Деривационная скважинная гидроэлектростанция

Деривационная скважинная гидроэлектростанция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при строительстве деривационных гидроэлектростанций преимущественно в гористых местностях.

Известна бесплотинная гидроэлектростанция (патент на изобретение РФ RU2173745 по заявке №98123023/13 от 18.12.1009, М.кл. Е02В 9/00; F03B 13/00. Опубл.20.09.2001), включающая деривационный канал, выполненный с уклоном дна, меньшим уклона дна реки в месте установки гидроэлектростанции, активную турбину, по ободу рабочего колеса которой жестко закреплены лопатки в виде ковшей, генератор и механизм редуцирования оборотов рабочего колеса турбины к оборотам генератора. В механизме редуцирования установлен механизм торможения вала генератора в виде управляемой гидродинамической муфты. В изобретении обеспечиваются вращение рабочего колеса турбины с постоянным крутящим моментом на его оси вне зависимости от нагрузки на роторе генератора и, как следствие, постоянство вращения вала генератора независимо от электрических нагрузок в его сети. Недостаток известной бесплотинной деривационной гидроэлектростанции заключается в том, что условия его применения ограничены. Она может использоваться в условиях, когда уклон дна реки i_реки больше уклона деривационного канала i_дер.к (i_реки>1_дер.к). Деривационный канал гидроэлектростанции является поверхностным и выполняется, как правило, с использованием лотков, часто открытых. Таким образом, недостаток бесплотинной гидроэлектростанции заключается в том, что эксплуатация ее в условиях резко континентального климата в зимнее время может сопровождаться возникновением проблем, связанных с низкими (отрицательными) температурами окружающего воздуха и возможным перемерзанием водотоков в лотках.

Известна скважинная гидроэлектростанция (патент на изобретение РФ RU 2373431 по заявке №2007139652/06 от 25.10.2007, М.кл. F03G 7/04; F03B 13/00. Опубл. 20.11.2009 г., бюл. №32), включающая источник воды, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, расположенной ниже точки сообщения водовода с питательной емкостью, установленную в нижней части водовода гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, электрическую линию связи электрогенератора с дневной поверхностью у устья скважины, водовод образован буровой скважиной, пробуренной до зоны стока, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками. Устройства регулирования расхода установлены в скважине в канале ее сообщения с (водоносной) водоносными зонами и выполнены с возможностью дистанционного управления ими с дневной поверхности, гидротурбина и электрогенератор агрегатированы и составляют скважинный гидроагрегат, снабженный фиксатором. Скважинный гидроагрегат и электрическая линия связи электрогенератора с дневной поверхностью выполнены приспособленными для эксплуатации их в скважинных условиях, а их эксплуатация является совмещаемой с техникой и технологией бурения скважин. Скважина или отдельные ее интервалы пробурена либо вертикальной, либо наклонной или направленной, а зоной стока являются сообщенные с ней поглощающий интервал природного или искусственного происхождения, а в горных условиях - пересечение скважины с поверхностью горного рельефа.

Поскольку водоводом в ней является скважина, стенки которой имеют положительную температуру, она свободна от недостатка, характерного для рассмотренной выше бесплотинной деривационной гидроэлектростанции. Однако в ней источник и сток воды являются разнородными, например, источником воды является одна (выше расположенная) подземная водоносная зона, а стоком - другая (ниже расположенная) подземная зона поглощения. Такая ситуация может привести к нарушению естественного природного водного баланса, а также сформировавшегося экологического равновесия. Она не является деривационной, предусматривающей формирование напора между двумя сечениями одной реки, расположенными на разных высотных положениях, за счет искусственно созданного канала с другим уклоном, соединяющего реку в этих сечениях.

Наиболее близкой к заявляемой и принятой за прототип является деривационная гидроэлектростанция с напорной деривацией и туннельным водоводом (Н.Н.Аршеневский, Ф.Ф.Губин, В.Я.Карелин и др. Гидроэлектростанции: Учебник для ВУЗ^ов, под ред. Ф.Ф.Губина и В.Я.Карелина. - 2^е изд., перераб. - М., Энергия, 1980. - 368 с., илл., стр.36-37), которая относится к деривационной схеме ГЭС. (Такая схема позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода воды из естественного русла реки по искусственного водоводу. Благодаря этому уровень воды в реке в конце водовода оказывается выше уровня в реке. Этой разностью уровней и создается напор ГЭС. В зависимости от типа деривационного водовода различают ГЭС с безнапорной и с напорной деривацией. В деривационных ГЭС соблюдается водный баланс реки, они практически не вносят экологических проблем в естественное существование реки.) Она свободна от недостатков, характерных для указанной выше бесплотинной гидроэлектростанции при эксплуатации ее в условиях низких температур окружающего воздуха. Здание такой ГЭС, в котором установлены гидроагрегаты, может быть либо поверхностным, либо подземным. В последнем случае здание ГЭС сообщено с водозабором (водоприемником) туннельным подводящим водоводом, а с рекой в нижнем ее течении - отводящим туннельным водоводом. Она включает водоем, например реку, водозабор, посредством которого она сообщена в верхнем своем течении с верхним концом подводящего туннельного напорного водовода, нижняя часть которого соединена с гидроагрегатом, выход которого сообщен с отводящим водоводом либо с отводящим туннельным водоводом, нижний конец которого - с зоной стока, например с рекой в нижнем ее течении, а гидроагрегат содержит установленную в водоводе гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, выход которого соединен с электропреобразователем, к которому подключен электропотребитель. В деривационной гидроэлектростанция с напорной деривацией и туннельным водоводом, принятой в качестве прототипа, туннельный водовод представляет собой горную выработку, направленно выполненную в массиве горных пород, при этом наблюдается неравенство i_реки<i_дер.к. Напорный деривационный туннельный водовод, расположенный в массиве горных пород с положительной температурой, не подвержен воздействию отрицательных температур окружающих его пород, а при его эксплуатации не возникает проблем с возможным его перемерзанием.

Недостаток деривационной электростанции, принятой за прототип, заключается а) в сложности сооружения напорного деривационного туннельного водовода; б) в том, что ограничены предельные глубины таких водоводов. Недостаток по п.а) объясняется тем, что горная выработка, посредством которой сооружается подземный напорный деривационный туннельный водовод, является сложным (там же, стр.259) в реализации сооружением (например, наименьший размер напорного туннеля составляет 2,1·1,9 м; там же, стр.268). Кроме сравнительно большого сечения, в процессе сооружения подземного напорного туннеля должны быть выполнены: цементация пород, прилегающих к поверхности горной выработки, комплекс работ по защите туннеля от воздействия грунтовых вод, а также приданию его поверхности состояния минимальной шероховатости (для минимизации гидросопротивлений движущемуся по нему потоку воды). Проходка напорного туннеля является высокозатратной. Относительно недостатка по п.б) - предельная глубина ограничивается технической возможностью (при существующем уровне развития техники и технологии проходки вертикальных горных выработок, несомненно, что при этом принимается во внимание и экономическая целесообразность сооружения таких проходок) проходки горных выработок, и, как показывает известный опыт, наибольшие глубины напорных деривационных туннельных водоводов ГЭС составляют до 1700-2000 м, так, самыми высокими напорными являются: ГЭС Раиссек в Австрии, напор 1767 м и ГЭС на р. Богота в Колумбии, напор 2000 м (там же, стр.35). При малых глубинах действуют малые напоры потока в водоводе, и, как следствие, при прочих равных условиях (например, при равенстве расходов потока) гидравлические (и электрические) мощности потока (и станции) не велики, не высоки и технико-экономические характеристики гидроэлектростанции и показатели ее работы.

Технической задачей изобретения является создание деривационной скважинной гидроэлектростанции в сооружении, менее сложной и с большими реально достижимыми глубинами напорного деривационного туннельного водовода, чем деривационная гидроэлектростанция по прототипу.

Достигается поставленная техническая задача тем, что в известной гидроэлектростанции, включающей водоем, например реку, водозабор, посредством которого она сообщена в верхнем своем течении с верхним концом подводящего туннельного напорного водовода, нижняя часть которого соединена с гидроагрегатом, выход которого сообщен с отводящим водоводом либо с отводящим туннельным водоводом, нижний конец которого - с зоной стока, например с рекой в нижнем ее течении, а гидроагрегат содержит установленную в водоводе гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, выход которого соединен с электропреобразователем, к которому подключен электропотребитель, в ней подводящим туннельным напорным водоводом является направленно пробуренная скважина, а отводящим водоводом - либо направленно пробуренная скважина, либо канал.

В деривационной скважинной гидроэлектростанции:

а) направленно пробуренная скважина может быть многоствольной;

б) отдельными интервалами выположенного профиля направленно пробуренной скважины, мнимо расположенными на дневной поверхности, могут быть трубы;

в) гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор могут быть установлены и на участке выположенного профиля скважины;

г) гидравлической машиной может быть поршневая машина;

д) со стороны устья скважины и через него дополнительно (либо только в ней) может быть установлен скважинный гидроагрегат, соединенный с нижней частью спущенной в скважину колонны труб с встроенным в нее электрокабелем; корпуса гидротурбины и электрогенератора выполнены с возможностью фиксирования и обеспечения восприятия реактивного момента опорным элементом, которым является, например, жестко закрепленная на устье скважины колонна труб, причем гидротурбиной является турбобур и электрогенератором - электробур в режиме электрогенератора; интервал скважины, в котором установлен скважинный гидроагрегат, вертикальный; нижним и верхним концами электрокабеля, встроенного в бурильную колонну, соединены соответственно электрогенератор и электропреобразователь; при этом окрестности размещения территориально разобщенных электропотребителей у устья скважины (выход скважинного гидроагрегата) и у зоны стока (выход поверхностного гидроагрегата) со своими электросетями являются центрами электропитания;

е) в условиях единого горного рельефа может быть создана сеть деривационных скважинных гидроэлектростанций, в каждой из которых может быть пробурено несколько попарно связывающих водозабор и водосток одной реки направленных скважин, так что они не имеют сообщений;

ж) водоемом может являться и (или) расположенная в верхней части горного рельефа емкость подземного гидроаккумулирования, сообщенная с земной поверхностью водосборными скважинами; для гидроаккумулирования используются подземные или поверхностные воды, в том числе образующаяся в паводковые периоды, либо в периоды таяния горных ледников; а зоной стока воды - расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона;

з) в отводящем водоводе может быть установлен гидродинамический теплогенератор, например вихревой теплогенератор дискового типа, ротор которого соединен с ротором гидротурбины, установленной в отводящем водоводе, выход вихревого теплогенератора дискового типа может быть соединен с сетью системы отопления и горячего водоснабжения с возможностью переключения его выхода к потребителю горячей воды или (и) к теплогидроаккумулятору;

и) ее отводящий водовод может быть соединен с сетью водоснабжения, хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя воды под давлением как энергоресурса;

к) к выходу электропреобразователя может быть подключен компрессор, ресивер которого соединен с аккумулятором сжатого воздуха как энергоресурса, а аккумулятором сжатого воздуха является подземная водонасыщенная зона;

л) в условиях горного рельефа она дополнительно может включать инженерно-коммуникационную скважину (скважины), направленно или наклонно пробуренную (пробуренные) от устья электропреоразователя до центра (центров) питания, расположенного(ных), например, около электропотребителя, в которой установлены силовой, а при необходимости и контрольный кабели.

Именно, сформулированные в изобретении признаки позволяют достичь поставленную техническую задачу - создать деривационную скважинную гидроэлектростанцию (далее ДС ГЭС), в сооружении менее сложную и с большими реально достижимыми глубинами напорного деривационного туннельного водовода и обладающую большей мощностью и более высокой энергоэффективностью, чем деривационная гидроэлектростанция по прототипу. В частности, меньшие сложность и затратность сооружения подводящего туннельного напорного и отводящего водовода в виде направленно пробуренной скважины объясняются меньшей трудоемкостью и, как следствие, меньшей затратностью бурения, в том числе направленного, в сравнении с проходкой горной выработки (по прототипу). Это объясняется следующим. Благодаря существующим техническим средствам и отработанной технологии, в том числе направленного бурения (Нескоромных В.В., Калинин А.Г. Направленное бурение: Учебное пособие Под общей редакцией д.т.н., профессора А.Г.Калинина. - М: Изд. ЦентрЛитНефтегаз. - 2008. - 384 с. ISBN №978-5-902665-14-4), сооружение напорного деривационного туннельного водовода в виде буровой скважины более технологично и характеризуется кратно большими скоростями бурения (сооружения), в том числе выполнение работ по цементированию (тампонированию) околоскважинного пространства и для ее гидроизоляции от подземных вод и формированию поверхности стенок скважины породоразрушающим наконечником при бурении (например, алмазным) с меньшей шероховатостью. Достигнутые в настоящее время скорости бурения вертикальных и направленных скважин составляют 100 м в сутки и более. Несмотря на то что диаметр бурения, как правило, не превышает 490 мм, во многих случаях этого достаточно для создания ГЭС с мощностью, требуемой для покрытия нагрузок потребителя (горных селений). При необходимости создания больших мощностей в заявляемой ДС ГЭС возможно сооружение параллельной буровой скважины. Не трудно полагать, что с меньшей трудоемкостью сооружения буровой скважины связана и меньшая затратность на ее сооружение, уровень которой является кратно меньшим. При этом достижение а) больших реально достижимых глубин напорного деривационного туннельного водовода, б) большей мощности и более высокой энергоэффективности заявляемой ДС ГЭС объясняются а) достигнутыми глубинами бурения разведочных и эксплуатационных скважин, которые составляют 7000 м и более. Поскольку гидравлическая мощность потока в скважине определяется произведением расхода потока воды на напор (давление), а напор - уровнем воды в скважине, нетрудно видеть, что при прочих равных условиях чем выше уровень воды в скважине (больше глубина заполненной скважины), тем б) большая мощность ДС ГЭС и ее энергоэффективность. Показателем энергоэффективности ГЭС может быть такой удельный показатель, как расход воды на выработку единицы электрической энергии. Несомненно, что с увеличением напора удельный показатель ГЭС уменьшается (ее энергоэффективность увеличивается - улучшается). Если соотносить показатель энергоэффективности ДС ГЭС, используя в качестве энергетического эквивалента известную теплотворную способность топлива, то можно видеть, что такое соотношение (из технической литературы) имеет следующий вид: в ДС ГЭС с напором 3000 м энергия, вырабатываемая прохождением через турбину 1 м³ воды, эквивалентна теплу, выделяющемуся при сжигании органического топлива (дизельное топливо) в объеме 0,1 м³, то есть 1 м³ воды эквивалентен 0,1 м³ дизельного топлива (1 м³ воды - 0,1 м³ дизельного топлива); в ДС ГЭС с напором 6000 м энергия, вырабатываемая прохождением через турбину 1 м³ воды, эквивалентна теплу, выделяющемуся при сжигании органического топлива (дизельное топливо) в объеме 0,2 м³, то есть 1 м³ воды эквивалентен 0,2 м³ дизельного топлива (1 м³ воды - 0,2 м³ дизельного топлива).

Примером заявляемой ДС ГЭС в гористой местности может быть решение, в котором река, огибая горное образование, спускаясь по его противоположным склонам, делает на местности петлю - излучину (протяженность ее может составлять несколько километров и даже несколько десятков километров), так что при нарастающей разности высотного положения расстояние между речными водотоками по разным склонам горного образования (излучине, а также при речном меандрировании) не велико. При этом положение траектории направленно пробуренной скважины ДС ГЭС, соединяющей речные водотоки на противоположных склонах горного образования, позволяющее получить желаемую наибольшую мощность станции при минимальных финансовых затратах на сооружение водовода, является наиболее приемлемым.

Ниже приведены признаки обозначенных выше п.а) - п.л) дополнительных пунктов изобретения, которые направлены на детализацию реализации следующих показателей назначения ДС ГЭС и условий ее эксплуатации (более широких).

а) Направленно пробуренная скважина может быть многоствольной.

В горных условиях электропотребители, например населенные пункты (села), как правило, располагаются рассредоточенно (по высоте и в плане) на склонах горы. Сооружение многоствольной скважины ДС ГЭС, имеющей основной ствол (вертикальный) и отходящие от него направленные, пробуренные от него до пересечения с дневной поверхностью в зоне расположения конкретных потребителей электрической энергии, позволяет при минимальных затратах (так как сооружается один основной ствол скважины, его диаметр может быть больше диаметров отходящих от него направленных стволов) сформировать высокий напор, создать гидравлическую мощность водного потока и преобразовать ее в электрическую энергию непосредственно у каждого электропотребителя - горного населенного пункта (села) без возведения для этого плотин и не изменяя естественного природного горного поверхностного ландшафта. При этом отпадает необходимость сооружения магистральных электрических линий для передачи электроэнергии при ее производстве на удаленной от потребителя одной крупной ГЭС (традиционно распространенная схема в настоящее время). Кроме того, при определенных условиях от направленно пробуренной скважины за счет напора воды в ней он (напор) может быть использован для осуществления напорного водоснабжения горного поселка.

б) Отдельными интервалами выположенного профиля направленно пробуренной скважины, мнимо расположенными на дневной поверхности, могут быть трубы.

Направленно пробуренная скважина, как правило, имеет профиль, повторяющий профиль горного рельефа (рациональный), выполаживающийся у подножия. При этом на выположенном интервале профиль (рациональный) скважины может пересекать образования, имеющие перепады высотного положения (распадки, овраги, холмы и др.), а расположенные в таких образованиях на дневной поверхности интервалы профиля (рационального) скважины являются мнимыми участками профиля. Исходя из экономических соображений, для обеспечения максимального напора в указанном (рациональном) профиле скважины интервалы мнимого профиля (расположенные на дневной поверхности) целесообразно соорудить из труб.

в) Гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор могут быть установлены и на участке выположенного профиля скважины.

Природное образование в гористой местности может быть ступенчатым с уступом, представленным равниной. Равнинный участок в горных условиях является наиболее привлекательным для проживания и осуществления хозяйственной деятельности, в том числе для туризма и создания рекреационных объектов. На них создаются населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные производства - потребители электрической энергии. Для электроснабжения потребителей в ДС ГЭС (по п.в), кроме гидротурбин с электрогенераторами, устанавливаемыми после последнего напорообразующего горного образования, в таких условиях гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор устанавливается и на участке выположенного профиля скважины. При этом отбираемые доли гидравлической мощности потока отдельными ДС ГЭС (их мощности) должны быть пропорциональными желаемым мощностям соответствующих потребителей.

г) Гидравлической машиной может быть поршневая машина.

Выше отмечено, что глубины напорных туннелей деривационных ГЭС не превышают 1700-2000 м, для напоров, не превышающих создаваемые ими давления (17-20 МПа), разработаны (имеются) и гидротурбины. Для давлений, превышающих давления 17-20 МПа, гидроэнергетические турбины отсутствуют. Имеются поршневые насосы, например буровые, которые создают давления, существенно превышающие 20 МПа. Поэтому их использование (совместно с золотниковым устройством) возможно в качестве горизонтальной поршневой машины двойного действия, в которой отбор мощности производится приводным ремнем (патент РФ №2018707 «Поршневой двигатель», по заявке №4924684 от 04.04.1991 г., М.кл. F03C 1/00; F03B 15/00. Опубл. 30.08.1994 г.). Использование имеющегося, выпускаемого отечественной промышленностью гидравлического поршневого насоса в качестве двигателя, доработанного золотниковым устройством в ДС ГЭС, например двухпоршневого насоса типа НЦ-320, давление нагнетания которого 40,0 МПа, либо насоса типа СИН-31 -НН с давлением нагнетания 70,0 МПа и который используется для гидроразрыва нефтяных пластов (Абабакиров В.Ф., Архангельский В.Л., Буримов Ю.Г. и др. Буровое оборудование: Справочник: в 2^х т.- М.: Недра, 2000. - Б 91 T.1), не требующего создания гидротурбины высокого давления, имеющей возможность сопряжения с электрогенератором при таких давлениях для образования гидроагрегата, позволяет сократить время и затраты на создание турбины для ее использования в заявляемой деривационной скважинной гидроэлектростанции (ввиду очевидности решения графическая интерпретация его не приводится).

д) Со стороны устья скважины и через него дополнительно (либо только в ней) может быть установлен скважинный гидроагрегат, соединенный с нижней частью спущенной в скважину колонны труб с встроенным в нее электрокабелем; корпуса гидротурбины и электрогенератора выполнены с возможностью фиксирования и обеспечения восприятия реактивного момента опорным элементом, которым является, например, жестко закрепленная на устье скважины колонна труб, причем гидротурбиной является турбобур и электрогенератором - электробур в режиме электрогенератора; интервал скважины, в котором установлен скважинный гидроагрегат, вертикальный; нижним и верхним концами электрокабеля, встроенного в бурильную колонну, соединены соответственно электрогенератор и электропреобразователь; при этом окрестности размещения территориально разобщенных электропотребителей у устья скважины (выход скважинного гидроагрегата) и у зоны стока (выход поверхностного гидроагрегата) со своими электросетями являются центрами электропитания.

Решение по п.д) позволяет повысить энергетическую и экономическую эффективность за счет приспособленности применяемых в ней гидротурбины, электрогенератора - скважинного гидроагрегата и электрокабеля от электрогенератора до дневной поверхности для работы в скважинных условиях. Их приспособленность объясняется тем, что гидротурбина и электрогенератор (выполнен маслонаполненным) являются оборудованием техники бурения, соответственно, турбобур и электробур, способный работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве электрогенератора, ротор и якорь которых соединены. В качестве электрокабеля использован электрокабель, применяемый в скважинах при электробурении. Приспособленность гидроагрегата и электрокабеля в заявляемой ДС ГЭС позволяет эксплуатировать ее в глубоких скважинах, имеющих свою специфику: малые диаметры скважины (172-490 мм) и большие глубины - до 7000 м (выше отмечалось, что известные гидротурбины деривационных ГЭС разработаны для реально достижимых глубин до 1700-2000 м); высокие гидростатические давления - до 70,0 МПа; загрязненная скважинная вода, которая, в том числе может содержать абразивные включения; повышенные температуры в скважине на значительной глубине. Приспособленность гидроагрегата и электрокабеля для работы в скважинных условиях позволяет увеличить глубины их установки в скважине и при одинаковых расходах увеличить гидравлическую мощность гидротурбины и развиваемую электрическую мощность электрогенератора, соединенного с гидротурбиной. При этом достигается повышение энергетической [см. выше - уменьшение (улучшение) удельного показателя расхода воды на вырабатываемую электроэнергию] и экономической эффективности заявляемой ДС ГЭС. Экономическая эффективность заявляемой ДС ГЭС связана с тем, что установка и фиксация скважинного гидроагрегата в ней позволяет это осуществлять без сооружения для этого (в необходимых условиях) подземного здания деривационной ГЭС [уменьшаются затраты, связанные с сооружением (в необходимых условиях) подземного здания ГЭС].

Кроме того, эффективность заявляемой ДС ГЭС повышается и за счет совмещаемости операций по спуску, установке и фиксации в скважине с техническими средствами и технологиями, применяемыми при бурении (в том числе и операций по спуско-подъемам скважинного гидроэнергооборудования при его ремонтах и обслуживании). В частности, спуск скважинного гидроагрегата в скважину осуществляется с использованием буровой лебедки, применяемой при бурении снарядами со съемными керноприемниками (лебедка ССК) либо на бурильных трубах, а электрокабель - с использованием каротажной лебедки. При этом соединение с гидроагрегатом и отсоединение от него, в том числе в скважине, осуществляются с использованием специального наконечника, устанавливаемого на лебедке ССК. Фиксируется корпус скважинного гидроагрегата в скважине за счет, например, механического фиксатора, принцип работы, которого такой же, как принцип работы других скважинных устройств аналогичного назначения. При этом не требуется применения специальных скважинных грузонесущих электроканалов для электросообщения электрогенератора с дневной поверхностью.

В решении по п. д) гидроагрегат может быть установлен либо только в скважине (как указано выше), либо и в скважине, и на дневной поверхности в водоводе после пересечения направленно пробуренной скважины с поверхностью горного рельефа. При этом отбираемые гидроагрегатами мощности должны быть пропорциональны желаемым мощностям соответствующих потребителей, а суммарно они не должны превышать мощности потока в водоводе.

е) В условиях единого горного массива могут быть созданы несколько деривационных скважинных гидроэлектростанций, в каждой из которых может быть пробурено несколько попарно связывающих водозабор и водосток одной реки направленных скважин, так что они не имеют сообщений (ввиду очевидности решения графическая интерпретация его не приводится).

При осуществлении решения по п. е) выбираются попарные водозабор и водосток каждой из ДС ГЭС, исходя из обеспечения требуемой мощности электростанции и исходя из экономических соображений (исходя из очевидности решения графика не приводится).

ж) Водоемом может являться и (или) расположенная в верхней части горного рельефа емкость подземного гидроаккумулирования, сообщенная с земной поверхностью водосборными скважинами; для гидроаккумулирования используются подземные или поверхностные воды, в том числе образующаяся в паводковые периоды, либо в периоды таяния горных ледников; а зоной стока воды - расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона.

Высокая гора с расположенным в верхней ее части водоемом является важным признаком, необходимым для создания ДС ГЭС. Распространенными водоемами при этом являются поверхностные - горные реки, озера. Такие условия имеются не всегда. Решение по п.ж) позволяет расширить номенклатуру используемых в ДС ГЭС водоемов, в частности дополнить ее природными подземными водами (подземные водоносные интервалы), а также образующимися в паводковые периоды либо в периоды таяния горных ледников водами, например, с использованием решения по патенту РФ №2341618 «Способ гидроаккумулирования», заявка №2006137401 от 23.10.2006 г., М.кл. Е02В 9/00, опубл. 20.12.2008 г. Кроме того, для расширения номенклатуры методов формирования водотоков, не противоречащих требованиям «Водного кодекса РФ», п. ж) предложено, чтобы зоной стока воды был расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона.

Использование аккумулированной в подземном интервале воды как водоема у вершины горы в заявляемой ГЭС как деривационной справедливо, исходя из следующих соображений. Деривационная ГЭС (по понятию) предполагает создание параллельного основному потоку воды в реке другого - деривационного с уклоном, отличающимся от уклона основного русла реки. Для достижения большего напора деривационного потока отвод воды из реки в верхнем ее течении желательно делать как можно выше. Однако в горных условиях речной исток маловодный и образование деривационного отвода из него практически не возможно. Но, принимая во внимание природу формирования истока горной реки (питание от таяния горных снежников и ледников) и зоны подземного гидроаккумулирования по п. ж), можно сделать вывод об ее (природы) единстве. Исходя из этого, считаю правомерным решение по п. ж) в заявляемой деривационной скважинной ДС ГЭС как речного водоема.

з) В отводящем водоводе может быть установлен гидродинамический теплогенератор, например вихревой теплогенератор дискового типа, ротор которого соединен с ротором гидротурбины, установленной в отводящем водоводе, выход вихревого теплогенератора дискового типа может быть соединен с сетью системы отопления и горячего водоснабжения с возможностью переключения его выхода к потребителю горячей воды или (и) к теплогидроаккумулятору.

Известен тип гидродинамических теплогенераторов, проходя через которые поток воды нагревается, а для этого поток воды должен иметь параметры (давление и расход) не ниже регламентированных. К ним можно отнести вихревые (статические и динамические - или дисковые) (Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. Российская академия естественных наук. Молдавский центр «Неосферные технологии», г.Кишинев, 2001 г.), струйные и др.

В заявляемой работающей ДС ГЭС потери напора на гидроагрегате (гидротурбине) или их сумма на гидроагрегатах, включенных в один водовод, может быть меньше, чем напор воды, действующий в водоводе (в направленно пробуренной скважине). При этом поток воды в отводящем водоводе движется с определенным расходом под давлением (под напором). И если параметры потока в отводящем водоводе не ниже достаточных для работы теплогенератора гидродинамического типа, то при его установке в отводящем водотоке на его выходе (теплогенератора) температура воды потока повысится, вплоть до уровня, необходимого для отопления и горячего водоснабжения. Если давление в отводящем водоводе достаточо не только для работы гидродинамического теплогенератора, но и для прокачивания горячей воды по сети системы теплоснабжения, это позволяет осуществлять прокачивание горячей воды по сети системы к потребителям тепла или теплогидроаккумулятору (в том числе подземному), без дополнительных для этого затрат энергии.

Известно, что в горных условиях 50 и более % годового стока образуется в течение 3-4 летних месяцев. Именно этот период целесообразно использовать не только для выработки энергии, но и для ее аккумулирования. Распространенное в гидроэнергетике гидроаккумулирование путем создания водохранилищ в горных условиях зачастую не приемлемо из-за отсутствия подходящих для этого условий, подземное гидроаккумулирование до преобразования - ограничено, целесообразны в таких условиях, по нашему мнению, другие виды аккумулирования, в частности подземное аккумулирование тепловой энергии. Показано (Kabus F.В artels Y. Подземное аккумулирование тепла и холода. Журнал «Теплоэнергетика», №6, 2004 г., стр.70-76), что наиболее эффективно, менее затратно и технически проще реализуемо аккумулирование тепла в горячей воде в подземном водоносном интервале. Причем аккумулированное в летнее время таким образом тепло может быть достаточным для отопления потребителя тепла в течение всего последующего отопительного (зимнего) сезона, при этом тепло для теплоснабжения используется только из теплогидроаккумулятора. Схемы выработки тепла для теплоснабжения в горных условиях, в том числе подземного теплогидроаккумулирования, более подробно приведены в патентах РФ на изобретения: №2291255 «Тепловодоснабжающая скважина», №2329435 «Скважинный теплоисточник», №2371638 «Скважинная система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием». Решение по п.з) позволяет на заявляемой ДС ГЭС вырабатывать не только электрическую энергию, но вырабатывать и тепловую энергию и направлять (прокачивать) ее по сетям теплоснабжения к теплопотребителям, а также аккумулировать ее в многоводные периоды для последующего использования для теплообеспечения в отопительные, зимние (маловодные) периоды. При этом в качестве водоводов магистральных и распределительных сетей горячего водоснабжения могут быть использованы буровые скважины, при необходимости специально сооруженные с учетом конкретных условий их положения: тампонирование зон поглощений; перекрытие обсадными трубами интервалов неустойчивых, разрушаемых под действием горячей воды и набухаемых пород и др. Кроме того, решение по п.з) позволяет повысить надежность предлагаемой системы теплогенерирования и подземного теплогидроаккумулирования в сравнении с традиционными котельной и трубными тепловыми сетями. Известно (Прохоров В.А., Иванов В.Н., Попова М.В. Проблема обеспечения безопасности системы теплоснабжения населенных пунктов Якутии. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №12, 2009 г.), что в холодной время года (декабрь - март) случается наибольшее число аварий (74%), приемущественно за счет выхода из работы котельной и тепловых сетей (64%), а в собственно котельной - котла и насосов (92%). Согласно решению п.з) исключается работа котла при очень низких температурах, он в заявляемой ДС ГЭС отсутствует, а функционирует гидродинамический теплогенератор и используется в том числе горячая вода из подземного теплогидроаккумулятора. Тепловыми сетями являются буровые скважины, имеющие всегда положительную температуру. Давление в системах горячего и холодного водоснабжения создается за счет напора воды (высотного положения водного потока) и не зависит от технического состояния насосов. Эти приемущественные факторы (решение по п.з) заявляемой ДС ГЭС) позволяют повысить надежность заявляемой ДС ГЭС за счет более надежной работы в зимнее время ее систем теплогенерирования, подземного теплогидроаккумулирования, а также горячего и холодного водосн