гидроаккумулирующая электростанция

Формула изобретения

Гидроаккумулирующая электростанция, включающая верхний и нижний накопительные бассейны, соединенные между собой напорным водоводом, гидроагрегаты и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что верхний накопительный бассейн размещен в примыкающей к шахтному стволу завершенной очистной выработке верхнего горизонта или на породном отвале, сформированном на поверхности при разработке месторождения, а нижний накопительный бассейн размещен в примыкающей к шахтному стволу завершенной очистной выработке нижнего горизонта, причем каждый размещенный в завершенной очистной выработке накопительный бассейн выполнен в виде сообщающихся между собой сбойками, проходящими через барьерные целики в их верхней и нижней частях, очистных выработок, которые отделены от действующих выработок водонепроницаемыми перемычками и связаны с атмосферой наклонными от шахтного ствола сбойками, при этом гидроагрегаты установлены в выработках околоствольного двора нижнего горизонта, а напорный водовод размещен в шахтном стволе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а именно к гидроаккумулирующим пиковым электростанциям, которые вырабатывают электроэнергию в часы повышенного ее спроса.

Гидроаккумулирующая электростанция в часы избытка электроэнергии в энергосистеме потребляет ее, перекачивая воду из нижнего бассейна в верхний, а в часы повышенного потребления электроэнергии вырабатывает ее за счет накопленной потенциальной энергии воды.

Известна гидроаккумулирующая электростанция (Использование водной энергии. Учебное пособие для вузов. Под редакцией Д.С.Шавелева. Л.: Энергия, 1976. - 656 с. с ил.), содержащая нижний бассейн и верхний бассейн, расположенный выше по рельефу местности, напорный водовод, соединяющий бассейны, и насос-турбину, работающую в двухстороннем режиме.

Недостатком известной гидроаккумулирующей электростанции является то, что она может быть устроена только в условиях гористой местности, где существуют значительные перепады высот для обустройства нижнего и верхнего бассейнов.

Известна подземная гидроаккумулирующая электростанция (патент РФ №2080432, МПК Е 02 В 9/00, опубл. 27.05.1997 г.), содержащая машинный зал, выполненный в скальном массиве в виде верхней и нижней камер, соединенных между собой шахтами. Гидроагрегаты и вспомогательное оборудование размещены в нижней камере машинного зала, крановое оборудование размещено в верхней камере машинного зала.

Недостатком известной гидроаккумулирующей электростанции является необходимость создания специальных подземных камер и шахт в скальном массиве, что требует значительных материальных и трудовых затрат на извлечение горной массы из массива на большой глубине, доставку ее по горным выработкам и на поверхности до места складирования.

Задачей настоящего изобретения является разработка гидроаккумулирующей электростанции, в которой обеспечивается возможность использования в качестве накопительных бассейнов горных выработок, оставшихся от разработки месторождений полезных ископаемых, что значительно сокращает трудовые и материальные затраты.

Для решения поставленной задачи в гидроаккумулирующей электростанции, включающей верхний и нижний накопительные бассейны, соединенные между собой напорным водоводом, гидроагрегаты и вспомогательное оборудование, верхний и нижний бассейны размещены в примыкающих к шахтному стволу завершенных очистных выработках верхнего и нижнего горизонтов, отработка которых произведена с поддержанием налегающей толщи пород устойчивыми целиками, каждый бассейн выполнен в виде сообщающихся между собой завершенных очистных выработок, которые отделены от действующих выработок водонепроницаемыми перемычками, гидроагрегаты установлены в выработках околоствольного двора нижнего горизонта, а напорный водовод размещен в шахтном стволе. Верхний накопительный бассейн может быть расположен также на земной поверхности. Для его обустройства можно использовать плоские отвалы горных пород, созданные при разработке месторождения. Ограждающие дамбы и дно такого бассейна выполняют с водозащитным экраном.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема гидроаккумулирующей электростанции для варианта расположения верхней и нижней камер в горных выработках.

На чертеже обозначены:

1 - шахтный ствол;

2 - действующие горные выработки;

3 - водонепроницаемые перемычки;

4 - завершенные очистные выработки;

5 - сбойки между выработками;

6 - барьерный целик между выработками;

7 - сбойки для движения воздуха;

8 - напорный водовод;

9 - камера для гидроагрегатов;

10 - гидроагрегаты;

11 - сбойки с шахтным стволом.

Гидроаккумулирующая электростанция включает верхний и нижний бассейны, располагаемые в завершенных очистных выработках 4 соответственно на верхнем и нижнем горизонтах рудника (шахты), напорный водовод 8, размещаемый в шахтном стволе 1 и гидроагрегаты 10, установленные в специальной камере 9 околоствольного двора. Завершенные очистные выработки 4 изолируют от действующих выработок 2 с помощью водонепроницаемых перемычек 3 и связывают между собой сбойками 5 в нижней части и сбойками 7 (для движения воздуха) в верхней части, которые проходят через барьерные целики 6. Сбойки 11 проводят наклонными (в сторону от ствола 1) для связи атмосферы выработок 4 с шахтной атмосферой (со стволом).

Гидроаккумулирующую электростанцию оборудуют следующим образом. В пределах месторождения выбирают рудник, на котором ведется отработка мощных рудных залежей с управлением горным давлением поддержанием налегающей толщи горных пород на устойчивых целиках. На руднике определяют шахтный ствол, в окрестности которого имеется достаточное по объему выработанное пространство завершенных очистных выработок 4 на верхнем и нижнем горизонтах, имеющих наибольшую разность высот. Завершенные очистные выработки 4 обследуют и при необходимости в них проводят мероприятия по обеспечению длительной устойчивости, а именно укрепление ослабленных междукамерных целиков (не показаны), изоляцию с помощью торкрет-бетона или латекса частей выработок с породами, склонными к размоканию и др. Завершенные очистные выработки 4 сообщают сбойками 5, 7 между собой и 11 со стволом, максимально используя уже имеющиеся выработки, и изолируют от действующих выработок 2 водонепроницаемыми перемычками 3. Напорный водовод навешивают в свободном отделении шахтного ствола 1 и заводят через водонепроницаемые перемычки 3 в завершенные очистные выработки 4. Гидроагрегаты 10 устанавливают на нижнем горизонте в специальной камере 9, приток воды к которой обеспечивается самотеком со всего пространства завершенных очистных выработок 4.

Гидроаккумулирующая электростанция работает следующим образом (вариант с расположением верхнего бассейна в выработках верхнего горизонта).

В часы избытка в регионе электроэнергии она используется для перекачки воды из завершенных очистных выработок 4 нижнего горизонта гидроагрегатами 10 по напорному водоводу 8 в завершенные очистные выработки 4 верхнего горизонта. В часы максимального потребления электроэнергии вода сбрасывается по водоводу 8 в завершенные очистные выработки 4 нижнего горизонта, и гидроагрегаты 10 вырабатывают электроэнергию, восполняя ее недостаток в энергосистеме.

Именно выполнение гидроаккумулирующей электростанции с использованием в качестве бассейнов завершенных очистных выработок, расположенных в окрестности шахтного ствола, и отработанных с управлением горным давлением поддержанием налегающей толщи горных пород на устойчивых целиках, и изолированных от действующих выработок водонепроницаемыми перемычками, и сообщенных с шахтной атмосферой наклонными сбойками, а также размещение напорного водовода в шахтном стволе и установка гидроагрегатов в выработках околоствольного двора нижнего горизонта, использование площадей для создания верхнего бассейна, занятых породными отвалами, делают возможной техническую реализацию предлагаемого решения при минимальных затратах.

Гидроаккумулирующая электростанция указанной конструкции может работать как на действующих рудниках, так и после прекращения их эксплуатации при выполнении определенных мероприятий по обеспечению в дальнейшем водоотлива и вентиляции шахтного ствола. Верхний бассейн может быть расположен на земной поверхности на площадях, занятых породными отвалами, однако вариант расположения верхнего бассейна в горных выработках в условиях сурового климата более предпочтителен, так как исключает работу станции при минусовых температурах.