Гидроэнергостанция

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.

 

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 N_Г1 - гидравлическая мощность потока воды, потребляемая гидроэлектроагрегатом в первом водоводе;

N_Г1 - гидравлическая мощность потока воды, потребляемая вихревым теплогенератором во втором водоводе.

Принимая во внимание, что N_Г1=P₁×Q₁, a N_Г2=Р₂×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 ГЭ_нС.

Диапазон изменения показателя энергоэффективности предлагаемой ГЭ_нС 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 ГЭ_нС ВТ, выражение (3') принимает следующий вид:

или Э_ГЭнС=ζ. При Э_ГЭнС=1,68.

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

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

N_ГЭнС=Q×η₁,

а энергоэффективность - следующий вид: .

При Э_ГЭнС=0,96.

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

При когенерационной выработке энергоресурсов на предлагаемой ГЭ_нС, 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 ГЭ_нС), 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 ГЭ_нС (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 ГЭ_нС); 3 - русло реки (нижний бьеф ГЭ_нС); 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 ГЭ_нС; 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 ГЭ_нС электрической энергии осуществляется следующим образом (фиг.1). Под давлением напора воды Н_н, 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 ГЭ_нС и сравниваемых вариантов известной ГЭС в системе с тепловой нагрузкой приведены в следующей таблице.

№ п/п	Наименование параметра	Значения параметра
Предлагаемой ГЭнС	Известной ГЭС с тепловой нагрузкой в виде ТЭНов	Известной ГЭС с тепловой нагрузкой в виде Эл. насосн. ВТ
1	2	3	4	5
1	Уровень воды в водохранилище, м (напор - давление, кгс/см2)	60 (6)	60 (6)	60(6)
2	Расход воды реки (Q), м3/с	728	728	728
3	Гидравлическая мощность (Nг) потока, кВт	428082	428082	428082
4	Мощность (Nтп) подключенного теплопотребителя (гидравлическая), кВт	111301	111301	111301
5	Расчетные расходы воды, эквивалентные выработке тепловой мощности, равной Nтп=111301 кВт, (Nтп=ΔNгэ2=ΔNгэ4=ΔNвт), м3/c	112,67	219,1	176,9
6	Первичные (гидравлические) мощности, расходуемые на «покрытие» тепловой нагрузки у потребителя (Nтп=111301,0 кВт), кВт	Nвт=P·Q2; 66250,0	ΔNгэ2=P·Q'2; 128830,0	ΔNгэ4=P·Q"2; 104017,2
7	Расходы воды, используемой (эквивалентные) на выработку электроэнергии, расходуемой на неэлектротепловое ее преобразование, м3/с	Q1=Q-Q2;	Q'1=Q-Q'2;	Q"1=Q-Q"2;
Q1=615,33	Q'1=508,9	Q"1=551,1
8	Мощности, 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'гэ	ΔN'гэ5=361814,0	ΔN'гэ1=299233,0	ΔN'гэ3=324046,8
	электрические (ΔNгэ -	ΔNгэ5=ΔN'гэ5·η1;	ΔNгэ1=ΔN'гэ1·η1;	ΔNгэ3=ΔN'гэ3·η1;
	с учетом η1)	ΔNгэ5=347341,4	ΔNгэ1=287266,7	ΔNгэ3=311084,0
9	Выходные мощности, кВт	NГЭнС=ΔNгэ5+Nтп=447612,4	NГЭС(ТЭН)=ΔNгэ1+Nтп=387537,7	NГЭС(Эл.нас.BT)=ΔNrэ3+Nтп=411355,9
10	Энергоэффективность	1,046	0,9	0,96
11	Увеличение (улучшение) энергоэффективности в сравнении с ГЭС(ТЭН)	ΔЭ1=[ЭГЭнС-ЭГЭС(ТЭН)]·100%; 14,6%	0	ΔЭ2=[ЭГЭС(Эл.нас.ВТ)-ЭГЭС(ТЭН)]·100%; 6,0%
12	Высвобождаемые (дополнительные) мощности вырабатываемой электроэнергии в сравнении с ГЭС(ТЭН), кВт	ΔNГЭнС(Э)=ΔNгэ5-ΔNгэ1; 60074,7	0	ΔNГЭС(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 N_Г через ГЭ_нС (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 ГЭ_нС Q₂, который имеет значение, равное 112,67 м³/с (строка 5 таблицы). Расход воды ГЭ_нС, используемый на выработку электроэнергии и последующие неэлектротепловое ее энергопотребление Q₁, составляет 615,33 м³/с (строка 7 таблицы). Расходы воды на ГЭ_нС по каналам выработки электроэнергии и тепловой энергии соответственно должны иметь значения Q₁=615,33 м³/с и Q₂=112, 67 м³/с. ГЭ_нС 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 ГЭ_нС.

Выработка тепловой энергии на предлагаемой ГЭ_нС осуществляется следующим образом (фиг.2). Под действием напора воды Н_н=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 N_ТП=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 ГЭ_нС.

Тепловая энергия в горячей воде от ГЭ_нС (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 ГЭ_нС 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 ГЭ_нС 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 ГЭ_нС, 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 ГЭ_нС и вариантов известной ГЭС при одинаковой гидравлической мощности и напоре ГЭ_нС (ГЭС), и одинаковой мощности теплопотребления.

В предлагаемой ГЭ_нС 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 ГЭ_нС выше энергоэффективности известной ГЭС (ее вариантов) - строка 10 таблицы. При одинаковой гидравлической мощности предлагаемой ГЭ_нС 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 ГЭ_нС.

Таким образом, при установке вихревых теплогенераторов на ГЭ_нС 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 ГЭ_нС тепловой энергии, тем больше ее энергоэффективность. Это может быть легко подтверждено следующим примером. В случае равенства расходов воды на ГЭ_нС-Q₁=Q₂, то есть ее гидравлическая мощность в равных долях используется на выработку электроэнергии и тепловой энергии, с учетом принятого формулу (3) можно записать:

Э_ГЭнС=0,5×(0,96+1,68)=1,32.

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

Уравнение энергетической эффективности для известной ГЭС_ТЭН (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 Э_ГЭнС=Э_{ГЭС(ТЭН)} позволяет отметить, что энергоэффективность предлагаемой ГЭ_нС выше энергоэффективности известной ГЭС_ТЭН.

В рассматриваемом примере гидравлическая мощность предлагаемой ГЭ_нС и вариантов известной ГЭС одинакова и составляет N_Г=428082 кВт. Мощность электрогенераторов (выходная) известной ГЭС составляет N_{ГЭС(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 ГЭ_нС 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 ГЭ_нС составляет 454,2 млн. кВт×ч.

За счет снижения потребления гидравлической мощности для приведенных в примере условий дополнительно на ГЭ_нС может быть выработана электроэнергия, которая с учетом коэффициента пересчета К_п 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×К_п=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 ГЭ_нС 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.