RU2544091C2

RU2544091C2 - Method to build autonomous submerged tidal power plant with single-sided locks

Info

Publication number: RU2544091C2
Application number: RU2012122371/13A
Authority: RU
Inventors: Мефодий Николаевич Бондарчук
Original assignee: Мефодий Николаевич Бондарчук
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2015-03-10
Also published as: RU2012122371A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to alternative sources of power, in particular, to tidal power plants. The method consists in the fact that a part of basin water area closed by a dam at the side of the sea, with a river flowing into it, exit of which into the sea is via hinged or pontoon gates only during ebb, together with the river bed from its mouth and to the dam is cut with the dam designed to create upper reach at the side of the river bed. The difference is discharged into lower reach via water conduits adjusted in the dam, to which submerged power units are connected. On the way of the river bed displaced by the dam to one of basin coasts, they install hinged or pontoon gates providing for only single-sided passage of a tidal wave into the water area of upper reach, providing for level difference necessary for turbines operation regardless of change in tide phases.

EFFECT: increased efficiency of power plant operation with lower costs and less time.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области альтернативных источников электроэнергии, в частности к приливным электростанциям /ПЭС/. Оно может быть использовано во всех с соответствующими условиями устьях северных рек и восточных рек РФ.The invention relates to the field of alternative sources of electricity, in particular to tidal power plants / PES /. It can be used in all mouths of the northern rivers and eastern rivers of the Russian Federation with appropriate conditions.

Известна первая ПЭС, построенная в устье реки Ранс (Франция), ее мощность, вырабатываемая 24 агрегатами, составляет 240 тыс. кВт, причем агрегаты работают как в фазе прилива, так и отлива, в направлении бассейн-море при подпоре русла с расстоянием 21 км, ПЭС вырабатывает 537 кВт/ч, а в направлении море-бассейн - 71,5 кВт/ч. Главным недостатком ПЭС на р. Ранс, как и всех ПЭС, является ее остановки при смене приливной волны, к другим недостаткам следует отнести перекрытия русла реки плотиной, строительство шлюзов, высокая стоимость капсульных гидроэнергетических агрегатов, устанавливаемых в самой плотине.The first PES, built at the mouth of the Rance River (France), is known, its power generated by 24 units is 240 thousand kW, and the units operate both in the ebb and low tide phase, in the pool-sea direction with the channel backwater with a distance of 21 km , PES produces 537 kW / h, and in the direction of the sea-basin - 71.5 kW / h. The main disadvantage of PES on the river. Rans, like all PES, is its stoppage when the tidal wave changes, other disadvantages include the overlapping of the riverbed by the dam, the construction of locks, the high cost of capsule hydropower units installed in the dam itself.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы при сравнимых условиях достичь сходных результатов при меньших затратах средств и времени. Указанный технический результат достигается тем, что эстуарий, гавань (далее бассейн), закрытый со стороны моря молом или дамбой, все ворота которой во время отлива работают только на опорожнение бассейна, меньшую часть акватории бассейна вместе с руслом реки от ее устья и до дамбы отсекают плотиной, предназначенной для образования на стороне реки верхнего бьефа, а сброс перепада в нижний бьеф акватории бассейна осуществляется через регулируемые водоводы, предназначенные для присоединения наплавных энергоблоков. На пути речного русла, смещенного плотиной к одному из берегов бассейна, устанавливают в дамбе откидные или понтонные затворы, предназначенные только для свободного прохода приливной волны. Суммарная встреча потоков при открытом затворе и удерживаемый речной сток с подпором при закрытом затворе образуют устойчивый верхний бьеф, обеспечивающий беспрерывную работу турбин энергоблоков вне зависимости от направления потока речного русла. Опорожняющийся достаточным количеством откидных и понтонных затворов нижний бьеф при отливе обеспечит необходимый перепад уровней, что необходимо для устойчивой работы энергоблоков в паузах между приливом и отливом автономной наплавной приливной электростанции. Беспрерывность работы турбин энергоблоков достигается тем, что при отливе перепад уровней между верхним и нижним бьефами поддерживается запертой при выходе в море односторонним запором реки, при смене фаз прилива, приливная волна, превосходящая речной напор, откроет ворота или запоры, чем обеспечит подпор реки или повернет ее течение вспять, что также повысит КПД турбин ПЭС.The technical result of the invention is that under comparable conditions to achieve similar results with less cost and time. The specified technical result is achieved by the fact that the estuary, harbor (hereinafter referred to as the pool), closed by a pier or dam from the sea side, all gates of which at low tide work only to empty the pool, cut off the smaller part of the basin’s water area from its mouth to the dam to the dam a dam intended for the formation of an upper reach on the river side, and the discharge of the difference into the lower reach of the basin’s water is carried out through adjustable water conduits designed to connect floating power units. On the way of the river channel, shifted by a dam to one of the banks of the basin, hinged or pontoon gates are installed in the dam, intended only for the free passage of the tidal wave. The total meeting of flows with an open gate and the retained river flow with a backwater with a closed gate form a stable upstream, providing continuous operation of power unit turbines regardless of the direction of flow of the river channel. Emptied by a sufficient number of hinged and pontoon gates, the lower pool at low tide will provide the necessary level difference, which is necessary for the stable operation of power units in the pauses between the tide and the tide of an autonomous floating tidal power station. The continuity of the operation of power unit turbines is achieved by the fact that during low tide the level difference between the upper and lower pools is supported by a unilateral river constipation that is locked when entering the sea, when the tidal phases change, a tidal wave that exceeds the river head will open gates or locks, which will provide river backwater or turn its course is reversed, which will also increase the efficiency of PES turbines.

С учетом того что русло реки смешают к одному из берегов бассейна, где из-за возможно небольших глубин шаровидный энергоблок с осевой турбиной может оказаться малоэффективным, приемлемым представляется наплавной энергоблок /НЭБ/ в виде параллелепипеда с конусообразным прямоугольного сечения водоводом с ортогональной турбиной (от) внутри; его принципиальное сходство с НЭБ аналога, пристыкованном к одному из водоводов на опытной Кислогубской ПЭС (см. н-т ж. «Малая энергетика» №4, 2008, стр. 7), но от указанного аналога данное предположение может отличаться тем, что из-за одностороннего пропуска водопотока его водовод, а следовательно, и сам блок может быть укорочен ровно наполовину, учитывая что у данного предложения есть возможность выноса генератора за пределы НЭБ, то сам НЭБ по высоте может быть снижен в три раза и, если габариты аналога составляют 33×10×15 м., то длина предложенного блока - 16,5 м, ширина - 10 м и высота - 5 м, при этом диаметр колеса турбины аналога - 5 м, длина лопастей - 4 м, если для данного предложения диаметр ОТ увеличить на один метр, то мощность при укороченных на столько же лопастях останется неизменной, а это значит, что НЭБ может быть ниже на один метр. С учетом того что НЭБ данного предложения по сравнению с аналогом рассчитан на работу в сравнительно «мягких» условиях, его турбина поэтому конструктивно может быть облегчена до положительных значений, при условии что вал ОТ, диски, стойки и лопасти будут изготовляться из полого профиля с применением высокопрочных композитных материалов, в соответствующем сочетании инновационных технологий возможно использование и легких пород древесины. При установке ОТ на вертикальную ось в облегченном исполнении отпадает необходимость в установке 63-тонного днища, а следовательно, и в опорных подшипниках, их заменят вкладыши, используемые обычно в тихоходных механизмах.Given that the riverbed is mixed to one of the shores of the basin, where, due to possibly small depths, a spherical power unit with an axial turbine may be ineffective, a floating power unit / NEB / in the form of a parallelepiped with a cone-shaped rectangular cross-section with an orthogonal turbine (from) inside; its principal similarity with the NEB of an analogue docked to one of the water conduits at the experimental Kislogubskaya TPP (see the scientific journal “Small Power Engineering” No. 4, 2008, p. 7), but this assumption may differ from that analogue in that - due to the unilateral passage of the water stream, its conduit, and therefore the block itself, can be shortened exactly by half, given that this proposal has the option of moving the generator outside the NEB, then the NEB itself can be reduced by three times in height and, if the analog dimensions are 33 × 10 × 15 m., Then the length of the proposed about the block - 16.5 m, width - 10 m and height - 5 m, while the diameter of the turbine wheel of the analogue is 5 m, the length of the blades is 4 m, if for this proposal the diameter of the OT is increased by one meter, then the power when shortened by the same number of blades will remain unchanged, which means that the NEB may be lower by one meter. Taking into account the fact that the NEB of this proposal, in comparison with the analogue, is designed to operate in relatively “mild” conditions, its turbine can therefore be structurally facilitated to positive values, provided that the OT shaft, disks, racks and blades are made of a hollow profile using high-strength composite materials, in an appropriate combination of innovative technologies it is possible to use light wood species. When installing the OT on the vertical axis in a lightweight version, there is no need to install a 63-ton bottom, and therefore in the thrust bearings, they will be replaced by liners, which are usually used in slow-moving mechanisms.

При этом в качестве корпуса для облегченного НЭБ могут быть использованы соответствующих габаритов корпуса лихтерных барж. При перепадах уровней между верхним и нижним бьефами может потребоваться подпор плотины со стороны нижнего бьефа, в виде двух укороченных свай, одна из которых в качестве подкоса для основной сваи - вторая для упора подкосины (на схеме не показано). Доставка железобетонных конструкций остается такой же, вертикальные корытоподобные панели, соединенные коробом, для герметичности используют стройгерметик, запас плавучести короба достаточен для доставки двух длинных свай, П-образные в поперечном сечении, фундаментальные панели также соединяются коробом и к ним прикрепляют две укороченные сваи. Ориентировочная потребность в стройдеталях на один км. Плотины: при длине П-панели, равной 10 м, потребуется 100 длинных свай и столько же укороченных, при подпоре плотины через одну длинную сваю - дополнительно 100 вертикальных К-П панелей при ширине 10 м и столько же П-панелей под фундамент, перечисленные материалы доставляются караванным способом в составе из 50 комплектов. Для исключения подмыва плотины со стороны реки под ребро П-панели, для образования противофильтрационного берда подстелают рулонный материал с последующей его присыпкой (см. там же Мал. Эн-ка, стр.33).At the same time, the corresponding dimensions of the lighter barge hull can be used as a hull for a lightweight NEB. In case of level differences between the upper and lower pools, it may be necessary to support the dam from the side of the lower pool, in the form of two shortened piles, one of which as a strut for the main pile is the second to support the strut (not shown in the diagram). Delivery of reinforced concrete structures remains the same, vertical trough-like panels connected by a box, use a building sealant for tightness, the buoyancy margin of a box is sufficient to deliver two long piles, U-shaped in cross section, the fundamental panels are also connected by a box and two shortened piles are attached to them. Estimated need for building parts per km. Dams: with a P-panel length of 10 m, 100 long piles and the same number of shortened ones are required; if a dam is supported through one long pile, an additional 100 vertical K-P panels with a width of 10 m and the same number of P-panels under the foundation are listed materials are delivered in a caravan way consisting of 50 sets. To exclude the washing of the dam from the river side under the ridge of the P-panel, for the formation of an anti-filtration reed, roll material is spread with its subsequent powdering (see Mal. En-ka, p. 33).

ЛитератураLiterature

1. Р. Жибра энергия приливов и приливные электростанции. М.: «МИР», 1964.1. R. Zhibra tidal energy and tidal power. M .: MIR, 1964.

2. Морской энциклопедический справочник в двух томах, Л., 1987.2. Maritime Encyclopedic Reference in two volumes, L., 1987.

3. Малая энергетика, периодический научно-технический журнал, №4, 2008.3. Small energy, periodical scientific and technical journal, No. 4, 2008.

Claims

1. A method of constructing an autonomous floating tidal power station with one-way locks, including a pool closed by a dam on the sea side with a river flowing into it, access to the sea of which is via hinged or pontoon locks only at low tide, part of the basin’s water area along with the river channel from its estuaries and to the dam are cut off by a dam designed to create an upper pool from the side of the river channel, and the discharge of the delta into the lower pool is carried out through regulated in the dam water conduits, to which floating power units are connected, while on the way of the river channel displaced by the dam to one of the banks of the basin, hinged or pontoon gates are installed, providing only one-way passage to the tidal wave upstream, providing the level difference necessary for continuous operation of the turbines, regardless of the change in tidal phases .

2. The method according to claim 1, characterized in that the power units located in the floating power units are delivered to the place of operation by the floating method, while having a water ballast chamber, the possibility of immersion as well as lifting for technical inspection, repair or replacement is achieved.

3. The method according to claim 1, characterized in that during the construction of autonomous floating tidal power plants in pools closed by a dam or pier from sea waves, light low-pressure dams from reinforced concrete structures delivered to the place of dam construction using a floating method are used.