Moravské společnosti představují světovou novinku – přečerpávací turbínu pro specifické důlní podmínky
Využití vyuhlených dolů a podzemních prostor důlních staveb obecně pro umístění přečerpávacích vodních elektráren k získávání špičkové elektrické energie, je světově nové řešení. Je chráněno českým patentem z roku 2007 a patří odborníkům z Ostravy. Výzkumem tohoto nápadu se o dva roky později začala zabývat německá Univerzita Duisburg-Essen. V současné době společnosti FITE a. s., firma REACONT, a. s., MORAVSKÝ VÝZKUM, s. r. o., v Ostravě, ve spolupráci s Vysokou školou báňskou, dokončují realizaci projektu s podporou MPO „Výzkum a vývoj přečerpávací vodní elektrárny v hlubinném dole“.
Pod vedením navrhovatele koncepce a hlavního řešitele Ing. Pavla Bartoše, s koordinací výzkumu a realizace Ing. Petry Haladové je v současné době dokončována montáž komplexního turbínového soustrojí (rok 2013) o výkonu 600 kW. Díky podpoře MPO bylo možné uskutečnit velmi náročný výzkum, vývoj a realizaci inovované Peltonovy turbíny „ušité na míru“ pro specifické důlní podmínky, s využitím agresivních salinitních důlních vod pro přečerpávací proces. Výzkumný tým se zaměřil i na nová sofistikovaná řešení komplexního řídicího systému, včetně dálkového ovládání přečerpávacího procesu, zabezpečovací systém pro případ havárie dílčích bloků elektrárny, vývoj dvou hydraulických monobloků a komplexní zástavbový projekt elektrárny do důlních prostor.
Instalace elektrárny v dole je plánována na první polovinu roku 2014, v současné době výzkumníci připravují turbínový stroj na výstavu HYDRO 2013 v Innsbrucku (7. – 9. října). Důlní přečerpávací elektrárna je postavena na koncepci samostatného turbínového soustrojí s generátorem a nezávislého čerpacího systému. Využití reverzní přečerpávací turbíny je v daných podmínkách nevhodné.
Charakteristika zařízení
Důlní přečerpávací elektrárna je tvořena turbínovým soustrojím umístěným v důlní chodbě navazující na důlní jámu ústící v povrchovém objektu jámy, které je napojeno na přívodní potrubí vedoucí z horní retenční nádrže a dále na odpadní potrubí, které ústí do spodní důlní retenční nádrže, jíž tvoří rozsáhlý zásobník vody v systému ostravských šachet.
Přívodní potrubí je na výstupu z horní retenční nádrže osazeno automatickým uzavíracím ventilem, je vedeno po celé délce důlní jámy až do úrovně navazující důlní chodby, přičemž na konci vertikální části přívodního potrubí umístěného v důlní jámě
je prostřednictvím šroubované příruby napojen čisticí a filtrační systém hrubých sedimentů. Nad úrovní čisticího a filtračního systému hrubých sedimentů přívodní potrubí dále pokračuje do důlní chodby, je osazeno filtrační jednotkou ve své spodní části vybavenou čisticím otvorem, trvale propojeno s redukčním mezikusem navazujícím na hydraulicky ovládaný kulový ventil pevně napojený na tvarový mezikus propojený s hydraulicky ovládanou dýzou napojenou na turbínový stroj.
Turbínový stroj je ve své spodní části prostřednictvím odtokového hrdla napojen na odpadní potrubí ústící do spodní důlní retenční nádrže přírodního charakteru či uměle vytvořené, umístěné ve spodní části důlní jámy. Ve spodní důlní retenční nádrži je umístěno výtlačné ponorné čerpadlo napojené na výtlačné potrubí, které je vedeno po celé délce důlní jámy
do horní retenční nádrže, a které je před vstupem do horní retenční nádrže osazeno automatickým uzavíracím ventilem. Přívodní potrubí, výtlačné i odpadní potrubí jsou opatřena zátěžovým kotvením se speciálními kotvícími výztužemi uchyceným do stěny a nosné konstrukce důlní jámy, a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám.
Vrchní část skříně turbínového stroje je odnímatelná a disponuje speciálním systémem otvírání.
V důlní chodbě je dále umístěn hydraulický agregát napojený prostřednictvím hydraulické hadice na hydraulicky ovládanou dýzu, hydraulicky ovládaný kulový ventil a na turbínový stroj.
Turbínový stroj je pomocí hřídelové spojky, například automaticky ovládané, propojen s výstupní hřídelí generátoru elektrické energie, jež je prostřednictvím vodiče napojen na transformační jednotku umístěnou v zadní části důlní chodby, která je prostřednictvím vedení propojena s rozvodnou stanicí, jež navazuje na distribuční síť elektrické energie.
Řídicí systém umístěný v důlní chodbě je prostřednictvím vodiče, například optokabelu, propojen s centrálním řídicím stanovištěm, umístěným například v budově jámy, dále s automatickým uzavíracím ventilem s horní retenční nádrží, výtlačným ponorným čerpadlem a dalšími subsystémy a komponenty turbínového soustrojí.
Dále je výhodné, jestliže je hydraulicky ovládaná dýza demontovatelná a osazena speciálním filtrem nečistot a pokud jsou generátor elektrické energie a skříň turbínového stroje na svém povrchu opatřeny speciální ochrannou vrstvou a dalšími ochrannými prvky a jsou součástí skříně turbínového stroje speciální průzory z tvrzeného skla.
Výhodou navrhovaného řešení je, že ve specifických důlních podmínkách, kdy je turbínový stroj umístěn v horizontálním důlním díle, je samostatně v důlní jámě, jejíž dno je současně spodní retenční nádrží, umístěn čerpací systém se speciálním ponorným čerpadlem
a samostatným, v důlní jámě ukotveným výtlačným potrubím.
Průmyslová využitelnost
Systém je možno využít v oblastech s potřebou akumulace a dodávek elektrické energie, zejména při potřebě vyrovnání výkyvů v dodávce elektrické energie, a to jak při umístění v dole, tak v jiných typech specifického prostředí, které vykazuje obdobné charakteristiky.
Specifikace přečerpávací elektrárny
Důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem, se vyznačuje tím, že:
· Je tvořena turbínovým soustrojím 2 umístěným v důlní chodbě 3 navazující na důlní
jámu 4 ústící na povrchu. To je napojeno na přívodní potrubí 6 vedoucí z horní retenční nádrže 7 a dále na odpadní potrubí 11, které ústí do spodní důlní retenční nádrže 10. Po celé délce důlní jámy 4 je vedeno až do úrovně navazující důlní chodby 3, přičemž na konci vertikální části přívodního potrubí 6 umístěného v důlní jámě 4 je napojen čisticí a filtrační systém 24 hrubých sedimentů. Nad úrovní čisticího a filtračního systému 24 hrubých sedimentů přívodní potrubí 6 dále pokračuje do důlní chodby 3, přičemž je osazeno filtrační jednotkou 23. Následně navazuje na hydraulicky ovládaný kulový ventil 21 pevně napojený na tvarový mezikus 20 propojený s hydraulicky ovládanou dýzou 19 napojenou na turbínový stroj 16. Turbínový stroj 16 je ve své spodní části napojen na odpadní potrubí 11 ústící do spodní důlní retenční nádrže 10 umístěné ve spodní části důlní jámy 4. Ve spodní důlní retenční nádrži 10 je instalováno výtlačné ponorné čerpadlo 9 napojené na výtlačné potrubí 8, které je vedeno po celé délce důlní jámy 4 do horní retenční nádrže 7. Přívodní potrubí 6, výtlačné potrubí 8 i odpadní potrubí 11 jsou opatřena zátěžovým kotvením 31 s kotvícími výztužemi uchyceným do stěny a nosné konstrukce důlní jámy 4, a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám. V důlní chodbě 3 je dále umístěn hydraulický agregát 25 napojený na hydraulicky ovládanou dýzu 19, hydraulicky ovládaný kulový ventil 21 a na turbínový stroj 16, který je propojen s výstupní hřídelí 30 generátoru 18 elektrické energie. Generátor je napojen na transformační jednotku 26 umístěnou v důlní chodbě 3, která je propojena s rozvodnou stanicí 13, přičemž řídicí systém 27 umístěný v důlní chodbě 3 je propojen s centrálním řídicím stanovištěm 12, automatickým uzavíracím ventilem 14, 15, horní retenční nádrží 7, výtlačným ponorným čerpadlem 9 a dalšími subsystémy
a komponenty turbínového soustrojí 2. Přívodní potrubí 6 je na výstupu z horní retenční nádrže 7 osazeno automatickým uzavíracím ventilem 14. Filtrační jednotka 23 je ve své spodní části vybavena čisticím otvorem. Výtlačné potrubí 8 je před vstupem do horní retenční nádrže 7 osazeno automatickým uzavíracím ventilem 15. Součástí turbínového stroje 16 je skříň 29, jejíž vrchní část 28 je odnímatelná a disponuje systémem otvírání. Centrální řídicí stanoviště 12 je umístěno v budově 5 jámy. Hydraulicky ovládaná dýza 19 je demontovatelná a je osazena filtrem nečistot. Generátor 18 elektrické energie a skříň 29 turbínového stroje 16 jsou na svém povrchu opatřeny ochrannou vrstvou 32 a dalšími ochrannými prvky, jestliže jsou součástí skříně 29 turbínového stroje 16 průzory z tvrzeného skla.
Seznam pozic
- Důlní přečerpávací elektrárna
- Turbínové soustrojí
- Důlní chodba
- Důlní jáma
- Budova jámy
- Přívodní potrubí
- Horní retenční nádrž
- Výtlačné potrubí
- Výtlačné ponorné čerpadlo
- Spodní důlní retenční nádrž
- Odpadní potrubí
- Centrální řídicí stanoviště
- Rozvodná stanice
- Automatický uzavírací ventil (přívodního potrubí)
- Automatický uzavírací ventil (výtlačného potrubí)
- Turbínový stroj
- Hřídelová spojka
- Generátor elektrické energie
- Hydraulicky ovládaná dýza
- Tvarový mezikus
- Hydraulicky ovládaný kulový ventil
- Redukční mezikus
- Filtrační jednotka
- Čisticí a filtrační systém hrubých sedimentů
- Hydraulický agregát
- Transformační jednotka
- Řídicí systém
- Vrchní část skříně
- Skříň
- Výstupní hřídel generátoru
- Zátěžové kotvení
- Ochranná vrstva
- Vodič
Popisky
Obr. 1. Celkový systém důlní přečerpávací elektrárny se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem v axonometrickém promítání
Obr. 2. Detail spodního turbínového soustrojí včetně části přívodního a odpadního potrubí v axonometrickém promítání
Obr. 3. Detailní pohled na spodní turbínové soustrojí v axonometrickém promítání
CELÝ ČLÁNEK KE STAŽENÍ ZDE