Podzemná prečerpávacia elektráreň

Číslo patentu: U 6845

Dátum: 05.08.2014

Autori: Halada Pavel, Šimunek Pavel

Je ešte 4 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technicke riešenie sa týka technológie využitia vodnej energie na jej akumuláciu, a potom najej získanie s možnosťou doplnenia ako náhrady deficitu vo verejnej distribučnej elektrickej sieti s prispením využitia technológie agregátov prečerpávacej Francisovej turbíny v obojstrannom režime turbína - čerpadlo.V súčasnej dobe existuje rad rôznych typov prečerpávacích elektrámí, využívajúcich vhodné lokality a rôzne vodné diela, tvoriace prirodzenú zásobu potencionálnej energie vo forme vody v nádrži nad elektrárňou a naopak možnosť uskladnenia energie do vody v nádrži na úrovni elektrámí, ktorú je nutné vyčerpať do hornej nádrže.Žiadna z týchto altematív systémov prečerpávacích elektrární nerieši ich inštaláciu do hlbinného podzemného diela, ktoré je vybudované zvlášť na tento účel, keď je v podzemných priestoroch s veľkým výškovým potenciálom zabudovaný agregát prečerpávacej elektráme s príslušenstvom a vybudovaná špeciálna spodná retenčná nádrž s tým, že homú retenčnú nádrž tvorí umelo vytvorené vodné dielo alebo prírodný zásobník vody.Predmetom vynálezuje podzemná prečerpávacia elektráreň, ktorú tvorí umelo vybudované hlbinné podzemné dielo, na ktorého dne je vybudovaná veľkokapacitná retenčná nádrž, a podzemné priestory na zabudovanie agregátu prečerpávacej elektráme s príslušenstvom.Uvedené nevýhody rieši systém podzemnej hlbinnej prečerpávacej elektráme, vybudovanej v blízkosti vodného diela alebo prírodného zásobníka vody, ktorý je využívaný ako horná retenčná nádrž. Tento systém je tvorený hlbinným podzemným dielom, v ktorom je v podzemných priestoroch, v mieste s veľkým výškovým potenciálom, zabudovaný agregát prečerpávacej elektrárne s príslušenstvom a vybudovaná špeciálna hlbinná spodná retenčná nádrž, napríklad v systéme súbežných, vzájomne prepojených tunelov, ktorého podstata spočíva v tom, že je tento podzemný prečerpávacl systém vybavený vstupnými prívodnými a zabezpečovacími prvkami do pracovného priestoru, je ďalej tvorený a vedený česlami zabezpečovacou zábranou a tabuľovým uzáverom prívodným potrubím do haly strojovne, pričom na túto halu strojovne, kde je umiestnený agregát prečerpávacej Francisovej turbíny, nadväzuje odpadné potrubie ústiace do prepojovacieho tunela,ústiaceho do jednotlivých polí podzemnej nádrže, kde tento tunel je prepojený s povrchovou atmosférou vetracími šachtami, pričom hala strojovne je ďalej prepojená s chodbou s halou trafostanice s transformátormi,kde na halu trafostanice je napojený prístupový tunel, prepájajúci strojovňu a trafostanicu, a ktorý je opačným smerom vyvedený na povrch do priestoru šachtovej veže, pričom chodba je pretiahnutá k prepojovaciemu tunelu prístupovou chodbou, takže hala strojovne je prepojena touto prístupovou chodbou a na ňu nadväzujúcou stúpaj úcou vetracou šachtou s vetraclm objektom.Ďalej je výhodné, ak je agregát prečerpávacej Francisovej turbíny podzemnej prečerpávacej elektráme tvorený guľovým ventilom, prečerpávacou Francisovou turbínou a motorgenerátorom, ktoré sú uložené v ráme, pričom guľový ventil je osadený rotačným pohonom, pričom na prečerpávaciu Francisovu turbínu, ktoráje prepojená s guľovým ventilom, potom nadväzuje rozvádzači prstenec, v ktorého vnútomej časti sú uložené navádzacie lopatky, ktorých ramená sú prepojené ťahadlami, pričom prečerpávacia Francisova turbína ďalej obsahuje obežné koleso pevne prepojené s vertikálnym hríadeľom tesneným upchávkou, pričomje osadená dvojicou lineárnych rotačných pohonov, z ktorých každý zahmuje globoidného slimáka, zaberajúceho do uťahovacej matice s ozubením, pričom vertikálny hriadeľ prečerpávacej Francisovej turbíny je rotačne uložený v ráme V ložiskách a prostredníctvom rozbehovej spojky je prepojený s elektrickým motorgenerátorom, pričom v spodnej časti prečerpávacej Francisovej turbíny osovo nadväzuje koleno odpadného potrubia.Ďalej je výhodné, akje súčasťou ramien rameno pohonu, ktoré je predĺžené a kyvne prepojené s lineárnym hydropohonom, na opačnej strane prichytenom na rozvádzačom prstenci.Ďalej je výhodné, ak je dno podzemnej nádrže umiestnené nad homou úrovňou obežného kolesa prečerpávacej Francisovej turbíny na stále zahltenie pracovnej turbíny.Ďalej je výhodné, ak Vetracie šachty ústia do vetracieho objektu.Ďalej je výhodné, ak prívodné potrubie, agregát prečerpávacej Francisovej turbíny a odpadné potrubie tvoria výkonovú vetvu.Ďalej je výhodné, ak je výkonových vetiev viacej akojedna.Koncepcia a zásady riešenia vodného dielaje daná hlavným účelom stavby, t. j. využitím vodnej energie v prečerpávacej elektrámi. Strojovňa prečerpávacej elektráme, umiestnená medzi homou a spodnou nadržou,zahrňuje hlavne technologické celky.V homej a spodnej nádrži sú umiestene vtokové a výtokové objekty s technologickým zariadením nevyhnutným na prevádzku prečerpávacej vodnej elektrárne, ako sú česle, tabuľové uzávery a ostatné zariadenia ovládané automatikou turbín a zaisťujúcim bezpečnú, bezporuchovú a spoľahlivú prevádzku.Prívod vody z homej nádrže je navrhnutý jedným samostatným oceľovým privádzačom, rozdeleným v spodnej časti pred turbinami na dva samostatné privádzače. Ako ochrana turbín sú na konci potrubných privádzačov a pred turbínami umiestnené guľové ventily. V strojovni sú dva agregáty s reverznými Francísovými turbínami, z ktorých každá je prepojená so synchrónnym generátorom. Agregáty môžu pracovať spoločne alebo samostatne a zaisťujú turbínovú alebo čerpadlovú prevádzku. Vedľa haly strojovne je umiestnená hala transformácie a rozvodu elektrickej energie. Je tu zároveň inštalovaná kompletná elektrická časť vrátane vyvedenia výkonu a pripojené k rozvodnej sieti, t. j. sfázovanie s elektrickou sieťou a jej kompenzácia vo forme účinníka. Ďalej inštalovaná automatlka predpokladá riadenie centrálnym dispečíngom s tým, že agregáty sú určené na výrobu vysoko cenenej špičkovej energie a vyrovnávania nestacionámych stavov siete ako zmeny frekvencie, rýchle výkonové zmeny a pod.Riešenie podzemného diela je prispôsobené lokalite, a je uvažované s plným využitím ťaženej hominy na výrobu hodnotných stavebných materiálov na budovanie napríklad dopravných stavieb.Prehľad obrázkov na výkresochNa priložených listoch sú znázomené obrázky a legenda.Na obrázku k anotácii je znázomená celková dispozícia rozmiestnenia jednotlivých objektov podzemnej prečerpávacej elektráme. VObr. l Celková dispozícia rozmiestneniajednotlivých objektov podzemnej prečerpávacej elektrárne.Obr. 2 Detailné znázomenie podzemných objektov.Obr. 5 Agregát Francísovej turbíny v zástavbe.Obr. 6 Agregát Francísovej turbíny uložený v ráme.Obr. 7 Agregát Francísovej turbíny V reze, v dolnom pohľade, je viditeľné ovládanie a mechanický rozvod ovládania navádzacich lopatiek a spôsob zriaďovania tesnosti upchávok.Základným prvkom podzemnej prečerpávacej elektráme l je homá vodná nádrž g niektorého z existujúcich veľkých vodných diel alebo prírodných zásobníkov vody, kde je vykonaná úprava pre odvod vody cez česlo à a zabezpečovacie zábrany A, vrátane tabuľového uzáveru á, odkiaľ je voda prívodným potrubím 6 vedená v sklone pod prirodzeným povrchom na vhodnú vzdialenosť alebo iným spôsobom, a potom zvisle alebo spádovo do haly strojovne 1, do agregátu § prečerpávacej Francísovej turbíny.Základnými podzostavami agregátu § prečerpávacej F rancisovej turbíny pri podzemnej prečerpávacej elektrárne j sú guľový ventil 2, prečerpávacia Francisova turbína m a motorgenerátor , ktoré sú uložené V ráme 12.Guľový ventil 2 je ovládaný rotačným pohonom Q cez kompenzačnú spojku H. Prečerpávacia Francísova turbína Qje prírubou prepojená s guľovým ventilom 2, potom nadväzuje rozvádzací prstenec Q, v ktorého vnútomej častí sú kruhovo uložené navádzacie lopatky Q, ktorých ramená g sú prepojené ťahadlami Q,pričom jedno z nich, rameno pohonu 12 je predĺžené a výkyvne prepojené s lineámym hydropohonom 29, na opačnej strane prichytenom na rozvádzacom prstenci Q.Ďalšou podstatnou súčasťou prečerpávacej Francísovej turbíny L 9 je obežné koleso 2 l pevne prepojené s vertikálnym hriadeľom Ľ tesneným upchávkou Q, ktorej zriaďovanie je realizované dvojicou lineámych rotačných pohonov g, z ktorých každý zahŕňa globoidného slimáka 25, zaberajúceho do uťahovacej matice s ozubením ě. Vertikálny hriadeľ Q prečerpávacej Francísovej turbíny LQje rotačne uložený v ráme g v ložiskách Ľ a prostredníctvom rozbehovej spojky äje prepojený s elektrickým motorgenerátorom L 1, Osovo v spodnej časti prečerpávacej Francísovej turbíny m nadväzuje koleno odpadného potrubia 9. Strojovňu 1 voda opúšťa odpadným potrubím Q pod trafostanicou 3 l a vyústi do prvého prepojovacieho tunela Q, odkial sa rozlíeva do jednotlivých poli Q podzemnej nádrže g, ktorá je prepojená s povrchovou atmosférou vetracími šachtami ä s vyústením do vetracieho objektu x. Vedľa haly strojovne zje umiestnená hala trafostanice g s transformátormi 37 prepojené zo strojovňou 1 chodbou 1 § v ich spodnom poschodí, pričom do ich homého poschodia ústi prístupový tunel Ľ, ktorýje opačným smerom vyvedený na povrch do priestoru šachtovej veže gLQ. Homé poschodie chodby §§ je pretiahnuté k prvému prepojovaciemu tunelu Ľ prístupo 10vou chodbou g. Mobilné prepojenie strojovne 1 a trafostanice g s povrchom je umožnené prístupovým tunelom Q a na opačnom konci ústi na povrchu do šachtovej veže g.Dno podzemnej nádrže 34 je umiestnené nad homou úrovňou obežného kolesa Q prečerpávacej Francisovej turbíny 10 tak, aby bola turbína m stále zahltená, čím je umožnený aj opačný proces získavania elektrickej energie, kedy motorgenerátor pracuje v motoríckom režime a voda je vytlačovaná prečerpávacou Francisovou turbínou m do homej vodnej nádrže g, čím dochádza aj k požadovanej akumulácii energie. Výkonové vetva Q v línii prívodného potrubia Q, agregátov § prečerpávacej Francisovej turbíny m a odpadného potrubia Q, môžu byť na zvýšenie výkonu vhodné znásobené, v našom prípade konkrétneho riešenia sú tieto vetvy V spodnej časti znásobené na vetvy dve, Vedľa strojovne Zje umiestnená hala trafostanice x, ktora je so strojovňou 1 prepojená chodbou g, do ktorej ústi prístupový tunel Q.Podzemná prečerpávacia elektráreň j výhodne využíva niektorú z existujúcich homých vodných veľkých nádrží z, ďalej je možné využiť prírodný terén, a až potom je vhodné, na zvýšenie tlaku na turbínu m, vytvoriť v potrebnej hĺbke priestor pre podzemnú nádrž g. V homej vodnej nádrži g sa vo vhodnom mieste vykonajú úpravy na zabudovanie česiel à, zabezpečovacích zábran 4 a tabuľového uzáveru 5, odkiaľ je ďalej vyvedené prívodné potrubie Q najskôr kopírujúce povrch krajiny a po dosiahnutí maximálneho výškového rozdielu je prívodné potrubie Q natočené do strmého alebo šikmého uhla tak, že je v čo najkratšej dĺžke dosiahnutá čo najväčšia hĺbka s maximálnym zvýšením tlaku.Prívodné potrubie Q, ktorého priemer je optimalizovaný na čo najnižšie straty, ústi do strojovne 1, tlaková voda prechádza guľovým ventilom 2 so zaistenou bezpečnostnou uzatváracou ochranou reprezentovanou rotačným pohonom l pôsobiacim cez kompenzačnú spojku l 4, a po priechode tlakovej vody cez navádzacie lopatky l§ rozvádzacieho prstenca l 5 a obežné koleso a prečerpávacej F rancisovej turbíny Q sa dostáva do odpadného potrubia 30, odkiaľ nakoniec ústi do prepojovacieho tunela Q, odkiaľje rozvádzaná do jednotlivých polí ž podzemnej nádrže 34, ktorej plnenie je umožnené existenciou vetracej šachty ž s vyústením na povrchu do vetracieho objektu x. Ovládanie výkonu prečerpávacej Francisovej turbíny lQ je umožnené nastavovaním navádzacích lopatiek Q, ktorých synchronizácia je realizovaná prepojovacími ťahadlami Q na ramenách u, ktoré sú súčasťou lopatiek l 6. Jedno z ramien - rameno l 6 je predĺžené aje ovládané lineárnym hydropohonom ě, výkyvne prichytenom na rozvádzacom prstenci jj.Agregát § prečerpávacej Francisovej turbíny lQ je uložený v masívnom ráme Q a skladá sa z guľového ventilu 2 a jeho príslušenstva, na ktoré prírubou nadväzuje rozvádzací prstenec Q prečerpávacej Francisovej turbíny m, v ktorého osi rotuje obežné koleso 2 l pevne prepojené s vertikálnym hriadeľom Q, v ktorého spodnej časti sú upchávky Q proti vode stlačovanej uťahovacej maticou s ozubením ovládanou globoidnými slimákmi ě, ktore sú súčasťou dvojice rotačných pohonov a. Vertikálny hriadel gg je rotačne uložený v ráme Q prostredníctvom ložísk Ľ a ďalej na ne nadväzuje rozbehová spojka 2 § ako vstupný a chrániaci prvok motorgenerátora ll.Agregát § prečerpávacej Francisovej turbíny lg je umiestnený v hale strojovne 1, vedľa ktorej je umiestnená hala trafostanice Q s transformátormi 37, prepojená so strojovňou 1 chodbou x, do ktorej ústi v hornom poschodí prístupový tunel 39, na povrchu ústiaci do šachtovej veže Q. Predĺžené home poschodie chodby §§ tvorí prístupovú chodbu LL, umožňujúcu prepojenie hál strojovne Z a trafostanice L s podzemnou nádržou 34 slúžiacou na umožnenie revízie, čistenia, opráv, a pod.Mobilne sú haly strojovne 1 a trafostanice 3 l s povrchom terénu prepojené cez prístupový tunel Q a na opačnej strane - na povrchu ústi do šachtovej veže E.Dno podzemnej nádrže 34 je umiestnené nad homou úrovňou obežného kolesa 2 l prečerpávacej Francisovej turbíny m tak, aby bola turbína stále zahltená, čímje umožnený i opačný proces získavania elektrickej energie, kedy motorgenerátor pracuje V motoríckom režime a voda je vytlačovaná Francisovou turbínou m do homej vodnej nádrže g, čím dochádza k požadovanej akumulácii energie.Na zvýšenie celkovej energetickej výkonovej kapacity je možné vetvu prívodného potrubia Q, prečerpávacej Francisovej turbíny Q a odpadného potrubia Q znásobiť - väčšinou sú tieto vetvy tak ako v našom konkrétnom prípade v spodnej časti znásobene na vetvy dve.Vynález je možné uplatniť všade tam, kdeje potreba rýchlo a presne dodávať do verejnej elektrickej distribučnej siete elektrickú energiu, čo je zvlášť potrebné v oblastiach jadrových elektrámi, ktorých výkon možno iba obťiažne regulovať, ďalej v oblastiach so zvýšenou výrobou elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov,ako sú napr. energie vetra, slnka a pod., a nakoniec i v oblastiach so zvýšenou spotrebou elektrickej energie.Mimoriadnym prínosom vynálezu je možnosť vybudovania navrhovaných prečerpávacích systémov v krajine bez výškových rozdielov, s výhodným využitím najmä veľkých vodných diel ako vrchných retenčných nádrží, výhodne využitia vyťažených homin, vhodných na stavebné účely, ďalej výhodne, kedy nedochádza k devastácii krajiny na povrchu prečerpávacieho systému a výhodne výrazného rozšírenia počtu miest, kde je možné prečerpávacie podzemné systémy budovať.1. Podzemná prečerpávacia elektráreň vytvorená z vodnej nádrže niektorého zo súčasných veľkých vodných diel, kde je vykonaná úprava na odvod vody cez technologické celky vstupných prívodných a zabezpečovacích prvkov do pracovného priestoru s halou strojovne výkonového agregátu obsahujúceho prečerpávaciu Francisovu turbínu a trafostanicu na výrobu elektrickej energie a ďalej obsahujúce obslužné prístupové,Vetracie a zabezpečovacie technologické prvky, v y z n a č uj ú c a s a t ý m , že prívod pracovného vodného média obsahujúci vstupné privodné a zabezpečovacie prvky do pracovného priestoru je tvorený a vedený česlami (3), zabezpečovacou zábranou (4) a tabuľovým uzáverom (5) prívodným potrubím (6) do haly strojovne (7), pričom na túto halu strojovne (7), kde je umiestnený agregát (8) prečerpávacej Francisovej turbíny (l 0), nadväzuje odpadne potrubie (30) ústiace do prepojovacieho tunela (32), ústiaceho do jednotlivých polí (33) podzemnej nádrže (34), kde tento tunel (32) je prepojený s povrchovou atmosférou vetracími šachtami (35), pričom hala strojovne (7) je ďalej prepojená s chodbou (38) s halou trafostanice (3 l) s transformátormi (37), kde na halu trafostanice (3 l) je napojený prístupový tunel (39), prepájajúci strojovňu (7) a trafostanicu (3 l), a ktorý je opačným smerom vyvedený na povrch do priestoru šachtovej veže (40), pričom chodba (38) je pretiahnutá k prepojovaciemu tunelu (32) prístupovou chodbou (41), takže hala strojovne (7) je prepojená touto prístupovou chodbou (41) a na ňu nadväzujúcou stúpajúcou vetracou šachtou (35) s vetracím objektom (36).2. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že agregát (8) prečerpávacej Francisovej turbíny (l 0) podzemnej prečerpávacej elektrárne (l)je tvorený guľovým ventilom(9), prečerpávacou Francisovou turbínou (l 0) a motorgenerátorom (11), ktoré sú uložené v ráme (12), pričom guľový ventil (9) je osadený rotačným pohonom (13), pričom na prečerpávaciu Francisovu turbínu (l 0), ktoráje prepojená s guľovým ventilom (9), nadväzuje rozvádzací prstenec (15), v ktorého vnútomej časti sú uložené navádzacie lopatky (16), ktorých ramená (17) sú prepojené ťahadlami (18), pričom prečerpávacia Francisova turbína (l 0) ďalej obsahuje obežná koleso (21) pevne prepojené s vertikálnym hriadeľom (22) tesneným upchávkou (23), pričom je osadená dvojicou lineárnych rotačných pohonov (24), z ktorých každý zahmuje globoidného slimáka (25), zaberajúceho do uťahovacej matice (26) s ozubením, pričom vertikálny hriadeľ (22) prečerpávacej Francisovej turbíny (l 0) je rotačne uložený v ráme (12) v ložiskách (27) a prostredníctvom rozbehovej spojky (28) je prepojený s elektrickým motorgenerátorom (l l), pričom v spodnej časti prečerpávacej Francisovej turbíny (l 0) osovo nadväzuje koleno (29) odpadného potrubia.3. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku l alebo 2, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že súčasťou ramien (l 7)je rameno pohonu (19), ktoré je predĺžené a kývne prepojené s lineámym hydropohonom(20), na opačnej strane prichytenom na rozvàdzacom prstenci (15).4. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku l alebo 2, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že dno podzemnej nádrže (34) je umiestnené nad homou úrovňou obežného kolesa (21) prečerpávacej Francisovej turbíny ( 10) na stále zahltenie pracovnej turbíny.5. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku l alebo 2, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že Vetracie šachty (35) ústia do vetracieho objektu (36). 6. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku l alebo 2, v y z n a č uj ú c a s a t ý m , žeprívodná potrubie (6), agregát (8) prečerpávacej Francisovej turbíny (10) a odpadne potrubie (30) tvoria výkonovú vetvu (42).7. Podzemná prečerpávacia elektráreň podľa nároku l alebo 2, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že výkonových vetiev (42)je viacej ako jedna.

MPK / Značky

MPK: F03B 13/08, F03B 13/06, E21F 17/16

Značky: elektráren, prečerpávacia, podzemná

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/12-u6845-podzemna-precerpavacia-elektraren.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Podzemná prečerpávacia elektráreň</a>

Podobne patenty