CZ310166B6 - A pumped storage with stable reservoirs - Google Patents
A pumped storage with stable reservoirs Download PDFInfo
- Publication number
- CZ310166B6 CZ310166B6 CZ2023-258A CZ2023258A CZ310166B6 CZ 310166 B6 CZ310166 B6 CZ 310166B6 CZ 2023258 A CZ2023258 A CZ 2023258A CZ 310166 B6 CZ310166 B6 CZ 310166B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- modules
- power plant
- tanks
- tank
- pumped
- Prior art date
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 201
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 136
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 99
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 77
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 42
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000013022 venting Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 171
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 41
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 26
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 18
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 17
- 238000013461 design Methods 0.000 description 16
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 16
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 16
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 15
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 14
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 12
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 12
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 12
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 11
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 10
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 8
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036626 alertness Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009424 underpinning Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Vynález se týká přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi.The invention relates to a pumped storage power plant with stable tanks.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Mezi spotřebou a výrobou elektrické energie existuje od počátku značný nesoulad.There has been a significant mismatch between electricity consumption and production since the beginning.
Spotřeba elektrické energie má velmi proměnlivý průběh a požaduje, aby se její výroba operativně přizpůsobovala, výroba elektrické energie vyžaduje naopak co nej rovnoměrnější odběr. Pokud jde o výrobu energie v tepelných elektrárnách, dokáže se přizpůsobit požadavkům spotřeby, i když často za cenu velkých ztrát z nevyužité energie nebo z nevyužité výrobní kapacity.The consumption of electricity has a very variable course and requires that its production be operatively adapted, the production of electricity, on the other hand, requires the most even consumption possible. When it comes to power generation in thermal power plants, it can adapt to consumption requirements, although often at the cost of large losses from unused energy or from unused production capacity.
V poslední době výrazně narůstá využívání obnovitelných zdrojů energie, zejména ve větrných a slunečních elektrárnách, které jsou všemožně zvýhodňovány před elektrárnami na fosilní paliva, ale výroba elektrické energie v nich je závislá na momentálních klimatických podmínkách, denní a roční době, elektrický výkon je tedy dosti obtížné předvídat, což ovšem působí silně destabilizujícím účinkem v energetické síti.Recently, the use of renewable energy sources has been increasing significantly, especially in wind and solar power plants, which are favored in every possible way over fossil fuel power plants, but the production of electricity in them depends on the current climatic conditions, day and time of year, so the electrical output is quite difficult to predict, which, however, has a strong destabilizing effect on the energy network.
Provázanost dnešních elektrických přenosových sítí umožňuje určitou vzájemnou výpomoc regionů při překonávání odběrových špiček nebo při výpadku některých velkých zdrojů energie. Přetrvávající technické a politické odlišnosti jednotlivých zemí však nedovolují řešit tento problém v kontinentálním měřítku.The interconnectedness of today's electricity transmission networks allows regions to help each other when overcoming demand peaks or when certain large energy sources fail. However, the persistent technical and political differences of individual countries do not allow solving this problem on a continental scale.
Výsledkem je velmi napjatá situace, kdy hrozí čím dál častější i rozsáhlejší výpadky v dodávce elektrické energie.The result is a very tense situation where there is a threat of increasingly frequent and large-scale power outages.
Efektivnímu vyrovnávání disproporcí mezi spotřebou a výrobou elektrické energie, rychlejšímu rozvoji elektráren na obnovitelné zdroje energie a omezování provozu palivových elektráren zcela zásadním způsobem brání naprostý nedostatek ekonomicky a ekologicky příznivých akumulátorů energie s vysokým výkonem, kapacitou a účinností.The complete lack of economically and ecologically favorable energy accumulators with high performance, capacity and efficiency prevents the efficient balancing of disproportions between the consumption and production of electricity, the faster development of power plants based on renewable energy sources and the limitation of the operation of fuel power plants in a very fundamental way.
Zdaleka nejvíce jsou pro tyto účely využívány přečerpávací elektrárny, protože nabízejí největší kapacitu, mají nejdelší životnost a vykazují nejvyšší efektivnost nákladů. Jsou založeny na akumulování gravitační potenciální energie vody jejím přečerpáváním z dolní nádrže do horní nádrže.Pumped-storage power plants are by far the most used for these purposes, as they offer the largest capacity, have the longest life, and are the most cost-effective. They are based on accumulating the gravitational potential energy of water by pumping it from the lower reservoir to the upper reservoir.
Hladina vody v horní nádrži je umístěna výše než hladina vody v dolní nádrži.The water level in the upper tank is placed higher than the water level in the lower tank.
Výškový rozdíl mezi hladinou vody v dolní nádrži a hladinou vody v horní nádrži je též nazýván výtlačná výška nebo výškový spád.The height difference between the water level in the lower reservoir and the water level in the upper reservoir is also called the discharge height or height gradient.
Přečerpávací elektrárny mají nejčastěji konstrukční provedení se stabilními nádržemi.Pumped-storage power plants are most often designed with stable tanks.
Realizace dosavadních typů těchto přečerpávacích elektráren je ale uskutečnitelná jen v úzce specifických podmínkách.However, the implementation of the existing types of these pumped-storage power plants is only feasible under narrowly specific conditions.
U přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi je vzdálenost mezi horní nádrží a dolní nádrží stálá, obě nádrže jsou umístěny stabilně na zemském povrchu.In a pumped storage power plant with stable tanks, the distance between the upper tank and the lower tank is constant, both tanks are placed stably on the earth's surface.
- 1 CZ 310166 B6- 1 CZ 310166 B6
U stabilních nádrží se při přečerpávání mění výškový rozdíl mezi hladinou vody v dolní nádrži a v horní nádrži.For stable reservoirs, the height difference between the water level in the lower reservoir and the upper reservoir changes during pumping.
Kolísání hladiny vody v přírodních nádržích poškozuje jejich břehy a biologii života.Fluctuations in water levels in natural reservoirs damage their banks and the biology of life.
Přečerpáváním obrovského množství vody mezi nádržemi se periodicky mění měrné zatížení jejich podloží, což může vyvolávat zemětřesení nebo sesuvy půdy.By pumping huge amounts of water between reservoirs, the specific load of their subsoil changes periodically, which can cause earthquakes or landslides.
Povrchové přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi sice obvykle využívají jako dolní nádrž nějakou přírodní nebo umělou nádrž, která byla vytvořena historicky již dříve, ale pro horní nádrž umístěnou mimo půdorys dolní nádrže vyžadují další značné samostatné prostory v hornatém terénu a proto jejich další výstavba stále častěji naráží na odpor kvůli oprávněným zájmům ochrany krajiny a přírody. V rovinatých nebo v hustě osídlených oblastech je nelze stavět.Although surface pumping power plants with stable reservoirs usually use a natural or artificial reservoir as the lower reservoir, which was created historically earlier, but for the upper reservoir located outside the floor plan of the lower reservoir, they require additional considerable separate spaces in mountainous terrain, and therefore their further construction is more and more often encountered against the legitimate interests of landscape and nature protection. They cannot be built in flat or densely populated areas.
Podzemní přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi jsou ohrožovány geologickými vlivy a korozně agresivním prostředím.Underground pumping stations with stable reservoirs are threatened by geological influences and a corrosively aggressive environment.
U dosavadních přečerpávacích elektráren se stabilními nádržemi je výškový rozdíl mezi nádržemi vytvořen morfologií terénu a horní nádrž je nad dolní nádrží nesena přírodním zemským masivem.In existing pumped-storage power plants with stable reservoirs, the height difference between the reservoirs is created by the morphology of the terrain, and the upper reservoir is supported above the lower reservoir by a natural earth massif.
Je známa vlnová vodní elektrárna, kde v moři, které slouží jako dolní nádrž, je umístěn základ, na něm je umístěn podstavec (mezikus) a na něm je uložena horní nádrž. Tato elektrárna slouží k výrobě elektrické energie z výškového rozdílu hladin vody způsobeného pravidelným přírodním vlněním vody v moři nebo přílivem a odlivem a neslouží jako přečerpávací elektrárna k ukládání přebytků elektrické energie a jejich spotřebovávání za účelem vyrovnávání náhodných rozdílů mezi spotřebou a výrobou elektrické energie v elektrické síti.A wave hydroelectric power plant is known, where a foundation is placed in the sea, which serves as a lower reservoir, a plinth is placed on it (the mesium) and an upper reservoir is placed on it. This power station is used to generate electricity from the height difference of water levels caused by the regular natural waves of water in the sea or tides and does not serve as a pumped storage power station to store surplus electricity and use it to compensate for random differences between electricity consumption and electricity generation in the electricity grid .
Energetická soustrojí dosavadních přečerpávacích elektráren často poškozují populaci ryb, které jsou v nádržích obvykle chovány, a erodují nasáváním mechanických nečistot ze dna dolních nádrží.The energy systems of existing pumping stations often damage the fish populations that are usually kept in the reservoirs and erode by sucking mechanical impurities from the bottom of the lower reservoirs.
Dosavadní přečerpávací elektrárny mají energetickou účinnost přibližně 75 %, tzn., že 25 % přeměňované energie se mění na odpadní teplo, které se odvádí bez užitku do okolního prostředí především odpařováním ohřáté přečerpávané vody v otevřených vodních nádržích a konvekcí vody a vzduchu kolem stěn spojovacího potrubí a objektů elektráren. V poměru k objemu přečerpávané vody jsou teplosměnné plochy velké a nejsou tepelně nijak izolované, proto se veškeré odpadní teplo snadno odvede ze soustavy během každého přečerpávacího cyklu a teplota přečerpávané vody se tudíž nezvyšuje. Druhotné využití tohoto odpadního tepla přečerpávané vody je nerentabilní jednak proto, že přečerpávaná voda má nízkou teplotu, která se jen minimálně liší od teploty okolí, a dále proto, že objekty přečerpávacích elektráren jsou stavěny obvykle daleko od obydlených oblastí.Current pumped-storage power plants have an energy efficiency of approximately 75%, i.e. 25% of the converted energy is converted into waste heat, which is discharged useless into the surrounding environment mainly by evaporation of heated pumped water in open water reservoirs and convection of water and air around the walls of the connecting pipe and power plant facilities. In relation to the volume of pumped water, the heat exchange surfaces are large and are not thermally insulated in any way, therefore all waste heat is easily removed from the system during each pumping cycle and the temperature of the pumped water does not therefore increase. The secondary use of this waste heat of the pumped water is unprofitable, firstly because the pumped water has a low temperature that differs only minimally from the ambient temperature, and also because pumped power plant buildings are usually built far from populated areas.
V českém užitném vzoru CZ 36529 U1 je popsána přečerpávací elektrárna obsahující nádrž, která je umístěna jako plovoucí v základní nádrži nebo jako stabilizovatelná na zarážkách upevněných na konstrukci, která může být ukotvena na břehu nebo na dně základní nádrže. Přečerpávání se provádí mezi základní nádrží a plovoucí nádrží, přičemž základní nádrž (např. moře, jezero) konstrukčně není součástí přečerpávací elektrárny. V případě provedení se zarážkami se během přečerpávacího cyklu, v zájmu plného využití výškového spádu a tím i kapacity, pravidelně střídají plovoucí (svisle pohyblivá) pozice a stabilizovaná pozice plovoucí nádrže v základní nádrži.In the Czech utility model CZ 36529 U1, a pumped storage power plant containing a tank is described, which is placed as a float in the base tank or as a stabilizer on stops fixed to a structure that can be anchored on the shore or at the bottom of the base tank. Pumping is carried out between the base tank and the floating tank, while the base tank (e.g. sea, lake) is not structurally part of the pumped-storage power plant. In the case of the design with stops, during the transfer cycle, in order to fully utilize the height drop and thus the capacity, the floating (vertically moving) position and the stabilized position of the floating tank in the base tank alternate regularly.
V českém užitném vzoru CZ 36530 U1 je popsána přečerpávací elektrárna obsahující plovoucí nádrž umístěnou v základní nádrži, přičemž plovoucí nádrž obsahuje dolní nádrž a horní nádrž.In the Czech utility model CZ 36530 U1, a pumped storage power plant containing a floating tank located in a base tank is described, while the floating tank contains a lower tank and an upper tank.
-2CZ 310166 B6-2CZ 310166 B6
Přečerpávání se provádí mezi dolní nádrží a horní nádrží, bez prostřednictví základní nádrže, která není součástí přečerpávací elektrárny. Plovoucí nádrž je nesena výhradně hydrostatickým vztlakem, který působí na její plovákovou část. K plnému využití vztlakových možností může plovoucí nádrž (její plováková část) využívat teoreticky téměř celou hloubku základní nádrže, a za tím účelem může být konstrukce plovoucí nádrže výrazně odlehčena, tudíž ani není umístitelná či umístěna na dně základní nádrže. Není tedy určena pro umístění na dně základní nádrže, zejména ne v souvislosti s přečerpáváním, naopak při kontaktu se dnem základní nádrže by mohlo dojít k poškození plovoucí nádrže.Pumping is carried out between the lower reservoir and the upper reservoir, without the intermediary of the base reservoir, which is not part of the pumping station. A floating tank is supported exclusively by hydrostatic buoyancy, which acts on its float part. To make full use of the buoyancy possibilities, the floating tank (its floating part) can theoretically use almost the entire depth of the base tank, and for this purpose the structure of the floating tank can be significantly lightened, so it cannot even be placed or placed on the bottom of the base tank. Therefore, it is not intended for placement on the bottom of the base tank, especially not in connection with pumping, on the contrary, contact with the bottom of the base tank could damage the floating tank.
V americké patentové přihlášce US 2013257057 AI je popsána přečerpávací elektrárna obsahující dolní nádrž a horní nádrž, které jsou obě umístěny v základní nádrži, konkrétně dolní nádrž pod úrovní hladiny vody v základní nádrži a horní nádrž nad úrovní hladiny vody v základní nádrži. Spojovací potrubí a energetické soustrojí jsou uspořádány tak, že čerpací režim se uskutečňuje z dolní do horní nádrže a turbínový režim se uskutečňuje prostřednictvím základní nádrže, tedy nikoliv přímo z horní do dolní nádrže. Základní nádrž není součástí přečerpávací elektrárny.US patent application US 2013257057 AI describes a pumped storage power plant comprising a lower tank and an upper tank, both of which are located in a base tank, namely a lower tank below the water level in the base tank and an upper tank above the water level in the base tank. The connecting pipes and the power system are arranged in such a way that the pumping mode takes place from the lower to the upper tank and the turbine mode takes place through the base tank, i.e. not directly from the upper to the lower tank. The base tank is not part of the pumped storage plant.
V mezinárodní patentové přihlášce WO 2016128962 AI je popsána přečerpávací elektrárna obsahující stabilní nádrž, která je umístěna (zcela ponořena) v základní nádrži. Přečerpávání se může dít pouze mezi stabilní nádrží a základní nádrží. Na hladině plave přetlakový vzdušník, který je ohebným potrubím spojen se stabilní nádrží a slouží mj. k vyrovnávání přetlaku vzduchu nad hladinou vody ve stabilní nádrži s hydrostatickým tlakem vody ve stabilní nádrži. Základní nádrž není součástí přečerpávací elektrárny.International patent application WO 2016128962 AI describes a pumped storage power plant comprising a stable tank which is located (fully submerged) in a base tank. Pumping can only happen between the stable tank and the base tank. An overpressure air tank floats on the surface, which is connected to the stable tank by a flexible pipe and serves, among other things, to equalize the overpressure of the air above the water level in the stable tank with the hydrostatic pressure of the water in the stable tank. The base tank is not part of the pumped storage plant.
Úkolem vynálezu je přečerpávací elektrárna se stabilními nádržemi, která bude mít stabilní, vysokou a efektivní konstrukci, nebude vyžadovat rozsáhlé pozemky pro každou nádrž, bude umístitelná i na rovině a poblíž obydlených oblastí a umožní využívat odpadní teplo vzniklé při přečerpávání.The task of the invention is a pumping power plant with stable reservoirs, which will have a stable, high and efficient structure, will not require large plots of land for each reservoir, will be able to be placed even on the plain and near populated areas, and will allow the use of waste heat generated during pumping.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Vynález řeší uvedený úkol přečerpávací elektrárnou pro přečerpávání kapaliny nebo plynu mezi dolní stabilní nádrží a horní stabilní nádrží, kde přečerpávací elektrárna obsahuje horní stabilní nádrž a dolní stabilní nádrž, dále obsahuje základ, který je umístitelný v podloží a na kterém je umístěn mezikus, na kterém je umístěna horní stabilní nádrž, a dále obsahuje potrubí a energetické soustrojí pro přečerpávání kapaliny nebo plynu mezi dolní stabilní nádrží a horní stabilní nádrží, jejíž podstatou je, že dolní stabilní nádrž je umístěna na základu nebo nad základem v prostoru mezikusu. Pro účely tohoto vynálezu se pojmy „horní nádrž“ a „horní stabilní nádrž“, a rovněž „dolní nádrž“ a „dolní stabilní nádrž“ používají zaměnitelně.The invention solves the stated task with a pumping power plant for pumping liquid or gas between a lower stable tank and an upper stable tank, where the pumping power plant contains an upper stable tank and a lower stable tank, and also contains a foundation that can be placed in the subsoil and on which an intermediate piece is placed, on which the upper stable tank is placed, and further contains pipelines and energy equipment for pumping liquid or gas between the lower stable tank and the upper stable tank, the essence of which is that the lower stable tank is located on the foundation or above the foundation in the space of the intermediate piece. For purposes of this invention, the terms "upper tank" and "upper stable tank" as well as "lower tank" and "lower stable tank" are used interchangeably.
Přečerpávání se uskutečňuje v prostředí dvou tekutin s rozdílnou hustotou. Z důvodu gravitace se řidší a tedy lehčí tekutina zdržuje nad hladinou hustší a tedy těžší tekutiny,Pumping takes place in the environment of two fluids with different densities. Due to gravity, the thinner and therefore lighter fluid stays above the surface of the denser and therefore heavier fluid,
Tekutinami s rozdílnou hustotou jsou s výhodou kapalina jako tekutina s větší hustotou (dále jen kapalina) a plyn jako tekutina s menší hustotou (dále jen plyn). Kapalinou je s výhodou voda, plynem je s výhodou vzduch.Liquids with different densities are preferably liquid as a liquid with a higher density (hereinafter referred to as liquid) and gas as a liquid with a lower density (hereinafter referred to as gas). The liquid is preferably water, the gas is preferably air.
Přečerpávána může být tekutina s větší hustotou nebo tekutina s menší hustotou nebo obě tekutiny, a to současně nebo odděleně.A fluid with a higher density or a fluid with a lower density or both fluids can be pumped simultaneously or separately.
Přečerpávací elektrárna může být s výhodou naplněna sladkou vodou z řeky nebo z jezera, čímž se vnitřní prostory nádrží, spojovacího potrubí a energetických soustrojí lépe ochrání proti korozi.The pumping station can advantageously be filled with fresh water from a river or a lake, thereby better protecting the internal spaces of tanks, connecting pipes and power plants against corrosion.
Nádrže mohou být otevřené do okolního prostředí nebo uzavřené.Tanks can be open to the environment or closed.
-3 CZ 310166 B6-3 CZ 310166 B6
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu vyžaduje pro své umístění podklad o potřebné ploše. Podklad může mít různou poddajnost, pevnost - od pevné hominy přes bahno až po kapalinu.The pumping station according to the invention requires a basis for the necessary area for its location. The base can have different flexibility, strength - from solid loam to mud to liquid.
Jestliže je jako podklad k dispozici pevné podloží, lze na něm postavit přečerpávací elektrárnu se stabilními nádržemi. Z únosnosti podloží lze vyvozovat hmotnost ostatních částí přečerpávací elektrárny. Podloží musí být dostatečně únosné, aby na něm mohla být postavena výkonná elektrárna. Pokud není podloží dostatečně únosné, je nutno podloží zpevňovat, což zvyšuje náklady na výstavbu.If solid ground is available as a base, a pumped-storage power plant with stable reservoirs can be built on it. The weight of other parts of the pumping station can be deduced from the bearing capacity of the subsoil. The subsoil must be sufficiently load-bearing so that a powerful power plant can be built on it. If the subsoil is not sufficiently load-bearing, it is necessary to strengthen the subsoil, which increases construction costs.
Nádrže obsahují prostor pro hustší a řidší tekutinu, např. kapalinový prostor a plynový prostor.Tanks contain space for denser and thinner fluid, e.g. liquid space and gas space.
V přečerpávací elektrárně s otevřeným provedením kapalinového prostoru nádrží lze jako kapalinu s výhodou používat běžnou nebo částečně upravenou vodu, s výhodou upravenou filtrováním, aby nemohlo dojít k ohrožení okolního životního prostředí při náhodném vytečení vody z nádrží.In a pumped-storage power plant with an open design of the liquid space of the tanks, ordinary or partially treated water, preferably treated by filtering, can be used as a liquid, so that there is no danger to the surrounding environment in case of accidental leakage of water from the tanks.
V uzavřeném provedení kapalinového prostoru nádrží může být voda s výhodou zahuštěna rozpustnými nebo nerozpustnými látkami, čímž lze dosáhnout vyšších přenášených výkonů, a může být upravena pro snížení erozivního či korozivního působení na součásti přečerpávací elektrárny či pro snížení vzniku minerálních usazenin.In the closed design of the liquid space of the tanks, the water can advantageously be thickened with soluble or insoluble substances, which can achieve higher transmitted powers, and it can be modified to reduce the erosive or corrosive effect on the components of the pumping station or to reduce the formation of mineral deposits.
Přečerpávací elektrárna se stabilními nádržemi je s výhodou vybavena zachycovací nádrží nezbytného objemu pro případný únik upravené kapaliny z některých nádrží.A pumped storage power plant with stable tanks is preferably equipped with a collection tank of the necessary volume for possible leakage of treated liquid from some tanks.
V přečerpávací elektrárně s otevřeným provedením plynového prostoru nádrží je jako plyn k dispozici vzduch.Air is available as a gas in a pumped storage power plant with an open design of the gas space of the tanks.
V uzavřeném provedení nádrží je plynový prostor nad hladinou kapaliny v nádržích oddělen od okolní atmosféry a tlak plynu nemusí být roven tlaku okolní atmosféry. Může zde být výhodně používán inertní plyn, s výhodou dusík, který je sice dražší, ale snižuje korozi součástí přečerpávací elektrárny.In the closed version of the tanks, the gas space above the liquid level in the tanks is separated from the surrounding atmosphere, and the gas pressure does not have to be equal to the pressure of the surrounding atmosphere. An inert gas can advantageously be used here, preferably nitrogen, which is more expensive, but reduces the corrosion of parts of the pumping station.
Potenciální energie se v přečerpávací elektrárně nachází ve formě polohové a tlakové energie tekutin v nádržích. Poměry jednotlivých druhů energie se v průběhu přečerpávání mění.The potential energy in the pumping station is in the form of the positional and pressure energy of the fluids in the reservoirs. The proportions of individual types of energy change during pumping.
Přečerpáváním jedné z tekutin se může měnit nejen potenciální energie této tekutiny, ale také potenciální energie druhé tekutiny. Přečerpávat lze jednu nebo obě tekutiny odděleně nebo současně.Pumping one of the fluids can change not only the potential energy of this fluid, but also the potential energy of the other fluid. One or both fluids can be pumped separately or simultaneously.
Provozní výškový rozdíl hladin hustší tekutiny je tvořen výškovým rozdílem mezi hladinou hustší tekutiny v horní nádrži a hladinou hustší tekutiny v dolní nádrži.The operating height difference of the denser liquid levels is formed by the height difference between the level of the denser liquid in the upper tank and the level of the denser liquid in the lower tank.
Dolní nádrž a horní nádrž jsou mezi sebou spojeny pomocí spojovacího potrubí s energetickým soustrojím.The lower tank and the upper tank are connected to each other by means of a connecting pipe with an energy system.
Energetické soustrojí pro přečerpávání hustší tekutiny je pomocí spojovacího potrubí připojeno výtlačnou stranou k horní nádrži a sací stranou k dolní nádrži.The energy system for pumping a denser liquid is connected by means of a connecting pipe with the discharge side to the upper tank and the suction side to the lower tank.
Provozní výška hustší tekutiny ve spojovacím potrubí je s výhodou vyšší na straně energetického soustrojí připojené k horní nádrži než na straně připojené k dolní nádrži.The operating height of the denser fluid in the connecting pipe is preferably higher on the side of the power plant connected to the upper tank than on the side connected to the lower tank.
Výškový rozdíl je tak zpracováván především přetlakovou, výtlačnou stranou energetického soustrojí, nikoliv jeho podtlakovou, sací stranou, což umožňuje dosáhnout vysokého provozního výškového rozdílu a neomezovat provozní výškový rozdíl pouze na sací výšku, která jeThe height difference is thus processed mainly by the overpressure, discharge side of the power system, not by its underpressure, suction side, which makes it possible to achieve a high operating height difference and not to limit the operating height difference only to the suction height, which is
-4CZ 310166 B6 limitována jen na několik metrů, kdy ještě nedochází ke kavitaci v energetickém soustrojí nebo k přetržení sloupce hustší tekutiny v sací straně spojovacího potrubí.-4CZ 310166 B6 limited to only a few meters, when cavitation does not yet occur in the energy system or a column of denser fluid breaks in the suction side of the connecting pipe.
Výraz provozní výška je použit k vyjádření provozní situace, kdy je potrubí zaplněno hustší tekutinou a mezi hladinami hustší tekutiny v horní nádrži a v dolní nádrži je tak vytvořen výškový rozdíl pohotově využitelný k přečerpávání.The term operating height is used to express the operating situation when the pipeline is filled with a denser liquid and a height difference is created between the levels of the denser liquid in the upper tank and in the lower tank, which can be readily used for pumping.
Tím je od provozní situace odlišena situace, která nastává při opravách nebo při poruše, kdy dojde k úmyslnému nebo havarijnímu vypuštění tekutiny z horní nádrže nebo i z potrubí a přečerpávací elektrárna je vyřazena z provozu.In this way, the situation that occurs during repairs or in the event of a malfunction is distinguished from the operational situation, when there is an intentional or accidental release of liquid from the upper tank or even from the pipeline and the pumping station is taken out of operation.
Uvedené situace jsou však běžné u každé přečerpávací elektrárny a nejsou v rozporu s její podstatou.However, the mentioned situations are common for every pumped storage power plant and do not contradict its essence.
Přednostně je v dalším textu kapalinou voda, plynem je vzduch.Preferably, in the following text, the liquid is water, the gas is air.
Nádrže a mezikus jsou v přečerpávací elektrárně umístěny na nosném prvku.The tanks and the intermediate piece are placed on the load-bearing element in the pumped-storage power plant.
V přečerpávací elektrárně se stabilními nádržemi je nosným prvkem základ umístěný na podloží.In a pumped-storage power station with stable reservoirs, the supporting element is the foundation placed on the subsoil.
Základ je určen k nesení všech dalších částí přečerpávací elektrárny.The foundation is designed to support all other parts of the pumped storage plant.
Pro možnost akumulování potenciální energie kapaliny je v prostoru přečerpávací elektrárny vytvořen kapalinový prostor, kapalinová nádrž. Je-li kapalinou voda, používají se názvy vodní prostor, vodní nádrž, dále též jen nádrž, s rozlišením podle výškové polohy horní nádrž nebo dolní nádrž.For the possibility of accumulating the potential energy of the liquid, a liquid space, a liquid tank, is created in the area of the pumping station. If the liquid is water, the names water space, water reservoir, and also just the reservoir are used, with a distinction based on the height of the upper reservoir or lower reservoir.
Pro možnost akumulování potenciální energie plynu je v prostoru přečerpávací elektrárny vytvořen plynový prostor, plynová nádrž. Nádrž plněná stlačeným plynem se pak nazývá tlaková plynová nádrž nebo též tlakovzdušná nádrž, je-li stlačeným plynem vzduch.For the possibility of accumulating the potential energy of the gas, a gas space, a gas tank, is created in the area of the pumping station. A tank filled with compressed gas is then called a pressurized gas tank or also a compressed air tank, if the compressed gas is air.
Pro možnost akumulování potenciální energie kapaliny a plynu současně může být nádrž plněna společně kapalinou i plynem, s výhodou stlačeným plynem. Pak je vodní nádrž současně tlakovzdušnou nádrží.For the possibility of accumulating the potential energy of liquid and gas at the same time, the tank can be filled with both liquid and gas, preferably compressed gas. Then the water tank is also a compressed air tank.
Podle hlavního znaku vynálezu přečerpávací elektrárna obsahuje mezikus, který je umístěn pod horní nádrží, je tedy určen ke zvýšení polohy a k nesení horní nádrže.According to the main feature of the invention, the pumped storage power plant contains an intermediate piece that is placed under the upper tank, so it is intended to raise the position and to support the upper tank.
Mezikus je postaven na základu a na mezikusu je postavena horní nádrž, přičemž na základu nebo nad základem v prostoru mezikusu je umístěna také dolní nádrž.The intermediate piece is built on the foundation and the upper tank is built on the intermediate piece, while the lower tank is also placed on the foundation or above the foundation in the area of the intermediate piece.
Svislé zatížení od částí položených výše se přenáší do částí položených níže. Mezikus je zde také spojovací částí mezi dolní nádrží a horní nádrží.The vertical load from the parts placed above is transferred to the parts placed below. The intermediate piece is also the connecting part between the lower tank and the upper tank.
V prostoru v dolní části mezikusu je umístěna dolní nádrž alternativně tak, že je dolní nádrž spojena s mezikusem, přičemž se do mezikusu částečně nebo plně přenáší tíha dolní nádrže a/nebo vnitřní přetlak dolní nádrže. Podle podílu přenosu sil z dolní nádrže do mezikusu je tento mezikus zvýšeně, dimenzován, čili v tomto podílu sil je mezikus součástí dolní nádrže. Mezikus a dolní nádrž tak může tvořit staticky neurčitou soustavu.Alternatively, the lower tank is placed in the space in the lower part of the intermediate piece in such a way that the lower tank is connected to the intermediate piece, while the weight of the lower tank and/or the internal excess pressure of the lower tank is partially or fully transferred to the intermediate piece. According to the share of force transfer from the lower tank to the intermediate piece, this intermediate piece is increased, dimensioned, i.e. in this proportion of forces, the intermediate piece is part of the lower tank. The intermediate piece and the lower tank can thus form a statically indeterminate system.
Přečerpávání se uskutečňuje mezi dolní a horní nádrží. Při přečerpávání se plynule mění výškový rozdíl hladin vody mezi dolní nádrží a horní nádrží - při plnění horní nádrže vodou z dolní nádrže se výškový rozdíl hladin vody zvyšuje, při vypouštění vody z horní nádrže do dolní nádrže se výškový rozdíl hladin vody snižuje. Při vysokém výškovém rozdílu činí tato změna výškového rozdílu jen několik procent průměrného výškového rozdílu, takže by neměl klástPumping takes place between the lower and upper reservoirs. During pumping, the height difference between the lower tank and the upper tank changes continuously - when filling the upper tank with water from the lower tank, the height difference in water levels increases, when draining water from the upper tank to the lower tank, the height difference in water levels decreases. At a high height difference, this change in height difference is only a few percent of the average height difference, so it should not put
-5CZ 310166 B6 zvýšené nároky na regulaci výkonu energetického soustrojí.-5CZ 310166 B6 increased demands on power system performance regulation.
Přečerpávání tekutin mezi nádržemi musí být pokud možno rovnoměrné, aby se minimalizovalo mechanické napětí v konstrukci přečerpávací elektrárny.The transfer of fluids between reservoirs must be as uniform as possible to minimize mechanical stress in the structure of the pumped storage plant.
Je také důležité dbát na rovnoměrné zatěžování základu, aby nedocházelo k jeho praskání.It is also important to pay attention to the even loading of the foundation so that it does not crack.
Rovnoměrnost plnění nádrží vodou lze zajistit regulováním průtoku vody pomocí uzávěrů ve vodním potrubí, regulací výkonu energetických soustrojí, provozováním energetických soustrojí vyváženě k těžišti přečerpávací elektrárny a/nebo regulací přetlaku plynu nad hladinou vody v nádržích.The uniformity of filling the tanks with water can be ensured by regulating the flow of water with the help of valves in the water pipes, regulating the performance of power systems, operating power systems balanced to the center of gravity of the pumping station and/or regulating the overpressure of gas above the water level in the tanks.
Regulace průtoku vody nebo průtoku vzduchu nad hladinou vody se provádí škrcením jejich průtoku, přičemž u nádrží, které jsou blíže energetickému soustrojí, musí být intenzita škrcení vyšší.Regulation of water flow or air flow above the water level is carried out by throttling their flow, while the intensity of throttling must be higher for tanks that are closer to the power plant.
Zvýšené tlaky vody a zvýšený přetlak, příp. podtlak vzduchu v nádržích kladou zvýšené nároky na dimenzování nádrží a potrubí.Increased water pressures and increased overpressure, possibly the negative air pressure in the tanks place increased demands on the dimensioning of the tanks and pipelines.
Regulační ventily mohou být instalovány v odbočkách odvětrávacího potrubí k nádržím a/nebo v odvětrávacím potrubí mezi nádržemi.Control valves can be installed in the vent line branches to the tanks and/or in the vent line between the tanks.
Ve vnitřním prostoru přečerpávací elektrárny bude zvýšená teplota v důsledku ohřevu přečerpávací elektrárny odpadním teplem, což nebude příznivé prostředí pro spolehlivé fungování vodních i vzduchových uzávěrů.In the internal space of the pumping station, the increased temperature due to the heating of the pumping station will be waste heat, which will not be a favorable environment for the reliable functioning of water and air seals.
Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu bude s výhodou umístěno nad horními nádržemi, tj. ve venkovním prostředí, kde budou zřejmě mnohem nižší, a tedy příznivější teploty pro spolehlivé fungování.The device for regulating the air flow will preferably be located above the upper tanks, i.e. in the outdoor environment, where the temperatures will probably be much lower and therefore more favorable for reliable operation.
Energetická soustrojí mohou při vysokých výškových rozdílech mezi dolní nádrží a horní nádrží vykazovat sníženou energetickou účinnost.Energy systems can show reduced energy efficiency with high height differences between the lower tank and the upper tank.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje přídavnou nádrž umístěnou mezi dolní nádrží a horní nádrží a spojenou s těmito nádržemi prostřednictvím potrubí a energetického soustrojí, čímž je vytvořena kaskáda nádrží.The pumped-storage power plant preferably includes an additional tank located between the lower tank and the upper tank and connected to these tanks by means of pipes and power equipment, thereby creating a cascade of tanks.
Použitím jedné přídavné nádrže jsou v přečerpávací elektrárně vytvořeny dva stupně přečerpávací kaskády nádrží. Pořadí stupňů je s výhodou počítáno zdola. První stupeň kaskády nádrží je tedy tvořen dolní nádrží a přídavnou nádrží, druhý stupeň kaskády nádrží je tvořen přídavnou nádrží a horní nádrží.By using one additional tank, two stages of the pumping cascade of tanks are created in the pumping station. The order of degrees is preferably counted from the bottom. The first stage of the cascade of tanks is therefore made up of a lower tank and an additional tank, the second stage of the cascade of tanks is made up of an additional tank and an upper tank.
Výhodné provedení přečerpávací elektrárny obsahuje samostatné energetické soustrojí na každý stupeň kaskády nádrží.An advantageous embodiment of the pumped-storage power plant contains a separate energy system for each stage of the reservoir cascade.
Výškový rozdíl hladin vody mezi nádržemi při čerpacím i turbínovém provozu je v každém stupni kaskády poloviční, energetické soustrojí a spojovací potrubí jsou dimenzovány na poloviční hydrostatický tlak. Zkrátí se délka spojovacího potrubí mezi nádržemi a zmenší se ztráty v energetickém soustrojí, přečerpávací elektrárna však vyžaduje dvojnásobný počet energetických soustrojí.The difference in height of the water levels between the reservoirs during pump and turbine operation is halved in each stage of the cascade, the energy system and connecting pipes are designed for half the hydrostatic pressure. The length of the connecting pipe between the tanks will be reduced and the losses in the energy system will be reduced, but the pumped storage plant requires twice the number of energy systems.
Další výhodné provedení přečerpávací elektrárny s výhodou obsahuje společné energetické soustrojí pro turbínový provoz, při kterém se voda vypouští z horní nádrže do dolní nádrže, energetické soustrojí pro turbínový provoz a spojovací potrubí musí být dimenzovány na hydrostatický tlak pro celý výškový rozdíl.Another advantageous embodiment of the pumped-storage power plant advantageously contains a common energy system for turbine operation, in which water is discharged from the upper tank to the lower tank, the energy system for turbine operation and the connecting pipes must be sized for hydrostatic pressure for the entire height difference.
-6CZ 310166 B6-6CZ 310166 B6
Toto další provedení přečerpávací elektrárny obsahuje samostatné energetické soustrojí pro čerpací provoz na každý stupeň kaskády nádrží.This further embodiment of the pumped storage power plant contains a separate power plant for pumping operation for each stage of the reservoir cascade.
Nevýhodou použití přídavných nádrží je, že při stejné únosnosti základu se zvětší hmotnost přečerpávací elektrárny, takže se musí snížit množství přečerpávané tekutiny nebo se musí snížit výška mezikusu a kapacita uložené energie se o něco zmenší.The disadvantage of using additional tanks is that, with the same bearing capacity of the foundation, the weight of the pumped storage plant increases, so the amount of pumped liquid must be reduced or the height of the intermediate piece must be reduced, and the capacity of the stored energy will be slightly reduced.
Z podstaty tohoto výhodného provedení vyplývá, že přečerpávací elektrárna může obsahovat i několik přídavných nádrží, čímž může být vytvořeno více stupňů kaskády nádrží. Každá přídavná nádrž tedy zvyšuje počet stupňů kaskády nádrží o jeden.It follows from the nature of this advantageous design that the pumped storage power plant can also contain several additional tanks, which can create more stages of a cascade of tanks. Each additional tank therefore increases the number of stages of the tank cascade by one.
Při přečerpávání je hlavní zatížení základu konstantní, hlavní zatížení ostatních částí je cyklické.During pumping, the main load on the foundation is constant, the main load on other parts is cyclic.
K hlavnímu zatížení je nutno přičítat ještě další, nepravidelné zatížení, zejména nesouměmé zatížení základů i ostatních částí přečerpávací elektrárny působením větru zatížení dynamickými rázy vody v potrubí, přetlakem vzduchu v potrubí a v nádržích, teplotními změnami.Another, irregular load must be added to the main load, especially the unbalanced load on the foundations and other parts of the pumped-storage power plant due to the effect of wind, the load caused by dynamic surges of water in the pipeline, the overpressure of air in the pipeline and in the tanks, and temperature changes.
Horní nádrž a dolní nádrž jsou tlakové nádoby, které jsou zatíženy vnitřním a/nebo vnějším přetlakem, proto jsou s výhodou jsou opatřeny dolním a horním klenutým dnem, které nejlépe odolává tomuto zatížení.The upper tank and the lower tank are pressure vessels that are loaded with internal and/or external overpressure, therefore they are advantageously equipped with a lower and upper arched bottom, which best resists this load.
Půdorysný tvar přečerpávací elektrárny může být pravidelný nebo nepravidelný, bude muset respektovat oblast vhodné únosnosti podloží.The ground plan shape of the pumped storage power plant can be regular or irregular, it will have to respect the area of suitable bearing capacity of the subsoil.
Výšková úroveň dílčích plošných částí základu může s výhodou kopírovat i svažitý reliéf podloží na pozemku, na němž bude přečerpávací elektrárna postavena, přičemž je nutné zabránit sesuvům svahu.The height level of the sub-surface parts of the foundation can advantageously copy the sloping relief of the subsoil on the land on which the pumped-storage power plant will be built, while it is necessary to prevent landslides.
V této přečerpávací elektrárně mohou být prostřednictvím spojovacího potrubí a energetického soustrojí spojeny pouze nádrže se stejnou výškovou polohou tzn. po vrstevnicích, aby měly stejnou výtlačnou výšku.In this pumping station, only tanks with the same height position, i.e. along contour lines to have the same discharge height.
Přečerpávací elektrárna může být s výhodou vytvořena ve tvaru svislého válce, což je tvar výhodný pro stabilizaci výkonu energetického soustrojí.The pumped storage power plant can advantageously be created in the shape of a vertical cylinder, which is a shape advantageous for stabilizing the performance of the power plant.
Je výhodné, aby dolní nádrž mohla pojmout nejen všechnu vodu z horní nádrže, nýbrž i všechnu vodu z vodního potrubí.It is advantageous that the lower tank can hold not only all the water from the upper tank, but also all the water from the water pipe.
Únosnost podloží přečerpávací elektrárny je využita k nesení vlastní hmotnosti přečerpávací elektrárny a hmotnosti přečerpávané vody.The bearing capacity of the subsoil of the pumped-storage power plant is used to support the own weight of the pumped-storage power plant and the weight of the pumped water.
Množství potenciální energie vody přečerpávané v přečerpávací elektrárně závisí na výškovém rozdílu hladin vody mezi horní nádrží a dolní nádrží (tj. na výtlačné výšce) a na množství přečerpávané vody.The amount of potential energy of the water pumped in a pumped storage power plant depends on the height difference of the water levels between the upper reservoir and the lower reservoir (i.e. on the head) and on the amount of water pumped.
Hmotnost přečerpávací elektrárny je úměrná únosnosti podloží.The weight of the pumping station is proportional to the bearing capacity of the subsoil.
Je výhodné, aby hmotnost přečerpávací elektrárny byla co nejlépe využita ve prospěch výšky mezikusu a tím její výtlačné výšky.It is advantageous that the weight of the pumping station is used as best as possible in favor of the height of the intermediate piece and thus its discharge height.
Jestliže je vnitřní vodorovný průřez nádrže konstantní po celé její výšce, je množství přečerpávané vody úměrné změně výšky hladiny vody v této nádrži.If the internal horizontal cross-section of the tank is constant throughout its height, the amount of pumped water is proportional to the change in the height of the water level in this tank.
Kapacita a hmotnost přečerpávací elektrárny, v důsledku pak investiční náročnost přečerpávacíThe capacity and weight of the pumping station, as a result, the investment requirement of the pumping station
-7CZ 310166 B6 elektrárny závisí také na poměru hmotnosti přečerpávané vody v nádržích a hmotnosti přečerpávací elektrárny.-7CZ 310166 B6 of the power plant also depends on the ratio of the weight of pumped water in the reservoirs and the weight of the pumped power plant.
Hmotností přečerpávací elektrárny se obecně rozumí součet hmotnosti konstrukce přečerpávací elektrárny, vč. případného základu a hmotnosti přídavné zátěže.The weight of the pumped-storage power plant is generally understood as the sum of the weight of the pumped-storage power plant structure, incl. possible foundation and weight of additional load.
Obecně je možno volit optimální variantu mezi krajními možnostmi tohoto provedení:In general, it is possible to choose the optimal variant among the extreme options of this design:
- lehčí a nízká přečerpávací elektrárna a větší přečerpávaná vodní náplň,- lighter and lower pumped power station and larger pumped water load,
- těžší a vysoká přečerpávací elektrárna a menší přečerpávaná vodní náplň.- heavier and higher pumped power station and smaller pumped water filling.
Jestliže je limitujícím faktorem únosnost podloží, pak pro optimalizaci parametrů přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi obecně platí:If the bearing capacity of the subsoil is the limiting factor, then for optimizing the parameters of a pumped storage power plant with stable reservoirs, the following generally applies:
Součet hmotnosti přečerpávací elektrárny a hmotnosti přečerpávané vody je roven únosnosti podloží.The sum of the weight of the pumping station and the weight of the pumped water is equal to the bearing capacity of the subsoil.
Součin hmotnosti přečerpávací elektrárny a hmotnosti přečerpávané vody je maximální, pokud jsou si tyto hmotnosti rovny.The product of the weight of the pumping station and the weight of the pumped water is maximum if these weights are equal.
Akumulovaná energie je úměrná součinu hmotnosti přečerpávané vody a výtlačné výšky.The accumulated energy is proportional to the product of the weight of the pumped water and the discharge head.
Efektivní konstrukce mezikusu umožňuje, aby výtlačná výška dosáhla mnohonásobku výšky přečerpávané vody.The efficient design of the intermediate piece allows the discharge height to reach many times the height of the pumped water.
Součin výšky přečerpávané vody a výtlačné výšky a tím i akumulovaná energie může tedy dosáhnout vysokých hodnot.The product of the pumped water height and the discharge head and thus the accumulated energy can therefore reach high values.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu může mít těžiště vysoko úrovní základu a zejména při nerovnoměrném plnění nebo při nahodilém bočním zatížení silným větrem se s nesprávným konstrukčním řešením může dostat do nestabilního stavu.The pumped storage power plant according to the invention can have a center of gravity high above the foundation level and, especially in the case of uneven filling or accidental side loading by strong wind, it can get into an unstable state with an incorrect design solution.
Vysoká přečerpávací elektrárna při štíhlém tvaru vyžaduje tudíž pevné opory pro zajištění stability.A tall pumping station with a slim shape therefore requires strong supports to ensure stability.
Stabilitu vysoké přečerpávací elektrárna proti převrácení lze s výhodou zajistit tak, že přečerpávací elektrárna bude mít dostatečnou šířku.The stability of a tall pumped storage plant against overturning can be advantageously ensured by ensuring that the pumped storage plant has sufficient width.
Při dané výšce těžiště přečerpávací elektrárny bude její šířka odvozena od sil, které mohou způsobit její naklonění.At a given height of the center of gravity of the pumped storage plant, its width will be derived from the forces that can cause it to tilt.
Výška těžiště přečerpávací elektrárny závisí hlavně na poměru hmotnosti vodní náplně v horní nádrži a hmotnosti přečerpávací elektrárny.The height of the center of gravity of the pumped-storage power plant depends mainly on the ratio of the weight of the water filling in the upper tank to the weight of the pumped-storage power plant.
Výhodným rozdělením vodní nádrže přečerpávací elektrárny vestavěnými přepážkami nebo vytvořením spojené soustavy menších vodních nádrží v přečerpávací elektrárně se zpomalí nebo zabrání přelévání velkého objemu vody v nádrži a tím se dále zlepší stabilita přečerpávací elektrárny.Advantageously dividing the water tank of the pumped storage plant with built-in partitions or creating a connected system of smaller water tanks in the pumped storage plant slows down or prevents the overflow of a large volume of water in the tank and thus further improves the stability of the pumped storage plant.
Vnitřní přepážky a/nebo dutiny jsou s výhodou využity také jako výztuhy přečerpávací elektrárny pro zajištění její pevnosti a tvarové stability a pro snížení tloušťky stěn konstrukčních prvků.Internal partitions and/or cavities are advantageously also used as reinforcements of the pumping station to ensure its strength and shape stability and to reduce the wall thickness of structural elements.
-8CZ 310166 B6-8CZ 310166 B6
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu při ploše S = 500 m x 500 m, při únosnosti podloží 0,4 MPa a odpovídající dosažitelné výšce vody v nádrži N = 30 m při optimální výtlačné výšce V = 500 m, bude mít teoretickou kapacitu přibližně E = 10,2 GWh, tj. 40,8 GWh/km2.The pumping power plant according to the invention with an area of S = 500 mx 500 m, with a bearing capacity of the subsoil of 0.4 MPa and corresponding to the attainable height of water in the tank N = 30 m at an optimal discharge height V = 500 m, will have a theoretical capacity of approximately E = 10.2 GWh, i.e. 40.8 GWh/km 2 .
Přečerpávací elektrárna je s výhodou vytvořena jako modul.The pumped storage power plant is preferably designed as a module.
Modul přečerpávací elektrárny je nesen na základu vytvořeném v podloží a obsahuje dolní nádrž, mezikus a horní nádrž.The pumped storage plant module is supported on a foundation created in the subsoil and contains a lower tank, an intermediate piece and an upper tank.
Při výpočtu stability modulu na podloží je nutno uvažovat i příslušnou část základu.When calculating the stability of the module on the subsoil, the relevant part of the foundation must also be considered.
Modul je vytvořen s výhodou tak, že dolní nádrž, horní nádrž a mezikus zaujímají v prostoru modulu stejný půdorys.The module is advantageously designed in such a way that the lower tank, upper tank and intermediate piece occupy the same floor plan in the space of the module.
Modul má s výhodou tvar svislého válce, který je výhodný pro stabilizaci výkonu energetického soustrojí.The module preferably has the shape of a vertical cylinder, which is advantageous for stabilizing the performance of the power system.
Svislý válec modulu může mít obecně různý, pravidelný nebo nepravidelný, tvar vodorovného průřezu.The vertical cylinder of the module can generally have a different, regular or irregular, horizontal cross-sectional shape.
Jelikož jsou části modulu, zejména mezikus, plovák nebo dolní nádrž, zatíženy také na vzpěr, je modul pro tento druh zatížení vyroben výhodně s kruhovým tvarem vodorovného průřezu, výhodně z plechu. Tento tvar vodorovného průřezu modulu umožňuje nejlepší využití konstrukčního materiálu.Since the parts of the module, especially the intermediate piece, the float or the lower tank, are also loaded for buckling, the module for this type of load is preferably made with a circular shape of horizontal cross-section, preferably from sheet metal. This shape of the horizontal section of the module allows the best use of the construction material.
Přečerpávací elektrárna je s výhodou tvořena soustavou modulů.The pumped storage power plant is preferably made up of a system of modules.
Moduly jsou s výhodou navzájem spojeny.The modules are preferably interconnected.
S výhodou je soustava modulů tvořena skupinami modulů.Advantageously, the system of modules is made up of groups of modules.
V přečerpávací elektrárně je s výhodou:In a pumped-storage power station, there is an advantage:
- každý modul postaven na samostatném základu,- each module built on a separate foundation,
- každá skupina modulů postavena na samostatném základu,- each group of modules built on a separate foundation,
- celá soustava modulů postavena na společném základu.- the entire system of modules built on a common foundation.
Rozteč modulů je s výhodou větší než jejich průměr.The spacing of the modules is preferably greater than their diameter.
Moduly jsou s výhodou mezi sebou spojeny s výhodou pomocí svislých a vodorovných výztuh.The modules are preferably connected to each other with the help of vertical and horizontal braces.
S výhodou jsou části modulu vyztuženy také vnitřními vodorovnými a/nebo svislými výztuhami.Advantageously, the parts of the module are also reinforced with internal horizontal and/or vertical reinforcements.
S výhodou je přečerpávací elektrárna alespoň v úrovni horní a dolní hrany nádrží vyztužena vodorovnými pásnicemi, které mohou významně posílit tuhost soustavy modulů v ohybu a omezit vodorovné zatížení sběrného spojovacího potrubí.Advantageously, the pumping station is reinforced with horizontal flanges at least at the level of the upper and lower edges of the tanks, which can significantly strengthen the stiffness of the system of modules in bending and limit the horizontal load of the collection connecting pipe.
Nádrže a mezikusy v modulech jsou tlakové nádoby. Pokud se týká hlavního zatížení, nádrže jsou zatíženy hlavně vnitřním přetlakem a osovou silou, mezikusy jsou zatíženy převážně osovou silou.The tanks and spacers in the modules are pressure vessels. Regarding the main load, tanks are mainly loaded by internal overpressure and axial force, intermediate pieces are mainly loaded by axial force.
Modulová konstrukce přečerpávací elektrárny zjednoduší její výrobu a montáž.The modular design of the pumped storage power plant will simplify its production and assembly.
Moduly se svislými vnějšími výztuhami mohou být zhotoveny výhodně s průměrem do 3,6 m, aby bylo možno snadno dopravovat jejich díly od výrobce k místu montáže po železnici.Modules with vertical external stiffeners can be advantageously made with a diameter of up to 3.6 m, so that their parts can be easily transported from the manufacturer to the assembly site by rail.
-9CZ 310166 B6-9CZ 310166 B6
Vodorovnou vzdálenost mezi moduly je pak žádoucí volit výhodně 0,4 m, obecně tak, aby byla co nejlépe využita plocha soustavy modulů pro účely přečerpávací elektrárny, ale současně tak, aby byla umožněna oboustranná kontrola a údržba stěn modulů a výztuh.The horizontal distance between the modules is then preferably chosen to be 0.4 m, generally in such a way that the area of the module system is used as best as possible for the purposes of the pumping station, but at the same time in such a way as to enable double-sided inspection and maintenance of the module walls and reinforcements.
Při opravě nádrže některého z modulů stačí vyprázdnit pouze danou nádrž, např. přečerpáním vody do druhé nádrže v témže modulu nebo do nádrží v ostatních modulech. Po dobu opravy bude mimo provoz pouze opravovaná nádrž, zatímco všechny ostatní moduly mohou pokračovat v provozu. Je přitom nutno počítat se zvýšením smykového napětí mezi moduly.When repairing the tank of one of the modules, it is sufficient to empty only the tank in question, e.g. by transferring water to another tank in the same module or to tanks in other modules. During the repair, only the tank being repaired will be out of service, while all other modules can continue to operate. At the same time, it is necessary to take into account the increase in shear stress between the modules.
Výhodné je půdorysné uspořádání modulů do trojúhelníkových formací, které zabezpečují optimální řešení pro pevnost a tuhost soustavy modulů, jakož i pro přístupnost ke kontrole a údržbě modulů.The ground plan arrangement of the modules in triangular formations is advantageous, which ensure the optimal solution for the strength and rigidity of the module system, as well as for the accessibility of the control and maintenance of the modules.
Soustava modulů spojených mezi sebou je dosti tuhá a jednotlivé moduly nejsou mezi sebou výškově posuvné.The system of modules connected to each other is quite rigid and the individual modules are not movable in height.
Při velké šířce soustavy modulů se přesto projevuje její pružnost a aby byla co nejlépe využita únosnost podloží a základů a aby v konstrukci soustavy nevznikala přídavná smyková a ohybová napětí, je nutné, aby tlak modulů na jejich nosné prvky, tj. základy, byl rovnoměrně, spojitě rozložen, tzn. aby v každém modulu odpovídal únosnosti příslušného základu.Despite the large width of the module system, its flexibility is manifested, and in order to make the best possible use of the load-bearing capacity of the subsoil and foundations and to avoid additional shear and bending stresses in the structure of the system, it is necessary that the pressure of the modules on their supporting elements, i.e. the foundations, is evenly continuously distributed, i.e. to match the bearing capacity of the respective foundation in each module.
Únosnost základů se však časem může měnit. Např. v důsledku dlouhodobého zatížení soustavou modulů může docházet ke stlačení, zhutnění podloží.However, the bearing capacity of foundations can change over time. E.g. as a result of long-term loading by the module system, compression and compaction of the subsoil may occur.
Jestliže podloží pod soustavou není homogenní, zejména na poddolovaném území, pak poklesy podloží a základů nebudou rovnoměrné. Konstrukce soustavy nebude rovnoměrně podložena a budou v ní vznikat přídavná smyková a ohybová napětí.If the subsoil under the system is not homogeneous, especially in the mined area, then the subsidence of the subsoil and foundations will not be uniform. The structure of the system will not be evenly supported and additional shear and bending stresses will arise in it.
Podložení soustavy modulů je pak nutno opravit, rektifikovat, změnou výšky mezery mezi konstrukcí modulů a základy, s výhodou vložením nebo odebráním podložek.The underpinning of the module system must then be repaired, rectified, by changing the height of the gap between the module structure and the foundations, preferably by inserting or removing washers.
Poklesy základů a celé soustavy modulů je proto výhodné pravidelně měřit a vyhodnocovat.It is therefore advantageous to regularly measure and evaluate the subsidence of foundations and the entire system of modules.
V modulech jsou s výhodou vytvořeny rektifikační prostory pro rektifikaci jejich polohy na základu, s výhodou tak, že dolní část modulu pod dolní nádrží je opatřena vodorovnou výztuhou a montážními otvory ve stěnách modulu.Rectification spaces are preferably created in the modules for rectification of their position on the foundation, preferably so that the lower part of the module under the lower tank is provided with horizontal reinforcement and mounting holes in the walls of the module.
Přes montážní otvory lze do rektifikačního prostoru mezi vodorovnou výztuhou a základem vložit pneumatické zdvihací vaky a plněním vzduchu do vaků lze modul zvednout. Do vzniklé mezery mezi modulem a základem lze vložit podložku o tloušťce stanovené dle výsledků měření a vypuštěním vzduchu z vaků lze modul opět spustit na podložku.Through the mounting holes, pneumatic lifting bags can be inserted into the rectification space between the horizontal reinforcement and the base, and the module can be lifted by filling the bags with air. A pad with a thickness determined according to the measurement results can be inserted into the resulting gap between the module and the base, and by releasing the air from the bags, the module can be lowered onto the pad again.
Pro snížení potřebné zvedací síly je výhodné rektifikovaný modul nebo i přilehlé moduly na dobu rektifikování odlehčit, s výhodou přečerpáním vody do nádrží v ostatních modulech. Po dokončení rektifikace je možno modul znovu zatížit přečerpáním vody do jeho nádrží.To reduce the required lifting force, it is advantageous to lighten the rectified module or adjacent modules for the duration of the rectification, preferably by pumping water into the tanks in the other modules. After the rectification is completed, the module can be loaded again by pumping water into its tanks.
Pokud je přečerpávací elektrárna sestavena z mnoha modulů, pravděpodobnost havarijního vytečení veškeré kapaliny je nepatrná.If the pumped storage power plant is assembled from many modules, the probability of accidental leakage of all the liquid is negligible.
Přečerpávací elektrárna proto může být postavena i v blízkosti obydlené oblasti, aniž by došlo k ohrožení bezpečnosti lidí a majetku v této oblasti.A pumped-storage power plant can therefore be built near a populated area without jeopardizing the safety of people and property in that area.
S výhodou je přečerpávací elektrárna postavena v prostoru vytěženého povrchového dolu, který je bezodtokový. Vodu, která do tohoto prostoru vtéká, je však nutno odčerpávat, aby nedošlo kAdvantageously, the pumping station is built in the area of an excavated surface mine, which has no drainage. However, the water that flows into this space must be pumped out to prevent
-10 CZ 310166 B6 zaplavení přečerpávací elektrárny. Rizikem zde také mohou být sesuvy svahů.-10 CZ 310166 B6 flooding of the pumping station. Landslides can also be a risk here.
Modulová přečerpávací elektrárna je s výhodou vyztužena pouze svislými výztuhami. Soustava modulů je pak poddajná ve vodorovné rovině.The modular pumped storage power plant is preferably only reinforced with vertical reinforcements. The system of modules is then pliable in the horizontal plane.
U modulové přečerpávací elektrárny se při nerovnoměrném poklesu podloží celá soustava modulů deformuje jako harmonika - stěny modulů se střídavě deformují tak, že se vodorovný kruhový průřez modulů mění na eliptický, zplošťuje se nebo protahuje.In the case of a modular pumped-storage power plant, the entire system of modules deforms like an accordion when the subsoil falls unevenly - the walls of the modules are alternately deformed in such a way that the horizontal circular cross-section of the modules changes to elliptical, flattens or stretches.
Sběrné potrubí pod dolními a pod horními nádržemi musí být vybaveno kompenzátory, aby se do něj nepřenášelo pnutí z vodorovné deformace nádrží.The collection pipes under the lower and under the upper tanks must be equipped with compensators so that the stress from the horizontal deformation of the tanks is not transferred to it.
Soustava modulů bude ve vodorovné rovině zvláště tuhá v oblasti ukotvení mezikusů k základům, ve vyšších částech modulů bude její tuhost dána prakticky pouze klenutými dny v nádržích.The system of modules will be particularly rigid in the horizontal plane in the area of anchoring of the intermediate pieces to the foundations, in the higher parts of the modules its rigidity will be determined practically only by the arched bottoms in the tanks.
Vzhledem k velkému průměru modulů budou deformace stěn modulů udrženy v mezích pružnosti materiálu a nedojde k jejich havarijnímu poškození.Due to the large diameter of the modules, the deformations of the module walls will be kept within the limits of the elasticity of the material and they will not be damaged in an accident.
Při poklesu v určité oblasti podloží uvnitř plochy zastavěné soustavou modulů se soustava modulů bude prohýbat, přičemž se nebude vodorovně deformovat v úrovni základů a naprostá většina deformace se uskuteční v úrovni horních nádrží - v oblasti poklesu podloží a potažmo základů se budou moduly v úrovni horních nádrží ve vodorovné rovině stlačovat.In the case of subsidence in a certain area of the subsoil within the area built by the module system, the module system will sag, while it will not deform horizontally at the level of the foundations, and the vast majority of the deformation will take place at the level of the upper tanks - in the area of subsidence of the subsoil and therefore the foundations, the modules will be at the level of the upper tanks compress in a horizontal plane.
Pokud k poklesu podloží dojde na okraji soustavy modulů, budou se zde moduly v rovině horních nádrží roztahovat.If the subsidence of the subsoil occurs at the edge of the module system, the modules will expand here in the plane of the upper reservoirs.
Obdobně při náporu bočního větru se deformace soustavy modulů projeví nejvíce v úrovni horních nádrží.Similarly, during the onslaught of side wind, the deformation of the system of modules will be most pronounced at the level of the upper tanks.
Základ je s výhodou zhotoven z betonu, s výhodu je beton armovaný, s výhodou je beton předepjatý.The foundation is preferably made of concrete, preferably reinforced concrete, preferably prestressed concrete.
Při ohřevu soustavy modulů odpadním teplem lze očekávat, že základy a ocelová konstrukce modulů budou mít rozdílné teploty a z toho důvodu se bude u nich projevovat rozdílné roztažení.When the module system is heated by waste heat, it can be expected that the foundations and the steel structure of the modules will have different temperatures and, for that reason, they will exhibit different expansion.
Základy pod jednotlivými moduly nebo pod skupinami modulů jsou proto mezi sebou s výhodou odděleny dilatačními spárami.The foundations under individual modules or under groups of modules are therefore advantageously separated from each other by expansion joints.
Nádrže, jakož i potrubí a energetická soustrojí jsou vystaveny působení vody, proto je vhodné je vyrobit z materiálu odolávajícího korozi, i když je dražší. Jejich povrch je výhodné chránit proti vzniku minerálních usazenin.Tanks, as well as pipelines and energy equipment are exposed to water, so it is advisable to make them from corrosion-resistant material, even if it is more expensive. It is advantageous to protect their surface against the formation of mineral deposits.
Mezikusy po obvodu přečerpávací elektrárny nebo alespoň obvodové části mezikusů jsou s výhodou zhotoveny z materiálu odolávajícího korozi. Mezikusy ve vnitřním prostoru přečerpávací elektrárny pak mohou být zhotoveny z levnějšího materiálu.Intermediate pieces around the perimeter of the pumping station or at least the peripheral parts of the intermediate pieces are preferably made of corrosion-resistant material. Intermediate pieces in the internal space of the pumping station can then be made of cheaper material.
Moduly jsou během provozu zatěžovány proměnlivě tíhou vody a jsou stlačovány na různou výšku, když se přečerpávaná voda nachází v horní nebo dolní nádrži. Spojovací potrubí je trvale zatíženo stále stejným množstvím vody a není stlačováno po celé své výšce, proto jeho výška nekoresponduje s výškou modulů. Ve spojovacím potrubí proto musí být umístěno dilatační zařízení pro plynulé přizpůsobení jeho výšky výšce modulů. Dilatačním zařízením jsou s výhodou vlnovcové kompenzátory, s výhodou obloukové kompenzátory umístěné ve spojovacím potrubí.The modules are loaded variably by the weight of the water during operation and are compressed to different heights when the pumped water is in the upper or lower tank. The connecting pipe is permanently loaded with the same amount of water and is not compressed over its entire height, therefore its height does not correspond to the height of the modules. Therefore, an expansion device must be placed in the connecting pipe to smoothly adapt its height to the height of the modules. The expansion device is preferably bellows compensators, preferably arc compensators located in the connecting pipe.
Horní dna horní nádrže i dolní nádrže jsou s výhodou vybavena odvětrávacím potrubím, aby bylThe upper bottoms of the upper tank and the lower tank are advantageously equipped with a ventilation pipe so that
-11 CZ 310166 B6 vnitřní vzduchový prostor nad hladinou vody s výhodou volně spojen do okolního ovzduší, čímž bude zabráněno zvýšení vnitřního přetlaku vzduchu při plnění nádrží nebo podtlaku vzduchu při vypouštění nádrží a vnitřní přetlak ve vodních nádržích bude vyvolán pouze hydrostatickým tlakem vodní náplně.-11 CZ 310166 B6 internal air space above the water level is preferably freely connected to the surrounding air, which will prevent an increase in internal air overpressure when filling tanks or air underpressure when draining tanks, and internal overpressure in water tanks will be caused only by the hydrostatic pressure of the water filling.
S výhodou je odvětrávací potrubí horní a dolní nádrže spojeno, takže je zabráněno odpařování vodní náplně v přečerpávací elektrárně a tím je omezena i tvorba minerálních usazenin na vnitřních stěnách nádrží, potrubí a energetických soustrojí. Náplň vody v nádržích pak nemění svou hmotnost, není nutno ji doplňovat a lze snadno stabilizovat a kontrolovat její čistotu a chemické složení. Výhodně jsou spojena odvětrávací potrubí všech modulů, čímž se usnadňuje vyrovnávání hladin vody při nerovnoměrném plnění a vyprazdňování nádrží vodou.Advantageously, the ventilation pipes of the upper and lower tanks are connected, so that evaporation of the water content in the pumping station is prevented and thus the formation of mineral deposits on the inner walls of the tanks, pipes and power systems is also limited. The filling of water in the tanks does not change its weight, it does not need to be topped up and its purity and chemical composition can be easily stabilized and checked. Preferably, the ventilation pipes of all modules are connected, which facilitates equalization of water levels during uneven filling and emptying of tanks with water.
Použitím inertního plynu pro vyplnění prostoru nad hladinou vody v nádržích lze s výhodou zabránit nežádoucímu množení flóry a fauny v přečerpávací elektrárně a tím zvyšování hustoty vody a opotřebení hydraulických zařízení a rozvodů.By using an inert gas to fill the space above the water level in the reservoirs, it is advantageous to prevent the unwanted multiplication of flora and fauna in the pumping station and thereby increase the water density and wear of hydraulic equipment and distribution systems.
Z uvedených důvodů se zmenšuje nutnost čištění stěn nádrží a potrubí od organických i anorganických nánosů.For the reasons mentioned, the need to clean tank walls and pipelines from organic and inorganic deposits is reduced.
Prostor mezi nádržemi a také celý prostor uvnitř i vně mezikusů může být rovněž naplněn dusíkem nebo jiným vhodným inertním plynem, s výhodou vysušeným plynem, pro zvýšení ochrany proti korozi.The space between the tanks as well as the entire space inside and outside the spacers can also be filled with nitrogen or another suitable inert gas, preferably a dried gas, to increase protection against corrosion.
Složení a tlak ochranné plynové náplně v modulech, v jejich částech a v prostoru mezi nimi je výhodné kontrolovat s výhodou kontinuálně pomocí měřicích přístrojů, čímž je možno včas zjistit netěsnosti v konstrukci a operativně zajistit odstranění závady.It is advantageous to check the composition and pressure of the protective gas filling in the modules, in their parts and in the space between them, preferably continuously using measuring devices, which makes it possible to detect leaks in the structure in time and to ensure the elimination of the defect in an operative manner.
V přečerpávací elektrárně je výhodné nainstalovat trvalé rozvody inertního plynu pro možnost operativního doplnění nebo výměny náplně plynu k zajištění maximální spolehlivosti, bezpečnosti a životnosti konstrukce modulů.In the pumping station, it is advantageous to install permanent inert gas distributions for the possibility of operative replenishment or replacement of the gas filling to ensure maximum reliability, safety and service life of the module construction.
Tlakové nádoby, spojovací potrubí, případně i odvětrávací potrubí, jsou s výhodou opatřeny pojistnými ventily, které brání překročení bezpečného přetlaku nebo podtlaku inertního plynu, aby nemohlo dojít k poškození částí přečerpávací elektrárny.Pressure vessels, connecting pipes, and ventilation pipes are preferably equipped with safety valves that prevent exceeding the safe overpressure or underpressure of the inert gas, so that parts of the pumping station cannot be damaged.
Vnější povrch a/nebo vnitřní povrch částí přečerpávací elektrárny je s výhodou opatřen nátěrem proti korozi.The outer surface and/or inner surface of parts of the pumped storage plant is preferably provided with an anti-corrosion coating.
Vnější povrch přečerpávací elektrárny je s výhodou opatřen pláštěm se zvýšenou balistickou odolností.The external surface of the pumped storage power plant is preferably equipped with a casing with increased ballistic resistance.
S výhodou jsou mezikusy tvořeny příhradovou konstrukcí, která je s výhodou zhotovena z materiálu odolávajícího korozi a je výhodněji opatřit ochranným nátěrem. Příhradová konstrukce klade menší odpor proti proudění větru.Advantageously, the intermediate pieces are formed by a lattice structure, which is preferably made of a corrosion-resistant material and is preferably provided with a protective coating. The lattice construction offers less resistance to wind flow.
S výhodou je příhradová konstrukce opatřena obvodovým pláštěm, který umožňuje naplnit vnitřní prostor inertním plynem pro omezení koroze příhradové konstrukce. Obvodový plášť je s výhodou zhotoven z materiálu odolávajícího korozi a je výhodné jej opatřit ochranným nátěrem. Souvislé obvodové stěny přečerpávací elektrárny však zvyšují odpor proti proudění větru.Advantageously, the lattice structure is provided with a peripheral casing, which allows filling the inner space with an inert gas to limit the corrosion of the lattice structure. The peripheral casing is preferably made of corrosion-resistant material and it is advantageous to provide it with a protective coating. However, the continuous walls of the pumped storage plant increase the resistance to wind flow.
Únosnost podloží zřejmě nebude po celé ploše přečerpávací elektrárny rovnoměrná.The bearing capacity of the subsoil will probably not be uniform over the entire area of the pumped storage plant.
V zájmu dosažení co největší kapacity je výhodné využívat pro účely přečerpávací elektrárny co nejlépe nejen plochu přečerpávací elektrárny, ale i únosnost podloží.In order to achieve the greatest possible capacity, it is advantageous to use not only the area of the pumped-storage power station but also the bearing capacity of the subsoil as best as possible for the purposes of the pumped-storage power plant.
-12 CZ 310166 B6-12 CZ 310166 B6
Přečerpávací elektrárna může být výhodně sestavena z modulů s jednotnou výškou podle nejmenší únosnosti podloží v ploše přečerpávací elektrárny.The pumped-storage power plant can advantageously be assembled from modules with a uniform height according to the smallest bearing capacity of the subsoil in the area of the pumped-storage power plant.
Všechna energetická soustrojí u této přečerpávací elektrárny mají stejnou výtlačnou výšku a pokud jsou stejného výkonu, mohou být např. při regulaci celkového výkonu nebo při poruše vzájemně zastupitelná.All energy systems at this pumping station have the same discharge head and, if they are of the same power, they can, for example, be mutually replaceable when regulating the total power or in the event of a fault.
Přečerpávací elektrárna může být výhodně sestavena z modulů s různou výškou podle různé únosnosti podloží v ploše přečerpávací elektrárny.The pumped-storage power plant can advantageously be assembled from modules with different heights according to the different bearing capacity of the subsoil in the area of the pumped-storage power plant.
V zájmu zvýšení kapacity přečerpávací elektrárny tak může být lépe využita různá únosnost podloží v ploše přečerpávací elektrárny.In order to increase the capacity of the pumped-storage power plant, the different bearing capacity of the subsoil in the area of the pumped-storage power plant can be better utilized.
Tato konstrukce umožňuje, aby osa těžiště přečerpávací elektrárny byla stále totožná s osou těžiště únosnosti podloží.This construction allows the center of gravity axis of the pumped storage plant to always be identical to the axis of the center of gravity of the bearing capacity of the subsoil.
Tato skutečnost, spolu s velkou šířkou přečerpávací elektrárny, umožňuje dobře zajistit její stabilitu i při velké výšce modulů.This fact, together with the large width of the pumped storage power plant, makes it possible to ensure its stability well even with a large height of the modules.
Z hlediska zajištění stability proti převrácení nemusí být sestava modulů u přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi tak široká jako u přečerpávací elektrárny s plovoucí nádrží, protože podloží je mnohem méně poddajné než voda.In terms of stability against overturning, the array of modules in a pumped storage plant with stable tanks does not need to be as wide as in a pumped storage plant with a floating tank because the subsoil is much less flexible than the water.
Šířka přečerpávací elektrárny se stabilními nádržemi proto bude volena především podle potřebné kapacity než pro zajištění její stability.The width of the pumped storage power plant with stable reservoirs will therefore be chosen primarily according to the required capacity rather than to ensure its stability.
Přečerpávací elektrárna s moduly různé výšky podle únosnosti podloží může s výhodou obsahovat:A pumped storage power plant with modules of different heights depending on the bearing capacity of the subsoil can advantageously include:
- horní nebo i dolní nádrže jednotné výšky pro všechny únosnosti podloží přičemž mezikusy mají různou výšku, nebo- upper or even lower tanks of uniform height for all bearing capacities of the subsoil, while the intermediate pieces have different heights, or
- horní nebo i dolní nádrže různé výšky podle únosnosti podloží, přičemž mezikusy mají jednotnou a/nebo různou výšku.- upper or lower tanks of different heights depending on the bearing capacity of the subsoil, while the intermediate pieces have a uniform and/or different height.
Pro každou skupinu modulů se stejnou výškou je s výhodou k dispozici odpovídající skupina energetických soustrojí se stejnou výtlačnou výškou.For each group of modules with the same height, there is advantageously a corresponding group of energy systems with the same discharge height.
S výhodou je v přečerpávací elektrárně s výhodou výška horních nádrží nebo i dolních nádrží u modulů stejná, avšak jejich vodorovný průřez je různý, přičemž poměr vodorovného průřezu horních nádrží nebo i dolních nádrží u modulů s určitou únosností základu k vodorovnému průřezu horních nádrží nebo i dolních nádrží u modulů s největší únosností základu je roven poměru určité únosnosti základu k největší únosnosti základu.Advantageously, in a pumped-storage power station, the height of the upper tanks or even the lower tanks for modules is the same, but their horizontal cross-section is different, while the ratio of the horizontal cross-section of the upper tanks or even the lower tanks for modules with a certain bearing capacity of the foundation to the horizontal cross-section of the upper tanks or even the lower of the tank for modules with the largest bearing capacity of the foundation is equal to the ratio of a certain bearing capacity of the foundation to the largest bearing capacity of the foundation.
Přečerpávací elektrárna tohoto provedení s moduly různé výšky podle únosnosti podloží může s výhodou obsahovat horní nebo i dolní nádrže stejné výšky a přitom jsou i stejné výšky mezikusů a je stejná i výtlačná výška pro všechny moduly. Moduly se liší pouze únosností základů a průměrem nádrží. Proto mohou být všechny horní nebo i dolní nádrže v celé přečerpávací elektrárně spojeny společným sběrným potrubím.A pumping power plant of this design with modules of different heights depending on the bearing capacity of the subsoil can advantageously contain upper or lower tanks of the same height, while the intermediate pieces are also of the same height and the discharge height is the same for all modules. The modules differ only in the bearing capacity of the foundations and the diameter of the tanks. Therefore, all upper or even lower reservoirs in the entire pumped storage plant can be connected by a common collection pipe.
Přečerpávání lze provádět pomocí kteréhokoliv energetického soustrojí bez ohledu na průměr nádrže, může být používán jednotný typ energetických soustrojí a sníží se nároky na koordinaci a regulaci jejich provozu.Pumping can be carried out using any energy system regardless of the diameter of the tank, a uniform type of energy system can be used and demands for coordination and regulation of their operation will be reduced.
S výhodou může být i průměr mezikusů stejný jako průměr nádrží se zmenšeným průměrem,Advantageously, the diameter of the intermediate pieces can also be the same as the diameter of the tanks with a reduced diameter,
-13 CZ 310166 B6 čímž se konstrukčně zjednoduší přenos zatížení mezi nimi.-13 CZ 310166 B6 which structurally simplifies the load transfer between them.
Nevýhodou je, že u modulů s menší únosností podloží se zvýšením výšky nádrží sníží průměrná výtlačná výška.The disadvantage is that for modules with a lower bearing capacity of the foundation, the average discharge height will decrease as the height of the tanks increases.
Jelikož průměr základů a rozteč mezi moduly zůstávají zachovány, výztuhy mezi nádržemi, případně mezi mezikusy menšího průměru musí mít větší šířku a tloušťku, aby jimi byla překlenuta vzdálenost mezi moduly a aby byla zajištěna tuhost vzájemného spojení modulů.Since the diameter of the foundations and the distance between the modules remain the same, the reinforcements between the tanks, or between intermediate pieces of a smaller diameter, must have a greater width and thickness in order to bridge the distance between the modules and to ensure the rigidity of the mutual connection of the modules.
V soustavě modulů modulové přečerpávací elektrárny jsou s výhodou prostory mezi nádržemi opatřeny souvislými dny.In the module system of the modular pumped storage power plant, the spaces between the tanks are preferably provided with continuous bottoms.
S výhodou lze vytvořit souvislé dno u nádrží uzavřením prostoru mezi nádržemi v úrovni dolních den a tento prostor pak využít k plnění vodou.It is advantageous to create a continuous bottom near the tanks by closing the space between the tanks at the level of the lower days, and then use this space for filling with water.
S výhodou lze vytvořit souvislé dno u nádrží také uzavřením prostoru mezi nádržemi v úrovni horních den. Pak lze i zde prostor nad hladinou vody vyplnit ochrannou atmosférou obdobně jako uvnitř nádrží.It is advantageous to create a continuous bottom at the tanks also by closing the space between the tanks at the level of the upper days. Then the space above the water level can be filled with a protective atmosphere, similarly to the inside of tanks.
S výhodou lze tyto prostory mezi nádržemi vybavit odvětrávacím potrubím a dále zabezpečit jako samotné nádrže.Advantageously, these spaces between the tanks can be equipped with ventilation pipes and further secured like the tanks themselves.
Využitím prostoru mezi nádržemi pro účely přečerpávání vody se významně zvýší efektivnost využití únosnosti podloží na ploše přečerpávací elektrárny a tím její kapacita pro akumulování potenciální energie, a to bez zhoršení její stability.Using the space between the reservoirs for the purpose of pumping water will significantly increase the efficiency of using the bearing capacity of the subsoil on the surface of the pumping station and thus its capacity for accumulating potential energy, without deteriorating its stability.
Při použití konstrukce modulů spojených mezi sebou svislými výztuhami je nutno nádrže vyztužit i vnitřními svislými výztuhami a svislé výztuhy mezi obvodovými nádržemi zesílit, aby snesly jednostranné zatížení od vnitřního hydrostatického přetlaku vody.When using the construction of modules connected to each other by vertical braces, the tanks must also be reinforced with internal vertical braces and the vertical braces between the peripheral tanks must be strengthened to withstand the one-sided load from the internal hydrostatic overpressure of the water.
Navíc nelze provozovat jednotlivé moduly nebo mezery mezi nimi odlišně od ostatních modulů, např. při poruše některého modulu, protože by ve stěnách modulů a ve svislých výztuhách s různým zatížením hydrostatickým přetlakem vody vznikalo nepřípustné mechanické napětí.In addition, it is not possible to operate individual modules or the gaps between them differently from other modules, e.g. in the event of a module failure, because inadmissible mechanical stress would arise in the walls of the modules and in the vertical reinforcements with different loads due to hydrostatic overpressure of water.
Rozteč modulů je s výhodou rovna jejich průměru.The spacing of the modules is preferably equal to their diameter.
Moduly jsou s výhodou mezi sebou spojeny přímo svými stěnami. Spojení je provedeno s výhodou pomocí spojovacích součástí, s výhodou pomocí šroubů nebo nýtů. Spojení je provedeno s výhodou pomocí svarů bodových nebo liniových.The modules are preferably connected to each other directly by their walls. The connection is preferably made using connecting components, preferably using screws or rivets. The connection is preferably made using spot or line welds.
Oproti spojení modulů svislými výztuhami je zde výhodou lepší využití prostoru přečerpávací elektrárny k účelům přečerpávání, lépe se využije únosnost podloží na ploše přečerpávací elektrárny ve prospěch její kapacity, a to bez zhoršení její stability.Compared to the connection of modules with vertical braces, the advantage here is better use of the pumped storage plant space for pumping purposes, better use of the bearing capacity of the subsoil on the surface of the pumped storage plant in favor of its capacity, without worsening its stability.
Tento druh konstrukce umožní snížení měrných nákladů na materiál oproti konstrukci modulů se svislými výztuhami a může dále zjednodušit výrobu dílů a montáž.This type of construction will allow for a reduction in specific material costs compared to modular construction with vertical braces and can further simplify part manufacturing and assembly.
Přístup ke spojům je však možný pouze z vnitřního prostoru modulů. Vnitřní povrch stěn modulů lze kontrolovat v celé ploše, vnější povrch stěn modulů je kontrolovatelný jen zčásti, protože stěny modulů jsou v oblasti spojů těsně u sebe a do prostoru mezi moduly je dosti obtížný přístup.However, access to the connections is only possible from the internal space of the modules. The inner surface of the module walls can be checked over the entire area, the outer surface of the module walls can only be checked in part, because the module walls are close to each other in the joint area and the space between the modules is quite difficult to access.
Využití prostoru mezi moduly k naplnění vodou a k přečerpávání je možné jen za cenu vyztužení vnitřního prostoru svislými výztuhami jako u modulů spojených vnějšími svislými výztuhami.The use of the space between the modules for filling with water and for pumping is possible only at the cost of reinforcing the inner space with vertical reinforcements, as in the case of modules connected by external vertical reinforcements.
Rozteč modulů je s výhodou menší než jejich průměr.The spacing of the modules is preferably smaller than their diameter.
-14 CZ 310166 B6-14 CZ 310166 B6
Soustavu modulů přečerpávací elektrárny je výhodné sestavit ze svislých modulů, které jsou propojeny, půdorysně se vzájemně prolínají, čímž vytvoří vzájemnou vazbu, s výhodou do trojúhelníku, bez potřeby vnějších nebo vnitřních svislých výztuh nebo jiného druhu zesílení svislých spojů mezi moduly.It is advantageous to build a system of pumped storage power plant modules from vertical modules that are connected and intermingle in plan view, thereby creating a mutual connection, preferably in a triangle, without the need for external or internal vertical reinforcements or any other type of strengthening of the vertical connections between the modules.
Veškerý prostor přečerpávací elektrárny je zde využit k účelům přečerpávání, plně se využije únosnost podloží na ploše přečerpávací elektrárny ve prospěch její kapacity, a to bez zhoršení její stability.The entire space of the pumped-storage power plant is used here for pumping purposes, the bearing capacity of the subsoil on the area of the pumped-storage power plant is fully utilized in favor of its capacity, without impairing its stability.
Tento druh konstrukce umožní snížení měrných nákladů na materiál oproti konstrukci modulů se svislými výztuhami a může ještě více zjednodušit výrobu dílů a montáž nádrže.This type of construction will allow for a reduction in specific material costs compared to modular construction with vertical stiffeners and can further simplify the production of parts and assembly of the tank.
V závislosti na poměru průměru a rozteče modulů má propojení modulů různý tvar a různé výhody i nevýhody.Depending on the ratio of the diameter and spacing of the modules, the connection of the modules has a different shape and different advantages and disadvantages.
Jestliže se stěny modulů protínají v jednom bodě, svary stěn modulů jsou soustředěny do tohoto jednoho bodu, což je nevýhodné pro zajištění kvality svarů.If the walls of the modules intersect at one point, the welds of the module walls are concentrated at this one point, which is disadvantageous for ensuring the quality of the welds.
Aby se snížilo tepelné zatížení svařovaného místa a zlepšila kvalita svarů, je výhodné volit rozteč modulů tak, že se v jednom bodě protínají pouze dvě stěny modulů. Toho lze dosáhnout zvětšením nebo zmenšením rozteče modulů.In order to reduce the thermal load on the welded area and improve the quality of the welds, it is advantageous to choose the spacing of the modules so that only two walls of the modules intersect at one point. This can be achieved by increasing or decreasing the module spacing.
Při zvětšení rozteče modulů se zmenší přesah stěn a prostor mezi nimi je hůře dostupný pro kontrolu vnitřních stěn modulů, tuhost soustavy modulů je menší, ale využití materiálu modulů na plochu soustavy modulů je výhodnější.When increasing the spacing of the modules, the overlap of the walls decreases and the space between them is less accessible for checking the internal walls of the modules, the rigidity of the module system is lower, but the use of the material of the modules per area of the module system is more advantageous.
Při zmenšení rozteče modulů se zvětší přesah stěn a prostor mezi nimi je lépe dostupný pro kontrolu vnitřních stěn modulů, tuhost soustavy modulů je větší, ale využití materiálu modulů na plochu soustavy modulů je méně výhodné.When the spacing of the modules is reduced, the overlap of the walls increases and the space between them is more accessible for checking the internal walls of the modules, the stiffness of the module system is greater, but the use of the material of the modules per area of the module system is less advantageous.
Je zde možnost provozovat jednotlivé moduly nebo je odstavit při poruše nezávisle na ostatních modulech, aniž by ve stěnách ostatních modulů docházelo k nebezpečnému zatížení v důsledku rozdílného bočního hydrostatického tlaku vody.It is possible to operate individual modules or shut them down in the event of a fault independently of the other modules, without dangerous loads occurring in the walls of the other modules due to the different lateral hydrostatic pressure of the water.
S výhodou je každý prostor vzniklý propojením modulů připojen uzavíráte lnou odbočkou ke spojovacímu potrubí a potažmo k energetickému soustrojí. Kromě připojení vnitřního prostoru nádrže je nutno vytvořit další tři připojení prostorů vzniklých propojením modulů. Celkový počet odboček se tak podstatně zvýší.Advantageously, each space created by connecting the modules is connected by a closed branch to the connecting pipe and thus to the energy system. In addition to the connection of the internal space of the tank, it is necessary to create three more connections of the spaces created by connecting the modules. The total number of branches will thus increase significantly.
Prostory mezi nádržemi vzniklé propojením modulů je výhodné spojit s prostory uvnitř modulů, s výhodou pomocí vnitřních průtokových otvorů, s výhodou pomocí vnějšího potrubí. Tyto spojené prostory je pak možno připojit ke spojovacímu potrubí a potažmo k energetickému soustrojí jednou společnou odbočkou.It is advantageous to connect the spaces between the tanks created by connecting the modules to the spaces inside the modules, preferably with the help of internal flow holes, preferably with the help of an external pipe. These connected spaces can then be connected to the connecting pipe and thus to the energy system with one common branch.
Prostory mezi nádržemi vzniklé propojením modulů je možné spojit s prostory uvnitř modulů různými variantami.The spaces between the tanks created by connecting the modules can be connected to the spaces inside the modules in different ways.
Vzhledem ke kruhovému tvaru nádrží je však nutno při individuální vypouštění nebo plnění nádrží, např. z důvodu jejich poruchy, dodržet takový postup odstavování nebo plnění sousedních nádrží, aby všechny nádrže byly zatěžovány pouze vnitřním přetlakem a aby tedy nedošlo k zatížení klenutých stěn nádrží vnějším přetlakem.Due to the circular shape of the tanks, however, when draining or filling the tanks individually, e.g. due to their failure, it is necessary to follow such a procedure for shutting down or filling neighboring tanks, so that all tanks are loaded only by internal overpressure and so that the arched walls of the tanks are not loaded by external overpressure .
Cesta pro vedení kapaliny nebo plynu může být tvořena s výhodou potrubím.The path for conducting the liquid or gas can advantageously be formed by a pipe.
-15 CZ 310166 B6-15 CZ 310166 B6
Potrubí pro vedení vody je vodní potrubí.A pipe for carrying water is a water pipe.
Cestu pro vedení plynu neboli plynovou cestu lze nazývat též vzduchovou cestou, vzduchovým potrubím, je-li plynem stlačený vzduch, případně odvětrávací cestou, odvětrávacím potrubím, jestliže spojuje vzduchový prostor nádrže volně do ovzduší nebo volně mezi nádržemi.The path for conducting gas or the gas path can also be called an air path, an air pipe, if the gas is compressed air, or a ventilation path, a ventilation pipe, if it connects the air space of the tank freely to the atmosphere or freely between the tanks.
Cesta pro vedení kapaliny nebo plynu může být vytvořena s výhodou stěnami nádrže.The path for conducting the liquid or gas can advantageously be formed by the walls of the tank.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu akumuluje potenciální energii především v nádržích a v připojených cestách pro přenos energie. Zejména za tím účelem je každá cesta pro přenos energie podle vynálezu uzavíratelná, tzn. obsahuje nejméně jeden uzávěr, který umožňuje akumulaci potenciální energie tím, že blokuje proudění tekutiny mezi nádržemi.The pumped storage power plant according to the invention accumulates potential energy mainly in the reservoirs and in the connected energy transmission paths. In particular, for this purpose, each energy transfer path according to the invention is closable, i.e. includes at least one closure that allows for the accumulation of potential energy by blocking the flow of fluid between the tanks.
Kapalinová nebo plynová cesta obsahuje jako uzávěr s výhodou uzavírací a/nebo regulační armaturu, s výhodou ventil, u jednočinného přenosu energie s výhodou zpětný ventil nebo zpětnou klapku.The liquid or gas path preferably includes a shut-off and/or regulating fitting, preferably a valve, preferably a non-return valve or non-return flap in the case of single-acting energy transmission.
S výhodou lze kombinovat různé cesty a odpovídající uzávěry k akumulování potenciální energie. K uvolnění akumulované energie může sloužit tentýž nebo jiný uzávěr, resp. jiná cesta než k akumulování energie.Advantageously, different paths and corresponding closures can be combined to accumulate potential energy. The same or a different cap can be used to release the accumulated energy, or other way than to accumulate energy.
Uzávěr slouží také k regulaci nebo k operativnímu zastavení průtoku přečerpávané tekutiny při běžném provozu nebo při poruše energetického soustrojí, jakož i z důvodu neobvyklé situace v energetické síti nebo k zabránění nežádoucího průtoku přečerpávané tekutiny (zejména vytečení tekutiny z horní nádrže do dolní nádrže). Podle požadavků na bezpečnost provozu lze tyto uzávěry zdvojovat, ať už paralelně nebo sériově.The cap is also used to regulate or operatively stop the flow of the pumped liquid during normal operation or in the event of a malfunction of the power system, as well as due to an unusual situation in the power network or to prevent unwanted flow of the pumped liquid (in particular, leakage of liquid from the upper tank to the lower tank). According to the requirements for operational safety, these shutters can be doubled, either in parallel or in series.
V přečerpávací elektrárně jsou prostory nádrží s různým energetickým potenciálem spojeny cestami pro přenos energie.In a pumped-storage power plant, tank spaces with different energy potential are connected by energy transfer paths.
Cesta pro vedení kapaliny nebo plynu se stává cestou pro přenos energie, je-li spojena s energetickým soustrojím a je uzavíratelná. Kapalinová cesta pro přenos energie je spojena s kapalinovým energetickým soustrojím, plynová cesta pro přenos energie je spojena s plynovým energetickým soustrojím.A path for conducting liquid or gas becomes a path for energy transmission if it is connected to an energy system and is closable. The liquid path for energy transfer is connected to the liquid energy system, the gas path for energy transfer is connected to the gas energy system.
V přečerpávací elektrárně je cestou pro přenos energie s výhodou spojovací potrubí.In a pumped-storage power plant, the path for energy transmission is preferably a connecting pipe.
Jelikož v přečerpávací elektrárně podle vynálezu jsou dolní a horní nádrž umístěny nad sebou, spojovací potrubí, které je spojuje, má výhodně pravoúhlé uspořádání a má tedy svislou a vodorovnou část.Since in the pumped storage power plant according to the invention the lower and upper tanks are located above each other, the connecting pipe that connects them preferably has a rectangular arrangement and thus has a vertical and a horizontal part.
S výhodou jsou dolní nádrž a horní nádrž mezi sebou spojeny pomocí spojovacího potrubí s energetickým soustrojím v rámci každého modulu.Advantageously, the lower tank and the upper tank are connected to each other by means of a connecting pipe with the energy system within each module.
V takovém případě postačuje pouze jeden uzávěr ve spojovacím potrubí pro dolní i horní nádrž.In this case, only one cap in the connecting pipe for both the lower and upper tank is sufficient.
S výhodou je ke dnu každé nádrže připojena potrubní odbočka k vodorovné části spojovacího potrubí, tj. ke sběrnému potrubí, které tvoří potrubní síť pod nádržemi.Advantageously, a pipe branch is connected to the bottom of each tank to the horizontal part of the connecting pipe, i.e. to the collecting pipe, which forms the pipe network under the tanks.
S výhodou jsou takto spojeny nádrže ve skupině sousedících modulů. Skupina sousedících modulů má k dispozici jedno společné svislé spojovací potrubí a energetické soustrojí. Zde již musí být potrubní odbočka u každé nádrže vybavena uzávěrem, aby bylo možno spolehlivě regulovat průtok a úroveň hladiny vody v každé nádrži.Tanks in a group of adjacent modules are advantageously connected in this way. A group of adjacent modules has one common vertical connecting pipe and energy system available. Here, the pipe branch at each tank must already be equipped with a cap, so that it is possible to reliably regulate the flow and water level in each tank.
S výhodou jsou sběrným potrubím spojeny všechny nádrže u modulů se stejnou hloubkovouAdvantageously, all tanks in modules with the same depth are connected by a collecting pipe
-16 CZ 310166 B6 úrovní, přičemž daná vodorovná síť sběrného potrubí je napojena na příslušné svislé spojovací potrubí umístěné s výhodou po obvodu přečerpávací elektrárny.-16 CZ 310166 B6 levels, while the given horizontal collection pipe network is connected to the respective vertical connecting pipe preferably located around the pumped-pump power plant's perimeter.
Rovněž zde musí být potrubní odbočka u každé nádrže vybavena uzávěrem, aby bylo možno spolehlivě regulovat průtok a úroveň hladiny vody v každé nádrži.Also here, the pipe branch at each tank must be equipped with a cap, so that it is possible to reliably regulate the flow and water level in each tank.
Svislé spojovací potrubí může být s výhodou umístěno u každého obvodového modulu.A vertical connecting pipe can advantageously be located at each circuit module.
S výhodou je vodorovné a/nebo svislé spojovací potrubí vytvořeno z několika souběžných tahů, aby se zmenšil průměr, tloušťka stěn a hmotnost potrubí, což sice zvýší hydraulické ztráty, ale usnadní jeho výrobu, dopravu, montáž a údržbu.Preferably, the horizontal and/or vertical connecting pipe is made of several parallel runs to reduce the diameter, wall thickness and weight of the pipe, which will increase the hydraulic losses but facilitate its production, transport, installation and maintenance.
Každé svislé spojovací potrubí umístěné po obvodu nádrže je s výhodou spojeno se samostatným energetickým soustrojím.Each vertical connecting pipe located around the perimeter of the tank is preferably connected to a separate energy system.
Energetické soustrojí může být společné pro skupinu spojovacích potrubí, čímž se zvětší rozměry a výkon energetických soustrojí, ale zmenší se jejich počet. U většího energetického soustrojí lze lépe řešit účinnost.The power plant can be common to a group of connecting pipes, thereby increasing the size and performance of the power plants, but reducing their number. For a larger energy system, efficiency can be better addressed.
Svislé spojovací potrubí může mít tloušťku stěny odstupňovanou podél své výšky podle statického a dynamického tlaku vody.A vertical connecting pipe can have a wall thickness graded along its height according to static and dynamic water pressure.
U přečerpávací elektrárny dolní části stěn mezi vnitřními prostory nádrže s výhodou obsahují průtokové otvory.In a pumped-storage power plant, the lower parts of the walls between the internal spaces of the tank preferably contain flow openings.
U přečerpávací elektrárny stěny nádrží mezi moduly s výhodou obsahují průtokové otvory, což je výhodné zejména u nádrží, které mají stejnou výšku.In a pumped-storage power plant, the walls of the tanks between the modules preferably contain flow openings, which is especially advantageous for tanks that have the same height.
Vnitřní prostory každé nádrže tak při plnění vodou tvoří spojené nádoby a pro přečerpávání postačuje svislé spojovací potrubí, které je připojeno z boku nádrží, nemusí být instalováno sběrné potrubí.The internal spaces of each tank thus form connected containers when filled with water, and a vertical connecting pipe that is connected from the side of the tank is sufficient for pumping, no collecting pipe needs to be installed.
Průtokové otvory jsou přístupné až po vyprázdnění ostatních nádrží.The flow holes are accessible only after the other tanks have been emptied.
S výhodou jsou v těchto otvorech umístěny uzávěry, s výhodou regulační uzávěry, s výhodou jsou uzávěry dálkově ovladatelné. Uzávěry mají ovládací prvky vyvedeny do prostoru po nádržemi, aby byly kdykoliv přístupné. To je výhodou při poruše nádrže, kterou je tak možno odstavit bez nutnosti vyprázdnění ostatních nádrží.Shutters are preferably placed in these openings, preferably regulatory shutters, and the shutters are preferably remotely controllable. The closures have control elements brought out into the space after the tanks so that they can be accessed at any time. This is an advantage in the event of a tank failure, which can be shut down without the need to empty the other tanks.
V důsledku odporu přečerpávané tekutiny při proudění mezi vnitřními prostory nebudou tyto prostory plněny současně do stejné výšky a v důsledku nerovnoměrného zatížení, zejména hydrostatickým tlakem, budou ve stěnách mezi těmito prostory vznikat zvýšená mechanická napětí.Due to the resistance of the pumped fluid when flowing between the internal spaces, these spaces will not be filled to the same height at the same time, and due to uneven loading, especially hydrostatic pressure, increased mechanical stresses will arise in the walls between these spaces.
Odpory v průtokových otvorech a tím i nerovnoměrnost plnění nádrží se zvyšují s rostoucí průtokovou rychlostí vody.The resistances in the flow openings and thus the uneven filling of the tanks increase with increasing water flow rate.
Nerovnoměrnost plnění nebo vypouštění nádrží lze snížit až odstranit škrcením průtoku vzduchu v odvětrávacím potrubí nad hladinou vody v nádržích, čímž se zvyšuje celkový přetlak v daných nádržích. U nádrží, které jsou bližší energetickému soustrojí, je nutnost škrcení vyšší. U provedení soustavy modulů s průtokovými otvory bude zřejmě nerovnoměrnost vyšší a bude tedy vyšší i potřeba škrcení průtoku vzduchu.Uneven filling or emptying of tanks can be reduced or eliminated by throttling the air flow in the vent pipe above the water level in the tanks, thereby increasing the overall overpressure in the tanks. For tanks that are closer to the power plant, the need for throttling is higher. In the design of the system of modules with flow holes, the unevenness will probably be higher and therefore the need for throttling the air flow will also be higher.
Za tím účelem bude zřejmě výhodné vybavit přečerpávací elektrárnu zařízením, s výhodou regulačními ventily, pro regulaci přetlaku vzduchu nad hladinou vody v jednotlivých nádržích.For this purpose, it will probably be advantageous to equip the pumping station with equipment, preferably control valves, for regulating the overpressure of the air above the water level in the individual tanks.
- 17 CZ 310166 B6- 17 CZ 310166 B6
Pro zvýšený hydrostatický tlak vody a přetlak vzduchu však musí být nádrže podstatně více dimenzovány, což zvyšuje náklady na nádrže.However, due to the increased hydrostatic water pressure and air overpressure, the tanks must be significantly larger, which increases the cost of the tanks.
Při opravě poškozené části nádrže je nutno vyprázdnit celou nádrž, např. přečerpáním vody z dolní nádrže do horní nádrže, a celá přečerpávací elektrárna je po dobu opravy mimo provoz.When repairing a damaged part of the tank, it is necessary to empty the entire tank, e.g. by pumping water from the lower tank to the upper tank, and the entire pumping station is out of operation for the duration of the repair.
U přečerpávací elektrárny s průtokovými otvory mezi nádržemi lze opravit poškozenou nádrž v určitém modulu tak, že se nejprve vyprázdní nádrže ve všech modulech, např. přečerpáním vody z dolních nádrží do horních nádrží, následně opraváři vstoupí do poškozené nádrže, případně i do přilehlých nádržích, uzavřou průtokové otvory uzavíracími víky, načež se provádí oprava poškozené nádrže. Nádrže v ostatních modulech lze během opravy používat k přečerpávání vody.In the case of a pumped-storage power plant with flow openings between the tanks, a damaged tank in a certain module can be repaired by first emptying the tanks in all modules, e.g. by pumping water from the lower tanks to the upper tanks, then the repairmen enter the damaged tank, or even the adjacent tanks, they close the flow openings with closing lids, after which the damaged tank is repaired. Tanks in other modules can be used to pump water during repair.
Po opravě lze uzavírací víka odstranit až po vyprázdnění ostatních nádrží. Pak teprve lze opravenou nádrž opět používat.After the repair, the closing lids can only be removed after emptying the other tanks. Only then can the repaired tank be used again.
U přečerpávací elektrárny s uzávěry v průtokových otvorech mezi nádržemi lze opravit poškozenou nádrž v určitém modulu tak, že se uzavřou uzávěry v poškozené nádrži, případně i v přilehlých nádržích, načež se provádí oprava poškozené nádrže. Nádrže v ostatních modulech lze během opravy používat k přečerpávání vody. Po opravě se uzávěry otevřou a opravenou nádrž lze opět používat.In a pumped-storage power plant with closures in the flow openings between the tanks, a damaged tank in a certain module can be repaired by closing the closures in the damaged tank, or even in adjacent tanks, after which the damaged tank is repaired. Tanks in other modules can be used to pump water during repair. After the repair, the caps are opened and the repaired tank can be used again.
U provedení, kde jsou energetická soustrojí umístěna po obvodu soustavy modulů, může být výhodné vést odbočku vodorovného spojovacího potrubí od každé nádrže až na obvod soustavy modulů do prostoru ke svislému spojovacímu potrubí a umístit zde i uzávěr dané odbočky. Do tohoto prostoru lze s výhodou vyvést i měřicí přístroje od jednotlivých nádrží. Zvýší se sice ztráty prouděním vody ve spojovacím potrubí, ale prostory s uzávěry u spojovacího potrubí v úrovních pod dolními nádržemi a pod horními nádržemi lze snadněji klimatizovat tak, aby byly vytvořeny příznivé podmínky pro pracovníky obsluhy a údržby a pro provoz a tím i spolehlivost uzávěrů a měřicích přístrojů.In the version where the energy systems are located around the perimeter of the module system, it may be advantageous to lead a branch of the horizontal connecting pipe from each tank to the perimeter of the module system into the space to the vertical connecting pipe and place the cap of the given branch here. Measuring devices from individual tanks can also be brought out to this space with advantage. Although losses due to water flow in the connection pipe will increase, the spaces with closures at the connection pipes at the levels below the lower tanks and below the upper tanks can be more easily conditioned to create favorable conditions for service and maintenance personnel and for the operation and thus the reliability of the closures and measuring devices.
S výhodou může být odbočka vodorovného a svislého spojovacího potrubí od každé nádrže vč. uzávěru a měřicích přístrojů přivedena až k energetickému soustrojí. Uvedená zařízení se centralizují do jednoho klimatizovaného místa, takže jejich obsluha a údržba se výrazně zjednoduší. Zjednoduší se regulace plnění nádrží vodními uzávěry a sníží se či odstraní potřeba používat regulaci tlaku vzduchu v nádržích. Spolehlivost a bezpečnost přečerpávací elektrárny tak bude zajištěna i při zvýšené teplotě přečerpávané vody.It can be advantageous to branch the horizontal and vertical connecting pipe from each tank incl. of the cap and measuring devices brought up to the energy system. The mentioned devices are centralized in one air-conditioned place, so their operation and maintenance will be significantly simplified. The regulation of tank filling with water seals will be simplified and the need to use air pressure regulation in the tanks will be reduced or eliminated. The reliability and safety of the pumping station will thus be ensured even at an increased temperature of the pumped water.
Potrubí pro přenos energie v přečerpávací elektrárně je s výhodou provedeno tak, že konce potrubí jsou v dolní nádrži i v horní nádrži ponořeny do přečerpávané tekutiny, potrubí spojuje prostory dolní nádrže a horní nádrže obsahující přečerpávanou tekutinu bez přerušení tekutinového sloupce prostorem s jinou tekutinou (neboli bezprostředně, přímo, spojitě), aby tok tekutiny byl spojitý.The pipeline for energy transmission in a pumped-storage power plant is preferably made in such a way that the ends of the pipeline are immersed in the pumped liquid in the lower tank and in the upper tank, the pipeline connects the spaces of the lower tank and the upper tank containing the pumped liquid without interrupting the fluid column by a space with another liquid (i.e. immediately, directly, continuously) so that the fluid flow is continuous.
Tím je na minimum snížena spotřeba elektrické energie a na maximum zvýšena výroba elektrické energie při překonávání energetického rozdílu mezi tekutinou v dolní nádrži a horní nádrži.This minimizes the consumption of electricity and maximizes the production of electricity while overcoming the energy difference between the liquid in the lower tank and the upper tank.
Například, je-li přečerpávanou tekutinou voda, pak při čerpání vody čerpadlem výtlačné potrubí spojuje vodní prostory dolní nádrže a horní nádrže spojitě, tj. bez přerušení vodního sloupce vzduchovým prostorem. Obdobně při přepouštění vody přes turbínu je spádové potrubí vedeno zpod hladiny vody v horní nádrži pod hladinu vody v dolní nádrži spojitě, tj. bez přerušení vzduchovým prostorem.For example, if the pumped liquid is water, then when the water is pumped by the pump, the discharge pipe connects the water spaces of the lower tank and the upper tank continuously, i.e. without interruption of the water column by the air space. Similarly, when water is passed through the turbine, the drop pipe is led from below the water level in the upper tank to below the water level in the lower tank continuously, i.e. without interruption by the air space.
Ve spojovacím potrubí jsou s výhodou umístěny vyrovnávací komory k tlumení hydraulických rázů vznikajících v důsledku změn rychlosti proudění vody při regulaci nebo zastaveníEqualization chambers are advantageously placed in the connecting pipe to dampen hydraulic shocks arising as a result of changes in the water flow rate during regulation or stopping
-18 CZ 310166 B6 energetického soustrojí.-18 CZ 310166 B6 of the power system.
Horní nádrže s různou výškou mohou být z hlediska výškové polohy s výhodou uspořádány tak, že budou mít horní hrany zarovnány do stejné úrovně.Upper tanks with different heights can advantageously be arranged in terms of height so that their upper edges are aligned to the same level.
Na horních nádržích lze pak vytvořit rozlehlou víceúčelovou pracovní plošinu.A large multi-purpose work platform can then be created on the upper tanks.
Zjednoduší se tím přístup ke všem modulům a usnadní se montážní a údržbářské práce na nádržích.This will simplify access to all modules and facilitate assembly and maintenance work on the tanks.
Dolní nádrže s různou výškou mohou být s výhodou také uspořádány z hlediska výškové polohy tak, že budou mít horní hrany zarovnány do stejné úrovně.Lower tanks of different heights can also advantageously be arranged in terms of height so that their upper edges are aligned to the same level.
Jestliže jsou tyto horní nádrže spojeny společným sběrným potrubím, obdobně jako dolní nádrže, pak nádrže s největší výškou, jejichž dno je tedy umístěno nejníže a jsou umístěny nejblíže těžiště nádrží, jsou při přečerpávání plněny jako první a vypouštěny jako poslední, což napomáhá stabilizovat soustavu modulů proti naklánění. Pn tomto způsobu plnění nádrží však bude vznikat smykové napětí mezi moduly s různým stupněm naplnění nádrží.If these upper tanks are connected by a common collection pipe, similar to the lower tanks, then the tanks with the highest height, whose bottom is therefore located the lowest and are located closest to the center of gravity of the tanks, are filled first and drained last during pumping, which helps to stabilize the system of modules against tilting. However, with this method of filling the tanks, shear stress will arise between modules with different levels of tank filling.
Pokud bude plošina na horních nádržích alespoň místně dostatečně zpevněna, může sloužit také jako přistávací dráha pro helikoptéry k dopravě pracovníků a materiálu.If the platform on the upper reservoirs is at least partially reinforced, it can also serve as a landing strip for helicopters to transport workers and material.
Je ovšem nutno uvážit, že každé přidané zatížení přečerpávací elektrárny musí respektovat únosnost základů a může tedy znamenat částečné omezení akumulační kapacity přečerpávací elektrárny.However, it is necessary to consider that any added load of the pumped power plant must respect the bearing capacity of the foundations and may therefore mean a partial limitation of the storage capacity of the pumped power plant.
Aby horní hrany horních nádrží zůstávaly zarovnány do stejné úrovně, je nutno při přečerpávání plnit nádrže proporcionálně ve všech modulech nebo skupinách modulů, které nebudou mezi sebou konstrukčně spojeny.In order for the upper edges of the upper tanks to remain aligned to the same level, it is necessary to fill the tanks proportionally during pumping in all modules or groups of modules that will not be structurally connected to each other.
Jestliže nebudou nádrže ve všech oddělených modulech nebo skupinách modulů plněny proporcionálně, tyto moduly nebo skupiny modulů nebudou zatíženy úměrně podle jejich nosnosti a jejich celková výška se v průběhu přečerpávání bude vzájemně lišit. Jejich celkové výšky se vyrovnají, až bude plnění všech nádrží dorovnáno tak, že bude proporcionální, nebo až bude plnění zcela dokončeno.If the tanks in all separate modules or groups of modules are not filled proportionally, these modules or groups of modules will not be loaded proportionally according to their carrying capacity and their total height will differ from each other during pumping. Their total heights will be equalized when the filling of all tanks is equalized so that it is proportional, or when the filling is completely completed.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu obsahuje kapalinové a/nebo plynové energetické soustrojí, ve kterém probíhá spotřeba elektrické energie k akumulaci potenciální energie a výroba elektrické energie ze spotřebované potenciální energie.The pumped storage power plant according to the invention contains a liquid and/or gas energy system in which electrical energy is consumed to accumulate potential energy and electrical energy is produced from the consumed potential energy.
Výkon energetického soustrojí je s výhodou regulovatelný. Přečerpávací elektrárna může s výhodou obsahovat více energetických soustrojí stejného nebo různého výkonu k lepší regulaci a k odstupňování výkonu akumulování nebo výroby energie nebo i ke zvýšení spolehlivosti provozu.The performance of the energy system is advantageously adjustable. A pumped storage power plant can advantageously contain several energy systems of the same or different output for better regulation and for grading the performance of energy accumulation or production or even to increase the reliability of operation.
Jestliže akumulace energie v přečerpávací elektrárně probíhá při změnách tlaku nebo průtoku tekutin v průběhu energetického cyklu, zvyšují se nároky na regulaci energetického soustrojí a snižuje se jeho účinnost.If the accumulation of energy in a pumping station takes place during pressure or fluid flow changes during the energy cycle, the demands on the regulation of the energy system increase and its efficiency decreases.
Kapalinové energetické soustrojí je používáno, je-li přečerpávanou tekutinou kapalina, obsahuje s výhodou čerpadlo, pro vodu vodní čerpadlo, k přeměně elektrické energie na polohovou energii kapaliny a dále obsahuje kapalinovou turbínu, pro vodu vodní turbínu, k přeměně polohové energie kapaliny na elektrickou energii. Převádění kapaliny kapalinovým energetickým soustrojím mezi nádržemi se uskutečňuje prostřednictvím kapalinového potrubí. Turbína a čerpadlo mohou být připojeny paralelně ke společnému potrubí pro vedení kapaliny nebo mohouA liquid energy system is used if the pumped liquid is a liquid, it preferably contains a pump, for water a water pump, to convert electrical energy into liquid potential energy and also contains a liquid turbine, for water a water turbine, to convert liquid potential energy into electrical energy . The transfer of liquid by the liquid energy system between the tanks is carried out by means of a liquid pipeline. The turbine and pump may be connected in parallel to a common fluid conduit or they may
-19 CZ 310166 B6 být připojeny samostatně, tj. turbína k přívodnímu potrubí a čerpadlo k výtlačnému potrubí. Energetické soustrojí může obsahovat reverzní turbínu, která může pracovat v turbínovém i v čerpacím režimu, například Francisovu turbínu. Turbína může být spojena s generátorem, čerpadlo může být spojeno s motorem, reverzní turbína může být spojena s motorgenerátorem.-19 CZ 310166 B6 be connected separately, i.e. the turbine to the supply pipe and the pump to the discharge pipe. The power plant can include a reverse turbine that can work in both turbine and pump mode, for example a Francis turbine. A turbine can be connected to a generator, a pump can be connected to a motor, a reverse turbine can be connected to a motor-generator.
Plynové energetické soustrojí je používáno, je-li přečerpávanou tekutinou plyn, obsahuje s výhodou plynový kompresor, ventilátor nebo vývěvu, pro vzduch vzduchový kompresor, ventilátor nebo vývěvu k přeměně elektrické energie na tlakovou energii plynu a dále obsahuje plynový motor, například plynovou turbínu, pro vzduch vzduchovou turbínu, k přeměně tlakové energie plynu na elektrickou energii, nebo obsahuje reverzní plynovou turbínu, která může pracovat v turbínovém i v kompresním režimu. Převádění plynu plynovým energetickým soustrojím mezi nádržemi se uskutečňuje prostřednictvím plynového potrubí. Paralelní nebo sériové připojení k plynovému potrubí může být provedeno analogicky jako u kapalinového energetického soustrojí.A gas power plant is used if the pumped liquid is gas, preferably contains a gas compressor, fan or vacuum pump, for air an air compressor, fan or vacuum pump to convert electrical energy into gas pressure energy and further contains a gas engine, for example a gas turbine, for air an air turbine, to convert the pressure energy of the gas into electrical energy, or it contains a reverse gas turbine that can work in both turbine and compression mode. The transfer of gas by the gas power plant between the tanks is carried out by means of gas pipelines. A parallel or serial connection to the gas pipeline can be made analogously to the liquid energy system.
Pro možnost akumulování tlakové energie plynu v přečerpávací elektrárně přečerpáváním plynu mezi plynovými prostory jsou tyto plynové prostory spojeny pomocí uzavíratelné plynové cesty.For the possibility of accumulating the pressure energy of the gas in the pumping station by pumping gas between the gas spaces, these gas spaces are connected by means of a closable gas path.
S výhodou jsou obě nádrže vysokotlaké a přečerpávání plynu se může provádět mezi nádržemi obousměrně.Advantageously, both tanks are high-pressure and the gas can be pumped in both directions between the tanks.
S výhodou je jedna z nádrží nízkotlaká a slouží jako zásobník expandovaného plynu, zatímco druhá nádrž je vysokotlaká a slouží jako nádrž pro akumulování stlačeného plynu.Advantageously, one of the tanks is low-pressure and serves as a reservoir of expanded gas, while the other tank is high-pressure and serves as a tank for accumulating compressed gas.
Obě nádrže mají s výhodou stejný nebo různý objem.Both tanks preferably have the same or different volume.
S výhodou nízkotlaká nádrž větší objem a vysokotlaká nádrž má menší objem.Preferably, the low-pressure tank has a larger volume and the high-pressure tank has a smaller volume.
S výhodou se přečerpávání plynu provádí mezi dolní nádrží a horní nádrží.Advantageously, the gas transfer is carried out between the lower tank and the upper tank.
S výhodou se přečerpávání vzduchu provádí mezi ovzduším a dolní nádrží a/nebo horní nádrží.Advantageously, the air transfer is carried out between the air and the lower tank and/or the upper tank.
S výhodou je mezikus používán jako plynový prostor, s výhodou jako nízkotlaká nádrž. S výhodou je pak dolní a/nebo horní nádrž vysokotlakou nádrží.Advantageously, the intermediate piece is used as a gas space, preferably as a low-pressure tank. Advantageously, the lower and/or upper tank is a high-pressure tank.
S výhodou se přečerpávání vody a přečerpávání plynu provádí současně a/nebo odděleně, samostatně.Advantageously, water pumping and gas pumping are carried out simultaneously and/or separately, separately.
Vytvářet tlakovou energii vzduchu, čili zvyšovat nebo snižovat tlak vzduchu v jedné nádrži nad nebo pod hodnotu atmosférického tlaku nebo tlaku ve druhé nádrži, lze s výhodou kompresorem nebo vývěvou při uzavřené kapalinové cestě nebo vtlačováním či odsáváním kapaliny do nebo z tlakovzdušné nádrže čerpadlem nebo reverzní turbínou.Air pressure energy can be created, i.e. increase or decrease the air pressure in one tank above or below the value of atmospheric pressure or the pressure in the other tank, preferably with a compressor or a vacuum pump with a closed liquid path or by pushing or extracting liquid into or out of the compressed air tank with a pump or a reverse turbine .
Akumulování tlakové energie plynu v nádrži je součástí energetického cyklu, který obsahuje polytropickou kompresi a expanzi plynu, což jsou termodynamické změny, jež jsou nevratné zejména v důsledku převažujícího odvodu tepla z plynu do jeho okolí. Ztráty tepla snižují účinnost akumulace energie.Accumulation of gas pressure energy in the reservoir is part of an energy cycle that includes polytropic gas compression and expansion, which are thermodynamic changes that are irreversible mainly due to the predominant removal of heat from the gas to its surroundings. Heat losses reduce the efficiency of energy storage.
Ke zlepšení termodynamické účinnosti kompresního cyklu je výhodné rekuperovat kompresní teplo, jinými slovy akumulovat kompresní teplo stlačeného plynu a využívat je při expanzi nebo při odběru plynu, polytropické změny se pak přibližují adiabatickým změnám. Přečerpávací elektrárna dle vynálezu může s výhodou obsahovat zařízení pro rekuperaci kompresního tepla. Kompresní teplo se akumuluje i do přečerpávané kapaliny, což je výhodné zejména tehdy, když se kapalina mezi nádržemi přečerpává v uzavřeném cyklu. Ztráty tepla akumulovaného do tekutin se snižují také izolováním nádrží a potrubí.To improve the thermodynamic efficiency of the compression cycle, it is advantageous to recover the compression heat, in other words, to accumulate the compression heat of the compressed gas and use it during expansion or gas withdrawal, polytropic changes then approach adiabatic changes. The pumped storage power plant according to the invention can advantageously contain a device for recovery of compression heat. Compression heat is also accumulated in the pumped liquid, which is especially advantageous when the liquid is pumped between tanks in a closed cycle. Heat losses accumulated in fluids are also reduced by insulating tanks and pipes.
-20 CZ 310166 B6-20 CZ 310166 B6
Při akumulování tlakové energie plynu v nádrži s otevřenou hladinou kapaliny je další nevýhodou, že se plyn z prostoru nad hladinou kapaliny postupně absorbuje v kapalině úměrně přetlaku a odvádí se přečerpávanou kapalinou, čímž klesá její hustota se zvětšováním jejího objemu a pracovní cyklus přečerpávací elektrárny se při větším tlaku může narušit až do té míry, že se přečerpávání po řadě cyklů zastaví. S rostoucí teplotou kapalina méně absorbuje stlačený plyn.When accumulating the pressure energy of gas in a tank with an open liquid level, another disadvantage is that the gas from the space above the liquid level is gradually absorbed in the liquid in proportion to the excess pressure and is carried away by the pumped liquid, as a result of which its density decreases as its volume increases, and the work cycle of the pumped storage power plant with higher pressure, it can be disturbed to the extent that pumping stops after a number of cycles. As the temperature increases, the liquid absorbs the compressed gas less.
Aby nedocházelo ke snižování objemové účinnosti přečerpávacího cyklu snížením objemu plynu v uzavřené tlakové nádrži například ochlazením nebo absorbováním v kapalině nebo ztrátou netěsnostmi, obsahuje přečerpávací elektrárna dle vynálezu s výhodou zařízení pro doplňování plynu z externího zdroje, které je tvořeno s výhodou kompresorem nebo s výhodou tlakovou nádobou se stlačeným plynem a uzavíratelným plynovým potrubím. Doplňováním plynu se však rovněž snižuje účinnost energetického cyklu.In order not to reduce the volumetric efficiency of the pumping cycle by reducing the gas volume in the closed pressure tank, for example by cooling or absorption in the liquid or loss through leaks, the pumping power plant according to the invention advantageously contains a device for replenishing gas from an external source, which preferably consists of a compressor or preferably a pressure a container with compressed gas and a closable gas pipe. However, adding gas also reduces the efficiency of the energy cycle.
Nádrž může s výhodou obsahovat oddělený prostor pro stlačený plyn, který tudíž nemá bezprostřední přetlakový kontakt s hladinou kapaliny v nádrži a nemůže se v kapalině rozpouštět.The tank can advantageously contain a separate space for the compressed gas, which therefore does not have direct positive pressure contact with the liquid level in the tank and cannot dissolve in the liquid.
S výhodou je v tlakové nádrži oddělený prostor pro stlačený plyn vytvořen pružnou, s výhodou skládací membránou, s výhodou je tvořen membránovým vakem, čímž jsou zcela odděleny prostory pro kapalinu a plyn.Advantageously, in the pressure tank, a separate space for compressed gas is created by a flexible, preferably collapsible membrane, preferably it is formed by a membrane bag, whereby the spaces for liquid and gas are completely separated.
V tlakové nádrži může být oddělený prostor pro stlačený plyn vytvořen výhodně pomocnou tlakovou nádobou, obsahující pomocné plynové energetické soustrojí. Během plnění tlakové nádrže kapalinou se plyn z této nádrže vtlačuje pomocným kompresorem do pomocné tlakové nádoby a při vyčerpávání kapaliny z tlakové nádrže se stlačený plyn z pomocné tlakové nádoby vypouští přes pomocnou plynovou turbínu.In the pressure tank, a separate space for the compressed gas can be advantageously created by an auxiliary pressure vessel containing an auxiliary gas energy system. During the filling of the pressure tank with liquid, the gas from this tank is forced into the auxiliary pressure vessel by the auxiliary compressor, and when the liquid is exhausted from the pressure tank, the compressed gas is discharged from the auxiliary pressure vessel through the auxiliary gas turbine.
Energetické soustrojí je s výhodou umístěno v soustavě modulů.The energy system is preferably located in a system of modules.
Energetické soustrojí je prostřednictvím potrubí pro přenos energie spojeno se soustavou modulů a je vždy umístěno v úrovni nebo pod úrovní hladiny vody v dolní nádrži, tzn. nejvýše v takové výšce nad hladinou vody v dolní nádrži, aby nedocházelo k přetržení vodního sloupce v energetickém soustrojí a ve vodním potrubí.The energy system is connected to the system of modules via energy transmission pipes and is always located at or below the level of the water level in the lower tank, i.e. at most at such a height above the water level in the lower tank that there is no rupture of the water column in the power system and in the water pipes.
S výhodou je energetické soustrojí upevněno na vnější straně soustavy modulů, takže je lépe přístupné pro údržbu.Advantageously, the power system is fixed on the outside of the module system, so that it is more accessible for maintenance.
S výhodou může být energetické soustrojí umístěno mimo soustavu modulů.Advantageously, the energy system can be located outside the system of modules.
Energetické soustrojí je přitom spojeno se soustavou modulů s výhodou pomocí potrubí pro přenos vody mezi nádržemi, přičemž toto potrubí je výhodně ohebného, kloubového nebo teleskopického provedení, které umožňuje kompenzovat jakoukoliv dilataci, zejména tepelnou dilataci mezi energetickým soustrojím a soustavou modulů.At the same time, the energy system is connected to the system of modules preferably by means of a pipe for transferring water between the tanks, and this pipe is preferably of a flexible, hinged or telescopic design, which makes it possible to compensate for any expansion, especially thermal expansion between the energy system and the system of modules.
Tím, že je energetické soustrojí umístěno mimo soustavu modulů, je obecně jednak snadněji přístupné pro montáž, obsluhu a údržbu a pak také lze lépe optimalizovat jeho velikost a tím i účinnost. Zvětšením výkonu energetických zařízení by se mohl snížil jejich počet, samozřejmě s přihlédnutím k požadavkům na regulaci elektrické sítě.Since the energy system is located outside the system of modules, it is generally easier to access for assembly, operation and maintenance, and then its size and thus efficiency can be better optimized. By increasing the power of energy devices, their number could be reduced, of course taking into account the requirements for regulating the electric network.
Umístěním energetického zařízení ve strojovně mimo soustavu modulů lze protihlukovou izolaci řešit účinněji než v plechové soustavě modulů.By placing the energy equipment in the engine room outside the module system, noise insulation can be solved more effectively than in the sheet metal module system.
Další odhlučnění je možné částečným nebo plným umístěním energetického soustrojí pod úrovní terénu.Additional noise reduction is possible by partially or fully placing the energy system below ground level.
-21 CZ 310166 B6-21 CZ 310166 B6
S výhodou jsou energetická soustrojí, výhodně i s příslušným svislým spojovacím potrubím, umístěna v samostatných, energetických modulech připojených po obvodu k běžným modulům s nádržemi, takže lze snadněji vyřešit přístupnost energetických soustrojí pro montáž a údržbu.Advantageously, the energy systems, preferably also with the corresponding vertical connecting pipe, are located in separate, energy modules connected around the perimeter to regular modules with tanks, so that the accessibility of the energy systems for assembly and maintenance can be solved more easily.
Součástí přečerpávací elektrárny, zejména energetického soustrojí je i ostatní obvyklé příslušenství, jako např. zařízení pro úpravu parametrů elektrické energie, např. napětí a proudu, a pro její přenos do nebo z místa spotřeby a zařízení pro tlumení hydraulických, mechanických či elektromagnetických rázů a kmitů.A part of the pumped-storage power plant, especially the power system, also includes other usual accessories, such as devices for adjusting the parameters of electric power, e.g. voltage and current, and for its transmission to or from the place of consumption, and devices for dampening hydraulic, mechanical or electromagnetic shocks and oscillations .
Přečerpávací elektrárna obsahuje s výhodou strojovnu, ve které je umístěno energetické soustrojí.The pumped storage power plant preferably contains a machine room in which the energy equipment is located.
Přečerpávací elektrárna dle vynálezu s výhodou obsahuje zabezpečovací zařízení, např. snímače úrovně hladiny a snímače průtoku a teploty kapaliny, tlakoměry pro měření tlaku, teploty a průtoku plynové náplně, snímače dilatací nebo poklesů přečerpávací elektrárny.The pumping power plant according to the invention advantageously contains security devices, e.g. level sensors and liquid flow and temperature sensors, pressure gauges for measuring the pressure, temperature and flow of the gas filling, dilatation or drop sensors of the pumping power plant.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje nejméně jednu přístupovou cestu pro chůzi pracovníků obsluhy a údržby a pro související dopravu materiálu, jakož i pro další účely.The pumped storage plant preferably includes at least one access road for the walking of operating and maintenance personnel and for the related transportation of material, as well as for other purposes.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje přístupové a dopravní cesty, s výhodou pracovní plošiny, pro vodorovnou dopravu lidí a materiálu k montáži, obsluze a údržbě k energetickému soustrojí, ke svislému a sběrnému potrubí.The pumped storage power plant preferably contains access and transport routes, preferably working platforms, for the horizontal transport of people and material for assembly, operation and maintenance to the power plant, to the vertical and collection pipes.
Vodorovné pracovní plošiny jsou s výhodou vytvořeny pod a nad dolními nádržemi, pod a nad horními nádržemi.Horizontal working platforms are advantageously formed below and above the lower tanks, below and above the upper tanks.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje přístupové a dopravní cesty pro svislou dopravu lidí a materiálu k montáži, obsluze a údržbě k energetickému soustrojí, ke svislému a sběrnému potrubí a na pracovní plošiny.The pumped storage plant advantageously includes access and transport routes for the vertical transport of people and material for assembly, operation and maintenance to the power plant, to the vertical and collection pipelines and to the working platforms.
Pro svislou dopravuje s výhodou použito lanové nebo ozubnicové dopravní zařízení.For vertical conveying, a rope or rack conveyor is preferably used.
Lanové dopravní zařízení může být s výhodou pohon s třecím kotoučem nebo bubnový pohon.The cable transport device can preferably be a drive with a friction disc or a drum drive.
Lanové zařízení s třecím kotoučem, jednolanové nebo vícelanové, má minimální spotřebu elektrické energie pro pohon, protože nosné lano je vyváženo vyrovnávacím lanem, ale lana jsou nepřetržitě vystavena zvýšeným teplotám, které mohou panovat ve výtahovém prostoru.A friction pulley rope system, single-rope or multi-rope, has minimal power consumption for propulsion because the supporting rope is balanced by a compensating rope, but the ropes are continuously exposed to the elevated temperatures that can prevail in the elevator space.
Lanové zařízení s bubnovým kotoučem jednolanové má větší spotřebu elektrické energie pro pohon, protože nosné lano není vyváženo vyrovnávacím lanem, ale lano je po většinu dne navinuto na bubnu a je tak chráněno proti zvýšený teplotám ve výtahovém prostoru.Single-rope drum sheave rope equipment has a higher power consumption for the drive, because the supporting rope is not balanced by a balancing rope, but the rope is wound on the drum for most of the day and is thus protected against elevated temperatures in the elevator space.
Lanové zařízení se dvěma bubnovými kotouči by nebylo praktické, protože je složitější a vyvážení není příliš lepší než u jednobubnového zařízení.A rope device with two drum sheaves would not be practical because it is more complex and the balance is not much better than a single drum device.
Zařízení pro svislou dopravu osob a nákladů je s výhodou nainstalováno uvnitř a/nebo vně obvodových modulů, s výhodou je tímto zařízením závěsná nebo šplhací montážní plošina.The device for the vertical transport of people and cargo is preferably installed inside and/or outside the perimeter modules, preferably this device is a hanging or climbing mounting platform.
Pro kontrolu, čištění a opravy modulů z vnitřní i vnější strany je výhodné vytvořit uzavíratelné kontrolní otvory v horních nebo i v dolních dnech, případně v bočních stěnách nebo ve vodorovných výztužných pásnicích nebo plošinách nádrží a mezikusů, které umožní vstup pracovníků a použití nezbytných pracovních prostředků a přístrojů.For inspection, cleaning and repair of modules from the inside and outside, it is advantageous to create closable inspection openings in the upper or lower days, possibly in the side walls or in the horizontal reinforcing flanges or platforms of the tanks and intermediate pieces, which will allow the entry of workers and the use of the necessary work tools and devices.
Pro usnadnění práce uvnitř modulů je vhodné u těchto kontrolních otvorů upravit úchyty pro kotvení přenosných kontrolních, čisticích, opravářských a dopravních zařízení.In order to facilitate the work inside the modules, it is advisable to adjust handles for anchoring portable inspection, cleaning, repair and transport equipment at these inspection openings.
-22 CZ 310166 B6-22 CZ 310166 B6
Jelikož přečerpávací elektrárna obecně může mít velkou plochu a dosahovat svou konstrukcí vysoko nad okolní terén, může být na horní plošině nebo i na svislých obvodových stěnách s výhodou umístěna sluneční a/nebo větrná elektrárna. Výhodou zde je, že se průměrný výkon sluneční i větrné elektrárny zvyšuje s výškou přečerpávací elektrárny - nabízí se více nerušeného slunečního svitu a rychlejší vítr.As a pumped-storage power plant can generally have a large area and its structure reaches high above the surrounding terrain, a solar and/or wind power plant can advantageously be placed on the upper platform or even on the vertical perimeter walls. The advantage here is that the average output of both the solar and wind power plants increases with the height of the pumped storage plant - more undisturbed sunlight and faster wind are offered.
Elektrická energie vyrobená v této sluneční nebo větrné elektrárně se může s výhodou akumulovat přímo v přečerpávací elektrárně dle vynálezu.The electrical energy produced in this solar or wind power plant can advantageously be accumulated directly in the pumping power plant according to the invention.
Bioplyn, který bude v přečerpávané vodě samovolně vznikat nebo který v ní bude s výhodou cíleně vyráběn, lze s výhodou odlučovat, s výhodou z plynu, který vyplňuje plynový prostor nádrží, s výhodou pomocí odvětrávacího potrubí, a ukládat v zásobníku pro další, zejména energetické využití.Biogas, which will spontaneously form in the pumped water or which will preferably be produced in it in a targeted manner, can be advantageously separated, preferably from the gas that fills the gas space of the tank, preferably using a vent pipe, and stored in a reservoir for further, especially energy use.
Boční stěny a horní plošina, ale i vnitřní, tj. vzduchové, prostory přečerpávací elektrárny mohou s výhodou sloužit i pro další účely, například pro bydlení, pro sportovní a rekreační aktivity, jako vyhlídková věž nebo pro potřeby reklamy.The side walls and the upper platform, as well as the internal, i.e. air, spaces of the pumped storage power plant can be advantageously used for other purposes, for example for housing, for sports and recreational activities, such as a lookout tower or for advertising purposes.
V přečerpávací elektrárně se při periodické přeměně elektrické energie na potenciální energii a zpět mění značná část (asi 25 %) elektrické a mechanické energie mění na odpadní teplo, což se projeví ohřevem vody, vzduchu a konstrukčních částí přečerpávací elektrárny, zejména při zakrytí nebo zaizolování nádrží a potrubí.In a pumped-storage power plant, during the periodic conversion of electrical energy into potential energy and back, a significant part (about 25%) of electrical and mechanical energy is converted into waste heat, which is reflected in the heating of water, air and structural parts of the pumped-storage power plant, especially when tanks are covered or insulated and piping.
Část odpadního tepla se odvádí podloží prostřednictvím stěn modulů, které jsou ohřívány prostupem tepla od nesených nádrží a potrubí. Ohřev přečerpávací elektrárny může být výhodou v zimě, kdy se tím snižuje riziko zamrzání vody v nádržích a v okolním terénu.Part of the waste heat is removed to the subsoil through the walls of the modules, which are heated by heat transfer from the supported tanks and pipes. Heating the pumping station can be an advantage in winter, when it reduces the risk of water freezing in the reservoirs and in the surrounding terrain.
Část odpadního tepla zůstává v přečerpávací elektrárně a může postupně zvyšovat teplotu konstrukce přečerpávací elektrárny a přečerpávané vody, čímž se zvyšuje i množství minerálních usazenin v nádržích, ve spojovacím potrubí a v energetických soustrojích.Part of the waste heat remains in the pumped storage power plant and can gradually increase the temperature of the pumped storage power plant structure and the pumped water, which also increases the amount of mineral deposits in the tanks, in the connecting pipes and in the energy systems.
Část odpadního tepla se odvádí do okolního ovzduší bočními a horními stěnami přečerpávací elektrárny přirozeným prouděním obtékajícího vzduchu.Part of the waste heat is removed to the surrounding air through the side and top walls of the pumped storage power plant by the natural flow of the surrounding air.
Odvádění odpadního tepla zde nemusí být významné ani v zimě nebo při větrném počasí, zvláště v případě, že jsou uvedené teplosměnné plochy tepelně zaizolovány.The removal of waste heat here may not be significant even in winter or in windy weather, especially if the mentioned heat exchange surfaces are thermally insulated.
Naopak může být přečerpávací elektrárna ohřívána slunečním zářením.Conversely, a pumped storage plant can be heated by solar radiation.
Značná část odpadního tepla bude zůstávat v přečerpávací elektrárně a zvýšená teplota přečerpávané vody by mohla komplikovat provoz zařízení přečerpávací elektrárny a pracovní podmínky pro obsluhu a údržbu.A significant part of the waste heat will remain in the pumped storage plant, and the increased temperature of the pumped water could complicate the operation of the pumped storage plant equipment and the working conditions for operation and maintenance.
Aby se zabránilo přehřívání přečerpávací elektrárny, je nutno odvádět přebytek odpadního tepla dodatečným chlazením.In order to prevent overheating of the pumped storage power plant, it is necessary to remove the excess waste heat by means of additional cooling.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje chladicí zařízení, s výhodou vzduchové chladicí zařízení, pro chlazení přečerpávané tekutiny, modulů, potrubí a energetického soustrojí.The pumped power plant preferably contains a cooling device, preferably an air cooling device, for cooling the pumped fluid, modules, pipelines and power equipment.
Jako vzduchové chladicí zařízení zde s výhodou slouží obvodové moduly přečerpávací elektrárny, které obsahují svislé spojovací vodní nebo i vzduchové potrubí a slouží jako komín.As an air cooling device, circuit modules of the pumping station, which contain vertical connecting water or even air pipes and serve as a chimney, are advantageously used here.
Spojovací potrubí je s výhodou v obvodových, energetických modulech rozvětveno, takže jeho povrch, a tedy teplosměnná plocha je větší.The connecting pipe is preferably branched in peripheral, energy modules, so that its surface, and thus the heat exchange surface, is larger.
-23 CZ 310166 B6-23 CZ 310166 B6
S výhodou je rozvětvené spojovací potrubí uspořádáno do tvaru tepelného výměníku.Advantageously, the branched connecting pipe is arranged in the shape of a heat exchanger.
S výhodou, z důvodu nižších materiálových nákladů, je tepelný výměník vytvořen v nízkotlaké části spojovacího potrubí, které spojuje dolní nádrže s energetickým soustrojím.Advantageously, due to lower material costs, the heat exchanger is created in the low-pressure part of the connecting pipe, which connects the lower tanks with the power plant.
Tepelný výměník je s výhodou umístěn v dolní části obvodového modulu.The heat exchanger is preferably located in the lower part of the circuit module.
Tepelný výměník je s výhodou umístěn v celé výšce svislého spojovacího potrubí.The heat exchanger is preferably located in the entire height of the vertical connecting pipe.
Spojovací potrubí je s výhodou opatřeno žebrováním pro zvětšení teplosměnné plochy.The connecting pipe is preferably equipped with ribs to increase the heat exchange surface.
Vzduch je do obvodového modulu s výhodou přiváděn z venkovního prostředí bočním otvorem v dolní části obvodového modulu, proudí kolem spojovacího potrubí, případně kolem energetického soustrojí, ze kterých odnímá odpadní teplo, v důsledku ohřívání stoupá nahoru přirozeným tahem a v horní části moduluje otvorem odváděn z modulu do venkovního prostředí.Air is preferably supplied to the circuit module from the outside through a side opening in the lower part of the circuit module, it flows around the connecting pipe, or around the energy systems, from which it removes waste heat, as a result of heating, it rises up by natural draft and in the upper part it modulates through the hole removed from module to the outdoor environment.
Jako chladicí zařízení s výhodou slouží svislé prostory mezi vybranými moduly ve vnitřních prostorech přečerpávací elektrárny, které tvoří komín, přičemž tyto prostory mezi vybranými moduly jsou vybaveny otvory ve vodorovných výztuhách mezi moduly pro umožnění průchodu chladicího vzduchu. Vhodné moduly budou vybrány tak, aby chlazení modulů v přečerpávací elektrárně bylo co nejvíce rovnoměrné.Vertical spaces between the selected modules in the internal spaces of the pumped storage power plant, which form a chimney, are preferably used as a cooling device, and these spaces between the selected modules are equipped with openings in the horizontal reinforcements between the modules to allow the passage of cooling air. Suitable modules will be selected so that the cooling of the modules in the pumped storage plant is as uniform as possible.
Vzduch je přiváděn z venkovního prostředí do dolní části vnitřních prostorů přečerpávací elektrárny, s výhodou prostřednictvím přístupových otvorů v obvodových modulech, proudí vodorovně s výhodou případně kolem energetického soustrojí, dále kolem sběrného potrubí přístupovými chodbami v úrovni pod a nad dolními nádržemi, dále proudí svisle nahoru kolem dolních nádrží a mezikusů, ze kterých odnímá odpadní teplo, v důsledku ohřívání stoupá nahoru přirozeným tahem a v horní části přečerpávací elektrárny je vodorovně přístupovými chodbami kolem sběrného potrubí v úrovni pod a nad horními nádržemi nebo svisle kolem horních nádrží odváděn do venkovního prostředí.The air is supplied from the outside environment to the lower part of the internal spaces of the pumped storage power plant, preferably through access openings in the circuit modules, it flows horizontally, preferably possibly around the power plant, then around the collection pipe through access corridors at the level below and above the lower tanks, then it flows vertically upwards around the lower tanks and intermediate pieces, from which it removes waste heat, due to heating it rises up by natural draft, and in the upper part of the pumping station it is discharged horizontally through the access corridors around the collection pipes at the level below and above the upper tanks or vertically around the upper tanks to the outside environment.
Všechny stěny prostorů mezi moduly určené jako chladicí zařízení jsou s výhodou zhotoveny z materiálu odolávajícího korozi. Prostory mezi ostatními moduly jsou uzavřeny a vyplněny nejlépe suchým inertním plynem, aby byly chráněny proti korozi.All the walls of the spaces between the modules designated as cooling devices are preferably made of corrosion-resistant material. The spaces between the other modules are closed and preferably filled with dry inert gas to protect them against corrosion.
Jako chladicí zařízení s výhodou částečně slouží samotné vodorovné přístupové chodby v úrovni pod a nad dolními nádržemi, jakož i v úrovni pod a nad horními nádržemi. Stěny nádrží, sběrné potrubí a energetické soustrojí, které tvoří teplosměnné plochy v přístupových chodbách, jsou při větrném počasí ochlazovány průvanem vzduchu přiváděného a odváděného otvory v obvodových modulech.The horizontal access corridors themselves at the level below and above the lower tanks, as well as at the level below and above the upper tanks, are advantageously partly used as cooling devices. In windy weather, the walls of the tanks, collection pipes and energy systems that form the heat exchange surfaces in the access corridors are cooled by the draft of air supplied and discharged through the openings in the perimeter modules.
Vedením vzduchu pro chlazení vodorovnými přístupovými chodbami je současně zajištěno i jejich větrání pro vytvoření přijatelných klimatických podmínek pracovníkům obsluhy a údržby.By conducting air for cooling through horizontal access corridors, their ventilation is also ensured to create acceptable climatic conditions for service and maintenance workers.
Otvory pro přivádění a odvádění vzduchu vytvořené v modulech po obvodu přečerpávací elektrárny jsou s výhodou opatřeny mřížemi proti vniknutí nežádoucích předmětů nebo ptáků.The openings for air intake and exhaust created in the modules around the pump station are preferably provided with gratings against the entry of unwanted objects or birds.
Jako chladicí zařízení s výhodou slouží tepelné výměníky, které s výhodou tvoří komín a jsou umístěny vně soustavy modulů. Přečerpávaná voda je z přečerpávací elektrárny přivedena potrubím do výměníku, zde je ochlazována vzduchem pomocí přirozeného tahu vyvolaného stoupáním ohřátého vzduchu nebo pomocí nuceného tahu vyvolaného ventilátorem, a po ochlazení je vracena zpět do přečerpávací elektrárny.Heat exchangers, which preferably form a chimney and are located outside the module system, are preferably used as cooling devices. Pumped water is piped from the pumped power plant to the heat exchanger, where it is cooled by air using natural draft caused by the rise of heated air or forced draft caused by a fan, and after cooling it is returned to the pumped power plant.
-24 CZ 310166 B6-24 CZ 310166 B6
Pokud bude chlazení přečerpávací elektrárny chladicími zařízeními dostatečně účinné, bude výhodné obložit tepelnou izolací dolní dna dolních nádrží i spojovací potrubí, aby se snížilo předávání odpadního tepla do základů a podloží. Je přitom nutno důsledně řešit rozdíly v dilataci soustavy modulů a základů.If the cooling of the pumping station with cooling devices is effective enough, it will be advantageous to cover the lower bottom of the lower tanks with thermal insulation as well as the connecting pipes in order to reduce the transfer of waste heat to the foundations and subsoil. At the same time, it is necessary to consistently address the differences in the expansion of the system of modules and foundations.
Přečerpávací elektrárna bude vzhledem k proměnlivým teplotám měnit svůj objem.The pumped storage plant will change its volume due to changing temperatures.
Výškové změny přečerpávací elektrárny nejsou problémem.Height changes of the pumped storage plant are not a problem.
Plošné změny rozměrů u soustavy modulů je nutno kompenzovat.Large-scale changes in the dimensions of the module system must be compensated for.
Vodorovnou pohyblivost základů k zajištění dilatace lze řešit jen s obtížemi.The horizontal mobility of foundations to ensure expansion can only be solved with difficulty.
Proto bude výhodné vytvořit modulovou přečerpávací elektrárnu ze skupin modulů se samostatnými základy, přičemž tyto skupiny budou spojeny s výhodou pouze dilatačními prvky.Therefore, it will be advantageous to create a modular pumping station from groups of modules with separate foundations, while these groups will preferably be connected only by expansion elements.
Jednotlivé skupiny modulů pak mohou snadno tolerovat rozdílné poklesy podloží a nebude mezi nimi z tohoto důvodu vznikat mechanické napětí. Pn nerovnoměrném sedání podloží se však budou skupiny modulů naklánět a je nutno včas provádět jejich rektifikaci.Individual groups of modules can then easily tolerate different subsidence of the subsoil, and mechanical stress will not arise between them for this reason. Due to the uneven settlement of the subsoil, however, the groups of modules will tilt and it is necessary to carry out their rectification in time.
Aby soustava modulů mohla současně odolávat silnému bočnímu větru, je výhodné provést obvodové moduly nebo obvodové skupiny modulů pevnější a s hlubšími základy. Zatížení bočním větrem bude zachyceno obvodovými částmi soustavy modulů a nebude se přenášet do vnitřních skupin modulů.In order for the system of modules to be able to withstand strong side winds at the same time, it is advantageous to make the perimeter modules or perimeter groups of modules stronger and with deeper foundations. The side wind load will be absorbed by the peripheral parts of the module system and will not be transmitted to the internal groups of modules.
Soustava prolínají cích se modulů je ve vodorovné rovině poměrně dobře pružně stlačitelná, proto ji nebude nutné dělit na skupiny modulů nebo mohou tyto skupiny obsahovat větší počet modulů. Moduly mohou být upevněny k základům a při zvýšení teploty a následném plošném roztažení odpadním teplem se tvar modulů pružně přizpůsobí kotvení v základech.The system of interweaving modules is relatively well elastically compressible in the horizontal plane, therefore it will not be necessary to divide it into groups of modules or these groups may contain a larger number of modules. The modules can be fixed to the foundations, and when the temperature increases and the subsequent surface expansion by waste heat, the shape of the modules flexibly adapts to the anchoring in the foundations.
S výhodou od každého samostatného kapalinového prostoru, tj. nádrže, případně i prostoru mezi nimi, je spojovací potrubí vyvedeno k obvodu přečerpávací elektrárny.Advantageously, from each separate liquid space, i.e. the tank, or even the space between them, the connecting pipe is led to the perimeter of the pumping station.
S výhodou od každého samostatného kapalinového prostoru je spojovací potrubí připojeno k energetickému soustrojí samostatně.Advantageously, from each separate liquid space, the connecting pipe is connected to the energy system separately.
S výhodou od každého samostatného plynového prostoru, tj. plováku a jeho segmentu, nádrže a mezikusu i prostoru mezi nimi, je plynové potrubí vyvedeno k obvodu přečerpávací elektrárny.Advantageously, from each separate gas space, i.e. the float and its segment, the tank and intermediate piece and the space between them, the gas pipeline is led to the perimeter of the pumping station.
S výhodou od každého samostatného plynového prostoru je plynové potrubí vybaveno samostatným uzávěrem.Advantageously, the gas pipe is equipped with a separate cap from each separate gas space.
Prodlouží se tak délka spojovacího a plynového potrubí, ale uzávěry mohou být umístěny v chladnějším prostoru, čímž se značně zvýší spolehlivost provozu těchto uzávěrů a zlepší se pracovní podmínky pro obsluhu a údržbu i při zvýšení teploty přečerpávané vody v prostoru modulů odpadním teplem.This increases the length of the connecting and gas pipes, but the caps can be located in a cooler area, which greatly increases the reliability of the operation of these caps and improves the working conditions for operation and maintenance even when the temperature of the pumped water in the module space is increased by waste heat.
Při zvýšení teploty přečerpávané vody se zvýší také teplota plynu v plynových prostorech přečerpávací elektrárny a pokud jsou tyto prostory uzavřeny, zvýší se i tlak plynu.When the temperature of the pumped water increases, the temperature of the gas in the gas spaces of the pumping station will also increase, and if these spaces are closed, the gas pressure will also increase.
Aby nebylo nutno dimenzovat plynové tlakové nádoby a plynové potrubí na tento zvýšený tlak, je výhodné vybavit přečerpávací elektrárnu kompresorovou stanicí. Zde se bude přebytečný plyn z plynových prostorů stlačovat nebo i zkapalňovat a ukládat do zásobníků, ze kterých bude možno plyn zase odebírat pro doplnění do plynových prostorů přečerpávací elektrárny při poklesu teploty a tím i tlaku plynu.So that it is not necessary to dimension gas pressure vessels and gas pipelines for this increased pressure, it is advantageous to equip the pumping station with a compressor station. Here, the excess gas from the gas spaces will be compressed or even liquefied and stored in reservoirs, from which it will be possible to withdraw gas for refilling the gas spaces of the pumping station when the temperature and thus the gas pressure drop.
-25 CZ 310166 B6-25 CZ 310166 B6
Kompaktní konstrukce a velké rozměry přečerpávací elektrárny podle vynálezu sice na jedné straně způsobují akumulování odpadního tepla v přečerpávací elektrárně, ale na druhé straně umožňují jeho druhotné využívání, což zvyšuje celkovou energetickou účinnost přečerpávání.The compact design and large dimensions of the pumping station according to the invention, on the one hand, cause the accumulation of waste heat in the pumping station, but on the other hand, enable its secondary use, which increases the overall energy efficiency of pumping.
S výhodou lze odpadní teplo naakumulované v přečerpávané vodě předávat přímo nebo prostřednictvím výměníků.Advantageously, the waste heat accumulated in the pumped water can be transferred directly or via exchangers.
Tepelné výměníky tak mohou sloužit pro předávání tepla k výrobě elektrické energie a/nebo pro ohřev vody ve vnějším topném systému.Heat exchangers can thus be used to transfer heat to generate electricity and/or to heat water in an external heating system.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu s výhodou obsahuje zařízení k výrobě elektrické energie z odpadního tepla, s výhodou z tepla ohřátého vzduchu.The pumped storage power plant according to the invention preferably contains a device for producing electrical energy from waste heat, preferably from the heat of heated air.
S výhodou je zařízení k výrobě elektrické energie tvořeno chladicím zařízením přečerpávací elektrárny, které obsahuje vzduchový motor s generátorem, přičemž prostory chladicího zařízení tvoří komín.Advantageously, the device for generating electrical energy consists of the cooling device of the pumped storage power plant, which contains an air motor with a generator, while the spaces of the cooling device form a chimney.
Do komínu se volně přivádí vzduch z venkovního ovzduší, ohřívá se v něm odpadním teplem přečerpávané vody, čímž v komínu vzniká přirozený komínový tah, část odpadního tepla vody se mění v pohybovou a tlakovou energii vzduchu, která se ve vzduchovém motoru s generátorem mění v elektrickou energii, načež se vzduch odvádí z komínu volně do okolního ovzduší.Air from the outside air is freely supplied to the chimney, it is heated by the waste heat of the pumped water, which creates a natural draft in the chimney, part of the waste heat of the water is converted into kinetic and pressure energy of the air, which is converted into electrical energy in the air motor with generator energy, after which the air is discharged from the chimney freely into the surrounding air.
Vzduchový motor s generátorem mění pohybovou nebo tlakovou energii ohřátého vzduchu na mechanickou práci a tu přeměňuje na elektrickou energii, s výhodou rovnotlaký motor mění pohybovou energii ohřátého vzduchu, přetlakový motor mění tlakovou energii ohřátého vzduchu. Vzduchový motor může být instalován výškově v kterékoliv části komínu. Při instalaci přetlakového vzduchového motoru v dolní části komínu se využívá podtlak ohřátého vzduchu, při instalaci vzduchového motoru v horní části komínu se využívá přetlak ohřátého vzduchu.An air engine with a generator changes the kinetic or pressure energy of heated air into mechanical work and converts it into electrical energy, preferably an equal pressure engine changes the kinetic energy of heated air, a positive pressure engine changes the pressure energy of heated air. The air motor can be installed at a height in any part of the chimney. When installing an overpressure air motor in the lower part of the chimney, a negative pressure of heated air is used, when installing an air motor in the upper part of the chimney, an overpressure of heated air is used.
V obvodových modulech a v určených prostorech mezi vnitřními moduly přečerpávací elektrárny se odpadní teplo ze stěn modulů nebo vodního spojovacího potrubí předává proudícímu vzduchu postupně po celé výšce, takže i hustota vzduchu klesá postupně s výškou, tudíž není stejná v celé výšce, čímž se dosažitelný rozdíl tlaků vzduchu v komínovém tahu snižuje.In the peripheral modules and in the designated spaces between the internal modules of the pumped storage power plant, the waste heat from the walls of the modules or the water connecting pipe is transferred to the flowing air gradually over the entire height, so that the air density also decreases gradually with the height, therefore it is not the same throughout the height, thus the achievable difference air pressure in the chimney draft decreases.
Spojovací potrubí v obvodovém, energetickém modulu může být rozvětvením a žebrováním uspořádáno do tvaru tepelného výměníku, který bude umístěn v dolní části modulu, takže se téměř veškeré odpadní teplo z vody předá do proudícího vzduchu hned v dolní části modulu a hustota vzduchuje nízká po celé výšce modulu. Pokud je tepelný výkon výměníku stejný jako u předchozího provedení, komínový tah se zvýší přibližně na dvojnásobek proti předchozímu provedení.The connecting pipes in the perimeter, energy module can be arranged by branching and finning in the shape of a heat exchanger, which will be located in the lower part of the module, so that almost all the waste heat from the water is transferred to the flowing air right at the lower part of the module, and the air density is low throughout the height module. If the heat output of the exchanger is the same as in the previous design, the chimney draft will increase approximately twice as compared to the previous design.
Venkovní stěny obvodových, energetických modulů mohou být zaizolovány proti odvádění odpadního tepla do okolí, čímž se rovněž zvýší komínový tah ohřátého vzduchu. Teplo z motorgenerátorů energetických soustrojí lze s výhodou odvést tak, že se budou chladit přečerpávanou vodou, navíc se tím zlepší klimatické podmínky ve strojovnách.The outer walls of the perimeter, energy modules can be insulated against the removal of waste heat to the surroundings, which will also increase the chimney draft of the heated air. The heat from the motor generators of the power plants can be removed with advantage by cooling them with pumped water, and this will also improve the climatic conditions in the engine rooms.
Tepelná izolace stěn přečerpávací elektrárny je s výhodou odklopná. Při odklopení, otevření izolace budou stěny elektrárny vystaveny proudícímu vzduchu z okolí a elektrárna bude chlazena. Při zaklopení, zavření izolace se bude v elektrárně hromadit teplo, které lze dále využívat.The thermal insulation of the walls of the pumped storage power station is preferably hinged. When the insulation is folded back, the walls of the power plant will be exposed to the air flowing from the surroundings and the power plant will be cooled. When the insulation is closed, heat will accumulate in the power plant, which can be used further.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu s výhodou obsahuje zařízení k výrobě elektrické energie pomocí parního cyklu z tepla ohřáté vody nebo vodní páry.The pumped storage power plant according to the invention preferably contains a device for producing electrical energy using a steam cycle from heated water or steam.
Tepelné výměníky umístěné v obvodových, energetických modulech mohou s výhodouHeat exchangers located in peripheral, energy modules can with advantage
-26 CZ 310166 B6 obsahovat trubkovnice, ve kterých se teplo ohřáté přečerpávací vody předává vodě venkovního topného systému k vytápění okolních objektů.-26 CZ 310166 B6 contain tube boxes in which the heat of the heated pumping water is transferred to the water of the outdoor heating system to heat the surrounding buildings.
Tepelný výměník je s výhodou vybaven izolací, která snižuje ztráty tepla do okolí.The heat exchanger is preferably equipped with insulation, which reduces heat loss to the surroundings.
S výhodou je izolace tepelného výměníku odklopná, izolaci lze zavřít nebo otevřít.Advantageously, the insulation of the heat exchanger is hinged, the insulation can be closed or opened.
V topné sezóně při zavřené izolaci pak lze výměníkem předávat teplo k vytápění a mimo topnou sezónu při otevřené izolaci lze výměníkem ohřívat vzduch k druhotné výrobě elektrické energie.In the heating season, with the insulation closed, the exchanger can transfer heat for heating, and outside the heating season, with the insulation open, the exchanger can be used to heat the air for secondary production of electricity.
Při zavřené izolaci se sníží teplota v prostoru spojovacího potrubí, takže lze lépe kontrolovat jeho stav a provádět opravy.When the insulation is closed, the temperature in the space of the connecting pipe will decrease, so it is easier to check its condition and carry out repairs.
S výhodou lze odpadní teplo naakumulované v přečerpávané vodě využívat zejména v zimním období k vytápění bytových, průmyslových, zemědělských i rekreačních objektů v okolních obcích prostou cirkulací topné vody nebo s jejím přihříváním pomocí tepelných čerpadel, biomasy, zemního plynu nebo elektřiny.Advantageously, the waste heat accumulated in pumped water can be used, especially in winter, to heat residential, industrial, agricultural and recreational buildings in the surrounding municipalities by simple circulation of heating water or by reheating it using heat pumps, biomass, natural gas or electricity.
Po zahájení provozu se bude teplo v přečerpávací elektrárně 4 až 6 měsíců akumulovat a jakmile teplota vody dosáhne potřebné hodnoty, např. 50 °C, bude možno efektivně odebírat odpadní teplo k vytápění, případně i k druhotné výrobě elektrické energie. Podle velikosti přečerpávací elektrárny a podle kvality tepelné izolace bude možno takto využívat přibližně 90 % odpadního tepla.After the start of operation, the heat in the pumped storage power plant will be accumulated for 4 to 6 months, and as soon as the water temperature reaches the required value, e.g. 50 °C, it will be possible to efficiently remove the waste heat for heating, possibly also for the secondary production of electricity. Depending on the size of the pumped storage power plant and the quality of the thermal insulation, it will be possible to use approximately 90% of the waste heat in this way.
Současně se tím zvýší rezerva tepla v přečerpávací elektrárně pro situace, kdy bude potřeba dodávat zvýšené množství tepla k vytápění i více dní za sebou, např. v zimním období.At the same time, this will increase the heat reserve in the pumped storage power plant for situations when it will be necessary to supply an increased amount of heat for heating for several days in a row, e.g. in winter.
Přečerpávací elektrárna s výhodou obsahuje kontrolní, měřicí a řídicí systém, který bude zabezpečovat bezpečný chod elektrárny na základě měření důležitých provozních veličin a jejich porovnání s dovolenými hodnotami. S výhodou je systém automatický a bude samočinně provádět potřebné změny v parametrech přečerpávání.The pumped storage power plant preferably contains a control, measurement and control system that will ensure the safe operation of the power plant based on the measurement of important operational parameters and their comparison with the permitted values. Advantageously, the system is automatic and will automatically make the necessary changes in the pumping parameters.
Výhodou uspořádání přečerpávací elektrárny s mezikusem podle vynálezu je, že přečerpávací elektrárna může mít, v závislosti na pevnosti použitého materiálu, relativně velmi lehkou a přitom vysokou konstrukci. Pro optimální využití pevnosti materiálu je nutno přečerpávací elektrárnu stavět s výškou ve stovkách metrů. Současně je nutné zajistit dostatečnou šířku přečerpávací elektrárny pro zabezpečení stability přečerpávací elektrárny v silném větru. Přečerpávací elektrárna tohoto provedení je tedy vhodná především pro velké výkony a kapacity.The advantage of the arrangement of the pumped power plant with an intermediate piece according to the invention is that the pumped power plant can have, depending on the strength of the material used, a relatively very light and at the same time high construction. To optimally use the strength of the material, the pumping station must be built with a height of hundreds of meters. At the same time, it is necessary to ensure sufficient width of the pumped storage power plant to ensure the stability of the pumped storage power plant in strong winds. The pumped storage power plant of this design is therefore particularly suitable for large outputs and capacities.
Při dostatečně únosném podloží lze přečerpávací elektrárnu pohodlně stavět s velkou výtlačnou výškou a s velkou šířkou.If the subsoil is sufficiently load-bearing, the pumped-storage power plant can be conveniently built with a large discharge height and a large width.
Výkonnou přečerpávací elektrárnu lze však získat i v případě, že je k dispozici několik vhodných menších pozemků rozmístěných blízko sebe. Na každém pozemku bude postavena část přečerpávací elektrárny s optimální výškou odpovídající únosnosti podloží, přičemž tyto části budou vzájemně spojeny a vytvoří dostatečně stabilní konstrukci.However, a powerful pumped storage plant can also be obtained if several suitable smaller plots of land located close to each other are available. On each plot, a part of the pumping station will be built with an optimal height corresponding to the bearing capacity of the subsoil, while these parts will be connected to each other and form a sufficiently stable structure.
Jelikož přečerpávací elektrárny podle vynálezu mohou poskytovat vysoké kapacity a výkony soustředěné do vybraných míst, je výhodné pamatovat na zesílení připojené rozvodné elektrické sítě.Since pumped storage power plants according to the invention can provide high capacities and outputs concentrated in selected locations, it is advantageous to remember to reinforce the connected electrical distribution network.
Přečerpávací elektrárna se s výhodou může sestavovat postupnou montáží a spojováním jednotlivých částí modulů vedle sebe, tj. po vrstvách.The pumped storage power plant can advantageously be assembled by sequential assembly and joining of individual parts of the modules next to each other, i.e. layer by layer.
Na nejnižší vrstvu částí modulů se postupně napojují další vrstvy tak, aby celá přečerpávacíAdditional layers are gradually connected to the lowest layer of module parts so that the whole is pumped
-27 CZ 310166 B6 elektrárna byla na podloží při výstavbě vyvážená a nevznikala v ní zbytečně přídavná mechanická napětí. Nejprve se sestavují základy, na ně se vrství dolní nádrže, dále mezikusy a nakonec horní nádrže. Průběžně se montuje také příslušenství, zejména vodní a vzduchové potrubí a energetická soustrojí.-27 CZ 310166 B6 power plant was balanced on the subsoil during construction and no unnecessary additional mechanical stresses were created in it. First, the foundations are assembled, the lower tanks are layered on them, then the intermediate pieces and finally the upper tanks. Accessories, especially water and air pipes and power systems, are also continuously installed.
Souběžně je nutno vystavět přívod vody pro naplnění nádrží přečerpávací elektrárny.At the same time, it is necessary to build a water supply to fill the reservoirs of the pumping station.
Konstrukce přečerpávací elektrárny je zvláště při větší únosnosti podloží odolná proti nepříznivým povětrnostním podmínkám a proti zemětřesení.The construction of the pumped-storage power plant is particularly resistant to adverse weather conditions and earthquakes when the bearing capacity of the subsoil is greater.
Zatížení podloží zůstává při přečerpávání konstantní, přečerpávací elektrárna proto nevyvolává zemětřesení.The subsoil load remains constant during pumping, so the pumped-storage power plant does not cause earthquakes.
Výroba oceli, jakož i doprava při výstavbě přečerpávací elektrárny podle vynálezu jsou sice energeticky náročné jako u jiných elektráren, avšak vzhledem k obdobně dlouhé životnosti přečerpávací elektrárny je její uhlíková stopa poměrně nevýznamná zejména v porovnání s jinými druhy akumulačních elektráren, např. s elektrochemickými, které mají životnost nesrovnatelné kratší.The production of steel, as well as transport during the construction of the pumped-storage power plant according to the invention, are energy-intensive as with other power plants, but due to the similarly long service life of the pumped-storage power plant, its carbon footprint is relatively insignificant, especially compared to other types of storage power plants, e.g. electrochemical ones, which they have an incomparably shorter lifespan.
Přečerpávací elektrárna podle vynálezu ve srovnání s dosavadními řešeními vykazuje všestranné zlepšení parametrů a dalších užitných vlastností:Compared to existing solutions, the pumped storage power plant according to the invention shows an all-round improvement in parameters and other useful properties:
- velmi efektivně využívá plochu pozemku, na kterém je vystavěna, protože dolní a horní nádrž jsou umístěny nad sebou, ve stejném půdorysu,- very efficiently uses the area of the land on which it is built, because the lower and upper reservoir are located above each other, in the same floor plan,
- i při velké výšce může být umístěna poblíž obydlených oblastí a na rovině,- even at a high altitude, it can be located near populated areas and on the plain,
- lze ji vystavět s kapacitou a výkonem dle potřeb dané oblasti, takže pro její spojení s elektrickou sítí postačuje krátké přenosové elektrické vedení a krátké potrubí pro dodávky teplé vody.- it can be built with capacity and power according to the needs of the given area, so a short transmission power line and a short pipe for hot water supply are sufficient to connect it to the electrical network.
Využívání přečerpávacích elektráren podle vynálezu umožňuje řešit zásadní problémy energetiky:The use of pumped storage power plants according to the invention makes it possible to solve fundamental problems of energy:
- mnohonásobně zvýšit akumulované množství elektrické energie proti současnému stavu, - zapojováním potřebného počtu svých energetických soustrojí pohotově vyrovnávat disproporce mezi výrobou elektrické energie z jaderných elektráren a z elektráren na fosilní paliva, proměnlivou spotřebou v průmyslu, dopravě a službách a značně nepravidelnou výrobou z obnovitelných zdrojů,- to multiply the accumulated amount of electrical energy compared to the current state, - by connecting the necessary number of its energy systems, promptly balance the disproportions between the production of electrical energy from nuclear power plants and from fossil fuel power plants, variable consumption in industry, transport and services and highly irregular production from renewable sources,
- kompenzovat účiník v elektrické síti používáním točivých strojů jako energetických soustrojí, - snížit náklady na řešení disproporcí v elektrické síti omezením neekonomického provozování špičkových zdrojů a snížením nároků na regulaci výroby elektrické energie v dosavadních elektrárnách,- to compensate for the power factor in the electrical network by using rotating machines as energy systems, - to reduce the costs of solving disproportions in the electrical network by limiting the uneconomical operation of peak sources and reducing the requirements for regulating the production of electrical energy in existing power plants,
- zvýšit energetickou účinnost při akumulování elektrické energie využíváním odpadního tepla, - zefektivnit nebo omezit masivní přenosy elektrické energie na dlouhé vzdálenosti i mezi státy, - výrazně rozšířit a zlevnit výrobu elektrické energie ve větrných a fotovoltaických elektrárnách výkonově velmi nestabilních,- to increase energy efficiency in the accumulation of electrical energy by using waste heat, - to make more efficient or limit the massive transmission of electrical energy over long distances and between countries, - to significantly expand and make the production of electrical energy cheaper in wind and photovoltaic power plants whose performance is very unstable,
- omezit výrobu energie v elektrárnách na fosilní paliva, zejména na plyn, případně v jaderných elektrárnách,- limit energy production in fossil fuel power plants, especially gas, or in nuclear power plants,
- významně přispět ke zlepšení životní prostředí,- significantly contribute to the improvement of the environment,
- zvýšit elektrifikaci v průmyslu, dopravě a službách,- increase electrification in industry, transport and services,
- rozvíjet elektromobilitu,- develop electromobility,
- zvýšit podíl elektrické energie ve vytápění buď přímo, nebo zejména k pohonu tepelných čerpadel,- to increase the share of electricity in heating either directly or mainly to drive heat pumps,
- rozsáhleji zapojovat bateriová úložiště,- connect battery storage more extensively,
- omezit a zefektivnit masivní přenosy elektrické energie na dlouhé vzdálenosti mezi státy, - zvýšit energetickou soběstačnost a bezpečnost pro velké i malé územní celky uvnitř států i pro jejich společenství.- to limit and streamline the massive transmission of electrical energy over long distances between states, - to increase energy self-sufficiency and security for large and small territorial units within states and for their communities.
-28 CZ 310166 B6-28 CZ 310166 B6
Výstavba nových přečerpávacích elektráren a navazující zvyšování podílu obnovitelných zdrojů v energetice mohou být novým podnětem k rozvoji průmyslu, dopravy a služeb, ke snížení nezaměstnanosti a zvýšení životní úroveň obyvatel.The construction of new pumping stations and the subsequent increase in the share of renewable sources in the energy sector can be a new incentive for the development of industry, transport and services, to reduce unemployment and increase the standard of living of the population.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález bude blíže objasněn na příkladech provedení dle přiložených výkresů:The invention will be explained in more detail on examples of execution according to the attached drawings:
obr. 1 znázorňuje schéma běžného modulu, obr. 2 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů, obr. 3 znázorňuje schéma variant nádrží v soustavě propojených modulů, obr. 4 znázorňuje schéma rovinné soustavy propojených modulů, obr. 5 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů na zvlněném podloží, obr. 6 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s troj úrovňovou soustavou modulů a třístupňovou horní plošinou, obr. 7 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s trojúrovňovou soustavou modulů a vyrovnanou horní plošinou, obr. 8 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s přídavnými nádržemi, obr. 9 znázorňuje schémata dvou variant přečerpávací elektrárny se soustavou modulů s různým průměrem, obr. 10 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s průtokovým spojovacím potrubím, obr. 11 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s paralelním připojením spojovacího potrubí, obr. 12 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s nezávislým připojením spojovacího potrubí, obr. 13 znázorňuje schéma chlazení přečerpávací elektrárny, obr. 14 znázorňuje schéma chlazení přečerpávací elektrárny s výměníkem, obr. 15 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny se zařízením pro výrobu el. energie z odpadního tepla, obr. 16 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny se zařízením pro vytápění a pro výrobu elektrické energie z odpadního tepla.Fig. 1 shows a diagram of a regular module, Fig. 2 shows a diagram of a system of interconnected modules, Fig. 3 shows a diagram of variants of tanks in a system of interconnected modules, Fig. 4 shows a diagram of a planar system of interconnected modules, Fig. 5 shows a diagram of a system of interconnected modules on a corrugated foundation , Fig. 6 shows a diagram of a pumped storage power plant with a three-level system of modules and a three-level upper platform, Fig. 7 shows a diagram of a pumped storage power plant with a three-level system of modules and a leveled upper platform, Fig. 8 shows a diagram of a pumped storage power plant with additional tanks, Fig. 9 shows the diagrams two variants of the pumped storage power plant with a system of modules with different diameters, Fig. 10 shows a diagram of a system of interconnected modules with a flow connecting pipe, Fig. 11 shows a diagram of a system of interconnected modules with parallel connection of a connecting pipe, Fig. 12 shows a diagram of a system of interconnected modules with independent connection of a connecting pipe pipe, Fig. 13 shows the diagram of pumped-pump power plant cooling, Fig. 14 shows the pumped-pump power plant cooling diagram with an exchanger, Fig. 15 shows the pumped-pump power plant diagram with electricity production equipment. energy from waste heat, Fig. 16 shows a diagram of a pumped storage power plant with equipment for heating and for the production of electrical energy from waste heat.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Obr. 1 znázorňuje schéma běžného modulu.fig. 1 shows a diagram of a common module.
V podloží 4 je vybudován základ 10. na kterém je umístěn mezikus 13. na mezikusu 13 jeA foundation 10 is built in the subgrade 4, on which an intermediate piece 13 is placed. on the intermediate piece 13 is
-29 CZ 310166 B6 umístěna horní nádrž 14 a v dolní části mezikusu je umístěna dolní nádrž 12. Mezikus 13 tak slouží k nesení horní nádrže 14 i dolní nádrže 12.-29 CZ 310166 B6 the upper tank 14 is located and the lower tank 12 is located in the lower part of the intermediate piece. The intermediate piece 13 thus serves to support the upper tank 14 and the lower tank 12.
Na schématu dle obr. laje voda přepuštěna z horní nádrže 14 do dolní nádrže 12, výtlačná výška je zde nejmenší Hv.min. Na schématu dle obr. 1b je voda přečerpána z dolní nádrže 12 do horní nádrže 14, výtlačná výška je zde největší Hv.max. Zatížení základu 10 se při přečerpávání nemění.In the diagram according to the figure, water flows from the upper tank 14 to the lower tank 12, the discharge height is the smallest Hv.min. In the diagram according to Fig. 1b, the water is pumped from the lower tank 12 to the upper tank 14, the discharge height is the largest Hv.max. The load on base 10 does not change during pumping.
V dolní části mezikusu 13 je vytvořen rektifikační prostor 44 pro rektifikaci polohy běžného modulu 8 na základu 10. a to tak, že dolní část mezikusu 13 pod dolní nádrží 12 je opatřena vodorovnou výztuhou a montážními otvory ve stěnách mezikusu 13.In the lower part of the intermediate piece 13, a rectification space 44 is created for rectification of the position of the regular module 8 on the base 10, in such a way that the lower part of the intermediate piece 13 under the lower tank 12 is provided with horizontal reinforcement and mounting holes in the walls of the intermediate piece 13.
Přes montážní otvory jsou do rektifikačního prostoru 44 mezi vodorovnou výztuhou a základem 10 vloženy pneumatické zdvihací vaky 45 a plněním vzduchu do zdvihacích vaků 45 lze běžný modul 8 zvednout. Do vzniklé mezery mezi běžným modulem 8 a základem 10 lze vložit podložku o tloušťce stanovené dle výsledků měření a vypuštěním vzduchu ze zdvihacích vaků 45 lze běžný modul 8 opět spustit na základ 10 s podložkou.Through the mounting holes, pneumatic lifting bags 45 are inserted into the rectification space 44 between the horizontal reinforcement and the base 10, and by filling the lifting bags 45 with air, the regular module 8 can be lifted. In the resulting gap between the regular module 8 and the base 10, a pad with a thickness determined according to the measurement results can be inserted, and by releasing the air from the lifting bags 45, the regular module 8 can be lowered again onto the base 10 with the pad.
Obr. 2 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů.fig. 2 shows a diagram of a system of interconnected modules.
Soustava modulů obsahuje běžné moduly 8 s kruhovým vodorovným průřezem, které jsou propojeny do trojúhelníku, přičemž rozteč A běžných modulů 8 je menší než jejich průměr D, proto se půdorysně překrývají s přesahem B.The set of modules includes regular modules 8 with a circular horizontal cross-section, which are connected in a triangle, while the spacing A of the regular modules 8 is smaller than their diameter D, therefore they overlap with the overlap B in plan view.
Na obr. 2a je z detailu C patrné, že rozteč A běžných modulů 8 je zvolena tak, že stěny všech tří běžných modulů 8 se protínají v jednom bodě.In Fig. 2a, detail C shows that the pitch A of the regular modules 8 is chosen so that the walls of all three regular modules 8 intersect at one point.
Na obr. 2b je z detailu C patrné, že rozteč A běžných modulů 8 je větší než ve variantě 1, proto se v jednom bodě protínají vždy pouze dvě stěny běžných modulů 8. Přesah B běžných modulů 8 se zmenšil.In Fig. 2b, detail C shows that the spacing A of the common modules 8 is greater than in variant 1, therefore only two walls of the common modules 8 intersect at one point. The overlap B of the common modules 8 has decreased.
Na obr. 2c je z detailu C patrné, že rozteč A běžných modulů 8 je menší než ve variantě 1, proto se v jednom bodě protínají opět vždy pouze dvě stěny běžných modulů 8. Přesah B běžných modulů 8 se zvětšil.In Fig. 2c, detail C shows that the pitch A of the regular modules 8 is smaller than in variant 1, therefore only two walls of the regular modules 8 intersect at one point. The overlap B of the regular modules 8 has increased.
Obr. 3 znázorňuje schéma variant nádrží v soustavě propojených modulů.fig. 3 shows a diagram of tank variants in a system of connected modules.
Obr. 3a znázorňuje schéma nádrží se zobrazením všech stěn nádrží.fig. 3a shows a diagram of the tanks showing all the walls of the tanks.
Aby nebylo nutno každý prostor mezi nádržemi vybavovat samostatnou odbočkou ke spojovacímu potrubí pro účely plnění nebo vypouštění nádrží, jsou prostory mezi nádržemi vzniklé propojením nádrží jsou spojeny s vybranými prostory uvnitř nádrží.So that it is not necessary to equip each space between the tanks with a separate branch to the connecting pipe for the purpose of filling or draining the tanks, the spaces between the tanks created by connecting the tanks are connected to selected spaces inside the tanks.
Obr. 3b znázorňuje schéma nádrží se zobrazením tří variant spojení:fig. 3b shows a diagram of the tanks showing three connection variants:
- Plně kruhový tvar mají nádrže označené křížovým šrafováním a čísly: 1, 5, 8, 11, 14 a 15.- Tanks marked with cross-hatching and numbers: 1, 5, 8, 11, 14 and 15 have a fully circular shape.
- Kruhový tvar se třemi vydutými oblouky mají nádrže označené vodorovným šrafováním a čísly: 4, 7, 10 a 13.- Tanks marked with horizontal hatching and numbers: 4, 7, 10 and 13 have a circular shape with three bulging arches.
- Tvar se šesti vydutými oblouky mají nádrže označené svislým šrafováním a čísly: 2, 3, 6, 9, 12 a 16.- Tanks marked with vertical hatching and numbers: 2, 3, 6, 9, 12 and 16 have a shape with six convex arches.
Vzhledem ke kruhovému tvaru nádrží je však nutno při individuální vypouštění nebo plnění nádrží, např. z důvodu jejich poruchy, dodržet takový postup odstavování nebo plnění sousedních nádrží, aby všechny nádrže byly zatěžovány pouze vnitřním přetlakem a aby tedy nedošlo k zatížení klenutých stěn nádrží vnějším přetlakem.Due to the circular shape of the tanks, however, when draining or filling the tanks individually, e.g. due to their failure, it is necessary to follow such a procedure for shutting down or filling neighboring tanks, so that all tanks are loaded only by internal overpressure and so that the arched walls of the tanks are not loaded by external overpressure .
-30 CZ 310166 B6-30 CZ 310166 B6
Před individuálním plněním nádrže č. 8 s křížovým šrafováním není nutno plnit žádnou sousední nádrž.It is not necessary to fill any adjacent tank before individually filling tank No. 8 with cross hatching.
Před individuálním plněním nádrže č. 4 s vodorovným šrafováním je nutno plnit nádrže č. 1, 5 a 8 s křížovým šrafováním.Before individually filling tank No. 4 with horizontal hatching, it is necessary to fill tanks No. 1, 5 and 8 with cross hatching.
Před individuálním plněním nádrže č. 9 se svislým šrafováním je nutno plnit nádrže s křížovým šrafováním č. 1, 5, 8, 11, 14 a 15 a poté nádrže č. 4, 10 a 13 s vodorovným šrafováním.Before individually filling tank No. 9 with vertical hatching, it is necessary to fill tanks with cross hatching No. 1, 5, 8, 11, 14 and 15 and then tanks No. 4, 10 and 13 with horizontal hatching.
Před individuálním vypouštěním nádrže je potřebné dodržet inverzní postup.Before draining the tank individually, it is necessary to follow the inverse procedure.
Před individuálním vypouštěním nádrže č. 9 se svislým šrafováním není nutno vypouštět žádnou sousední nádrž.It is not necessary to drain any adjacent tank before draining tank No. 9 with vertical hatching individually.
Před individuálním vypouštěním nádrže č. 4 s vodorovným šrafováním je nutno vypouštět nádrže č. 2, 3 a 9 se svislým šrafováním.Before individually draining tank No. 4 with horizontal hatching, it is necessary to drain tanks No. 2, 3 and 9 with vertical hatching.
Před individuálním vypouštěním nádrže č. 8 s křížovým šrafováním je nutno vypouštět nádrže č. 2, 3, 6, 9, 12 a 16 a poté nádrže č. 4, 7 a 13 s vodorovným šrafováním.Before individually draining tank No. 8 with cross-hatching, tanks No. 2, 3, 6, 9, 12 and 16 must be drained and then tanks No. 4, 7 and 13 with horizontal hatching.
Obr. 4 znázorňuje schéma rovinné soustavy propojených modulů.fig. 4 shows a diagram of a planar system of interconnected modules.
V řezu A-A je znázorněna soustava 7 modulů propojených v přečerpávací elektrárně, která je vystavěna na rovinném podloží 4.Section A-A shows a system of 7 modules interconnected in a pumped-storage power plant, which is built on a flat foundation 4.
Každý běžný modul 8 v soustavě 7 modulů obsahuje horní nádrž 14, mezikus 13 a dolní nádrž 12. Pod a nad dolními nádržemi 12 a pod horními nádržemi 14 je prostor obslužných plošin.Each regular module 8 in the system of 7 modules contains an upper tank 14, an intermediate piece 13 and a lower tank 12. Below and above the lower tanks 12 and under the upper tanks 14 is a space of service platforms.
Pro přečerpávací elektrárnu se stabilními nádržemi 12, 14 je nosným prvkem základ 10, který je nesen únosností podloží 4.For a pumped storage power plant with stable tanks 12, 14, the supporting element is the foundation 10, which is supported by the bearing capacity of the subsoil 4.
Rez B-B v dolní části obrázku je proveden v oblasti mezikusů 13 a je na něm patrné prolínání běžných modulů 8, jejichž rozteč je menší než jejich průměr.Section B-B in the lower part of the figure is made in the area of intermediate pieces 13 and it shows the interlacing of common modules 8, the pitch of which is smaller than their diameter.
Nádrže 12, 14 a energetická soustrojí mohou být prostřednictvím spojovacího potrubí v soustavě 7 modulů libovolně spojeny, protože všechny běžné moduly 8 mají stejnou výškovou polohu a tím je výtlačná výška je u všech běžných modulů 8 stejná.The tanks 12, 14 and the energy system can be arbitrarily connected by means of the connecting pipe in the system 7 of modules, because all the normal modules 8 have the same height position and thus the discharge height is the same for all the normal modules 8.
Obr. 5 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů na zvlněném podloží.fig. 5 shows a diagram of a system of interconnected modules on a corrugated substrate.
Schéma je v podstatě stejné jako na obr. 3.1, liší se pouze v řezu A-A, z něhož je patrné, že soustava 7 modulů propojených v přečerpávací elektrárně je vystavěna na zvlněném podloží 4.The scheme is essentially the same as in Fig. 3.1, it differs only in the section A-A, from which it is evident that the system of 7 modules connected in the pumped storage power plant is built on the undulating subsoil 4.
V této soustavě 7 modulů mohou být prostřednictvím spojovacího potrubí spojeny pouze nádrže 12, 14 a energetická soustrojí se stejnou výškovou polohou běžných modulů 8, tzn. po vrstevnicích, aby měly stejnou výtlačnou výšku.In this system of 7 modules, only the tanks 12, 14 and energy systems with the same height position of the regular modules 8 can be connected via the connecting pipe, i.e. along contour lines to have the same discharge height.
Obr. 6 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s troj úrovňovou soustavou modulů a třístupňovou horní plošinou.fig. 6 shows a diagram of a pumped storage power plant with a three-level system of modules and a three-level upper platform.
Pozemek, na kterém je přečerpávací elektrárna postavena, má tři úrovně únosnosti podloží 4. Různá únosnost podloží 4 je zobrazena různou výškou základů 10.The land on which the pumped storage plant is built has three levels of bearing capacity of the subsoil 4. The different bearing capacity of the subsoil 4 is shown by the different height of the foundations 10.
Soustava 7 modulů obsahuje tři skupiny běžných modulů 8, které mají stejný poměr výšky dolních a horních nádrží 12. 14 k únosnosti podloží 4, takže každá skupina běžných modulů 8 má jinou výšku dolních a horních nádrží 12, 14, mezikusů 13 a základů 10.The system 7 of modules contains three groups of ordinary modules 8, which have the same ratio of the height of the lower and upper tanks 12, 14 to the bearing capacity of the foundation 4, so that each group of ordinary modules 8 has a different height of the lower and upper tanks 12, 14, intermediate pieces 13 and foundations 10.
Soustava 7 modulů využívá plně únosnost podloží 4 na celém pozemku. Tato přečerpávací elektrárna má proto větší kapacitu akumulované energie než přečerpávací elektrárna jednoúrovňová, která by byla postavena podle nejmenší únosnosti podloží na pozemku.The system of 7 modules fully utilizes the bearing capacity of the subsoil 4 on the entire plot. This pumped-storage power station therefore has a greater capacity of stored energy than a single-level pumped-storage power station, which would be built according to the lowest bearing capacity of the subsoil on the plot.
Přečerpávací elektrárna obsahuje také tři skupiny energetických zařízení 27 a spojovací potrubí 25. kterým jsou spojeny dolní nádrže 12 a horní nádrže 14 příslušné skupiny běžných modulů 8.The pumped storage power plant also contains three groups of energy devices 27 and connecting pipes 25, which connect the lower tanks 12 and the upper tanks 14 of the respective groups of common modules 8.
-31 CZ 310166 B6-31 CZ 310166 B6
Energetická zařízení 27 jsou vestavěna do energetických modulů 9 připevněných k běžným modulům 8 s dolními a horními nádržemi 12. 14 po obvodu soustavy 7 modulů.Energy devices 27 are built into energy modules 9 attached to regular modules 8 with lower and upper tanks 12, 14 around the perimeter of the system of 7 modules.
Na schématu podle obr. 6a je voda přepuštěna z horních nádrží 14 do dolních nádrží 12. Na schématu podle obr. 6b je voda přečerpána z dolních nádrží 12 do horních nádrží 14.In the scheme according to Fig. 6a, water is released from the upper tanks 14 to the lower tanks 12. In the scheme according to Fig. 6b, water is pumped from the lower tanks 12 to the upper tanks 14.
Obr. 7 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s troj úrovňovou soustavou běžných modulů a vyrovnanou horní plošinou.fig. 7 shows a diagram of a pumped storage power plant with a three-level system of common modules and a balanced upper platform.
Pozemek, na kterém je přečerpávací elektrárna postavena, má tři úrovně únosnosti podloží 4. Různá únosnost podloží 4 je zobrazena různou výškou základů 10.The land on which the pumped storage plant is built has three levels of bearing capacity of the subsoil 4. The different bearing capacity of the subsoil 4 is shown by the different height of the foundations 10.
Soustava 7 modulů obsahuje, obdobně jako na obr. 4, tři skupiny běžných modulů 8, kde každá skupina běžných modulů 8 má jinou výšku dolních a horních nádrží 12, 14. mezikusů 13 a základů 10, ale poměr výšky dolních a horních nádrží 12, 14 k únosnosti podloží 4 je u těchto skupin upraven tak, že horní hrany horních nádrží 14 vytvářejí souvislou rovinu.The system of modules 7 contains, similarly to Fig. 4, three groups of ordinary modules 8, where each group of ordinary modules 8 has a different height of the lower and upper tanks 12, 14. intermediate pieces 13 and bases 10, but the ratio of the height of the lower and upper tanks 12, 14 to the bearing capacity of the subsoil 4 is adjusted in these groups in such a way that the upper edges of the upper tanks 14 form a continuous plane.
Na schématu podle obr. 7a je voda přepuštěna z horních nádrží 14 do dolních nádrží 12. Na schématu podle obr. 7b je voda přečerpána z dolních nádrží 12 do horních nádrží 14.In the scheme according to Fig. 7a, water is released from the upper tanks 14 to the lower tanks 12. In the scheme according to Fig. 7b, water is pumped from the lower tanks 12 to the upper tanks 14.
Obr. 8 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny s přídavnými nádržemi.fig. 8 shows a diagram of a pumped storage power plant with additional tanks.
Soustava 7 modulů spojených svislými výztuhami je uložena na základech 10, které jsou umístěny na podloží 4.The system of 7 modules connected by vertical braces is placed on the bases 10, which are placed on the base 4.
Přečerpávací elektrárna obsahuje přídavnou nádrž 15 umístěnou mezi dolní nádrží 12 a horní nádrží 14, čímž je vytvořena kaskáda nádrží 12, 14, 15 se dvěma stupni.The pumped storage power plant includes an additional tank 15 located between the lower tank 12 and the upper tank 14, thereby creating a cascade of tanks 12, 14, 15 with two stages.
První stupeň kaskády nádrží 12, 14, 15 je tedy tvořen dolní nádrží 12 a přídavnou nádrží 15, druhý stupeň kaskády nádrží 12. 14. 15 je tvořen přídavnou nádrží 15 a horní nádrží 14.The first stage of the cascade of tanks 12, 14, 15 is therefore formed by the lower tank 12 and the additional tank 15, the second stage of the cascade of tanks 12, 14, 15 is formed by the additional tank 15 and the upper tank 14.
Přečerpávací elektrárna na obr. 8a obsahuje samostatné energetické soustrojí 27 pro čerpací i turbínový provoz na každý stupeň kaskády.The pumped storage power plant in Fig. 8a contains a separate energy assembly 27 for pumping and turbine operation for each stage of the cascade.
Výškový rozdíl hladin vody mezi nádržemi 12, 14. 15 v každém stupni kaskády je při čerpacím i turbínovém provozu polovinou celkového výškového rozdílu mezi horní nádrží 14 a dolní nádrží 12.The height difference of the water levels between the tanks 12, 14, 15 in each stage of the cascade is half of the total height difference between the upper tank 14 and the lower tank 12 during pumping and turbine operation.
Přečerpávací elektrárna na obr. 8b obsahuje energetické soustrojí 27 pro turbínový provoz společné pro oba stupně kaskády.The pumped storage power plant in Fig. 8b contains an energy assembly 27 for turbine operation common to both stages of the cascade.
Při turbínovém provozu se voda vypouští z horní nádrže 14 do dolní nádrže 12.During turbine operation, water is discharged from the upper tank 14 to the lower tank 12.
Energetické soustrojí 27 a svislé spojovací potrubí 25 pro turbínový provoz musí být dimenzovány na hydrostatický tlak pro celý výškový rozdíl.The energy assembly 27 and the vertical connecting pipe 25 for turbine operation must be sized for hydrostatic pressure for the entire height difference.
Přečerpávací elektrárna obsahuje také samostatné energetické soustrojí 27 pro čerpací provoz na první i druhý stupeň kaskády.The pumped storage power plant also contains a separate energy assembly 27 for pumping operation on the first and second stages of the cascade.
Při čerpacím provozu se voda čerpá v prvním stupni kaskády z dolní nádrže 12 do přídavné nádrže 15 a ve druhém stupni kaskády se čerpá z přídavné nádrže 15 do horní nádrže 14.During pumping operation, water is pumped in the first stage of the cascade from the lower tank 12 to the additional tank 15 and in the second stage of the cascade it is pumped from the additional tank 15 to the upper tank 14.
Energetické soustrojí 27 a svislé spojovací potrubí 25 pro čerpací provoz musí být dimenzovány na hydrostatický tlak pro výškový rozdíl mezi nádržemi 12. 14. 15 daného stupně kaskády.The energy system 27 and the vertical connecting pipeline 25 for pumping operation must be sized for the hydrostatic pressure for the height difference between the tanks 12, 14, 15 of the given stage of the cascade.
Obr. 9 znázorňuje schémata dvou variant přečerpávací elektrárny se soustavou modulů s různým průměrem.fig. 9 shows schematics of two variants of a pumped storage power plant with a system of modules with different diameters.
V soustavě běžných modulů 8 jsou běžné moduly 8 mezi sebou spojeny svislými výztuhami.In the system of regular modules 8, the regular modules 8 are connected to each other by vertical stiffeners.
Rozteč běžných modulů 8 je větší než jejich průměr.The pitch of the regular modules 8 is greater than their diameter.
Soustava běžných modulů 8 obsahuje tři skupiny běžných modulů 8 s různou únosností podloží. Různá únosnost podloží 4 je zobrazena různou výškou základů 10.The system of ordinary modules 8 contains three groups of ordinary modules 8 with different load-bearing capacity of the subsoil. The different bearing capacity of the subsoil 4 is shown by the different height of the foundations 10.
-32 CZ 310166 B6-32 CZ 310166 B6
Obr. 9a znázorňuje schéma soustavy běžných modulů 8, ve které mají všechny běžné moduly 8 stejný průměr, avšak výšky dolních nádrží 12 a horních nádrží 14 jsou úměrné únosnosti podloží 4. Průměrná výtlačná výška je u každé skupiny běžných modulů 8 různá.fig. 9a shows a diagram of a system of common modules 8, in which all common modules 8 have the same diameter, but the heights of the lower tanks 12 and upper tanks 14 are proportional to the bearing capacity of the subsoil 4. The average discharge height is different for each group of common modules 8.
Obr. 9b znázorňuje schéma soustavy běžných modulů 8 s různými průměry dolních nádrží 12 a horních nádrží 14.fig. 9b shows a diagram of a system of common modules 8 with different diameters of lower tanks 12 and upper tanks 14.
Ve všech běžných modulech 8 této soustavy běžných modulů 8 mají základy 10 stejný průměr, protože využívají veškerou únosnost podloží 4, která je dostupná v dané oblasti pozemku.In all the common modules 8 of this system of common modules 8, the foundations 10 have the same diameter, because they use all the bearing capacity of the subsoil 4 that is available in the given area of the plot.
Výška horních nádrží 14, dolních nádrží 12 i mezikusů 13 je ve všech běžných modulech 8 všech únosností podloží 4 stejná, avšak jejich vodorovný průměr je různý, přičemž poměr vodorovného průřezu horních nádrží 14 u běžných modulů 8 určité únosnosti podloží 4 k vodorovnému průřezu horních nádrží 14 u běžných modulů 8 s největší únosností podloží 4 je roven poměru určité únosnosti podloží 4 k největší únosnosti podloží 4.The height of the upper tanks 14, lower tanks 12 and intermediate pieces 13 is the same in all ordinary modules 8 of all bearing capacity of the subsoil 4, but their horizontal diameter is different, while the ratio of the horizontal cross-section of the upper tanks 14 in ordinary modules 8 of a certain bearing capacity of the subsoil 4 to the horizontal cross-section of the upper tanks 14 for ordinary modules 8 with the greatest bearing capacity of the subgrade 4 is equal to the ratio of a certain bearing capacity of the subgrade 4 to the greatest bearing capacity of the subgrade 4.
Soustava běžných modulů 8 obsahuje ve všech běžných modulech 8 všech únosností podloží 4 horní nádrže 14 s jednotnou výškou, dolní nádrže 12 s jednotnou výškou a mezikusy 13 rovněž s jednotnou výškou, a tedy i s jednotnou výtlačnou výškou.The system of common modules 8 contains in all common modules 8 of all bearing capacities of the subsoil 4 upper tanks 14 with a uniform height, lower tanks 12 with a uniform height and intermediate pieces 13 also with a uniform height, and thus also with a uniform discharge height.
Proto mohou být všechny horní nádrže 14 v celé přečerpávací elektrárně spojeny společným spojovacím potrubím 25 se všemi dolními nádržemi 12.Therefore, all the upper tanks 14 in the entire pumped storage power plant can be connected by a common connecting pipe 25 to all the lower tanks 12.
Přečerpávání s proporcionálním plněním všech nádrží 12. 14 bez ohledu na jejich průměr lze provádět pomocí kteréhokoliv energetického soustrojí.Pumping with proportional filling of all tanks 12. 14, regardless of their diameter, can be done using any power system.
Jelikož průměr plováků 11 a rozteč mezi běžnými moduly 8 zůstávají zachovány, výztuhy mezi nádržemi 12, 14. případně mezi mezikusy 13 menšího průměru musí mít větší šířku a tloušťku, aby jimi byla překlenuta vzdálenost mezi běžnými moduly 8 a aby byla zajištěna tuhost vzájemného spojení běžných modulů 8.Since the diameter of the floats 11 and the distance between the regular modules 8 remain the same, the reinforcements between the tanks 12, 14. or between the intermediate pieces 13 of a smaller diameter must have a greater width and thickness in order to bridge the distance between the regular modules 8 and to ensure the rigidity of the mutual connection of the regular modules 8.
Obr. 10 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s průtokovým spojovacím potrubím.fig. 10 shows a diagram of a system of interconnected modules with a flow connection pipe.
Rozteč běžných modulů 8 je menší než jejich průměr.The pitch of the regular modules 8 is smaller than their diameter.
Horní schéma je svislým řezem A-A soustavy 7 modulů dle dolního schématu. Střední schéma je půdorysem soustavy běžných modulů 8 horního schématu. Dolní schéma je vodorovným řezem B-B soustavy běžných modulů 8 podle horního schématu.The upper diagram is a vertical section A-A of the system of 7 modules according to the lower diagram. The middle scheme is a floor plan of the system of 8 common modules of the upper scheme. The lower diagram is a horizontal section B-B of the system of common modules 8 according to the upper diagram.
Ve všech běžných modulech 8 této soustavy běžných modulů 8 mají mezikusy 13 stejný průměr.In all common modules 8 of this system of common modules 8, the spacers 13 have the same diameter.
Výška horních nádrží 14 je ve všech běžných modulech 8 všech únosností podloží stejná, avšak jejich průměr je různý.The height of the upper tanks 14 is the same in all common modules 8 of all bearing capacities, but their diameter is different.
Horní nádrže 14 jsou mezi sebou spojeny vodorovným průtokovým spojovacím potrubím 25 umístěným ve dnech horních nádrží 14.The upper tanks 14 are connected to each other by a horizontal flow connection pipe 25 located at the bottom of the upper tanks 14.
Horní nádrže 14 jsou zde spojeny s energetickým soustrojím sériově, za sebou, takže se plní a vypouštějí postupně.Here, the upper tanks 14 are connected to the energy system in series, behind each other, so that they are filled and drained sequentially.
Průtokové spojovací potrubí 25 je vybaveno uzávěry 26, které umožňují regulovat plnění každé horní nádrže 14 pomocí uzávěrů 26 k sousedním horním nádržím 14.The flow connection pipe 25 is equipped with closures 26 that allow the filling of each upper tank 14 to be regulated by means of closures 26 to the adjacent upper tanks 14.
Obr. 11 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s paralelním připojením spojovacíhofig. 11 shows a diagram of a system of connected modules with a parallel connection of a connector
-33 CZ 310166 B6 potrubí.-33 CZ 310166 B6 pipe.
V horní části obrázku je znázorněn svislý řez A-A soustavou 7 modulů, v dolní části obrázku je znázorněn vodorovný řez B-B soustavou běžných modulů 8.The upper part of the picture shows a vertical section A-A with a system of 7 modules, the lower part of the picture shows a horizontal section B-B with a system of 8 regular modules.
Rozteč běžných modulů 8 je menší než jejich průměr.The pitch of the regular modules 8 is smaller than their diameter.
Ve všech běžných modulech 8 této soustavy běžných modulů 8 mají mezikusy 13 stejný průměr.In all common modules 8 of this system of common modules 8, the spacers 13 have the same diameter.
Výška dolních nádrží 12 a horních nádrží 14 je ve všech běžných modulech 8 všech únosností podloží stejná, avšak jejich průměr je různý.The height of the lower tanks 12 and the upper tanks 14 is the same in all common modules 8 of all bearing capacities of the subsoil, but their diameter is different.
Nádrže 12, 14 jsou připojeny paralelně samostatnými odbočkami k vodorovnému spojovacímu potrubí 25 umístěnému pod horními nádržemi 14.The tanks 12, 14 are connected in parallel by separate branches to the horizontal connecting pipe 25 located under the upper tanks 14.
Nádrže 12. 14 jsou spojovacím potrubím 25 sdruženy do tří skupin, každá skupina nádrží 12. 14 je připojena k energetickému soustrojí 27. Skupiny nádrží 12, 14 jsou mezi sebou spojeny uzavíratelným spojovacím potrubím 25 pro případ výpadku některého energetického soustrojí 27 nebo pro zlepšení možností regulace plnění nádrží 12. 14.Tanks 12, 14 are grouped into three groups by a connecting pipe 25, each group of tanks 12, 14 is connected to an energy system 27. Groups of tanks 12, 14 are connected to each other by a closable connecting pipe 25 in case of failure of one of the energy systems 27 or to improve the possibilities regulation of tank filling 12. 14.
Nádrže 12, 14 jsou zde spojeny s energetickým soustrojím 27 paralelně, takže se mohou plnit a vypouštět současně.The tanks 12, 14 are here connected to the energy system 27 in parallel, so that they can be filled and drained simultaneously.
Každá odbočka spojovacího potrubí 25 je vybavena uzávěrem 26, který umožňuje regulovat plnění nádrže 12,14.Each branch of the connecting pipe 25 is equipped with a cap 26, which makes it possible to regulate the filling of the tank 12,14.
Obr. 12 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s nezávislým připojením spojovacího potrubí.fig. 12 shows a diagram of a system of interconnected modules with an independent connection of a connecting pipe.
V horní části obrázku je znázorněn svislý řez A-A soustavou běžných modulů 8, v dolní části obrázku je znázorněn vodorovný řez B-B soustavou běžných modulů 8.In the upper part of the picture, a vertical section A-A of a system of 8 common modules is shown, in the lower part of the picture a horizontal section B-B of a system of 8 common modules is shown.
Rozteč běžných modulů 8 je menší než jejich průměr.The pitch of the regular modules 8 is smaller than their diameter.
Ve všech běžných modulech 8 této soustavy běžných modulů 8 mají mezikusy 13 stejný průměr.In all common modules 8 of this system of common modules 8, the spacers 13 have the same diameter.
Výška dolních nádrží 12 a horních nádrží 14 je ve všech běžných modulech 8 všech únosností podloží stejná, avšak jejich průměr je různý.The height of the lower tanks 12 and the upper tanks 14 is the same in all common modules 8 of all bearing capacities of the subsoil, but their diameter is different.
Každá nádrž 12, 14 je připojena samostatným spojovacím potrubím 25 vyvedeným až k energetickému soustrojí 27.Each tank 12, 14 is connected by a separate connecting pipe 25 leading to the energy system 27.
Všechny nádrže 12. 14 jsou zde spojeny s energetickým soustrojím 27 zcela nezávisle.All the tanks 12, 14 are here connected to the energy system 27 completely independently.
Každé samostatné spojovací potrubí 25 je vybaveno uzávěrem 26, který umožňuje regulovat plnění dolní nádrže 12 a horní nádrže 14 a který je umístěn až u energetického soustrojí 27, tudíž je snadno dostupný.Each separate connecting pipe 25 is equipped with a cap 26, which enables the filling of the lower tank 12 and the upper tank 14 to be regulated and which is located next to the power system 27, so it is easily accessible.
Toto uspořádání je výhodné pro zvýšení spolehlivosti uzávěrů 26 v případě, že přečerpávaná voda a veškeré vnitřní prostory soustavy běžných modulů 8 budou zahřátý na zvýšenou teplotu akumulováním odpadního tepla z přečerpávání.This arrangement is advantageous for increasing the reliability of the closures 26 in the event that the pumped water and all internal spaces of the system of common modules 8 will be heated to an elevated temperature by accumulating waste heat from pumping.
Obr. 13 znázorňuje schéma chlazení přečerpávací elektrárny.fig. 13 shows the cooling diagram of the pumped storage power plant.
Soustava modulů 8, 9 obsahuje běžné moduly 8, které jsou mezi sebou spojeny svislýmiThe system of modules 8, 9 contains ordinary modules 8, which are connected to each other vertically
-34 CZ 310166 B6 výztuhami.-34 CZ 310166 B6 braces.
V horní části obrázku je nárys zařízení, v dolní části obrázku je půdorys zařízení.In the upper part of the image there is an elevation of the device, in the lower part of the image there is a floor plan of the device.
Jako vzduchové chladicí zařízení zde s výhodou slouží cesty chladicího vzduchu, které slouží jako komín:As an air cooling device here, cooling air paths that serve as a chimney are advantageously used:
- obvodové energetické moduly 9, které obsahují svislé spojovací potrubí 25. jež spolu se stěnami běžných modulů 8 slouží jako teplosměnné plochy,- perimeter energy modules 9, which contain vertical connecting pipes 25. which, together with the walls of ordinary modules 8, serve as heat exchange surfaces,
- svislé prostory mezi běžnými moduly 8, kde stěny běžných modulů 8 slouží jako teplosměnné plochy,- vertical spaces between regular modules 8, where the walls of regular modules 8 serve as heat exchange surfaces,
- vodorovné přístupové chodby v úrovni pod a nad dolními nádržemi 12. jakož i v úrovni pod a nad horními nádržemi 14, kde stěny nádrží 12, 14, vodorovné spojovací potrubí 25 a energetické soustrojí 27 tvoří teplosměnné plochy.- horizontal access corridors at the level below and above the lower tanks 12. as well as at the level below and above the upper tanks 14, where the walls of the tanks 12, 14, the horizontal connecting pipe 25 and the power system 27 form heat exchange surfaces.
Otvory ve vodorovných výztuhách mezi moduly 8, 9 a otvory v dolní a horní části obvodových modulů 9 umožňují průchod chladicího vzduchu.The holes in the horizontal reinforcements between the modules 8, 9 and the holes in the lower and upper parts of the peripheral modules 9 allow the passage of cooling air.
Vzduch je do obvodových energetických modulů 9 přiváděn z venkovního prostředí bočním otvorem v dolní části těchto energetických modulů 9 a proudí:Air is supplied to the peripheral energy modules 9 from the outside through a side opening in the lower part of these energy modules 9 and flows:
- kolem energetického soustrojí 27 a svisle kolem svislého spojovacího potrubí 25 a v horní části energetických modulů 9,- around the energy assembly 27 and vertically around the vertical connecting pipe 25 and in the upper part of the energy modules 9,
- vodorovně přístupovými chodbami v úrovni pod a nad dolními nádržemi 12 kolem vodorovného spojovacího potrubí 25,- horizontally through access corridors at the level below and above the lower tanks 12 around the horizontal connecting pipe 25,
- vodorovně přístupovými chodbami v úrovni pod a nad horními nádržemi 14 kolem vodorovného spojovacího potrubí 25,- horizontally through access corridors at the level below and above the upper tanks 14 around the horizontal connecting pipe 25,
- dále proudí svisle nahoru kolem nádrží 12. 14 a mezikusů 13.- continues to flow vertically upwards around tanks 12, 14 and intermediate pieces 13.
ze kterých odnímá odpadní teplo, v důsledku ohřívání stoupá nahoru přirozeným tahem a v horní části modulů 8, 9 je otvory odváděn do venkovního prostředí.from which it removes waste heat, as a result of heating it rises up by natural draft and in the upper part of the modules 8, 9 it is discharged to the outside environment.
Prostřednictvím základu 10 se teplo z přečerpávací elektrárny předává také do podloží 4.Through the foundation 10, the heat from the pumped storage plant is also transferred to the subsoil 4.
Obr. 14 znázorňuje schéma chlazení přečerpávací elektrárny s výměníkem.fig. 14 shows the cooling diagram of the pumped storage power plant with an exchanger.
Soustava modulů 8, 9 obsahuje běžné moduly 8 a energetické moduly 9, které jsou mezi sebou spojeny svislými výztuhami.The system of modules 8, 9 contains normal modules 8 and energy modules 9, which are connected to each other by vertical braces.
Spojovací potrubí 25 je v obvodových, energetických modulech 9 rozvětveno, je uspořádáno do tvaru tepelného výměníku 30.The connecting pipe 25 is branched in the peripheral energy modules 9, it is arranged in the shape of a heat exchanger 30.
Energetické zařízení umístěno mimo soustavu modulů 8, 9.Energy equipment located outside the system of modules 8, 9.
Na obr. 14a je tepelný výměník 30 umístěn v dolní části svislého spojovacího potrubí 25.In Fig. 14a, the heat exchanger 30 is located in the lower part of the vertical connecting pipe 25.
Na obr. 14b je tepelný výměník 30 umístěn v celé výšce svislého spojovacího potrubí 25.In Fig. 14b, the heat exchanger 30 is located in the entire height of the vertical connecting pipe 25.
Na obr. 14a je energetické zařízení v zájmu umístěno pod úrovní 5 terénu.In Fig. 14a, the power plant of interest is located below ground level 5.
Na obr. 14b je energetické zařízení umístěno na úrovni 5 terénu.In Fig. 14b, the power plant is located on level 5 of the terrain.
Obr. 15 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny se zařízením pro výrobu el. energie z odpadního tepla.fig. 15 shows a diagram of a pumping station with equipment for electricity production. energy from waste heat.
Přečerpávací elektrárna obsahuje soustavu modulů 8, 9, které jsou mezi sebou spojeny svislými výztuhami.The pumped storage power plant contains a system of modules 8, 9, which are connected to each other by vertical braces.
-35 CZ 310166 B6-35 CZ 310166 B6
Spojovací potrubí 25 je s výhodou v obvodových, energetických modulech 9 rozvětveno, je uspořádáno do tvaru tepelného výměníku 30. v horní části obvodových, energetických modulů 9 jsou umístěny vzduchové motory 31.The connecting pipe 25 is preferably branched in the peripheral energy modules 9, it is arranged in the shape of a heat exchanger 30. air motors 31 are located in the upper part of the peripheral energy modules 9.
Vzduch z okolí jev důsledku komínového tahu nasáván do dolní části energetického modulu 9 pod tepelným výměníkem 30, ohřívá se v tepelném výměníku 30 odpadním teplem, stoupá vzhůru, stlačuje se a v horní části energetického modulu 9 vychází ven do okolí, přičemž prochází vzduchovým motorem 31. ve kterém expanduje stlačený vzduch a vyrábí elektrickou energii.As a result of the chimney draft, air from the surroundings is drawn into the lower part of the energy module 9 under the heat exchanger 30, is heated in the heat exchanger 30 by waste heat, rises up, is compressed and goes out into the surroundings in the upper part of the energy module 9, passing through the air motor 31 . in which compressed air expands and produces electrical energy.
Pro obsluhu a údržbu jsou k dispozici lanové výtahy 39 s bubnovým pohonem.39 cable lifts with drum drive are available for operation and maintenance.
Na obr. 15a je tepelný výměník 30 umístěn v dolní části svislého spojovacího potrubí 25.In Fig. 15a, the heat exchanger 30 is located in the lower part of the vertical connecting pipe 25.
Na obr. 15b je tepelný výměník 30 umístěn v celé výšce svislého spojovacího potrubí 25.In Fig. 15b, the heat exchanger 30 is located in the entire height of the vertical connecting pipe 25.
Obr. 16 znázorňuje schéma přečerpávací elektrárny se zařízením pro vytápění a pro výrobu elektrické energie z odpadního tepla.fig. 16 shows a diagram of a pumped storage power plant with equipment for heating and for the production of electrical energy from waste heat.
V horní části obrázku je svislý řez A-A zařízení, v dolní části obrázku je půdorysný řez B-B zařízení.In the upper part of the picture there is a vertical section A-A of the device, in the lower part of the picture there is a plan section B-B of the device.
Přečerpávací elektrárna obsahuje soustavu modulů 8, 9, které jsou vzájemně propojeny.The pumped storage power plant contains a system of modules 8, 9 which are interconnected.
Běžné moduly 8 obsahují dolní nádrž 12. mezikus 13 a horní nádrž 14. všechny moduly 8, 9 jsou umístěny na betonových základech.Common modules 8 contain a lower tank 12, an intermediate piece 13 and an upper tank 14. All modules 8, 9 are placed on concrete foundations.
Pod dolními nádržemi 12 a pod horními nádržemi 14 je umístěno vodorovné spojovací potrubí 25, které je připojeno odbočkami k nádržím 12, 14.Under the lower tanks 12 and under the upper tanks 14, a horizontal connecting pipe 25 is placed, which is connected by branches to the tanks 12, 14.
V dolní části svislého spojovacího potrubí 25 je umístěno energetické soustrojí 27.In the lower part of the vertical connecting pipe 25, the power system 27 is located.
Vodorovné spojovací potrubí 25 je v obvodových energetických modulech 9 rozvětveno a je uspořádáno do tvaru tepelných výměníků 30.The horizontal connecting pipe 25 is branched in the peripheral energy modules 9 and is arranged in the form of heat exchangers 30.
V horní části obvodových, energetických modulů 9 jsou umístěny vzduchové motory 31 poháněné vzduchem ohřátým od běžných modulů 8, od spojovacího potrubí 25 a od tepelných výměníků 30.In the upper part of the peripheral, energy modules 9, air motors 31 are located, driven by air heated from the normal modules 8, from the connecting pipe 25 and from the heat exchangers 30.
V tepelných výměnících 30 se odpadní teplo z ohřáté přečerpávané vody předává do vody venkovního topného systému k vytápění okolních objektů v obytné zóně 40, průmyslové zóně 41, zemědělské zóně 42 a v rekreační zóně 43.In the heat exchangers 30, the waste heat from the heated pumped water is transferred to the water of the outdoor heating system for heating the surrounding buildings in the residential zone 40, the industrial zone 41, the agricultural zone 42 and the recreational zone 43.
Na horní plošině a na bočních stěnách soustavy modulů 8, 9 jsou umístěny panely 46 sluneční elektrárny. Na horní plošině soustavy modulů 8, 9 jsou umístěny větrné elektrárny 47.The panels 46 of the solar power plant are placed on the upper platform and on the side walls of the system of modules 8, 9. Wind turbines 47 are located on the upper platform of the system of modules 8, 9.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Přečerpávací elektrárna dle vynálezu má předpoklady k rozsáhlému využívání:The pumping station according to the invention has prerequisites for extensive use:
- vychází z ověřeného jednoduchého principu přečerpávání vody, což je důležitý předpoklad její spolehlivosti,- it is based on the proven simple principle of pumping water, which is an important prerequisite for its reliability,
- maximálně využívá pevnostní vlastnosti a korozní odolnost konstrukčního materiálu,- makes maximum use of the strength properties and corrosion resistance of the structural material,
- modulová konstrukce zjednodušuje výrobu a montáž,- modular construction simplifies production and assembly,
-36 CZ 310166 B6-36 CZ 310166 B6
- zachovává stabilitu proti převrácení i při velmi silném větru,- maintains stability against overturning even in very strong winds,
- lze ji postavit s vysokou kapacitou a výkonem podle potřeb elektrické sítě,- it can be built with high capacity and power according to the needs of the electrical network,
- umožňuje dlouhodobé uložení energie bez ztráty kapacity,- enables long-term energy storage without loss of capacity,
- má při přečerpávání vody velmi dobrou energetickou účinnost,- has very good energy efficiency when pumping water,
- odpadní teplo vzniklé při přečerpávání vody lze používat k vytápění bytů i nebytových prostorů v okolních obcích, případně i k druhotné výrobě elektrické energie,- the waste heat generated during water pumping can be used to heat apartments and non-residential spaces in the surrounding municipalities, and possibly also for the secondary production of electricity,
- horní plošina a boční stěny přečerpávací elektrárny mohou být využívány pro umístění sluneční a/nebo větrné elektrárny,- the upper platform and side walls of the pumping station can be used for the location of a solar and/or wind power station,
- přetlak tekutiny v energetickém soustrojí kolísá během provozního cyklu nejvýše v rozsahu několika procent,- the excess pressure of the fluid in the energy system fluctuates during the operating cycle in the range of a few percent at most,
- lze ji spustit a zastavit s vysokou pohotovostí,- it can be started and stopped with high alertness,
- lze ji vyrobit s použitím běžných, ekologických a plně recyklovatelných materiálů, zejména oceli, s dlouhou životností v desítkách až stovkách tisíc cyklů, v desítkách až stovkách let,- it can be produced using common, ecological and fully recyclable materials, especially steel, with a long service life of tens to hundreds of thousands of cycles, tens to hundreds of years,
- při vývoji a výstavbě lze navázat na zkušenosti se stavbou energetických zařízení a výškových budov,- during development and construction, it is possible to build on experience with the construction of energy equipment and high-rise buildings,
- umožní velmi efektivně využít pozemky z dřívějších průmyslových areálů, zvláště pokud mají vysokou únosnost podloží,- will make it possible to use land from former industrial areas very efficiently, especially if they have a high bearing capacity of the subsoil,
- provoz přečerpávací elektrárny je ekologický, nevznikají při něm škodlivé odpady,- the operation of the pumped-storage power plant is ecological, it does not generate harmful waste,
- při přečerpávání vody mezi dolní a horní nádrží uvnitř přečerpávací elektrárny nemůže docházet k ohrožování biologického života v okolí, nehrozí riziko nasátí nežádoucích předmětů z jezera, nevíří se ani neznečišťuje voda v jezeře a nemůže docházet k ohrožování biologického života v jezeru čerpadly a turbínami,- when water is pumped between the lower and upper reservoirs inside the pumping station, biological life in the vicinity cannot be endangered, there is no risk of sucking in unwanted objects from the lake, the water in the lake is not swirled or polluted, and biological life in the lake cannot be endangered by pumps and turbines,
- rozdělením přečerpávané množství vody do jednotlivých modulů je minimalizováno riziko zaplavení okolí vodou při poškození některé nádrže,- by dividing the amount of pumped water into individual modules, the risk of flooding the surroundings with water in the event of damage to one of the tanks is minimized,
- přečerpávací elektrárna, zejména v modulovém provedení, je velmi odolná proti zemětřesení a proti nepříznivým povětrnostním podmínkám,- the pumping station, especially in the modular version, is very resistant to earthquakes and adverse weather conditions,
- nádrže přečerpávací elektrárny mohou sloužit také jako zásobník vody pro nouzové situace,- the reservoirs of the pumping station can also serve as a water reservoir for emergency situations,
- přečerpávací elektrárna má nízké provozní náklady,- the pumped-storage power plant has low operating costs,
- ekonomičnost investice a provozuje podobná jako u klasické přečerpávací elektrárny se dvěma stabilními nádržemi.- economic investment and operation similar to that of a classic pumped-storage power plant with two stable tanks.
Claims (20)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-258A CZ310166B6 (en) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | A pumped storage with stable reservoirs |
| EP23783298.5A EP4573281A2 (en) | 2022-08-19 | 2023-08-18 | A modular pumped-storage power plant |
| PCT/CZ2023/050052 WO2024037681A2 (en) | 2022-08-19 | 2023-08-18 | A modular pumped-storage power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-258A CZ310166B6 (en) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | A pumped storage with stable reservoirs |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2023258A3 CZ2023258A3 (en) | 2024-10-16 |
| CZ310166B6 true CZ310166B6 (en) | 2024-10-16 |
Family
ID=93014279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2023-258A CZ310166B6 (en) | 2022-08-19 | 2023-07-03 | A pumped storage with stable reservoirs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ310166B6 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130257057A1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-10-03 | Mark Robert John LEGACY | Hydro electric energy generation and storage structure |
| WO2016128962A1 (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | University Of Malta | Hydro-pneumatic energy storage system |
| CZ36530U1 (en) * | 2022-08-19 | 2022-11-07 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Pumping station for pumping between the base and floating reservoir |
| CZ36529U1 (en) * | 2022-08-19 | 2022-11-07 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Pumped storage power plant with upper and lower reservoir in a floating reservoir |
-
2023
- 2023-07-03 CZ CZ2023-258A patent/CZ310166B6/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130257057A1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-10-03 | Mark Robert John LEGACY | Hydro electric energy generation and storage structure |
| WO2016128962A1 (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | University Of Malta | Hydro-pneumatic energy storage system |
| CZ36530U1 (en) * | 2022-08-19 | 2022-11-07 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Pumping station for pumping between the base and floating reservoir |
| CZ36529U1 (en) * | 2022-08-19 | 2022-11-07 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Pumped storage power plant with upper and lower reservoir in a floating reservoir |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2023258A3 (en) | 2024-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6781199B2 (en) | Pumped storage power plant | |
| US12392311B2 (en) | Method for constructing a pumped storage power plant in a ground depression, in particular in an open-cast mine | |
| US8274168B2 (en) | Generating hydroenergy | |
| JP6108401B2 (en) | Pumped storage power plant | |
| CZ37585U1 (en) | Pumped storage power plant with stable reservoirs | |
| US12065998B2 (en) | Method for provisionally using an at least partially constructed lower reservoir for an underwater pumped-storage power plant | |
| US11846263B2 (en) | Hybrid renewable pumped storage hydropower energy storage system | |
| RU2150021C1 (en) | Method and megawatt-capacity power-plant module for recovering energy of reusable sources (options) | |
| DK177031B1 (en) | An energy storage system | |
| CZ36529U1 (en) | Pumped storage power plant with upper and lower reservoir in a floating reservoir | |
| CZ36530U1 (en) | Pumping station for pumping between the base and floating reservoir | |
| CZ310166B6 (en) | A pumped storage with stable reservoirs | |
| CZ2024195A3 (en) | A heat accumulator | |
| CZ38485U1 (en) | Heat storage | |
| CZ2024292A3 (en) | Pumped storage hydroelectric power plant with separate lower and upper reservoirs | |
| CZ38134U1 (en) | A pumped storage with a separate lower and upper reservoir | |
| CZ38598U1 (en) | Heat storage | |
| CZ310542B6 (en) | Heat storage | |
| CZ38688U1 (en) | Modular heat storage tank | |
| US20250250967A1 (en) | Modular nacelle of a wind turbine having a liquid spillage containment system and related method | |
| WO2024037681A2 (en) | A modular pumped-storage power plant | |
| WO2025237453A1 (en) | A modular heat storage device | |
| GB2465241A (en) | Renewable energy island constructed from interconnected cylinders | |
| CZ310091B6 (en) | A pumped storage plant with an upper and lower reservoir in the floating reservoir | |
| CN222065537U (en) | An oil and gas station based on a cap structure |