення протягом одУ порівнянні з прототипом [2] пропоноване ріноразового включення насосів 1 водовідливу в шення забезпечує наступні відмінності в процесі добу, а саме - протягом нічного періоду, що хараквідкачки водоприпливу шахти. Завдяки тому, що у 7 78424 8 якості водозбірника водовідливної установки ввоіншого боку, другий варіант може бути розраховадять у дію всі або частину відпрацьованих виробок ний на менші припливи. При цьому однак необхіддвору біля стовбура 5, можна забезпечити, щоб но відзначити, що в більшості випадків це буде сумарна робоча ємність водозбірника збільшилася цілком прийнятно, оскільки, як показує аналіз, нав кілька разів, в окремих випадках - у десятки равіть для порівняно великих припливів Qпр = зів, у порівнянні з робочою ємністю спеціально 500...700м 3/год, практично завжди можна ввести в обладнаних (відповідно до вимог Правил безпеки, роботу необхідний додатковий об'єм - 17-годинну розташованих нижче відмітки двору біля стовбура регулювальну ємність, зі складу відпрацьованих 5) водозбірників у способі [2]. Таке збільшення виробок двору біля стовбура. водозбірної ємності у свою чергу забезпечує: Зазначені переваги запропонованого спо- можливість гранично повної реалізації найсобу при реалізації його в масштабах усієї вугільбільш вигідних добових графіків роботи водовідної промисловості дозволять забезпечити істотний ливних установок закритих і діючих ша хт, ша хтнопозитивний ефект у процесі регулювання наванго водовідливу вугільної промисловості в цілому. таження в енергосистемі України. Як відзначалося Досягається це за рахунок забезпечення можлипри аналізі способу [1], на будівництво гідроакумувості повного, або близького до повного, перевелюючої електростанції установленої потужності денню роботи останнього по відкачці води на ніч300МВт необхідно вкласти 1,867млрд.грн. первісний час доби, з істотним зниженням оплати за них витрат. споживану електроенергію на вугільних підприємВиконані авторами пропонованого способу поства х і максимально можливим вирівнюванням передні розрахунки показали, що на реалізацію навантаження енергосистеми за рахунок викорисданого способу на шахтному водовідливі вугільної тання шахтного водовідливу як регуляторапромисловості України необхідно затратити 400споживача; 600млн.грн. При цьому досить істотно, що годинна - істотне підвищення рівня надійності і безпеки потужність електродвигунів насосів шахтного вороботи шахтного водовідливу в цілому. Негативдовідливу вугільної галузі України при переводі ний вплив можливих різких проривів води різко його роботи на нічний час буде складати не менш знижується оскільки аварійна ємність водозбірни500000кВт, що перевищує встановлену потужність ків стає також істотно більше, ніж у [2]. Ташликської електростанції більш ніж у 1,5 рази. Для успішної реалізації вищевикладених пеНе менш важливо, що при переводі шахтного вореваг пропонованого рішення немаловажне знадовідливу на нічний період денне навантаження чення має те, що процес устаткування водозбірних енергосистеми, у тому числі й у години «максимувиробок 5 (Фіг.1 або Фіг.2) не вимагає яких-небудь мів», знижується більш ніж на 200000кВт, що ріввідчутних капітальних витрат, тому що вони обланосильно зменшенню на цю ж величину необхідної днаються на основі використання раніше пройдегенеруючої потужності електростанцій. З урахуних і добре при цьому раніше обладнаних виробок ванням вищевикладеного можна вважати, що реадвору біля стовбура 5. лізація запропонованого технічного рішення стане Варіант пропонованого рішення, коли водооднієї з найбільш ефективних заходів у плані ріприпливом заповнюють усі виробки двору біля шення значних народногосподарських проблем стовбура 5 може застосовуватися на закритих шазниження виробничих витрат на вугільних і рудних хтах, що особливо ефективно у випадках органіпідприємствах і стабілізації навантаження енергозації групових водовідливних комплексів з підвисистеми України. щеними припливами, що надходять з ряду близько Джерела інформації розташованих шахт. 1. Ташлыкская ГАЭС как залог надежной раДругий варіант, коли водоприпливом заповботы энергосистемы Украины /Соловьев В.// Энернюють частину виробок (окремі виробки) двору гетическая политика Украины. - 2003. - №10. біля стовбура 5, придатний як для закритих, так і С.70-72. для діючих ша хт. Для нього властиве залучення 2. Данильчук Г.И., Шевчук СП., Василенко П.К. менших по об'єму виробок 14 двору біля стовбура. Автоматизация электропотребления водоотливЦе, з одного боку, визначає менші витрати на доных установок. Киев.: Техника, 1981г. (Стр.19-26, обладнання самих виробок (Фіг.2) і на їхній насту57-59). пний ремонт, у порівнянні з першим варіантом. З 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 78424 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601