Гидроэнергостанция

Иллюстрации

Показать все

Гидроэнергостанция относится к энергетике и может быть использована для производства электрической и тепловой энергии за счет напора воды, создаваемого как естественными источниками, так и специально сооруженными. Гидроэлектростанция содержит источник воды и сформированное посредством плотины водохранилище, сообщающееся, по меньшей мере, с одним водоводом, в нижней части которого установлена гидравлическая машина, например гидротурбина, соединенная с электрогенератором, выход которого соединен с электропотребителем. Гидроэлектростанция снабжена, по меньшей мере, одним вихревым теплогенератором, сообщенным своим входом с водохранилищем дополнительным водоводом, а выходом соединенным посредством трубопровода с теплопотребителем. При этом водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками и расходомерами для обеспечения равенства расхода источника воды сумме расходов воды через водоводы, подключенные к гидротурбине и теплогенератору. Конструкция гидроэлектростанции позволяет повысить энергоэффективность, а также расширить возможности применения. 6 ил., 1 табл.

Реферат

Гидроэнергостанция, в дальнейшем ГЭнС, относится к энергетике и может быть использована для одновременного производства электрической и тепловой энергии, инициирующим фактором в работе которой является гидравлическая мощность водяного потока, а ее энергоэффективность определяется соотношением гидравлических мощностей потоков воды в водоводах выработки электрической и тепловой энергии, а также суммарного потока воды на ГЭнС.

Известна гидроэлектростанция (Карелин В.Я. и др. Гидроэнергетические станции. Под редакцией проф. В.Я.Карелина и Г.И.Кривченко. М.: Энергоиздат, 1987, стр.15-21) [1], включающая источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока. Нижний конец водовода расположен ниже точки сообщения водовода с питательной емкостью. В нижней части водовода установлена гидравлическая машина, например и чаще всего гидротурбина. Она кинематически соединена с электрогенератором. За счет гидроэнергопотенциала в водоводе устанавливается поток воды, приводящий в движение гидротурбину, от которой передается вращение ротору электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Специальными устройствами электроэнергия формируется до уровня установленных к ней требований (ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1996) [2] и определенного качества распределяется и транспортируется потребителям.

Недостаток известной ГЭС заключается в том, что при наличии подключенной к ней тепловой нагрузки на ней не достигается (с учетом современного уровня преобразовательных средств) лучшая энергоэффективность. Известен способ получения тепловой энергии (Кладов А.Ф. Патент РФ на изобретение «Способ получения энергии» № 2054604. Описание к патенту. 6 F 24 J 3/00, G 21 В 1/00, опубл. 20.02.96 г.) [3], предусматривающий подачу вещества в жидкой фазе в зону обработки и создание в веществе при определенных условиях кавитационных пузырьков (в последующем устройства для создания таких условий получили название вихревых теплогенераторов) и позволяющий затрачивать кратно меньшую энергию на получение альтернативного количества тепловой энергии в сравнении с получаемыми с использованием классических, традиционных технологий.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение энергоэффективности работы станции.

Поставленная задача достигается тем, что известная гидроэнергостанция, принятая за прототип, содержащая источник воды и сформированное посредством плотины водохранилище, сообщающееся по меньшей мере с одним водоводом, в нижней части которого установлена гидравлическая машина, например гидротурбина, соединенная с электрогенератором, выход которого соединен с электропотребителем, дополнительно снабжена по меньшей мере одним вихревым теплогенератором, сообщенным своим входом с водохранилищем дополнительным водоводом, а выходом соединенным посредством трубопровода с теплопотребителем, при этом водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками и расходомерами, для обеспечения равенства расхода источника воды сумме расходов воды через водоводы, подключенные к гидротурбине и теплогенератору.

В гидравлической энергетической станции достигается снижение расхода энергоресурсов с использованием вихревого теплогенератора (Потапов Ю.С. Патент РФ на изобретение № 2045715. Описание изобретения к патенту. F 25 B 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. № 28, 1995) [4] преимущественно «за счет преобразования энергии воды по сокращенной схеме: механическая энергия - тепловая энергия».

Кроме того, наличие контроля расходов воды в водоводах не позволяет поддерживать их на требуемом уровне, а также обеспечивать постоянство стока воды на станции. Также их наличие позволяет определить мощности в водоводах выработки электрической и тепловой энергии. Например, мощность вихревого теплогенератора, определяемая как произведение давления проходящей через него воды на и ее расход (Потапов Ю.С. Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. «Российская академия естественных наук. Молдавский центр. Неосферные технологии», г.Кишинев, 2001) [5]; определять энергоэффективность станции и ее взаимосвязь с характером подключенной нагрузки по каналам выработки электроэнергии и тепловой энергии; оперативно оценивать энергоэффективность и качественно управлять работой станции; обосновывать оптимальные решения при разработке схем энергоснабжения потребителей.

При постоянстве стока реки Q должно соблюдаться условие Q=Q1+Q2, где Q - расход воды источника (реки); Q1 - расход воды в первом водоводе; Q2 - расход воды во втором водоводе. Несоблюдение данного баланса приведет к изменению уровня в водохранилище и, соответственно, к изменению номинального режима (гидростатического давления) работы станции.

Полезная мощность ГЭнС может быть определена согласно следующему выражению:

где NГ1 - гидравлическая мощность потока воды, потребляемая гидроэлектроагрегатом в первом водоводе;

NГ1 - гидравлическая мощность потока воды, потребляемая вихревым теплогенератором во втором водоводе.

Принимая во внимание, что NГ1=P1×Q1, a NГ22×Q2, где Р, P1, Р2 давления - «столба» воды на ГЭнС, воспринимаемое гидротурбиной гидроагрегата и воспринимаемое вихревым теплогенератором, соответственно, выражение (1) может быть записано в следующем виде:

Показатель энергоэффективности (термин принят с учетом того, что ГЭнС содержит кроме гидроэлектрического преобразователя, энергоэффективность которого правильнее характеризовать КПД, еще и гидротепловой преобразователь, энергоэффективность которого характеризуется коэффициентом энергоэффективности) (ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Госстандарт России, М., 1999 г.) [6] ГЭнС может быть определен отношением полезной мощности вырабатываемых станцией энергоресурсов к ее первичной (гидравлической) мощности и записан в следующем виде:

С учетом выражения (2) при Р=P1=P2 выражение (3) принимает следующий вид:

Из выражения (3') видно, что показатель энергоэффективности предлагаемой ГЭнС зависит от соотношения расходов воды Q1 и Q2 в первом и втором водоводах (по каналам выработки электроэнергии и тепловой энергии) соответственно, а также от КПД гидроэлектроагрегатов η1 и коэффициентов энергоэффективности вихревых теплогенераторов ζ, установленных на ГЭнС.

Диапазон изменения показателя энергоэффективности предлагаемой ГЭнС может находиться в пределах значений, которые она принимает при Q1=0 (при этом Q2=Q) и при Q2=0 (при этом Q1=Q).

В случае Q1=0 вся гидравлическая мощность используется для выработки тепловой энергии, установленными на ГЭнС ВТ, выражение (3') принимает следующий вид:

или ЭГЭнС=ζ. При ЭГЭнС=1,68.

То есть для рассматриваемого случая мощность (тепловая), вырабатываемая предлагаемой ГЭнС, в 1,68 раза больше гидравлической (первичной) ее мощности.

В случае Q2=0 вся гидравлическая мощность используется для выработки электрической энергии установленными на ГЭнС электрогенераторами. При этом выражение (3) принимает следующий вид:

NГЭнС=Q×η1,

а энергоэффективность - следующий вид: .

При ЭГЭнС=0,96.

То есть для такого случая мощность (электрическая), вырабатываемая предлагаемой ГЭнС, составляет значение, исходя из КПД - η1=0,96.

При когенерационной выработке энергоресурсов на предлагаемой ГЭнС, предусматривающей выработку электрической энергии и одновременно с этим - тепловой энергии с параметрами ВТ и с изменением доли вырабатываемой (потребляемой) тепловой энергии от 0 до 1 (от гидравлической мощности ГЭнС), энергоэффективность ее может меняться от величины, близкой η1, до величины ζ или от 0,96 до 1,68 соответственно.

Из приведенного следует, что для достижения наибольшего значения показателя энергоэффективности работы станции (ГЭнС) приоритет должен отдаваться тепловой нагрузке, величину ее целесообразно выбирать возможно большей. Исходя из значения тепловой нагрузки определяется и включается в работу необходимое для ее «покрытия» количество вихревых теплогенераторов с учетом их мощностей. Определяются требуемые для этого расходы воды (как правило, при постоянном, известном давлении воды).

Благодаря высокому значению показателя энергоэффективности ГЭнС в сравнении с известной ГЭС при подключенной одинаковой тепловой нагрузке она позволяет вырабатывать дополнительно электрическую энергию.

Сравнение значений показателей энергоэффективности известной ГЭС с вариантами ее тепловых нагрузок (0,86-0,96 при теповой нагрузке в виде ТЭНов и 0,96-1,07 при тепловой нагрузке в виде теплонасосного ВТ) с предлагаемой ГЭнС (0,96-1,68) позволяет отметить большее значение ее энергоэффективности.

На фиг.1-6 приведены схематичные изображения, позволяющие интерпретировать работу ГЭнС.

На фиг.1 приведена схема выработки электрической энергии; на фиг.2 - схема выработки тепловой энергии (сечение по водоводу выработки тепловой энергии); на фиг.3 - упрощенная тепловая схема (выработки тепловой энергии). На фиг.4-6 приведены упрощенные схемы энергоснабжения и энергопотребления тепловой энергии у потребителя, в том числе на фиг.4 - при производстве тепловой энергии на предлагаемой ГЭнС; на фиг.5 - при традиционном производстве электрической энергии на ГЭС и теплоэлектропреобразования электрическими ТЭНами у теплопотребителя; на фиг.6 - при традиционном производстве электрической энергии на ГЭС и теплоэлектропреобразования с использованием электронасосного вихревого теплогенератора у потребителя.

На фиг.1-6 введены следующие обозначения:

1 - тело плотины; 2 - водохранилище (верхний бьеф ГЭнС); 3 - русло реки (нижний бьеф ГЭнС); 4 - рабочий водовод выработки тепловой энергии; 4' - рабочий водовод выработки электроэнергии; 5 - плоский глубинный затвор канала выработки электроэнергии; 5' - плоский глубинный затвор канала выработки тепловой энергии; 6 - гидротурбина; 7 - электрогенератор; 8 - электрическая формировательно-распределительная станция; 9 - манометр на входе гидротурбинного водовода; 10 - манометр после турбины; 11 - расходомер в турбинном водоводе; 12 - входной коллектор источника тепловой энергии; 13 - входная задвижка-регулятор вихревого теплогенератора; 14 - вихревой теплогенератор ГЭнС; 14' - вихревой теплогенератор потребителя; 15 - выходная задвижка-регулятор вихревого теплогенератора; 16 - выходной коллектор источника тепловой энергии; 17 - манометр вихревого теплогенератора; 18 - термометр на выходе теплового теплогенератора; 19 - расходомер на входе источника тепловой энергии; 20 - манометр на входе источника тепловой энергии; 21 - термометр на входе источника тепловой энергии; 22 - термометр на выходе источника тепловой энергии; 23 - манометр на выходе источника тепловой энергии; 24 - расходомер на выходе источника тепловой энергии; 25-26 - задвижка-регулятор на входе и выходе тепловой энергии соответственно; 27 - теплопровод; 28 - потребитель тепловой энергии; 29 - линия электропередачи; 30 - электродвигатель насоса; 31 - насос; 32 - электронагреватель (ТЭН).

Выработка на предлагаемой ГЭнС электрической энергии осуществляется следующим образом (фиг.1). Под давлением напора воды Нн, формируемым плотиной 1 и водохранилищем 2, вода из водохранилища 2 поступает в нижний бьеф 3, при этом в водоводе 4 устанавливается поток воды, который вращает ротор гидротурбины 6. Гидравлическая мощность потока воды преобразуется в механическую мощность гидротурбины 6. Вращение от нее передается электрогенератору 7, который вырабатывает электрическую энергию. Электроэнергия от электрогенератора 7 передается на формирователь-распределитель 8, формируется до требуемого качества, регламентированного (ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1996) [2] и распределяется потребителям. Регулирование расхода воды через водовод 4 (гидравлическая мощность гидротурбины) осуществляется подъемом или опусканием плоского затвора 5. При этом он в той или иной степени уменьшает или увеличивает входное сечение водовода 4. При подъеме или опускании затвора 5 увеличивается или уменьшается первичная гидравлическая мощность и может изменяться вырабатываемая электрическая мощность установленных электрогенераторов. Плоский затвор может полностью перекрыть или полностью открыть водовод 4, создав условия для нулевой или максимальной мощности. Глубинный затвор является регулирующим органом.

Основные расчетные и измеренные параметры работы предлагаемой ГЭнС и сравниваемых вариантов известной ГЭС в системе с тепловой нагрузкой приведены в следующей таблице.

№ п/пНаименование параметраЗначения параметра
Предлагаемой ГЭнСИзвестной ГЭС с тепловой нагрузкой в виде ТЭНовИзвестной ГЭС с тепловой нагрузкой в виде Эл. насосн. ВТ
12345
1Уровень воды в водохранилище, м (напор - давление, кгс/см2)60 (6)60 (6)60(6)
2Расход воды реки (Q), м3728728728
3Гидравлическая мощность (Nг) потока, кВт428082428082428082
4Мощность (Nтп) подключенного теплопотребителя (гидравлическая), кВт111301111301111301
5Расчетные расходы воды, эквивалентные выработке тепловой мощности, равной Nтп=111301 кВт, (Nтп=ΔNгэ2=ΔNгэ4=ΔNвт), м3/c 112,67 219,1 176,9
6Первичные (гидравлические) мощности, расходуемые на «покрытие» тепловой нагрузки у потребителя (Nтп=111301,0 кВт), кВтNвт=P·Q2; 66250,0ΔNгэ2=P·Q'2; 128830,0ΔNгэ4=P·Q"2; 104017,2
7Расходы воды, используемой (эквивалентные) на выработку электроэнергии, расходуемой на неэлектротепловое ее преобразование, м3Q1=Q-Q2; Q'1=Q-Q'2;Q"1=Q-Q"2;
Q1=615,33Q'1=508,9Q"1=551,1
8Мощности, расходуемые на выработку электроэнергии, используемой на нетепловое ее энергопреобразование,
кВт:ΔN'гэ5=Р·Q1;ΔN'гэ1=P·Q'1;ΔN'гэ3=P·Q"1;
гидравлические, ΔN'гэΔN'гэ5=361814,0ΔN'гэ1=299233,0ΔN'гэ3=324046,8
электрические (ΔNгэ -ΔNгэ5=ΔN'гэ5·η1;ΔNгэ1=ΔN'гэ1·η1;ΔNгэ3=ΔN'гэ3·η1;
с учетом η1)ΔNгэ5=347341,4ΔNгэ1=287266,7ΔNгэ3=311084,0
9Выходные мощности, кВтNГЭнС=ΔNгэ5+Nтп=447612,4NГЭС(ТЭН)=ΔNгэ1+Nтп=387537,7NГЭС(Эл.нас.BT)=ΔNrэ3+Nтп=411355,9
10Энергоэффективность 1,046 0,9 0,96
11Увеличение (улучшение) энергоэффективности в сравнении с ГЭС(ТЭН)ΔЭ1=[ЭГЭнСГЭС(ТЭН)]·100%; 14,6%0ΔЭ2=[ЭГЭС(Эл.нас.ВТ)ГЭС(ТЭН)]·100%; 6,0%
12Высвобождаемые (дополнительные) мощности вырабатываемой электроэнергии в сравнении с ГЭС(ТЭН), кВтΔNГЭнС(Э)=ΔNгэ5-ΔNгэ1; 60074,70ΔNГЭС(Эл.нас.ВТ)=ΔNгэ3-ΔNгэ3; 23818,2

В рассматриваемом примере напоры воды H1 и H2 постоянные и составляют 60 м.

Расход воды через плотину Q составляет 728 м3/с. Гидравлическая мощность потока NГ через ГЭнС (ГЭС), определяемая произведением напора воды на ее расход, составляет 428082 кВт. Исходя из тепловой мощности потребителя и известной взаимосвязи тепловой мощности с параметрами работы вихревого теплогенератора (3), определен требующийся для этого расход воды ГЭнС Q2, который имеет значение, равное 112,67 м3/с (строка 5 таблицы). Расход воды ГЭнС, используемый на выработку электроэнергии и последующие неэлектротепловое ее энергопотребление Q1, составляет 615,33 м3/с (строка 7 таблицы). Расходы воды на ГЭнС по каналам выработки электроэнергии и тепловой энергии соответственно должны иметь значения Q1=615,33 м3/с и Q2=112, 67 м3/с. ГЭнС будет обеспечиваться ее выходная электрическая мощность, равная 347341,4 кВт (строка 8 таблицы), и «покрываться» ее тепловая нагрузка мощностью 111301 кВт, расходующей на это установленными вихревыми теплогенераторами всего 62250,0 кВт (строка 6 таблицы) гидравлической мощности ГЭнС.

Выработка тепловой энергии на предлагаемой ГЭнС осуществляется следующим образом (фиг.2). Под действием напора воды Нн=60 м (р=6 кг/см2), формируемого плотиной 1 и водохранилищем 2, вода из последнего через водовод 4' поступает во входной коллектор 12. Из входного коллектора 12 вода параллельными потоками поступает в вихревые теплогенераторы 14, проходя через которые с требуемым расходом и под требуемым напором она нагревается (Потапов Ю.С., Патент РФ на изобретение № 2045715. Описание изобретения к патенту. F 25 B 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. № 28, 1995; Потапов Ю.С. Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. «Российская академия естественных наук. Молдавский центр. Неосферные технологии», г.Кишинев, 2001) [4, 5], до требуемой температуры, достаточной для работы устройств потребителя, например систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС). В примере рассмотрен вихревой теплогенератор «улиточный» - статического типа, возможно и использование вихревого теплогенератора «дискового» - динамического типа. Горячая вода поступает в коллектор 16, а из него самотеком или сетевыми насосами через открытую задвижку 26 направляется к потребителю 31. Сетевые насосы на графике условно не показаны. Режим поступающей из водохранилища воды контролируется (фиг.3) расходомером 19, манометром 20, термометром 21. Режимы работы вихревых теплогенераторов 14 контролируются манометрами 17 (после задвижек 13) и термометрами 18 - на их выходе. Регулирование требуемого расхода воды в водоводе 4', равного 112,67 м3/с (гидравлическая мощность вихревых теплогенераторов), на основании показаний расходомеров 19 и 24 осуществляется подъемом или опусканием плоского глубинного затвора 5'. При этом он увеличивает или уменьшает площадь входного сечения водовода 4'. Другими элементами регулирования выработки тепловой энергии являются регулировочно-запорные вентили 25, 26, а также вентили «включения-выключения» отдельных вихревых теплогенераторов 17 путем «открытия-закрытия» соответствующих задвижек 13 и 15. При наличии расходных тарировочных зависимостей водоводов расходы в водоводах могут быть определены с их использованием. Тепловая мощность на выходе станции, равная NТП=111301,0 кВт, контролируется по показаниям входных и выходных КИП системы - 19, 20, 21 и 22, 23, 24.

Таким образом, по каналу выработки тепловой энергии регулятором ее путем увеличения или уменьшения расхода воды является плоский глубинный затвор 5', входные задвижки системы 25,26, а также задвижки «включения-отключения» вихревых теплогенераторов (избирательно) 13, 15.

В рассматриваемом примере эквивалентное этому «столбу» воды давление равно 6 кг/см2 и достаточно для эффективной работы вихревых теплогенераторов установленных на ГЭнС.

Тепловая энергия в горячей воде от ГЭнС (от коллектора 16 через задвижку-регулятор 26) поступает (фиг.4) в трубопровод 27 и далее - к потребителю тепловой энергии 28.

Установка требуемого расхода воды, равного 615,33 м3/с, в канале выработки электроэнергии ГЭнС на основании показаний расходомеров 11 достигается путем изменения положения глубинного затвора 5 (как правило, затворов на каждом водоводе) после установки расхода в водоводе 4' по расходомеру 19, равному 112,67 м3/с. При установленном расходе воды в водоводе (водоводах), равном 615,33 м3/с, и ее давлении 6,0 кг/см2 ГЭнС обеспечивается выходная электрическая мощность 347341,4 кВт при инициирующей ее гидравлической - 361814, 0 кВт.

После установки расходов воды в канале выработки электроэнергии (водовод первый) - Q1=615,33 м3/с и в канале выработки тепловой энергии (водовод второй) Q2=112,67 м3/с проверяется условие: Q=Q1+Q2 или 615,33 м3/с + 112,67 м3/с=728 м3/с - установленные в водоводах расходы воды соответствуют условию.

Электрическая энергия, выработанная каналом выработки электроэнергии ГЭнС, направляется на распределение и по линиям электропередачи - к ее потребителям.

В известных ГЭС, принятых за базы сравнения, вырабатываемая ими электроэнергия по линиям 29 передается через электротеплопреобразователи (30; 31; 32, фиг.5) и (30; 31; 14' фиг.6) к теплопотребителю 28.

Параметры вариантов работы ГЭС приведены в столбцах 4 и 5 таблицы.

Ниже приведены для условий примера данные сравнения показателей работы усовершенствованной ГЭнС и вариантов известной ГЭС при одинаковой гидравлической мощности и напоре ГЭнС (ГЭС), и одинаковой мощности теплопотребления.

В предлагаемой ГЭнС ее гидравлическая мощность расходуется следующим образом:

На покрытие тепловой нагрузки, кВт/%На выработку электроэнергии, кВт/%

В известной ГЭС при использовании у потребителя в качестве электротеплопреобразователей - ТЭНов, гидравлическая мощность расходуется следующим образом:

На покрытие тепловой нагрузки, кВт/%На выработку электроэнергии, кВт/%

В известной ГЭС при использовании у потребителя в качестве электротеплопреобразователей - электронасосного вихревого теплогенератора гидравлическая мощность расходуется следующим образом:

На покрытие тепловой нагрузки, кВт/%На выработку электроэнергии, кВт/%

Из результатов сравнительного анализа следует, что энергоэффективность предлагаемой ГЭнС выше энергоэффективности известной ГЭС (ее вариантов) - строка 10 таблицы. При одинаковой гидравлической мощности предлагаемой ГЭнС она позволяет покрыть одинаковую тепловую нагрузку, составляющую 111301,0 кВт (гидравлическая), и обеспечить одновременно выработку электрической энергии с мощностью, составляющей 347341,1 кВт. Известные ГЭС при той же гидравлической мощности покрывают аналогичную тепловую нагрузку и обеспечивают одновременно выработку электрической энергии с мощностью 287266,7 кВт (в случае использования в качестве тепловой нагрузки - ТЭНов, фиг.5) и 311084,0 кВт (в случае использования в качестве тепловой нагрузки - электронасосного ВТ, фиг.6), что на 60074,7 кВт и 36257,7 кВт соответственно меньше в сравнении с предлагаемой ГЭнС.

Таким образом, при установке вихревых теплогенераторов на ГЭнС для выработки тепловой энергии с целью «покрытия» тепловой нагрузки у потребителя с параметрами вихревого теплогенератора достигается снижение потребления гидравлической мощности первоисточника в сравнении с использованием для этих целей выработанной на ГЭС электроэнергии и традиционных преобразователей электроэнергии в тепло, например, ТЭНов. При этом чем больше доля вырабатываемой на ГЭнС тепловой энергии, тем больше ее энергоэффективность. Это может быть легко подтверждено следующим примером. В случае равенства расходов воды на ГЭнС-Q1=Q2, то есть ее гидравлическая мощность в равных долях используется на выработку электроэнергии и тепловой энергии, с учетом принятого формулу (3) можно записать:

ЭГЭнС=0,5×(0,96+1,68)=1,32.

Из приведенного следует, что при Q1=Q2 энергоэффективность предлагаемой ГЭнС составляет 1,32, а ее полезная энергетическая мощность на выходе на 32% больше инициирующей ее гидравлической.

Уравнение энергетической эффективности для известной ГЭСТЭН (фиг.2, 6) для указанных условий может быть записано в следующем виде:

Полученное значение показателя энергоэффективности корреспондируется с показателями эксплуатируемых гидроэлектростанций (Типовая программа проведения энергетических обследований гидроэлектростанций. РД 153-34.2-09.165-00. СПО «ОРГРЭС», М., 2000) [8].

Сравнение для приведенных условий ЭГЭнСГЭС(ТЭН) позволяет отметить, что энергоэффективность предлагаемой ГЭнС выше энергоэффективности известной ГЭСТЭН.

В рассматриваемом примере гидравлическая мощность предлагаемой ГЭнС и вариантов известной ГЭС одинакова и составляет NГ=428082 кВт. Мощность электрогенераторов (выходная) известной ГЭС составляет NГЭС(ТЭН-Э)=410959,0 кВт. Номинальная годовая выработка электроэнергии на ней составляет 3,6 млрд. кВт×ч, причем 878,4 млн. кВт×ч расходуется на теплопотребление.

При использовании предлагаемой ГЭнС за счет первичной (гидравлической) мощности установленными на ней вихревыми теплогенераторами вырабатывается аналогичное количество тепловой энергии и, кроме того, за счет снижения потребления гидравлической мощности на выработку тепловой энергии и высвобождения первичной гидравлической мощности дополнительно вырабатывается электрическая энергия. Номинальная годовая выработка дополнительной электрической энергии при этом на ГЭнС составляет 454,2 млн. кВт×ч.

За счет снижения потребления гидравлической мощности для приведенных в примере условий дополнительно на ГЭнС может быть выработана электроэнергия, которая с учетом коэффициента пересчета Кп в условное топливо по угольному эквиваленту (ГОСТ Р51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды. Типы. Группы. Показатели энергетической эффективности. Идентификация. М.: Изд-во стандартов, 2001, с.13) [9], составляющего 0,12 (в практике известно применение значения указанного коэффициента, равного 0,3445) равнозначна следующей экономии топлива:

ΔВ=ΔЭ×Кп=454,2×106×0,12=54504 т у.т.

Для получения такого (дополнительного) количества электроэнергии на ТЭЦ с использованием углей Черемховского угольного разреза (Иркутская область) потребуется сжечь ˜120,0 тыс.т. угля.

Таким образом, применение предлагаемой ГЭнС позволяет повысить энергоэффективность работы гидроэлектростанции.

Кроме того, при ее использовании достигается

- возможность оптимизации режимов работы станции на основе контроля расходов воды в водоводах;

- экологический эффект за счет увеличения доли вырабатываемой по экологически чистой технологии тепловой энергии, замещающей вырабатываемую на ТЭЦ (котельных) путем сжигания органического топлива;

- изменение подходов и идеологии разработки схем теплоснабжения потребителей;

- расширение условий применения, например, в нетрадиционной энергетике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карелин В.Я. и др. Гидроэнергетические станции. Под редакцией проф. В.Я.Карелина и Г.И.Кривченко. М.: Энергоиздат, 1987, стр.15-21.

2. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1996.

3. Кладов А.Ф. Патент РФ на изобретение «Способ получения энергии» № 2054604. Описание к патенту. 6 F 24 J 3/00, G 21 В 1/00, опубл. 20.02.96 г.

4. Потапов Ю.С. Патент РФ на изобретение № 2045715. Описание изобретения к патенту. F 25 B 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. № 28, 1995.

5. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. «Российская академия естественных наук. Молдавский центр. Неосферные технологии», г.Кишинев, 2001.

6. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Госстандарт России, М.: 1999 г.

7. Малинин Н.К. Теоретические основы гидротехники. М.: Энергоатомиздат, 1985 г.

8. Типовая программа проведения энергетических обследований гидроэлектростанций. РД 153-34.2-09.165-00. СПО «ОРГРЭС», М., 2000.

9. ГОСТ Р51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды. Типы. Группы. Показатели энергетической эффективности. Идентификация. М.: Изд-во стандартов, 2001 (с.13).

Гидроэнергостанция, содержащая источник воды и сформированное посредством плотины водохранилище, сообщающееся, по меньшей мере, с одним водоводом, в нижней части которого установлена гидравлическая машина, например гидротурбина, соединенная с электрогенератором, выход которого соединен с электропотребителем, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним вихревым теплогенератором, сообщенным своим входом с водохранилищем дополнительным водоводом, а выходом соединенным посредством трубопровода с теплопотребителем, при этом водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например, регуляторами-задвижками и расходомерами, для обеспечения равенства расхода источника воды сумме расходов воды через водоводы, подключенные к гидротурбине и теплогенератору.