Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2431015C1 - Diversion well hydraulic power plant - Google Patents

Diversion well hydraulic power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2431015C1
RU2431015C1 RU2010106101/21A RU2010106101A RU2431015C1 RU 2431015 C1 RU2431015 C1 RU 2431015C1 RU 2010106101/21 A RU2010106101/21 A RU 2010106101/21A RU 2010106101 A RU2010106101 A RU 2010106101A RU 2431015 C1 RU2431015 C1 RU 2431015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
hydraulic
well
downhole
electric
Prior art date
Application number
RU2010106101/21A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Дмитриевич Елисеев (RU)
Александр Дмитриевич Елисеев
Вячеслав Васильевич Нескоромных (RU)
Вячеслав Васильевич Нескоромных
Елена Николаевна Павлюкова (RU)
Елена Николаевна Павлюкова
Original Assignee
Федеральное Государственное Учреждение "Центр Лабораторного Анализа И Технических Измерений По Сибирскому Федеральному Округу"
Александр Дмитриевич Елисеев
Вячеслав Васильевич Нескоромных
Елена Николаевна Павлюкова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Учреждение "Центр Лабораторного Анализа И Технических Измерений По Сибирскому Федеральному Округу", Александр Дмитриевич Елисеев, Вячеслав Васильевич Нескоромных, Елена Николаевна Павлюкова filed Critical Федеральное Государственное Учреждение "Центр Лабораторного Анализа И Технических Измерений По Сибирскому Федеральному Округу"
Priority to RU2010106101/21A priority Critical patent/RU2431015C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431015C1 publication Critical patent/RU2431015C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: construction. ^ SUBSTANCE: hydraulic power plant includes a water reservoir, for instance, a river, a water intake, by means of which it is communicated in its upper course with the upper end of a supplying tunnel discharge water conduit, the lower part of which is connected with a hydraulic unit, the outlet of which is communicated with a discharge water conduit, or with a discharge tunnel water conduit, the lower end of which - with the drainage zone, for instance, with the river in its lower course. The hydraulic unit comprises a hydraulic machine, for instance, a hydraulic turbine, installed in the water conduit and kinematically connected with an electric generator. The outlet of the electric generator is connected with an electric converter, to which an electric load is connected. The supplying tunnel discharge water conduit is a directionally drilled well, and the discharge water conduit is either a directionally drilled well, or a canal. ^ EFFECT: invention makes it possible to expand the conditions of the hydraulic power plant application up to practically everywhere in mountain environment and to obtain all advantages of renewable energy sources during its operation.

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при строительстве деривационных гидроэлектростанций преимущественно в гористых местностях.The invention relates to hydropower and can be used in the construction of derivational hydropower plants mainly in highlands.

Известна бесплотинная гидроэлектростанция (патент на изобретение РФ RU2173745 по заявке №98123023/13 от 18.12.1009, М.кл. Е02В 9/00; F03B 13/00. Опубл.20.09.2001), включающая деривационный канал, выполненный с уклоном дна, меньшим уклона дна реки в месте установки гидроэлектростанции, активную турбину, по ободу рабочего колеса которой жестко закреплены лопатки в виде ковшей, генератор и механизм редуцирования оборотов рабочего колеса турбины к оборотам генератора. В механизме редуцирования установлен механизм торможения вала генератора в виде управляемой гидродинамической муфты. В изобретении обеспечиваются вращение рабочего колеса турбины с постоянным крутящим моментом на его оси вне зависимости от нагрузки на роторе генератора и, как следствие, постоянство вращения вала генератора независимо от электрических нагрузок в его сети. Недостаток известной бесплотинной деривационной гидроэлектростанции заключается в том, что условия его применения ограничены. Она может использоваться в условиях, когда уклон дна реки iреки больше уклона деривационного канала iдер.к (iреки>1дер.к). Деривационный канал гидроэлектростанции является поверхностным и выполняется, как правило, с использованием лотков, часто открытых. Таким образом, недостаток бесплотинной гидроэлектростанции заключается в том, что эксплуатация ее в условиях резко континентального климата в зимнее время может сопровождаться возникновением проблем, связанных с низкими (отрицательными) температурами окружающего воздуха и возможным перемерзанием водотоков в лотках.Known damless hydroelectric power station (patent for the invention of the Russian Federation RU2173745 according to the application No. 98123023/13 of 12/18/1009, M.cl. EV2B 9/00; F03B 13/00. Publ. 20.09.2001), including the derivation channel made with a slope of the bottom, a smaller slope of the bottom of the river at the installation site of the hydroelectric power station, an active turbine with blades in the form of buckets rigidly fixed along the rim of the impeller, a generator and a mechanism for reducing the speed of the turbine impeller to the generator speed. In the reduction mechanism, a generator shaft braking mechanism is installed in the form of a controlled hydrodynamic coupling. The invention provides the rotation of the turbine impeller with constant torque on its axis, regardless of the load on the rotor of the generator and, as a consequence, the constancy of rotation of the generator shaft, regardless of electrical loads in its network. A disadvantage of the known damless derivative hydroelectric power station is that the conditions for its use are limited. It can be used in conditions where the slope of the bottom of the river i river is greater than the slope of the derivation channel i village ( river i> 1 village k ). The derivation channel of a hydroelectric power station is surface and is performed, as a rule, using trays, often open. Thus, the disadvantage of a damless hydroelectric power station is that its operation in a sharply continental climate in winter can be accompanied by problems associated with low (negative) ambient temperatures and possible freezing of watercourses in trays.

Известна скважинная гидроэлектростанция (патент на изобретение РФ RU 2373431 по заявке №2007139652/06 от 25.10.2007, М.кл. F03G 7/04; F03B 13/00. Опубл. 20.11.2009 г., бюл. №32), включающая источник воды, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, расположенной ниже точки сообщения водовода с питательной емкостью, установленную в нижней части водовода гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, электрическую линию связи электрогенератора с дневной поверхностью у устья скважины, водовод образован буровой скважиной, пробуренной до зоны стока, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками. Устройства регулирования расхода установлены в скважине в канале ее сообщения с (водоносной) водоносными зонами и выполнены с возможностью дистанционного управления ими с дневной поверхности, гидротурбина и электрогенератор агрегатированы и составляют скважинный гидроагрегат, снабженный фиксатором. Скважинный гидроагрегат и электрическая линия связи электрогенератора с дневной поверхностью выполнены приспособленными для эксплуатации их в скважинных условиях, а их эксплуатация является совмещаемой с техникой и технологией бурения скважин. Скважина или отдельные ее интервалы пробурена либо вертикальной, либо наклонной или направленной, а зоной стока являются сообщенные с ней поглощающий интервал природного или искусственного происхождения, а в горных условиях - пересечение скважины с поверхностью горного рельефа.Known downhole hydroelectric power station (patent for the invention of the Russian Federation RU 2373431 according to the application No. 2007139652/06 of 10.25.2007, Mcl F03G 7/04; F03B 13/00. Publ. 20.11.2009, bull. No. 32), including a water source, a conduit in communication with it, the lower end of which is connected to a drainage zone located below the point of communication of the conduit with a feed tank, a hydraulic machine installed in the lower part of the conduit, for example, a turbine kinematically connected to an electric generator, an electric line connecting the electric generator to the surface at the mouth wells, water con azovan borehole drilled to sink zone for water source made a surface water body, in a zone which is drilled or groundwater zone or zones or shallow reservoir with a subterranean zone or zones, water conduits are provided with flow regulation devices, such as regulators, valves. Flow control devices are installed in the well in the channel of its communication with the (aquifer) aquifers and are configured to remotely control them from the day surface, the turbine and the electric generator are aggregated and comprise a downhole hydraulic unit equipped with a latch. The downhole hydraulic unit and the electric line of communication of the generator with the day surface are made adapted for operation in borehole conditions, and their operation is compatible with the technique and technology of drilling wells. The well or its individual intervals are drilled either vertically, or inclined or directional, and the drainage zone is the absorption interval of natural or artificial origin communicated with it, and in mountain conditions, the intersection of the well with the surface of the mountainous terrain.

Поскольку водоводом в ней является скважина, стенки которой имеют положительную температуру, она свободна от недостатка, характерного для рассмотренной выше бесплотинной деривационной гидроэлектростанции. Однако в ней источник и сток воды являются разнородными, например, источником воды является одна (выше расположенная) подземная водоносная зона, а стоком - другая (ниже расположенная) подземная зона поглощения. Такая ситуация может привести к нарушению естественного природного водного баланса, а также сформировавшегося экологического равновесия. Она не является деривационной, предусматривающей формирование напора между двумя сечениями одной реки, расположенными на разных высотных положениях, за счет искусственно созданного канала с другим уклоном, соединяющего реку в этих сечениях.Since the water conduit in it is a well whose walls have a positive temperature, it is free from the drawback characteristic of the damless derivative hydroelectric station considered above. However, in it, the source and sink of water are heterogeneous, for example, the source of water is one (higher) underground aquifer, and the drain is another (lower) underground absorption zone. Such a situation can lead to disruption of the natural natural water balance, as well as to the formed ecological balance. It is not derivational, providing for the formation of pressure between two sections of the same river, located at different altitudinal positions, due to the artificially created channel with a different slope, connecting the river in these sections.

Наиболее близкой к заявляемой и принятой за прототип является деривационная гидроэлектростанция с напорной деривацией и туннельным водоводом (Н.Н.Аршеневский, Ф.Ф.Губин, В.Я.Карелин и др. Гидроэлектростанции: Учебник для ВУЗов, под ред. Ф.Ф.Губина и В.Я.Карелина. - 2е изд., перераб. - М., Энергия, 1980. - 368 с., илл., стр.36-37), которая относится к деривационной схеме ГЭС. (Такая схема позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода воды из естественного русла реки по искусственного водоводу. Благодаря этому уровень воды в реке в конце водовода оказывается выше уровня в реке. Этой разностью уровней и создается напор ГЭС. В зависимости от типа деривационного водовода различают ГЭС с безнапорной и с напорной деривацией. В деривационных ГЭС соблюдается водный баланс реки, они практически не вносят экологических проблем в естественное существование реки.) Она свободна от недостатков, характерных для указанной выше бесплотинной гидроэлектростанции при эксплуатации ее в условиях низких температур окружающего воздуха. Здание такой ГЭС, в котором установлены гидроагрегаты, может быть либо поверхностным, либо подземным. В последнем случае здание ГЭС сообщено с водозабором (водоприемником) туннельным подводящим водоводом, а с рекой в нижнем ее течении - отводящим туннельным водоводом. Она включает водоем, например реку, водозабор, посредством которого она сообщена в верхнем своем течении с верхним концом подводящего туннельного напорного водовода, нижняя часть которого соединена с гидроагрегатом, выход которого сообщен с отводящим водоводом либо с отводящим туннельным водоводом, нижний конец которого - с зоной стока, например с рекой в нижнем ее течении, а гидроагрегат содержит установленную в водоводе гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, выход которого соединен с электропреобразователем, к которому подключен электропотребитель. В деривационной гидроэлектростанция с напорной деривацией и туннельным водоводом, принятой в качестве прототипа, туннельный водовод представляет собой горную выработку, направленно выполненную в массиве горных пород, при этом наблюдается неравенство iреки<iдер.к. Напорный деривационный туннельный водовод, расположенный в массиве горных пород с положительной температурой, не подвержен воздействию отрицательных температур окружающих его пород, а при его эксплуатации не возникает проблем с возможным его перемерзанием.Closest to the claimed and adopted as a prototype is a derivative hydroelectric power station with pressure derivation and a tunnel conduit (N.N. Arshenevsky, F.F. Gubin, V.Ya. Karelin and others. Hydroelectric power plants: A textbook for high schools , under the editorship of F. F. Gubina and V.Ya. Karelina. - 2nd ed., Revised. - M., Energia, 1980. - 368 p., Ill., Pp. 36-37), which refers to the derivation scheme of the hydroelectric power station. (Such a scheme makes it possible to obtain a concentrated drop by diverting water from the natural channel of the river through an artificial water conduit. Due to this, the water level in the river at the end of the water conduit is higher than the level in the river. This creates a difference in the pressure of the hydroelectric power station. Depending on the type of diversion conduit, hydroelectric power plants are distinguished from non-pressure and with pressure derivation. In derivational hydroelectric power stations the water balance of the river is observed, they practically do not introduce environmental problems into the natural existence of the river.) It is free from the disadvantages characteristic of damless hydroelectric appear higher in the operation of its at low ambient temperatures. The building of such a hydroelectric station, in which hydraulic units are installed, can be either surface or underground. In the latter case, the building of the hydroelectric power station is connected with the water intake (water intake) by the tunnel inlet water conduit, and with the river in its lower stream - by the outlet tunnel water conduit. It includes a reservoir, for example, a river, water intake, through which it is connected in its upper stream with the upper end of the inlet tunnel pressure pipe, the lower part of which is connected to the hydraulic unit, the outlet of which is connected to the outlet pipe or to the outlet tunnel pipe, the lower end of which is with the zone runoff, for example, with the river in its lower reaches, and the hydraulic unit contains a hydraulic machine installed in the water pipe, for example, a hydraulic turbine kinematically connected to an electric generator, the output of which is connected nen with the electric converter to which the electric consumer is connected. In a derivational hydroelectric power station with a pressure derivation and a tunnel conduit adopted as a prototype, a tunnel conduit is a mine working directed in a rock mass, and there is an inequality i of the river <i village . A pressure derivative tunnel conduit located in a rock mass with a positive temperature is not affected by the negative temperatures of the surrounding rocks, and during its operation there are no problems with its possible freezing.

Недостаток деривационной электростанции, принятой за прототип, заключается а) в сложности сооружения напорного деривационного туннельного водовода; б) в том, что ограничены предельные глубины таких водоводов. Недостаток по п.а) объясняется тем, что горная выработка, посредством которой сооружается подземный напорный деривационный туннельный водовод, является сложным (там же, стр.259) в реализации сооружением (например, наименьший размер напорного туннеля составляет 2,1·1,9 м; там же, стр.268). Кроме сравнительно большого сечения, в процессе сооружения подземного напорного туннеля должны быть выполнены: цементация пород, прилегающих к поверхности горной выработки, комплекс работ по защите туннеля от воздействия грунтовых вод, а также приданию его поверхности состояния минимальной шероховатости (для минимизации гидросопротивлений движущемуся по нему потоку воды). Проходка напорного туннеля является высокозатратной. Относительно недостатка по п.б) - предельная глубина ограничивается технической возможностью (при существующем уровне развития техники и технологии проходки вертикальных горных выработок, несомненно, что при этом принимается во внимание и экономическая целесообразность сооружения таких проходок) проходки горных выработок, и, как показывает известный опыт, наибольшие глубины напорных деривационных туннельных водоводов ГЭС составляют до 1700-2000 м, так, самыми высокими напорными являются: ГЭС Раиссек в Австрии, напор 1767 м и ГЭС на р. Богота в Колумбии, напор 2000 м (там же, стр.35). При малых глубинах действуют малые напоры потока в водоводе, и, как следствие, при прочих равных условиях (например, при равенстве расходов потока) гидравлические (и электрические) мощности потока (и станции) не велики, не высоки и технико-экономические характеристики гидроэлектростанции и показатели ее работы.The disadvantage of the derivative power plant, adopted as a prototype, is a) the complexity of the construction of a pressure derivative tunnel conduit; b) in that the limiting depths of such water conduits are limited. The drawback in subsection a) is explained by the fact that the mining through which an underground pressure head derivative tunnel conduit is constructed is complex (ibid., P. 259) by the construction (for example, the smallest size of the pressure tunnel is 2.1 · 1.9 m; ibid., p. 268). In addition to a relatively large cross-section, during the construction of an underground pressure tunnel, the following should be performed: cementation of rocks adjacent to the surface of the mine working complex of works to protect the tunnel from groundwater, as well as to give its surface a minimum roughness (to minimize hydroresistance to the flow moving along it water). Driving through a pressure tunnel is costly. Regarding the drawback according to item b), the maximum depth is limited by the technical feasibility (given the current level of development of engineering and technology for vertical mining, it is undoubted that this also takes into account the economic feasibility of constructing such excavations) mining, and, as the well-known experience, the greatest depths of pressure head diversion tunnel water pipelines of hydroelectric power stations are up to 1700-2000 m, so the highest pressure head are: Raisek hydroelectric power station in Austria, pressure 1767 m and hydroelectric power station on the river. Bogotá in Colombia, head 2000 m (ibid., P. 35). At shallow depths, small pressure heads of the stream in the water conduit operate, and, as a result, ceteris paribus (for example, when the flow rate is equal), the hydraulic (and electric) power of the stream (and the station) are not large, and the technical and economic characteristics of the hydroelectric power station are not high either. indicators of her work.

Технической задачей изобретения является создание деривационной скважинной гидроэлектростанции в сооружении, менее сложной и с большими реально достижимыми глубинами напорного деривационного туннельного водовода, чем деривационная гидроэлектростанция по прототипу.An object of the invention is the creation of a derivative downhole hydroelectric power station in a structure that is less complex and with large realistically achievable depths of a pressure derivative tunneling water conduit than a derivative hydroelectric station according to the prototype.

Достигается поставленная техническая задача тем, что в известной гидроэлектростанции, включающей водоем, например реку, водозабор, посредством которого она сообщена в верхнем своем течении с верхним концом подводящего туннельного напорного водовода, нижняя часть которого соединена с гидроагрегатом, выход которого сообщен с отводящим водоводом либо с отводящим туннельным водоводом, нижний конец которого - с зоной стока, например с рекой в нижнем ее течении, а гидроагрегат содержит установленную в водоводе гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, выход которого соединен с электропреобразователем, к которому подключен электропотребитель, в ней подводящим туннельным напорным водоводом является направленно пробуренная скважина, а отводящим водоводом - либо направленно пробуренная скважина, либо канал.The technical problem is achieved by the fact that in a well-known hydroelectric power station, including a reservoir, for example a river, a water intake through which it is connected in its upper stream to the upper end of a supply tunnel pressure pipe, the lower part of which is connected to a hydraulic unit, the output of which is connected to a discharge pipe or to a discharge tunnel conduit, the lower end of which is with a drainage zone, for example, with a river in its lower reaches, and the hydraulic unit contains a hydraulic machine installed in the conduit, for example p a hydraulic turbine kinematically connected to an electric generator, the output of which is connected to an electric converter to which an electric consumer is connected, in it the supplying tunnel pressure head conduit is a directionally drilled borehole, and the discharge conduit is either a directionally drilled borehole or a channel.

В деривационной скважинной гидроэлектростанции:In a derivative downhole hydroelectric power station:

а) направленно пробуренная скважина может быть многоствольной;a) directionally drilled well may be multilateral;

б) отдельными интервалами выположенного профиля направленно пробуренной скважины, мнимо расположенными на дневной поверхности, могут быть трубы;b) pipes may be separate intervals of the laid out profile of a directionally drilled well, imaginaryly located on the day surface;

в) гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор могут быть установлены и на участке выположенного профиля скважины;c) a hydroturbine and an electric generator kinematically connected to it can be installed in the area of the well profile;

г) гидравлической машиной может быть поршневая машина;g) the hydraulic machine may be a piston machine;

д) со стороны устья скважины и через него дополнительно (либо только в ней) может быть установлен скважинный гидроагрегат, соединенный с нижней частью спущенной в скважину колонны труб с встроенным в нее электрокабелем; корпуса гидротурбины и электрогенератора выполнены с возможностью фиксирования и обеспечения восприятия реактивного момента опорным элементом, которым является, например, жестко закрепленная на устье скважины колонна труб, причем гидротурбиной является турбобур и электрогенератором - электробур в режиме электрогенератора; интервал скважины, в котором установлен скважинный гидроагрегат, вертикальный; нижним и верхним концами электрокабеля, встроенного в бурильную колонну, соединены соответственно электрогенератор и электропреобразователь; при этом окрестности размещения территориально разобщенных электропотребителей у устья скважины (выход скважинного гидроагрегата) и у зоны стока (выход поверхностного гидроагрегата) со своими электросетями являются центрами электропитания;d) from the side of the wellhead and through it additionally (or only in it) a downhole hydraulic unit can be installed connected to the lower part of the pipe string lowered into the well with an electric cable built into it; the casing of the turbine and the generator is made with the possibility of fixing and ensuring the perception of the reactive moment by the support element, which is, for example, a pipe string rigidly fixed at the wellhead and the turbine is a turbo-drill and the generator is an electric drill in the generator mode; the interval of the well in which the downhole hydraulic unit is installed is vertical; the lower and upper ends of the electric cable embedded in the drill string are connected respectively to an electric generator and an electric converter; at the same time, the vicinity of the location of geographically separated power consumers at the wellhead (outlet of the downhole hydraulic unit) and at the drain zone (outlet of the surface hydraulic unit) with their electric networks are power supply centers;

е) в условиях единого горного рельефа может быть создана сеть деривационных скважинных гидроэлектростанций, в каждой из которых может быть пробурено несколько попарно связывающих водозабор и водосток одной реки направленных скважин, так что они не имеют сообщений;f) in the conditions of a single mountainous terrain, a network of derivative borehole hydroelectric power stations can be created, in each of which several pairwise connected water intakes and drains of one river of directed wells can be drilled, so that they have no communications;

ж) водоемом может являться и (или) расположенная в верхней части горного рельефа емкость подземного гидроаккумулирования, сообщенная с земной поверхностью водосборными скважинами; для гидроаккумулирования используются подземные или поверхностные воды, в том числе образующаяся в паводковые периоды, либо в периоды таяния горных ледников; а зоной стока воды - расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона;g) the reservoir can be and (or) the underground storage tank located in the upper part of the mountainous relief, connected to the earth's surface by drainage wells; for accumulation, underground or surface waters are used, including those generated during flood periods or during periods of melting mountain glaciers; and with a water runoff zone, a natural body of water located at the bottom of a mountainous terrain, such as a river, or lake, or an underground aquifer;

з) в отводящем водоводе может быть установлен гидродинамический теплогенератор, например вихревой теплогенератор дискового типа, ротор которого соединен с ротором гидротурбины, установленной в отводящем водоводе, выход вихревого теплогенератора дискового типа может быть соединен с сетью системы отопления и горячего водоснабжения с возможностью переключения его выхода к потребителю горячей воды или (и) к теплогидроаккумулятору;h) a hydrodynamic heat generator, for example, a vortex disk-type heat generator, the rotor of which is connected to a rotor of a hydraulic turbine installed in the outlet water duct, can be installed in the outlet water conduit, the output of the disk-type vortex heat generator can be connected to the heating and hot water supply network with the possibility of switching its output to to a consumer of hot water or (and) to a thermal accumulator;

и) ее отводящий водовод может быть соединен с сетью водоснабжения, хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя воды под давлением как энергоресурса;i) its outlet water conduit can be connected to a water supply network, domestic-drinking or technical, or to a hydraulic drive of a consumer of water under pressure as an energy resource;

к) к выходу электропреобразователя может быть подключен компрессор, ресивер которого соединен с аккумулятором сжатого воздуха как энергоресурса, а аккумулятором сжатого воздуха является подземная водонасыщенная зона;j) a compressor can be connected to the output of the electric converter, the receiver of which is connected to the compressed air accumulator as an energy resource, and the underground water saturated zone is the compressed air accumulator;

л) в условиях горного рельефа она дополнительно может включать инженерно-коммуникационную скважину (скважины), направленно или наклонно пробуренную (пробуренные) от устья электропреоразователя до центра (центров) питания, расположенного(ных), например, около электропотребителя, в которой установлены силовой, а при необходимости и контрольный кабели.k) in mountainous terrain, it can additionally include an engineering and communication well (s), directionally or obliquely drilled (drilled) from the mouth of the electric cutter to the power center (s) located (for example, near the power consumer in which the power and, if necessary, control cables.

Именно, сформулированные в изобретении признаки позволяют достичь поставленную техническую задачу - создать деривационную скважинную гидроэлектростанцию (далее ДС ГЭС), в сооружении менее сложную и с большими реально достижимыми глубинами напорного деривационного туннельного водовода и обладающую большей мощностью и более высокой энергоэффективностью, чем деривационная гидроэлектростанция по прототипу. В частности, меньшие сложность и затратность сооружения подводящего туннельного напорного и отводящего водовода в виде направленно пробуренной скважины объясняются меньшей трудоемкостью и, как следствие, меньшей затратностью бурения, в том числе направленного, в сравнении с проходкой горной выработки (по прототипу). Это объясняется следующим. Благодаря существующим техническим средствам и отработанной технологии, в том числе направленного бурения (Нескоромных В.В., Калинин А.Г. Направленное бурение: Учебное пособие Под общей редакцией д.т.н., профессора А.Г.Калинина. - М: Изд. ЦентрЛитНефтегаз. - 2008. - 384 с. ISBN №978-5-902665-14-4), сооружение напорного деривационного туннельного водовода в виде буровой скважины более технологично и характеризуется кратно большими скоростями бурения (сооружения), в том числе выполнение работ по цементированию (тампонированию) околоскважинного пространства и для ее гидроизоляции от подземных вод и формированию поверхности стенок скважины породоразрушающим наконечником при бурении (например, алмазным) с меньшей шероховатостью. Достигнутые в настоящее время скорости бурения вертикальных и направленных скважин составляют 100 м в сутки и более. Несмотря на то что диаметр бурения, как правило, не превышает 490 мм, во многих случаях этого достаточно для создания ГЭС с мощностью, требуемой для покрытия нагрузок потребителя (горных селений). При необходимости создания больших мощностей в заявляемой ДС ГЭС возможно сооружение параллельной буровой скважины. Не трудно полагать, что с меньшей трудоемкостью сооружения буровой скважины связана и меньшая затратность на ее сооружение, уровень которой является кратно меньшим. При этом достижение а) больших реально достижимых глубин напорного деривационного туннельного водовода, б) большей мощности и более высокой энергоэффективности заявляемой ДС ГЭС объясняются а) достигнутыми глубинами бурения разведочных и эксплуатационных скважин, которые составляют 7000 м и более. Поскольку гидравлическая мощность потока в скважине определяется произведением расхода потока воды на напор (давление), а напор - уровнем воды в скважине, нетрудно видеть, что при прочих равных условиях чем выше уровень воды в скважине (больше глубина заполненной скважины), тем б) большая мощность ДС ГЭС и ее энергоэффективность. Показателем энергоэффективности ГЭС может быть такой удельный показатель, как расход воды на выработку единицы электрической энергии. Несомненно, что с увеличением напора удельный показатель ГЭС уменьшается (ее энергоэффективность увеличивается - улучшается). Если соотносить показатель энергоэффективности ДС ГЭС, используя в качестве энергетического эквивалента известную теплотворную способность топлива, то можно видеть, что такое соотношение (из технической литературы) имеет следующий вид: в ДС ГЭС с напором 3000 м энергия, вырабатываемая прохождением через турбину 1 м3 воды, эквивалентна теплу, выделяющемуся при сжигании органического топлива (дизельное топливо) в объеме 0,1 м3, то есть 1 м3 воды эквивалентен 0,1 м3 дизельного топлива (1 м3 воды - 0,1 м3 дизельного топлива); в ДС ГЭС с напором 6000 м энергия, вырабатываемая прохождением через турбину 1 м3 воды, эквивалентна теплу, выделяющемуся при сжигании органического топлива (дизельное топливо) в объеме 0,2 м3, то есть 1 м3 воды эквивалентен 0,2 м3 дизельного топлива (1 м3 воды - 0,2 м3 дизельного топлива).Namely, the features formulated in the invention allow achieving the technical task - to create a derivative downhole hydroelectric power station (hereinafter referred to as HPP HPP), in a structure less complex and with large realistically achievable depths of a pressure derivative tunneling water conduit and having greater power and higher energy efficiency than a derivative hydroelectric station according to the prototype . In particular, the lower complexity and cost of constructing an inlet tunnel pressure and outlet conduit in the form of a directionally drilled well are explained by less laboriousness and, as a result, lower cost of drilling, including directional, in comparison with mining excavation (according to the prototype). This is explained by the following. Thanks to existing technical means and proven technology, including directional drilling (Neskoromnykh V.V., Kalinin A.G. Directional Drilling: a Training Manual edited by Dr. A. Kalinin, Prof. A. M .: TsentrLitNeftegaz Publishing House - 2008. - 384 pp. ISBN No. 978-5-902665-14-4), the construction of a pressure derivational tunnel water conduit in the form of a borehole is more technologically advanced and is characterized by multiple high drilling speeds (structures), including work for cementing (plugging) of the near-wellbore space and for its waterproofing from groundwater and the formation of the surface of the walls of the borehole with a rock cutting tip when drilling (for example, diamond) with less roughness. Currently achieved drilling speeds of vertical and directional wells are 100 m per day or more. Despite the fact that the drilling diameter, as a rule, does not exceed 490 mm, in many cases this is enough to create a hydroelectric power station with the capacity required to cover the loads of the consumer (mountain villages). If it is necessary to create large capacities in the claimed DS HPP, it is possible to build a parallel borehole. It is not difficult to assume that a lower cost of constructing a borehole is associated with a lower cost for its construction, the level of which is multiple times lower. At the same time, the achievement of a) large really achievable depths of the pressure derivational tunnel conduit, b) greater power and higher energy efficiency of the claimed hydroelectric power station are explained by a) the achieved drilling depths of exploratory and production wells, which are 7000 m or more. Since the hydraulic power of the flow in the well is determined by the product of the water flow rate by the head (pressure), and the head by the water level in the well, it is easy to see that, ceteris paribus, the higher the water level in the well (the greater the depth of the filled well), the b) the greater power of hydroelectric power station and its energy efficiency. The energy efficiency indicator of a hydroelectric power station can be such a specific indicator as the water consumption for the generation of a unit of electric energy. Undoubtedly, with increasing pressure the specific indicator of hydroelectric power plants decreases (its energy efficiency increases - it improves). If we correlate the energy efficiency index of a hydroelectric power station using the known calorific value of fuel as an energy equivalent, we can see that this ratio (from the technical literature) has the following form: in a hydroelectric power station with a pressure of 3000 m, the energy generated by passing 1 m 3 of water through a turbine is equivalent to the heat released during the burning of fossil fuels (diesel fuel) in a volume of 0.1 m 3 , that is, 1 m 3 of water is equivalent to 0.1 m 3 of diesel fuel (1 m 3 of water - 0.1 m 3 of diesel fuel); in a hydroelectric power station with a pressure of 6000 m, the energy generated by passing 1 m 3 of water through a turbine is equivalent to the heat released when burning fossil fuels (diesel) in a volume of 0.2 m 3 , that is, 1 m 3 of water is equivalent to 0.2 m 3 diesel fuel (1 m 3 of water - 0.2 m 3 of diesel fuel).

Примером заявляемой ДС ГЭС в гористой местности может быть решение, в котором река, огибая горное образование, спускаясь по его противоположным склонам, делает на местности петлю - излучину (протяженность ее может составлять несколько километров и даже несколько десятков километров), так что при нарастающей разности высотного положения расстояние между речными водотоками по разным склонам горного образования (излучине, а также при речном меандрировании) не велико. При этом положение траектории направленно пробуренной скважины ДС ГЭС, соединяющей речные водотоки на противоположных склонах горного образования, позволяющее получить желаемую наибольшую мощность станции при минимальных финансовых затратах на сооружение водовода, является наиболее приемлемым.An example of the claimed DS of a hydroelectric power station in mountainous terrain can be a solution in which a river, going around a mountain formation, going down its opposite slopes, makes a loop - a bend on the terrain (its length can be several kilometers or even several tens of kilometers), so that with an increasing difference altitude position, the distance between river streams on different slopes of a mountain formation (bend, as well as in river meandering) is not large. At the same time, the position of the trajectory of the directionally drilled borehole of the HPP hydroelectric power station, connecting river streams on opposite slopes of a mountain formation, which makes it possible to obtain the desired maximum power of the station with minimal financial costs for the construction of a water conduit, is most acceptable.

Ниже приведены признаки обозначенных выше п.а) - п.л) дополнительных пунктов изобретения, которые направлены на детализацию реализации следующих показателей назначения ДС ГЭС и условий ее эксплуатации (более широких).The following are signs of a.a) to a.l) of the additional items of the invention, which are aimed at detailing the implementation of the following indicators for the designation of a DS HPP and its operating conditions (wider).

а) Направленно пробуренная скважина может быть многоствольной.a) A directionally drilled well may be multilateral.

В горных условиях электропотребители, например населенные пункты (села), как правило, располагаются рассредоточенно (по высоте и в плане) на склонах горы. Сооружение многоствольной скважины ДС ГЭС, имеющей основной ствол (вертикальный) и отходящие от него направленные, пробуренные от него до пересечения с дневной поверхностью в зоне расположения конкретных потребителей электрической энергии, позволяет при минимальных затратах (так как сооружается один основной ствол скважины, его диаметр может быть больше диаметров отходящих от него направленных стволов) сформировать высокий напор, создать гидравлическую мощность водного потока и преобразовать ее в электрическую энергию непосредственно у каждого электропотребителя - горного населенного пункта (села) без возведения для этого плотин и не изменяя естественного природного горного поверхностного ландшафта. При этом отпадает необходимость сооружения магистральных электрических линий для передачи электроэнергии при ее производстве на удаленной от потребителя одной крупной ГЭС (традиционно распространенная схема в настоящее время). Кроме того, при определенных условиях от направленно пробуренной скважины за счет напора воды в ней он (напор) может быть использован для осуществления напорного водоснабжения горного поселка.In mountainous conditions, electric consumers, for example, settlements (villages), are usually located dispersed (in height and in plan) on the mountain slopes. The construction of a multilateral well of a hydroelectric power station with a main well (vertical) and directed away from it, drilled from it before crossing with the day surface in the area where specific consumers of electric energy are located, allows at minimal cost (since one main well is being constructed, its diameter may be larger than the diameters of the directed shafts extending from it) to form a high head, create the hydraulic power of the water stream and convert it into electrical energy directly but each electric consumer - a mountain settlement (village) without erecting dams for this and without changing the natural mountain natural surface landscape. At the same time, there is no need to construct trunk electric lines for electric power transmission during its production at one large hydroelectric power station remote from the consumer (a traditionally widespread scheme at present). In addition, under certain conditions, from a directionally drilled well, due to the pressure of water in it, it (pressure) can be used to supply pressure water to a mountain village.

б) Отдельными интервалами выположенного профиля направленно пробуренной скважины, мнимо расположенными на дневной поверхности, могут быть трубы.b) Pipes may be individual intervals of the laid out profile of a directionally drilled well, imaginaryly located on the day surface.

Направленно пробуренная скважина, как правило, имеет профиль, повторяющий профиль горного рельефа (рациональный), выполаживающийся у подножия. При этом на выположенном интервале профиль (рациональный) скважины может пересекать образования, имеющие перепады высотного положения (распадки, овраги, холмы и др.), а расположенные в таких образованиях на дневной поверхности интервалы профиля (рационального) скважины являются мнимыми участками профиля. Исходя из экономических соображений, для обеспечения максимального напора в указанном (рациональном) профиле скважины интервалы мнимого профиля (расположенные на дневной поверхности) целесообразно соорудить из труб.A directionally drilled well, as a rule, has a profile that repeats the profile of the mountainous terrain (rational), flattening at the foot. At the same time, on the interval made, the (rational) profile of the well can intersect formations having elevation differences (decays, ravines, hills, etc.), and the intervals of the (rational) well profile located in such formations on the day surface are imaginary sections of the profile. Based on economic considerations, in order to ensure maximum pressure in the indicated (rational) well profile, the intervals of the imaginary profile (located on the day surface) should be constructed from pipes.

в) Гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор могут быть установлены и на участке выположенного профиля скважины.c) A hydroturbine and a kinematically connected electric generator can be installed in the area of the well profile.

Природное образование в гористой местности может быть ступенчатым с уступом, представленным равниной. Равнинный участок в горных условиях является наиболее привлекательным для проживания и осуществления хозяйственной деятельности, в том числе для туризма и создания рекреационных объектов. На них создаются населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные производства - потребители электрической энергии. Для электроснабжения потребителей в ДС ГЭС (по п.в), кроме гидротурбин с электрогенераторами, устанавливаемыми после последнего напорообразующего горного образования, в таких условиях гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор устанавливается и на участке выположенного профиля скважины. При этом отбираемые доли гидравлической мощности потока отдельными ДС ГЭС (их мощности) должны быть пропорциональными желаемым мощностям соответствующих потребителей.Natural formation in mountainous areas can be stepwise with a ledge represented by a plain. The mountainous plain is the most attractive for living and carrying out economic activities, including tourism and the creation of recreational facilities. They create settlements, industrial and agricultural industries - consumers of electric energy. For power supply to consumers in the hydroelectric power station of the hydroelectric power station (as per p.v), in addition to hydraulic turbines with electric generators installed after the last pressure-generating rock formation, under such conditions, a hydraulic turbine and a kinematically connected electric generator are also installed on the well profile section. At the same time, the selected fractions of the hydraulic power of the flow by individual DS of the hydroelectric power station (their power) should be proportional to the desired capacities of the respective consumers.

г) Гидравлической машиной может быть поршневая машина.d) The hydraulic machine may be a piston machine.

Выше отмечено, что глубины напорных туннелей деривационных ГЭС не превышают 1700-2000 м, для напоров, не превышающих создаваемые ими давления (17-20 МПа), разработаны (имеются) и гидротурбины. Для давлений, превышающих давления 17-20 МПа, гидроэнергетические турбины отсутствуют. Имеются поршневые насосы, например буровые, которые создают давления, существенно превышающие 20 МПа. Поэтому их использование (совместно с золотниковым устройством) возможно в качестве горизонтальной поршневой машины двойного действия, в которой отбор мощности производится приводным ремнем (патент РФ №2018707 «Поршневой двигатель», по заявке №4924684 от 04.04.1991 г., М.кл. F03C 1/00; F03B 15/00. Опубл. 30.08.1994 г.). Использование имеющегося, выпускаемого отечественной промышленностью гидравлического поршневого насоса в качестве двигателя, доработанного золотниковым устройством в ДС ГЭС, например двухпоршневого насоса типа НЦ-320, давление нагнетания которого 40,0 МПа, либо насоса типа СИН-31 -НН с давлением нагнетания 70,0 МПа и который используется для гидроразрыва нефтяных пластов (Абабакиров В.Ф., Архангельский В.Л., Буримов Ю.Г. и др. Буровое оборудование: Справочник: в 2х т.- М.: Недра, 2000. - Б 91 T.1), не требующего создания гидротурбины высокого давления, имеющей возможность сопряжения с электрогенератором при таких давлениях для образования гидроагрегата, позволяет сократить время и затраты на создание турбины для ее использования в заявляемой деривационной скважинной гидроэлектростанции (ввиду очевидности решения графическая интерпретация его не приводится).It was noted above that the depths of pressure tunnels of derivational hydroelectric power stations do not exceed 1700-2000 m, and for turbines that do not exceed the pressure created by them (17-20 MPa), hydraulic turbines have been developed (are available). For pressures exceeding pressures of 17–20 MPa, there are no hydropower turbines. There are piston pumps, such as mud pumps, which create pressures significantly exceeding 20 MPa. Therefore, their use (together with a spool device) is possible as a double-acting horizontal piston machine in which power is taken by a drive belt (RF patent No. 2018707 “Piston engine”, by application No. 4924684 of 04.04.1991, M.cl. F03C 1/00; F03B 15/00. Published on 08.30.1994). Use of an existing hydraulic piston pump manufactured by the domestic industry as an engine modified by a spool device in a hydroelectric power station, for example, a NTs-320 twin-piston pump with a discharge pressure of 40.0 MPa, or a SIN-31 -NN pump with a discharge pressure of 70.0 MPa, and which is used to fracture oil reservoirs (Ababakirov VF, VL Arkhangel'skii, Burimov JG et al Drilling equipment: The Directory: 2 x t.- M .: Nedra, 2000. - 91 Bytes. T.1), which does not require the creation of a high pressure turbine, they an interface to guide a generator under such pressures to form a hydraulic unit, reduces the time and cost of creating turbine for use in the inventive hydroelectric derivation downhole (due to obvious solutions graphical interpretation it is omitted).

д) Со стороны устья скважины и через него дополнительно (либо только в ней) может быть установлен скважинный гидроагрегат, соединенный с нижней частью спущенной в скважину колонны труб с встроенным в нее электрокабелем; корпуса гидротурбины и электрогенератора выполнены с возможностью фиксирования и обеспечения восприятия реактивного момента опорным элементом, которым является, например, жестко закрепленная на устье скважины колонна труб, причем гидротурбиной является турбобур и электрогенератором - электробур в режиме электрогенератора; интервал скважины, в котором установлен скважинный гидроагрегат, вертикальный; нижним и верхним концами электрокабеля, встроенного в бурильную колонну, соединены соответственно электрогенератор и электропреобразователь; при этом окрестности размещения территориально разобщенных электропотребителей у устья скважины (выход скважинного гидроагрегата) и у зоны стока (выход поверхностного гидроагрегата) со своими электросетями являются центрами электропитания.d) From the side of the wellhead and through it additionally (or only in it), a downhole hydraulic unit can be installed connected to the lower part of the pipe string lowered into the well with an electric cable built into it; the casing of the turbine and the generator is made with the possibility of fixing and ensuring the perception of the reactive moment by the support element, which is, for example, a pipe string rigidly fixed at the wellhead and the turbine is a turbo-drill and the generator is an electric drill in the generator mode; the interval of the well in which the downhole hydraulic unit is installed is vertical; the lower and upper ends of the electric cable embedded in the drill string are connected respectively to an electric generator and an electric converter; at the same time, the vicinity of the location of geographically separated power consumers at the wellhead (outlet of the downhole hydraulic unit) and at the drain zone (outlet of the surface hydraulic unit) with their electric networks are power supply centers.

Решение по п.д) позволяет повысить энергетическую и экономическую эффективность за счет приспособленности применяемых в ней гидротурбины, электрогенератора - скважинного гидроагрегата и электрокабеля от электрогенератора до дневной поверхности для работы в скважинных условиях. Их приспособленность объясняется тем, что гидротурбина и электрогенератор (выполнен маслонаполненным) являются оборудованием техники бурения, соответственно, турбобур и электробур, способный работать как в качестве электродвигателя, так и в качестве электрогенератора, ротор и якорь которых соединены. В качестве электрокабеля использован электрокабель, применяемый в скважинах при электробурении. Приспособленность гидроагрегата и электрокабеля в заявляемой ДС ГЭС позволяет эксплуатировать ее в глубоких скважинах, имеющих свою специфику: малые диаметры скважины (172-490 мм) и большие глубины - до 7000 м (выше отмечалось, что известные гидротурбины деривационных ГЭС разработаны для реально достижимых глубин до 1700-2000 м); высокие гидростатические давления - до 70,0 МПа; загрязненная скважинная вода, которая, в том числе может содержать абразивные включения; повышенные температуры в скважине на значительной глубине. Приспособленность гидроагрегата и электрокабеля для работы в скважинных условиях позволяет увеличить глубины их установки в скважине и при одинаковых расходах увеличить гидравлическую мощность гидротурбины и развиваемую электрическую мощность электрогенератора, соединенного с гидротурбиной. При этом достигается повышение энергетической [см. выше - уменьшение (улучшение) удельного показателя расхода воды на вырабатываемую электроэнергию] и экономической эффективности заявляемой ДС ГЭС. Экономическая эффективность заявляемой ДС ГЭС связана с тем, что установка и фиксация скважинного гидроагрегата в ней позволяет это осуществлять без сооружения для этого (в необходимых условиях) подземного здания деривационной ГЭС [уменьшаются затраты, связанные с сооружением (в необходимых условиях) подземного здания ГЭС].The solution according to item d) makes it possible to increase energy and economic efficiency due to the suitability of the hydraulic turbines used in it, the electric generator - a downhole hydraulic unit and the electric cable from the electric generator to the day surface for working in downhole conditions. Their adaptability is explained by the fact that the hydraulic turbine and the electric generator (made oil-filled) are drilling equipment, respectively, a turbodrill and an electric drill that can operate both as an electric motor and as an electric generator, the rotor and anchor of which are connected. An electric cable used in wells for electric drilling is used as an electric cable. The fitness of the hydraulic unit and the electric cable in the claimed DS HPS allows it to be operated in deep wells that have their own specifics: small bore diameters (172-490 mm) and large depths of up to 7000 m (it was noted above that the well-known hydraulic turbines of derivational hydropower plants are designed for realistically achievable depths up to 1700-2000 m); high hydrostatic pressures - up to 70.0 MPa; contaminated well water, which may also include abrasive inclusions; elevated temperatures in the well at significant depths. The suitability of the hydraulic unit and the electric cable for working in borehole conditions allows increasing the depth of their installation in the well and at the same costs, increasing the hydraulic power of the hydraulic turbine and the developed electric power of the electric generator connected to the hydraulic turbine. In this case, an increase in energy is achieved [see above - a decrease (improvement) in the specific indicator of water consumption for generated electricity] and the economic efficiency of the claimed hydroelectric power station. The economic efficiency of the claimed DS hydroelectric power station is connected with the fact that the installation and fixation of a downhole hydraulic unit in it allows this to be done without the construction of an underground building of a derivative hydroelectric power station for this (under necessary conditions) [the costs associated with the construction (in necessary conditions) of an underground hydroelectric building are reduced].

Кроме того, эффективность заявляемой ДС ГЭС повышается и за счет совмещаемости операций по спуску, установке и фиксации в скважине с техническими средствами и технологиями, применяемыми при бурении (в том числе и операций по спуско-подъемам скважинного гидроэнергооборудования при его ремонтах и обслуживании). В частности, спуск скважинного гидроагрегата в скважину осуществляется с использованием буровой лебедки, применяемой при бурении снарядами со съемными керноприемниками (лебедка ССК) либо на бурильных трубах, а электрокабель - с использованием каротажной лебедки. При этом соединение с гидроагрегатом и отсоединение от него, в том числе в скважине, осуществляются с использованием специального наконечника, устанавливаемого на лебедке ССК. Фиксируется корпус скважинного гидроагрегата в скважине за счет, например, механического фиксатора, принцип работы, которого такой же, как принцип работы других скважинных устройств аналогичного назначения. При этом не требуется применения специальных скважинных грузонесущих электроканалов для электросообщения электрогенератора с дневной поверхностью.In addition, the effectiveness of the claimed DS hydroelectric power station is increased due to the compatibility of operations for launching, installing and fixing in the well with the technical means and technologies used during drilling (including the operations for launching and downhole hydropower equipment during its repair and maintenance). In particular, the downhole hydraulic unit is lowered into the well using a drawworks used when drilling with shells with removable core receivers (CCK winch) or on drill pipes, and an electric cable - using a logging winch. At the same time, the connection with the hydraulic unit and the disconnection from it, including in the well, are carried out using a special tip installed on the SSK winch. The casing of the borehole hydraulic unit is fixed in the borehole due to, for example, a mechanical lock, the principle of operation, which is the same as the principle of operation of other borehole devices of a similar purpose. It does not require the use of special borehole load-bearing electric channels for electrical communication of the generator with the day surface.

В решении по п. д) гидроагрегат может быть установлен либо только в скважине (как указано выше), либо и в скважине, и на дневной поверхности в водоводе после пересечения направленно пробуренной скважины с поверхностью горного рельефа. При этом отбираемые гидроагрегатами мощности должны быть пропорциональны желаемым мощностям соответствующих потребителей, а суммарно они не должны превышать мощности потока в водоводе.In the decision according to item d), the hydraulic unit can be installed either only in the well (as indicated above), or in the well, and on the surface in the water pipe after the directionally drilled well intersects the surface of the mountainous terrain. At the same time, the capacities taken by hydraulic units should be proportional to the desired capacities of the respective consumers, and in total they should not exceed the flow capacity in the water conduit.

е) В условиях единого горного массива могут быть созданы несколько деривационных скважинных гидроэлектростанций, в каждой из которых может быть пробурено несколько попарно связывающих водозабор и водосток одной реки направленных скважин, так что они не имеют сообщений (ввиду очевидности решения графическая интерпретация его не приводится).f) In the conditions of a single mountain massif, several derivative borehole hydroelectric power plants can be created, in each of which several pairwise connected water intake and the drain of one river of directed wells can be drilled, so that they have no messages (due to the obviousness of the solution, a graphical interpretation is not given).

При осуществлении решения по п. е) выбираются попарные водозабор и водосток каждой из ДС ГЭС, исходя из обеспечения требуемой мощности электростанции и исходя из экономических соображений (исходя из очевидности решения графика не приводится).When implementing the decision according to item e), the pairwise water intake and drainage of each of the hydroelectric power stations are selected, based on ensuring the required power of the power plant and on the basis of economic considerations (based on the obviousness of the decision, the schedule is not given).

ж) Водоемом может являться и (или) расположенная в верхней части горного рельефа емкость подземного гидроаккумулирования, сообщенная с земной поверхностью водосборными скважинами; для гидроаккумулирования используются подземные или поверхностные воды, в том числе образующаяся в паводковые периоды, либо в периоды таяния горных ледников; а зоной стока воды - расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона.g) A reservoir may also be (or) an underground storage tank located in the upper part of the mountainous relief, connected to the earth's surface by drainage wells; for accumulation, underground or surface waters are used, including those generated during flood periods or during periods of melting mountain glaciers; and a water runoff zone is a natural body of water located at the bottom of a mountainous terrain, such as a river, or lake, or an underground aquifer.

Высокая гора с расположенным в верхней ее части водоемом является важным признаком, необходимым для создания ДС ГЭС. Распространенными водоемами при этом являются поверхностные - горные реки, озера. Такие условия имеются не всегда. Решение по п.ж) позволяет расширить номенклатуру используемых в ДС ГЭС водоемов, в частности дополнить ее природными подземными водами (подземные водоносные интервалы), а также образующимися в паводковые периоды либо в периоды таяния горных ледников водами, например, с использованием решения по патенту РФ №2341618 «Способ гидроаккумулирования», заявка №2006137401 от 23.10.2006 г., М.кл. Е02В 9/00, опубл. 20.12.2008 г. Кроме того, для расширения номенклатуры методов формирования водотоков, не противоречащих требованиям «Водного кодекса РФ», п. ж) предложено, чтобы зоной стока воды был расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона.A high mountain with a pond located in its upper part is an important sign necessary for the creation of a hydroelectric power station. In this case, widespread water bodies are surface - mountain rivers, lakes. Such conditions are not always available. The solution according to p. G) allows you to expand the range of reservoirs used in the hydroelectric power station HPP, in particular, to supplement it with natural underground waters (underground aquifers), as well as those generated during flood periods or during periods of melting of mountain glaciers with waters, for example, using the solution according to the patent of the Russian Federation No. 2341618 "Method of accumulation", application No. 2006137401 from 10.23.2006, M.cl. EB02 9/00, publ. December 20, 2008. In addition, in order to expand the range of methods for the formation of watercourses that do not contradict the requirements of the "Water Code of the Russian Federation", item g), it was proposed that a natural body of water, such as a river or lake, be located in the lower part of the mountain relief or underground aquifer.

Использование аккумулированной в подземном интервале воды как водоема у вершины горы в заявляемой ГЭС как деривационной справедливо, исходя из следующих соображений. Деривационная ГЭС (по понятию) предполагает создание параллельного основному потоку воды в реке другого - деривационного с уклоном, отличающимся от уклона основного русла реки. Для достижения большего напора деривационного потока отвод воды из реки в верхнем ее течении желательно делать как можно выше. Однако в горных условиях речной исток маловодный и образование деривационного отвода из него практически не возможно. Но, принимая во внимание природу формирования истока горной реки (питание от таяния горных снежников и ледников) и зоны подземного гидроаккумулирования по п. ж), можно сделать вывод об ее (природы) единстве. Исходя из этого, считаю правомерным решение по п. ж) в заявляемой деривационной скважинной ДС ГЭС как речного водоема.The use of water accumulated in the underground interval as a reservoir at the top of the mountain in the claimed hydroelectric station as derivational is fair, based on the following considerations. Derivative hydroelectric power station (by concept) involves the creation of another parallel to the main water flow in the river - derivational with a slope different from the slope of the main river bed. In order to achieve a greater pressure of the derivational flow, it is advisable to divert water from the river in its upper reaches as high as possible. However, in mountainous conditions, the river source is shallow and the formation of derivational diversion from it is practically impossible. But, taking into account the nature of the formation of the source of the mountain river (powered by the melting of mountain snowfields and glaciers) and the underground accumulation zone according to item g), we can conclude about its (nature) unity. Based on this, I consider the decision under item g) in the claimed derivative borehole DS HPP as a river reservoir to be legitimate.

з) В отводящем водоводе может быть установлен гидродинамический теплогенератор, например вихревой теплогенератор дискового типа, ротор которого соединен с ротором гидротурбины, установленной в отводящем водоводе, выход вихревого теплогенератора дискового типа может быть соединен с сетью системы отопления и горячего водоснабжения с возможностью переключения его выхода к потребителю горячей воды или (и) к теплогидроаккумулятору.h) A hydrodynamic heat generator, for example, a disk-type vortex heat generator, the rotor of which is connected to a rotor of a hydraulic turbine installed in the discharge water duct, can be installed in the outlet water conduit, the output of the disk type vortex heat generator can be connected to the heating and hot water supply network with the possibility of switching its output to to a consumer of hot water or (and) to a thermal accumulator.

Известен тип гидродинамических теплогенераторов, проходя через которые поток воды нагревается, а для этого поток воды должен иметь параметры (давление и расход) не ниже регламентированных. К ним можно отнести вихревые (статические и динамические - или дисковые) (Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. Российская академия естественных наук. Молдавский центр «Неосферные технологии», г.Кишинев, 2001 г.), струйные и др.A type of hydrodynamic heat generators is known, passing through which the water flow is heated, and for this the water flow must have parameters (pressure and flow) not lower than regulated. These include vortex (static and dynamic - or disk) (Potapov Yu.S., Fominsky L.P., Potapov S.Yu. Rotational energy. Russian Academy of Natural Sciences. Moldavian Center "Non-Sphere Technologies", Chisinau, 2001), inkjet, etc.

В заявляемой работающей ДС ГЭС потери напора на гидроагрегате (гидротурбине) или их сумма на гидроагрегатах, включенных в один водовод, может быть меньше, чем напор воды, действующий в водоводе (в направленно пробуренной скважине). При этом поток воды в отводящем водоводе движется с определенным расходом под давлением (под напором). И если параметры потока в отводящем водоводе не ниже достаточных для работы теплогенератора гидродинамического типа, то при его установке в отводящем водотоке на его выходе (теплогенератора) температура воды потока повысится, вплоть до уровня, необходимого для отопления и горячего водоснабжения. Если давление в отводящем водоводе достаточо не только для работы гидродинамического теплогенератора, но и для прокачивания горячей воды по сети системы теплоснабжения, это позволяет осуществлять прокачивание горячей воды по сети системы к потребителям тепла или теплогидроаккумулятору (в том числе подземному), без дополнительных для этого затрат энергии.In the claimed operating HPP HPP, the pressure loss at the hydraulic unit (hydraulic turbine) or their sum at the hydraulic units included in one conduit may be less than the pressure of the water acting in the conduit (in a directionally drilled well). In this case, the flow of water in the outlet conduit moves with a certain flow rate under pressure (under pressure). And if the flow parameters in the outlet conduit are not lower than the hydrodynamic type heat generator to operate, then when it is installed in the outlet conduit at its outlet (heat generator), the temperature of the stream water will increase, up to the level required for heating and hot water supply. If the pressure in the outlet conduit is sufficient not only for the operation of the hydrodynamic heat generator, but also for pumping hot water through the heat supply system network, this allows hot water to be pumped through the system network to heat consumers or a heat accumulator (including underground) without any additional costs for this. energy.

Известно, что в горных условиях 50 и более % годового стока образуется в течение 3-4 летних месяцев. Именно этот период целесообразно использовать не только для выработки энергии, но и для ее аккумулирования. Распространенное в гидроэнергетике гидроаккумулирование путем создания водохранилищ в горных условиях зачастую не приемлемо из-за отсутствия подходящих для этого условий, подземное гидроаккумулирование до преобразования - ограничено, целесообразны в таких условиях, по нашему мнению, другие виды аккумулирования, в частности подземное аккумулирование тепловой энергии. Показано (Kabus F.В artels Y. Подземное аккумулирование тепла и холода. Журнал «Теплоэнергетика», №6, 2004 г., стр.70-76), что наиболее эффективно, менее затратно и технически проще реализуемо аккумулирование тепла в горячей воде в подземном водоносном интервале. Причем аккумулированное в летнее время таким образом тепло может быть достаточным для отопления потребителя тепла в течение всего последующего отопительного (зимнего) сезона, при этом тепло для теплоснабжения используется только из теплогидроаккумулятора. Схемы выработки тепла для теплоснабжения в горных условиях, в том числе подземного теплогидроаккумулирования, более подробно приведены в патентах РФ на изобретения: №2291255 «Тепловодоснабжающая скважина», №2329435 «Скважинный теплоисточник», №2371638 «Скважинная система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием». Решение по п.з) позволяет на заявляемой ДС ГЭС вырабатывать не только электрическую энергию, но вырабатывать и тепловую энергию и направлять (прокачивать) ее по сетям теплоснабжения к теплопотребителям, а также аккумулировать ее в многоводные периоды для последующего использования для теплообеспечения в отопительные, зимние (маловодные) периоды. При этом в качестве водоводов магистральных и распределительных сетей горячего водоснабжения могут быть использованы буровые скважины, при необходимости специально сооруженные с учетом конкретных условий их положения: тампонирование зон поглощений; перекрытие обсадными трубами интервалов неустойчивых, разрушаемых под действием горячей воды и набухаемых пород и др. Кроме того, решение по п.з) позволяет повысить надежность предлагаемой системы теплогенерирования и подземного теплогидроаккумулирования в сравнении с традиционными котельной и трубными тепловыми сетями. Известно (Прохоров В.А., Иванов В.Н., Попова М.В. Проблема обеспечения безопасности системы теплоснабжения населенных пунктов Якутии. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №12, 2009 г.), что в холодной время года (декабрь - март) случается наибольшее число аварий (74%), приемущественно за счет выхода из работы котельной и тепловых сетей (64%), а в собственно котельной - котла и насосов (92%). Согласно решению п.з) исключается работа котла при очень низких температурах, он в заявляемой ДС ГЭС отсутствует, а функционирует гидродинамический теплогенератор и используется в том числе горячая вода из подземного теплогидроаккумулятора. Тепловыми сетями являются буровые скважины, имеющие всегда положительную температуру. Давление в системах горячего и холодного водоснабжения создается за счет напора воды (высотного положения водного потока) и не зависит от технического состояния насосов. Эти приемущественные факторы (решение по п.з) заявляемой ДС ГЭС) позволяют повысить надежность заявляемой ДС ГЭС за счет более надежной работы в зимнее время ее систем теплогенерирования, подземного теплогидроаккумулирования, а также горячего и холодного водоснабжения.It is known that in mountainous conditions 50% or more of the annual runoff is formed during the 3-4 summer months. It is this period that is advisable to use not only for energy production, but also for its accumulation. Hydroaccumulation widespread in hydropower by creating reservoirs in the mountains is often not acceptable due to the lack of suitable conditions; underground hydroaccumulation before conversion is limited; in our opinion, other types of accumulation, in particular, underground storage of thermal energy, are appropriate in such conditions. It has been shown (Kabus F. В artels Y. Underground accumulation of heat and cold. Magazine "Thermal Power Engineering", No. 6, 2004, pp. 70-76), which is the most efficient, less costly and technically easier to implement heat storage in hot water in underground aquifer. Moreover, the heat accumulated in the summer in this way may be sufficient for heating the heat consumer during the entire subsequent heating (winter) season, while the heat for heat supply is used only from the heat accumulator. Heat generation schemes for heat supply in mountain conditions, including underground heat accumulation, are described in more detail in RF patents for inventions: No. 2291255 “Heat supply well”, No. 232,435 “Well bore heat source”, No. 2371638 “Well bore heat supply system with underground heat storage”. The solution according to p.z) allows us to generate not only electric energy at the claimed DS of a hydroelectric power station, but also generate thermal energy and direct (pump) it through heat supply networks to heat consumers, as well as accumulate it in high-water periods for subsequent use for heat supply in heating, winter (shallow) periods. At the same time, boreholes can be used as conduits for the main and distribution networks of hot water supply, if necessary, specially constructed taking into account the specific conditions of their position: plugging of absorption zones; overlapping by the casing pipes of the intervals of unstable, destroyed by the action of hot water and swellable rocks, etc. In addition, the solution according to item 3) allows to increase the reliability of the proposed heat generation system and underground heat and water storage in comparison with traditional boiler and pipe heating networks. It is known (Prokhorov V.A., Ivanov V.N., Popova M.V. The problem of ensuring the security of the heat supply system of settlements of Yakutia. The journal "Labor safety in industry", No. 12, 2009), which is in the cold season ( December - March) the greatest number of accidents occurs (74%), mainly due to the boiler house and heating networks quitting (64%), and in the boiler house itself - the boiler and pumps (92%). According to decision pz), the boiler is excluded from operation at very low temperatures, it is absent in the claimed hydroelectric power station, and a hydrodynamic heat generator is functioning and hot water from the underground heat accumulator is also used. Heat networks are boreholes that always have a positive temperature. The pressure in the hot and cold water supply systems is created due to the pressure of the water (the height of the water flow) and does not depend on the technical condition of the pumps. These advantageous factors (decision in paragraph 3) of the claimed DS HPP) make it possible to increase the reliability of the claimed DS HPP due to the more reliable operation of its heat generation systems, underground thermal storage, and hot and cold water supply in winter.

и) Ее отводящий водовод может быть соединен с сетью водоснабжения хозяйственно-питьевого или технического либо с гидроприводом потребителя воды под давлением как энергоресурса.i) Its discharge water conduit can be connected to the water supply network of domestic drinking or technical water supply or to the hydraulic drive of a consumer of water under pressure as an energy resource.

Для реализации такого решения потребляемая гидроагрегатом (гидротурбина кинематически соединенная с электрогенератором) гидравлическая мощность водного потока (падающий на нем напор воды) должна быть меньше гидравлической мощности потока в месте установки гидроагрегата, формируемого напором Нн и расходом воды. То есть в отводящем водоводе поток воды должен находиться под некоторым давлением, которое должно быть достаточным для осуществления водоснабжения либо для обеспечения работоспособности гидропривода потребителя потока воды под давлением как энергоресурса.To implement this solution, the hydraulic power of the water flow (the pressure of the water falling on it) consumed by the hydraulic unit (kinematically connected to the electric generator) should be less than the hydraulic power of the stream at the installation site of the hydraulic unit formed by the pressure N n and the water flow. That is, in the outlet conduit, the water flow must be under some pressure, which must be sufficient to ensure water supply or to ensure the operability of the hydraulic drive of the consumer of the water flow under pressure as an energy resource.

Такое мероприятие является энерго- и ресурсосберегающим и, наряду с выработкой электроэнергии на ДС ГЭС, позволяет: организовать хозяйственно-питьевое или техническое водоснабжение 1) без затрат на это какой-либо энергии; 2) без затрат, связанных с поиском и оборудованием источника воды (традиционно или, как правило, поиски водоисточников выполняются в расположении потребителя, что не всегда экономично). С учетом горно-геологических условий расположения системы водоснабжения (конкретного потребителя воды) ее магистральные водоводы могут быть выполнены в виде скважин, в которых проблемные интервалы (поглощающие, сложенные неустойчивыми или набухающими при контакте с водой породами и др.) могут быть затампонированы либо перекрыты трубами.Such an event is energy- and resource-saving and, along with the generation of electricity at a hydroelectric power station, allows you to: organize household-drinking or technical water supply 1) without any energy costs; 2) without the costs associated with the search and equipment of a water source (traditionally or, as a rule, searches for water sources are carried out at the location of the consumer, which is not always economical). Taking into account the geological and geological conditions of the location of the water supply system (a specific consumer of water), its main water conduits can be made in the form of wells in which problematic intervals (absorbing, composed of unstable or swelling rocks in contact with water, etc.) can be plugged or blocked by pipes .

к) К выходу электропреобразователя может быть подключен компрессор, ресивер которого соединен с аккумулятором сжатого воздуха как энергоресурса, а аккумулятором сжатого воздуха является подземная водонасыщенная зона.j) A compressor can be connected to the output of the electric converter, the receiver of which is connected to the compressed air accumulator as an energy source, and the underground water saturated zone is the compressed air accumulator.

Решение по п.к) позволит аккумулировать вырабатываемую в многоводные периоды года электрическую энергию путем преобразования ее с использованием компрессора в сжатый воздух как энергоресурс, нагнетаемый в подземный аккумулятор сжатого воздуха, и использовать его (для совершения работы) как энергоресурс в маловодные периоды времени. Следует отметить, что приводом компрессора может быть гидравлический, который подключается непосредственно к напорному потоку воды в водоводе.The solution according to item k) will allow accumulating electric energy generated during high-water periods of the year by converting it using a compressor into compressed air as an energy resource pumped into an underground compressed air accumulator, and using it (for work) as an energy resource in low-water periods of time. It should be noted that the compressor drive can be hydraulic, which is connected directly to the pressure stream of water in the water conduit.

Известно, что в горных условиях более 50% годового стока образуется в течение 3-4-летних месяцев. Именно этот период целесообразно использовать не только для выработки энергии, но и для ее аккумулирования. Распространенное в гидроэнергетике гидроаккумулирование путем создания водохранилищ в горных условиях зачастую не приемлемо из-за отсутствия подходящих для этого условий, подземное гидроаккумулирование до преобразования ограничено, целесообразны в таких условиях, по нашему мнению, другие виды аккумулирования, в частности подземное аккумулирование сжатого воздуха путем компремирования его в подземном водонасыщенном интервале. Известно подземное хранение сжатого природного газа в подземных газохранилищах, которыми являются подземные, природные водоносные интервалы (Сидоренко М.В. Подземное хранение газа. М.: Недра, 1965 г.). Для этого газ компрессорами закачивается в подземную водонасыщенную зону. При его потреблении за счет давления его компремирования при закачке в подземное хранилище он подается в газотранспортную сеть. Известно, что при движении газа из подземного хранилища в газотранспортную сеть давление его понижается, а образующаяся при этом (движении газового потока) работа может быть преобразована в энергию, например в электрическую (Лурье М.В. Энергосберегающая технология эксплуатации подземных хранилищ газа. Журнал «Промышленная энергетика», №6, 2001 г., стр.34-36). Предлагаемый п. к) процесс подземного аккумулирования сжатого воздуха аналогичен распространенному и широко применяемому на практике процессу закачивания природного газа в подземное газохранилище, а возможность использования энергии сжатого воздуха для привода пневмомашин - факт общеизвестный, в том числе для выработки электроэнергии. Исходя из отмеченного, можно говорить о практической осуществимости, практической и экономической значимости п. к) заявляемой ДС ГЭС. Можно назвать технологию по п. к) в заявляемой ДС ГЭС гидропневмоаккумулированием. В многоводные периоды года она позволяет излишки электроэнергии аккумулировать путем компремирования воздуха и осуществления его подземного хранения, а в маловодные периоды расходовать его для выработки энергии или для осуществления работы. Объемы природных хранилищ сжатого воздуха могут быть значительными и вмещать сотни млн. м3 воздуха. Кроме природных известно использование искусственных резервуаров для хранения газа. Однако установлено, что подземные (природные) менее опасны и во много раз экономичнее и эффективнее, чем наземные. Удельный расходы на их сооружение многократно меньше, кроме того, подземное аккумулирование сжатого воздуха не требует для этого дополнительных площадей территории предприятия.It is known that in mountainous conditions more than 50% of the annual runoff is formed during 3-4-year months. It is this period that is advisable to use not only for energy production, but also for its accumulation. Hydroaccumulation widespread in hydropower by creating reservoirs in the mountains is often not acceptable due to the lack of suitable conditions for this; underground hydroaccumulation before conversion is limited; in such conditions, in our opinion, other types of accumulation are advisable, in particular, underground accumulation of compressed air by compressing it in the underground water saturated interval. Underground storage of compressed natural gas is known in underground gas storages, which are underground, natural aquifers (Sidorenko MV Underground gas storage. M .: Nedra, 1965). To do this, gas is pumped by compressors into the underground water-saturated zone. When it is consumed, due to the pressure of its compression, when pumped into the underground storage, it is supplied to the gas transmission network. It is known that when gas moves from the underground storage to the gas transportation network, its pressure decreases, and the work generated during this (gas flow) can be converted into energy, for example, into electric energy (MV Lurie Energy-saving technology for operating underground gas storage facilities. Magazine “ Industrial Energy ”, No. 6, 2001, pp. 34-36). The proposed item k) the process of underground accumulation of compressed air is similar to the common and widely used in practice process of pumping natural gas into an underground gas storage, and the possibility of using compressed air energy to drive pneumatic machines is a well-known fact, including for generating electricity. Based on the aforesaid, we can talk about the feasibility, practical and economic significance of item k) of the claimed DS hydroelectric power station. You can call the technology under item k) in the inventive DS hydroelectric power station hydropneumatic accumulation. In high-water periods of the year, it allows you to accumulate excess electricity by compressing air and performing underground storage, and in dry periods to spend it to generate energy or to carry out work. Volumes of natural storages of compressed air can be significant and can accommodate hundreds of millions of m 3 of air. In addition to natural, the use of artificial gas storage tanks is known. However, it was established that underground (natural) are less dangerous and many times more economical and more effective than ground. The specific cost of their construction is many times less, in addition, the underground accumulation of compressed air does not require additional areas of the enterprise.

л) В условиях горного рельефа она дополнительно может включать инженерно-коммуникационную скважину (скважины), направленно или наклонно пробуренную (пробуренные) от электропреобразователя до потребителя(ей) электроэнергии, расположенного(ных) на поверхности горного образования, в которой установлены силовой, а при необходимости и контрольный кабели.k) In mountainous terrain, it may additionally include an engineering and communication well (s), directionally or obliquely drilled (drilled) from the electric converter to the consumer (s) of electricity located (s) on the surface of the rock formation in which the power necessary and control cables.

Инженерно-коммуникационная скважина используется для установки в ней электрического кабеля для передачи выработанной на ДС ГЭС электроэнергии ее потребителям, расположенным (удаленным) на поверхности единого горного массива. Преимущества прокладки такой линии в сравнении с воздушной ЛЭП заключаются в большей ее надежности, скрытности и защищенности. Известно, что наибольшее количество технологических нарушений по типовым предприятиям энергетики (Кутьин Н.Г. Безопасность энергетических объектов. Журнал «Энергонадзор и энергобезопасность». №4, 2009 г., стр.8-14) в 2009 г. составили нарушения в сетях напряжением менее 35 кВ и распределительных сетях (67,8%, для сравнения - на ТЭЦ и ГЭС 9,7%). При этом в таких сетях наибольшая доля падает на электрооборудование воздушных линий (51,6%) - это опоры, провода, изоляторы и др. В наибольшей степени это характерно для горных районов. Преимущественными негативно воздействующими на воздушные сети факторами являются природные - снегопады, ливневые дожди, ветра, которые приводят к падениям опор, обрывам воздушных линий, выходу из работоспособного состояния изоляторов. Воздействие этих природных факторов на снижение надежности работы сетей в заявляемой ДС ГЭС ничтожно.An engineering and communication well is used to install an electric cable in it to transmit electricity generated at the hydroelectric power station to its consumers located (remote) on the surface of a single mountain range. The advantages of laying such a line in comparison with the overhead power line are its greater reliability, secrecy and security. It is known that the largest number of technological violations by typical energy enterprises (Kutin N.G. Safety of energy facilities. Magazine "Energy Supervision and Energy Security". No. 4, 2009, pp. 8-14) in 2009 amounted to violations in the voltage networks less than 35 kV and distribution networks (67.8%, for comparison - at TPPs and hydroelectric power stations 9.7%). Moreover, in such networks, the largest share falls on the electrical equipment of overhead lines (51.6%) - these are poles, wires, insulators, etc. This is most typical of mountainous areas. The predominant negative factors affecting the air networks are natural - snowfalls, heavy rains, winds, which lead to falls of towers, breakdowns of overhead lines, and exit from the operational state of insulators. The impact of these natural factors on reducing the reliability of the networks in the claimed DS HPP is negligible.

Кроме того, решение по п. л) в сравнении с использованием в настоящее время воздушных линий, не отражается на изменении ландшафта местности.In addition, the decision under item l), in comparison with the use of air lines at present, does not affect the change in the terrain.

На фиг.1-6 в качестве примера приведены схемы работы заявляемой ДС ГЭС. На фиг.1 изображена схема ДС ГЭС с направленно пробуренной скважиной; на фиг.2 - схема ДС ГЭС с многоствольной направленно пробуренной скважиной; на фиг.3 - схема ДС ГЭС с направленно пробуренной скважиной, участок которой расположен на дневной поверхности; на фиг.4 - схема ДС ГЭС с гидроагрегатом, установленным в направленно пробуренной скважине; на фиг.5 - схема ДС ГЭС с гидроагрегатом, установленным в направленно пробуренной скважине, и гидроагрегатом, установленным на дневной поверхности; на фиг.6 - схема ДС ГЭС с водоемом в виде зоны подземного гидроаккумулирования.Figure 1-6 as an example shows the operation scheme of the inventive DS HPP. Figure 1 shows a diagram of a DS hydroelectric station with a directionally drilled well; figure 2 - diagram of the hydroelectric power station with a multi-directional drilled well; figure 3 is a diagram of the hydroelectric power station with a directionally drilled well, a section of which is located on the day surface; figure 4 - diagram of the hydroelectric power station with a hydraulic unit installed in a directionally drilled well; figure 5 - diagram of the hydroelectric power station with a hydraulic unit installed in a directionally drilled well, and a hydraulic unit installed on the day surface; Fig.6 is a diagram of the hydroelectric power station with a reservoir in the form of an underground storage area.

На фиг.1-6 введены следующие обозначения: 1 - гора; 2 - водоем; 3 - подводящий туннельный напорный водовод - направленно пробуренная скважина ДС ГЭС; (3-1) - общий подводящий туннельный напорный водовод - первая направленно пробуренная скважина многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; (3-2) - вторая направленно пробуренная скважина многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; 4 - подводящий туннельный напорный водовод - наклонная скважина; 5 - отводящий водовод; (5-1) - отводящий водовод первой направленно пробуренной скважины многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; (5-2) - отводящий водовод второй направленно пробуренной скважины многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; 6 - гидромашина; (6-1) - гидромашина в первой направленно пробуренной скважине многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; (6-2) - гидромашина во второй направленно пробуренной скважине многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; 7 - электрогенератор; (7-1) -электрогенератор в первой направленно пробуренной скважине многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; (7-2) - электрогенератор во второй направленно пробуренной скважине многоствольной ДС ГЭС на фиг.2; 8 - направляющая труба с отверстиями в ней; 9 - вода в водоеме; 10 - отверстия в направляющей трубе; 11 - седло клапана в направленно пробуренной скважине; 12 - клапан; 13 - блок; 14 - канат; 15 - горный рельеф; 16 - распадок; 17 - трубы на дневной поверхности; 18 - скважинная гидротурбина; 19 - скважинный электрогенератор; 20 - электрокабель от скважинного электрогенератора; 21 - фиксатор гидроагрегата в скважине; 22 - колонна труб с встроенным в них электрокабелем; 23 - уступ в скважине; 24 - устьевое кольцо - регулятор расхода; 25 - электропреобразователь; 26 - инженерно-коммуникационная скважина; 27 - электрические кабели; 28 - ледник на вершине горного массива; 29 - нагнетательные (водосборные) скважины; 30 - щитовые водонакопители у водосборных (нагнетательных) скважин; 31 - вход скважинной гидротурбины; 32 - выход скважинной гидротурбины; Нн - напор на гидроагрегат; Нд - динамический уровень.Figure 1-6 introduced the following notation: 1 - mountain; 2 - a reservoir; 3 - inlet tunnel pressure head water conduit - directionally drilled borehole of the hydroelectric power station; (3-1) - the general supplying the tunnel pressure head water conduit - the first directionally drilled well of the multilateral trunk hydroelectric station of the hydroelectric power station in figure 2; (3-2) - the second directionally drilled well of the multi-sided DS HPP in figure 2; 4 - inlet tunnel pressure pipe - deviated well; 5 - discharge water conduit; (5-1) - the discharge water conduit of the first directionally drilled well of the multi-sided DS HPP in figure 2; (5-2) - the discharge water conduit of the second directionally drilled well of the multilateral trunk hydroelectric station of the hydroelectric power station in figure 2; 6 - hydraulic machine; (6-1) - a hydraulic machine in the first directionally drilled well of the multi-sided DS HPP in figure 2; (6-2) - a hydraulic machine in the second directionally drilled well of the multi-sided DS HPP in figure 2; 7 - electric generator; (7-1) -electric generator in the first directionally drilled well of the multi-sided DS HPP in figure 2; (7-2) - an electric generator in a second directionally drilled well of a multi-barrel DS hydroelectric station in figure 2; 8 - guide tube with holes in it; 9 - water in the pond; 10 - holes in the guide tube; 11 - valve seat in a directionally drilled well; 12 - valve; 13 - block; 14 - rope; 15 - mountainous terrain; 16 - decay; 17 - pipes on the surface; 18 - downhole hydraulic turbine; 19 - downhole electric generator; 20 - electric cable from a downhole electric generator; 21 - hydraulic unit lock in the well; 22 - pipe string with built-in electric cable; 23 - ledge in the well; 24 - wellhead ring - flow controller; 25 - electric converter; 26 - engineering and communication well; 27 - electric cables; 28 - a glacier on top of a mountain range; 29 - injection (catchment) wells; 30 - panel water reservoirs at drainage (injection) wells; 31 - input borehole hydraulic turbine; 32 - the output of the downhole hydraulic turbine; N n - pressure on the hydraulic unit; N d - dynamic level.

Устройство заявляемой ДС ГЭС.The device of the claimed DS HPP.

В гористой местности в верхней части горы 1 находится водоем 2, например река в верхнем ее течении. Река стекает по склону горы к ее подножию, а стекая по противоположным склонам горы, образует излучину. Разница высотного положения водоема 2 и реки в нижнем ее течении (место предполагаемой установки гидроагрегата ДС ГЭС) представляет собой напор воды на гидроагрегат Нн. Для создания напорного водовода заявляемой ДС ГЭС от водоема 2 пробурена направленная скважина 3 (фиг.1; 3; 4; 5; 6), для указанных ДС ГЭС, в которых не установлен скважинный гидроагрегат, напорная скважина может быть пробурена и направленной 4. Желаемая максимальная мощность потребителя электроэнергии N1 составляет 130 кВт. Исходя из технических параметров гидротурбины и электрогенератора (в том числе скважинных, при этом в качестве электрогенератора принят электробур, работающий в режиме электрогенератора) выбраны гидротурбина и электрогенератор, а также диаметр скважины dскв, ее глубина и траектория. Диаметр направленной скважины составляет 240 мм, напор Нн - 500 м. Для обеспечения требуемой гидравлической мощности, равной 137 кВт, расход воды через гидротурбину при давлении P1=47 МПа должен составлять Q1=0,045 м3/с. В качестве гидротурбины выбрана гидротурбина турбобура Т12РТ-9". В схемах на дневной поверхности (фиг.1; 2; 3; 6) и в скважине (фиг.4; 5) она (гидротурбина 6) установлена вертикально. Ее ротор соединен с ротором электрогенератора с использованием герметизирующего уплотнения вала ротора гидротурбины. Выработанная электрогенератором электроэнергия преобразуется электропреобразователем (на графике не показан) до требуемого уровня, регламентированного нормативно-технической документацией, и направляется к потребителю электроэнергии. По отводящему водоводу 5 вода после гидротурбины 6 направляется либо непосредственно в русло реки в нижнем ее течении, либо к гидродинамическому теплогенератору и в систему теплоснабжения или в теплогидроаккумулятор, либо в систему водоснабжения или к потребителю воды под давлением как энергоресурса.In the mountainous terrain at the top of the mountain 1 there is a reservoir 2, for example, a river in its upper reaches. The river flows down the slope of the mountain to its foot, and flowing down the opposite slopes of the mountain forms a bend. The difference in the altitude of the reservoir 2 and the river in its lower reaches (the place of the proposed installation of the hydroelectric power station hydroelectric power station) is the pressure of the water on the hydroelectric unit N n . To create a pressure head conduit of the claimed DS of a hydroelectric power station from a reservoir 2, a directional well 3 has been drilled (Fig. 1; 3; 4; 5; 6), for these DS hydroelectric power stations, in which a downhole hydraulic unit is not installed, the pressure well can be drilled and directed 4. Desired the maximum power of the electricity consumer N 1 is 130 kW. Based on the technical parameters of the hydroturbine and electric generator (including well ones, while an electric drill operating in the electric generator mode was adopted as an electric generator), a hydraulic turbine and an electric generator were selected, as well as well diameter d borehole , its depth and trajectory. The diameter of the directional well is 240 mm, the pressure N n is 500 m. To ensure the required hydraulic power equal to 137 kW, the water flow through the turbine at a pressure of P 1 = 47 MPa should be Q 1 = 0.045 m 3 / s. T12RT-9 turbodrill turbine is selected as a hydroturbine. In the schemes on the day surface (Fig. 1; 2; 3; 6) and in the well (Fig. 4; 5), it (turbine 6) is installed vertically. Its rotor is connected to the rotor generator using a sealing seal on the rotor shaft of a turbine turbine Electricity generated by the generator is converted by an electric converter (not shown in the graph) to the required level, regulated by regulatory and technical documentation, and sent to the electricity consumer. 5 water from the water conduit after the water turbine 6 is directed either directly to the river bed in its lower reaches, either the hydrodynamic and heat source in the heating system or teplogidroakkumulyator, either in water or water to the consumer under pressure as energy.

Гидравлическая мощность потока воды в месте установки гидроагрегата может быть определена из следующего выражения:The hydraulic power of the water flow at the installation site of the hydraulic unit can be determined from the following expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Q - расход воды в месте установки гидроагрегата.where Q is the flow rate at the installation site of the hydraulic unit.

Вырабатываемая электрическая мощность несколько меньше гидравлической и определяется, исходя из ее значения, с учетом кпд гидротурбины и электрогенератора.The generated electric power is slightly less than hydraulic and is determined based on its value, taking into account the efficiency of the turbine and the electric generator.

Вода 9 из водоема 2 в направленно пробуренную скважину 3 поступает через отверстия 10 в направляющей трубе 8. Для перекрытия канала в направленно пробуренной скважине 3 предусматривается использование седла клапана 11, устанавливаемого в скважине, и клапана 12, опускаемого при необходимости (технические причины: ремонт; реконструкция; регламентные работы и др.; или организационные причины, например при организации электроснабжения сезонных работ - остановка ДС ГЭС на межсезонные периоды) на канате 14 через блок 13.Water 9 from a reservoir 2 into a directionally drilled well 3 enters through openings 10 in the guide pipe 8. To block the channel in a directionally drilled well 3, it is intended to use the valve seat 11, which is installed in the well, and the valve 12, lowered if necessary (technical reasons: repair; reconstruction; routine maintenance, etc.; or organizational reasons, for example, when organizing the seasonal power supply - stopping the hydroelectric power station for off-season periods) on cable 14 through block 13.

В случае ДС ГЭС с многоствольной направленной скважиной (фиг.2) она бурится так, что, имея общий начальный от устья скважины ствол, от нее отбуриваются направленные к каждому из потребителей, рассредоточенных и расположенных на склонах горного образования как на различных высотах, так и в плане. Следует отметить, что техника и технология направленного бурения скважин отработана, широко и с успехом применяется в практике бурения. Использование ее позволяет с большой точностью выдерживать траекторию скважины и положение ее пересечения с поверхностью горного рельефа. На фиг.2 потребители электроэнергии расположены на различных высотах, к ним пробурены направленные скважины (3-1) и (3-2), в которых установлены гидроагрегаты (6-1)-(7-1) и (6-2)-(7-2) соответственно. При этом напор, воздействующий на гидроагрегат (6-1)-(7-1) Нн1, составляет 240 м, а напор на гидротурбину (6-2)-(7-2) Нн2 - 490 м. В них расходы воды через турбины составляют соответственно 0,045 м3/c и 0,022 м3/c.In the case of a hydroelectric power station with a multi-directional well (Fig. 2), it is drilled so that, having a common initial wellbore from the wellhead, it is drilled from it directed to each of the consumers dispersed and located on the slopes of the rock formation at different heights and in respect of. It should be noted that the technique and technology of directional well drilling have been developed, widely and successfully used in drilling practice. Using it allows with great accuracy to withstand the trajectory of the well and the position of its intersection with the surface of the mountainous terrain. In Fig.2, electricity consumers are located at different heights, directional wells (3-1) and (3-2) are drilled to them, in which hydraulic units (6-1) - (7-1) and (6-2) - are installed (7-2) respectively. At the same time, the pressure acting on the hydraulic unit (6-1) - (7-1) N n1 is 240 m, and the pressure on the hydraulic turbine (6-2) - (7-2) N n2 is 490 m. through the turbines are respectively 0.045 m 3 / s and 0.022 m 3 / s.

В условиях сложного горного рельефа местности (фиг.3) ДС ГЭС содержит участок 17, на котором мнимая скважина выполнена трубами, расположенными на дневной поверхности (он расположен между двумя направленно пробуренными скважинами). Такая схема и конструкция позволяет уменьшить протяженность горизонтального интервала скважины (хотя напор Нн2 действует тот же), сооружение которого более затратно. Кроме того, при наличии потребителя электроэнергии в окрестности такого участка возможно и в обоснованных случаях эффективно сооружение на нем дополнительного гидроагрегата(тов) (на фиг.3 не показан). При этом мощности указанного гидроагрегата и расположенного ниже (6-7) должны выбираться исходя из общего напора Нн2 и падения напоров на гидротурбинах соответствующих гидроагрегатов.In the conditions of a difficult mountainous terrain (Fig. 3), the hydroelectric power station contains a section 17 in which the imaginary well is made by pipes located on the day surface (it is located between two directionally drilled wells). Such a scheme and design allows to reduce the length of the horizontal interval of the well (although the pressure Н Н2 acts the same), the construction of which is more costly. In addition, if there is an electricity consumer in the vicinity of such a site, it is possible and, in justified cases, to efficiently construct additional hydraulic unit (s) on it (not shown in Fig. 3). At the same time, the capacities of the indicated hydraulic unit and located below (6-7) should be selected based on the total pressure Н Н2 and the pressure drop on the hydraulic turbines of the respective hydraulic units.

В случае использования скважинного гидроагрегата (фиг.4). Направленно пробуренная скважина 3 имеет уступ 23. В нее (скважину) спускается гидроагрегат, состоящий из ниже установленной турбины 18 (используется гидротурбина турбобура) и скважинного электрогенератора 19 (используется электродвигатель электробура, работающий в режиме электрогенератора), и они агрегатированы посредством общего корпуса. Гидроагрегат спускается в скважину на специальной колонне труб 22 с встроенным в нее электрокабелем (выпускается серийно и используется при электробурении), для чего скважинный электрогенератор 19 гидроагрегата соединяется с нижним концом колонны труб 22. При спуске колонны труб 22 с гидроагрегатом последний устанавливается на уступ 23 в скважине и при его постановке (за счет веса гидроагрегата и колонны труб) срабатывает фиксатор гидроагрегата 21 о стенки скважины 3. Таким образом, жестко о стенки скважины фиксируется скважинный гидроагрегат. После этого на устье скважины жестко фиксируется колонна труб 22.In the case of using a downhole hydraulic unit (figure 4). A directionally drilled well 3 has a step 23. A hydraulic unit is lowered into it (a well), consisting of a lower installed turbine 18 (a turbo-drill is used) and a downhole electric generator 19 (an electric drill is used in the electric generator mode), and they are aggregated by means of a common housing. The hydraulic unit is lowered into the well on a special pipe string 22 with an integrated electric cable (commercially available and used for electric drilling), for which the downhole electric generator 19 of the hydraulic unit is connected to the lower end of the pipe string 22. When the pipe string 22 is lowered with the hydraulic unit, the latter is installed on the ledge 23 in the well and when it is set (due to the weight of the hydraulic unit and the pipe string), the lock of the hydraulic unit 21 is activated against the wall of the well 3. Thus, the hydraulic unit is rigidly fixed to the wall of the well . After that, at the wellhead, a string of pipes 22 is rigidly fixed.

На устье направленно пробуренной скважины 3 установлена направляющая труба с отверстиями (труба находится в водоеме). Снаружи ее и с возможностью поворота на ней установлено устьевое кольцо-регулятор расхода 24 с отверстиями. При повороте устьевого кольца 24 отверстия в нем и направляющей трубе могут при одном относительном положении совпадать, обеспечивая при этом максимальный расход воды из водоема в скважину. При других угловых положениях устьевого кольца-регулятора расхода 24 площади отверстий в направляющей трубе и в кольце 24 (живое сечение) не совпадают в полной мере или вообще. Этим положениям кольца 24 соответствуют либо меньшие расходы, либо они отсутствуют (вода из водоема в скважину не поступает).At the mouth of the directionally drilled well 3, a guide pipe with holes is installed (the pipe is in a pond). Outside of it and with the possibility of rotation, a wellhead ring-flow regulator 24 with holes is installed on it. When the wellhead ring 24 is rotated, the holes in it and the guide pipe can coincide at the same relative position, while ensuring the maximum flow rate of water from the reservoir into the well. For other angular positions of the wellhead ring-flow controller 24 the area of the holes in the guide tube and in the ring 24 (living section) do not fully or completely coincide. These provisions of the ring 24 correspond to either lower costs, or they are absent (water does not enter the well from the reservoir).

Электропреобразователь 25 ДС ГЭС на устье скважины соединен с электрокабелем, встроенным в колонну труб 22 электрокабелем 20 от скважинного электрогенератора. Электропреобразователем 25 выработанная электроэнергия доводится до нормированного уровня (ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Издательство стандартов. 1996 г.). С выхода электропреобразователя 25 электроэнергия направляется к одному потребителю электроэнергии, расположенному непосредственно у устья скважины, а по электрокабелю 27, установленному в специальной инженерно-коммуникационной скважине 26, - ко второму, удаленному потребителю электроэнергии.An electric converter 25 of the hydroelectric power station at the wellhead is connected to an electric cable built into the pipe string 22 with an electric cable 20 from the downhole electric generator. Electric transducer 25 generated electricity is brought to a standardized level (GOST 13109-97. Quality standards of electric energy in general power supply systems. M: Publishing house of standards. 1996). From the output of the electric converter 25, the electric power is sent to one electric consumer located directly at the wellhead, and through the electric cable 27 installed in a special engineering and communication well 26, to the second, remote electric consumer.

Отводящий водовод 5 может быть соединен либо с руслом реки в нижнем ее течении, либо с гидродинамическим теплогенератором и системой теплоснабжения или с теплогидроаккумулятором, либо с системой водоснабжения, или с гидроприводом потребителя потока воды под давлением как энергоресурса.The discharge water conduit 5 can be connected either to a river channel in its lower reaches, or to a hydrodynamic heat generator and a heat supply system or to a heat accumulator, or to a water supply system, or to a hydraulic actuator of a consumer of a water stream under pressure as an energy resource.

В заявляемой ДС ГЭС со скважинным гидроагрегатом на фиг.5 в сравнении изображенным на фиг.4 дополнительно в отводящем напорном (после скважинного гидроагрегата) водоводе 5 на дневной поверхности установлен поверхностный гидроагрегат, включающий гидромашину (гидротурбину) 6, кинематически соединенную с электрогенератором 7. Схема электрогенерирования и электроснабжения на фиг.5 целесообразна в случаях, когда имеются потребители электрической энергии в местностях, как у устья скважины (потребитель 1), так и расположенных ниже устья скважины (потребитель 2). При такой схеме мощности скважинного гидроагрегата (18-19) и поверхностного (6-7) выбирают таким образом, чтобы падение всего напора Нн2 (которым определяется гидравлическая мощность потока в скважине) разделилось пропорционально желаемым (падениям напоров на соответствующих гидротурбинах) мощностям первого и второго потребителей электрической энергии.In the inventive DS hydroelectric power station with a downhole hydraulic unit in Fig. 5, in comparison with that depicted in Fig. 4, a surface hydraulic unit including a hydraulic machine (hydraulic turbine) 6, kinematically connected to the electric generator 7, is installed on the day surface of the discharge pressure line (after the downstream hydraulic unit) 6. 5, it is expedient in cases when there are consumers of electric energy in areas both at the wellhead (consumer 1) and located below the wellhead (User 2). With this scheme, the power of the borehole hydraulic unit (18-19) and surface (6-7) is chosen so that the drop in the total pressure Н Н2 (which determines the hydraulic power of the flow in the well) is divided proportionally to the desired (pressure drops on the corresponding hydraulic turbines) capacities of the first and second consumers of electrical energy.

В случае ДС ГЭС с подземным гидроаккумулированием (фиг.6) направленно пробуренной скважиной 3 перебурен водоем 2, которым в данном случае является подземный водоносный интервал (далее - ПДИ). Он может быть природным или искусственным. В природных - питающие воды по естественным трещинам и порам в породах под действием силы тяжести движутся вниз и при наличии водоупорных пород в форме котла (емкости) наполняют ее. Искусственный ПДИ в горных условиях с предполагаемым использованием воды таяния ледников на вершинах гор (фиг.6) формируют с использованием нагнетательных (водосборных) скважин 29, которые бурят до водоупорного (подстилающего) пласта пород в виде котла, выше которого расположен коллектор из проницаемых пористых пород. В интервале коллектора водосборные скважины 29 обсажены трубами, которые перфорированы. Устья водосборных скважин 29 оборудованы направляющими обсадными трубами, которые выше земной поверхности также перфорированы. Кроме того, для сбора воды у устья каждой скважины установлены щитовые водонакопители 30 в виде угловых щитов (крыльев), в углах которых находится перфорированная обсадная труба скважины. Причем положения крыльев таково, что для стекающего сверху потока воды они перекрываются. Это позволяет собрать у водонакопителей 30 всю талую воду. Для снижения потерь воды таяния поверхность склона ниже кромки ледника может быть покрыта непроницаемой пленкой. В горных условиях с вечными ледниками 28 на вершинах, в летнее время ледники тают, а образующаяся при этом вода стекает по склонам вниз, аккумулируется у водонакопителей 30, из которых она по отверстиям в осадной направляющей трубе поступает в скважины 29, из которой по отверстия перфорации - в подземный коллектор ПДИ (водоем 2).In the case of a hydroelectric power station with underground hydraulic storage (Fig.6), a directionally drilled well 3 was drilled by a reservoir 2, which in this case is an underground aquifer (hereinafter referred to as PDI). It can be natural or artificial. In natural ones, the feeding waters move downward along natural cracks and pores in the rocks and, in the presence of water-resistant rocks in the form of a boiler (tank), fill it with the presence of water-resistant rocks. Artificial PDI in the mountains with the alleged use of glacier melt water on the tops of the mountains (Fig. 6) is formed using injection (catchment) wells 29, which are drilled to the water-resistant (underlying) bed of rocks in the form of a boiler, above which a reservoir of permeable porous rocks is located . In the interval of the reservoir, drainage wells 29 are lined with pipes that are perforated. The mouths of the watersheds 29 are equipped with casing guides, which are also perforated above the earth's surface. In addition, to collect water at the mouth of each well, shield water reservoirs 30 are installed in the form of corner shields (wings), in the corners of which there is a perforated well casing. Moreover, the position of the wings is such that for the flowing down stream of water, they overlap. This allows you to collect from the water reservoir 30 all melt water. To reduce melting water losses, the surface of the slope below the edge of the glacier can be covered with an impermeable film. In mountainous conditions with eternal glaciers 28 at the peaks, glaciers melt in summer, and the water that forms in this case flows down the slopes and accumulates at water reservoirs 30, of which it enters holes 29 through holes in a siege guide tube, from which it passes through perforations - into the underground collector PDI (reservoir 2).

ПДИ перебурен направленно пробуренной скважиной 3, которая от ее устья обсажена трубой 8, перфорированной отверстиями 10 в интервале пересечения с ПДИ. То есть по ним вода из ПДИ может поступать в направленно пробуренную скважину 3 (при открытом клапане 11-12), формируя в скважине гидроэнергетический поток. В заявляемой ДС ГЭСА вода в летнее время может быть аккумулирована в ПДИ и в последующем использоваться для выработки электроэнергии в маловодные и безводные периоды года, в том числе холодные, так как аккумулированная в ПДИ и в водоводе (направленно пробуренная скважина) вода имеет положительную температуру. Преимуществом такой ДС ГЭС с высокогорным водоемом является то, что в ней достигается высокий показатель энергоэффективности ее работы, такой как удельный расход воды на выработку единицы электроэнергии, за счет действующего в ней большого напора воды. Причем в заявляемой ДС ГЭС, предусматривающей использование в качестве водовода направленно пробуренной скважины, достигается это в настоящее время технически не сложно и экономически мало затратно.PDI was drilled directionally by a drilled well 3, which was cased from its mouth by a pipe 8 perforated by holes 10 in the interval of intersection with PDI. That is, through them, water from the PDI can enter the directionally drilled well 3 (with the valve 11-12 open), forming a hydropower flow in the well. In the inventive DS GESA, water in the summertime can be accumulated in the PDI and subsequently used to generate electricity in dry and anhydrous periods of the year, including cold, as the water accumulated in the PDI and in the water conduit (directionally drilled well) has a positive temperature. The advantage of such a hydroelectric power station with a high-altitude body of water is that it achieves a high energy efficiency indicator for its operation, such as the specific water consumption for generating a unit of electricity, due to the large water pressure acting in it. Moreover, in the claimed DS HPP, providing for the use of a directionally drilled well as a water conduit, this is currently achieved technically not difficult and economically low cost.

Работа заявляемой ДС ГЭС.The work of the claimed DS HPP.

Работа приведена ниже с учетом последовательности дополнительных пунктов изобретения.The work is given below taking into account the sequence of additional claims.

В работе ДС ГЭС можно выделить 3 технологически значимых процедуры: осуществление перетока воды из водоема в направленно пробуренную скважину (далее НПС); создание гидродинамического потока и выработка электроэнергии (далее создание ГДПС; отведение скважинного водотока).In the work of the hydroelectric power station, 3 technologically significant procedures can be distinguished: the transfer of water from a reservoir to a directionally drilled well (hereinafter NPS); the creation of a hydrodynamic flow and the generation of electricity (hereinafter, the creation of hydraulic fracturing; the diversion of a borehole stream).

Для сокращения объема описания приведенные примеры реализации заявляемой ДС ГЭС с учетом технологически значимых процедур ее работы можно разделить на две характерные группы I и II: I - схемы ДС ГЭС, приведенные на фиг.1; 2; 3; 6 (имеют идентичные решения - по осуществлению сообщения водоема с НПС и по поверхностным гидроагрегатам); II - схемы ДС ГЭС, приведенные на фиг.4 и 5 (имеют идентичные решения - по осуществлению сообщения водоема с НПС и по скважинным гидроагрегатам).To reduce the scope of the description, the given examples of the implementation of the claimed DS HPP, taking into account the technologically significant procedures for its operation, can be divided into two characteristic groups I and II: I - diagrams of the DS HPP shown in figure 1; 2; 3; 6 (have identical decisions - on the implementation of the communication of the reservoir with the NPS and on surface hydraulic units); II - diagrams of the hydroelectric power station shown in Figs. 4 and 5 (have identical solutions - to implement the communication of the reservoir with the pump station and downhole hydraulic units).

Осуществление перетока воды из водоема в направленно пробуренную скважину (НПС).The flow of water from a reservoir into a directionally drilled well (PS).

Для группы I -схемы ДС ГЭС приведены на фиг.1; 2; 3; 6. Клапан 12 посредством каната 14 отделяется от седла 11, установленного в направленно пробуренной скважине 3, и извлекается из скважины. При этом вода из водоема 2 через отверстия 10 в направляющей трубе 8 поступает в направленно пробуренную скважину 3, заполняя ее и формируя в ней гидроэнергетический поток, характеризуемый динамическим уровнем воды в скважине напором Нн.For group I-scheme DS HPP are shown in figure 1; 2; 3; 6. The valve 12 through the rope 14 is separated from the seat 11, installed in a directionally drilled well 3, and is removed from the well. In this case, water from the reservoir 2 through the holes 10 in the guide pipe 8 enters the directionally drilled well 3, filling it and forming a hydropower flow in it, characterized by a dynamic water level in the well with a pressure of N n .

Для группы II - схемы ДС ГЭС приведены на фиг.4; 5. Перфорированное устьевое кольцо 24 устанавливается в положении "открыто". При этом вода из водоема 2 поступает в НПС 3, по скважине до и ниже гидроагрегата она движется по отводящему водоводу 5 к зоне стока по направленно пробуренной скважине (искривление скважины может быть осуществлено на участке скважины ниже места установки скважинного гидроэнергоагрегата). Ввиду того что гидроагрегат создает определенное гидросопротивление, уровень воды в скважине несколько повышается и при расходе поступающей в скважину воды Q1 спустя переходный период устанавливается на определенном значении равном Нд. На интервале от Нд до зоны стока устанавливается поток с расходом Q1, в котором в любом сечении наблюдается его сплошность, Нн (на фиг.4) формирует напор воды в скважине, воздействующий на гидротурбину 18 гидроагрегата.For group II - schemes of hydroelectric power station are shown in figure 4; 5. The perforated wellhead ring 24 is set to the “open” position. At the same time, water from the reservoir 2 enters the pump station 3, along the well to and below the hydraulic unit, it moves along the outlet conduit 5 to the runoff zone along the directionally drilled well (the well can be bent at a section of the well below the installation site of the hydropower unit). Due to the fact that the hydraulic unit creates a certain hydraulic resistance, the water level in the well rises slightly and when the flow of water entering the well Q 1 after a transition period is set to a certain value equal to N d . In the interval from N d to the drain zone, a flow with a flow rate of Q 1 is established , in which its continuity is observed in any section, N n (in Fig. 4) forms the water pressure in the well, acting on the hydraulic unit 18 of the hydraulic unit.

Создание гидродинамического потока и выработка электроэнергии.Creating a hydrodynamic flow and generating electricity.

Для группы I - схемы ДС ГЭС приведены на фиг.1; 2; 3; 6. В направленно пробуренной скважине 3 после окончания переходных процессов стабилизируется работа гидроагрегата и устанавливается динамический уровень (в рассматриваемом примере он совпадает с уровнем воды в водоеме). На интервале скважины ниже динамического уровня устанавливается сплошной поток, которым формируется напор столба воды в скважине Нн. Этот напор воздействует на гидротурбину 6 (гидроагрегат 6-7) и участвует в создании (вместе с расходом воды через гидротурбину) гидравлической мощности потока, который преобразуется с учетом кпд гидротурбины и электрогенератора в электрическую мощность гидроагрегата.For group I - schemes of hydroelectric power stations are shown in figure 1; 2; 3; 6. In the directionally drilled well 3, after the end of the transient processes, the operation of the hydraulic unit is stabilized and a dynamic level is established (in this example, it coincides with the water level in the reservoir). At the interval of the well below the dynamic level, a continuous flow is established, which forms the head of the water column in the well N n . This pressure acts on the hydraulic turbine 6 (hydraulic unit 6-7) and participates in the creation (together with the flow rate of water through the hydraulic turbine) of the hydraulic power of the stream, which is converted, taking into account the efficiency of the hydraulic turbine and electric generator into the electric power of the hydraulic unit.

Известно, что гидравлическая мощность, развиваемая гидротурбиной, определяется из следующего выражения (Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. М.: Энергоатомиздат, 1985 г.):It is known that the hydraulic power developed by a hydroturbine is determined from the following expression (NK Malinin. Theoretical fundamentals of hydropower. M: Energoatomizdat, 1985):

Figure 00000002
Figure 00000002

где Nг - гидравлическая мощность, развиваемая гидротурбиной, кВт;where N g - hydraulic power developed by a hydraulic turbine, kW;

Pн - давление воды, воспринимаемое гидротурбиной, Па;P n - water pressure perceived by the turbine, Pa;

Q - расход воды через гидротурбину, м3/с.Q is the flow rate of water through a hydraulic turbine, m 3 / s.

Ниже приведен упрощенный расчет мощности потока в ДС ГЭС для приведенных в разделе «Устройство заявляемой ДС ГЭС» ее параметров для схем, приведенных на фиг.1; 3; 4; 6: 1) глубина установки гидротурбины h=500 м; Q=0,045 м3/с. В выше приведенной формуле (2) Рн может быть определена из следующего выражения:The following is a simplified calculation of the flow power in the HPP HP for the parameters given in the "Design of the claimed DS HPP" section for the circuits shown in Fig. 1; 3; four; 6: 1) installation depth of a hydraulic turbine h = 500 m; Q = 0.045 m 3 / s. In the above formula (2), P n can be determined from the following expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

ρ - плотность воды, кг/м3 (р=103 кг/м3);ρ is the density of water, kg / m 3 (p = 10 3 kg / m 3 );

q - ускорение свободного падения, м/с2 (q=9,8 м/с2);q is the acceleration of gravity, m / s 2 (q = 9.8 m / s 2 );

h - высота столба воды (по вертикали) над гидротурбиной, м (h=500 м). С учетом конкретных параметров:h is the height of the water column (vertical) above the turbine, m (h = 500 m). Based on specific parameters:

Pн=103 кг/м3·10 м/с2 · 5·102 м = 5·106 Па = 5,0 МПа.P n = 10 3 kg / m 3 · 10 m / s 2 · 5 · 10 2 m = 5 · 10 6 Pa = 5.0 MPa.

Гидравлическая мощность из выражения (2) составляет:The hydraulic power from the expression (2) is:

Nг=Pн·Q=5·106 Па · 4,5·10-2 м3/c = 225·103 Вт = 225 кВт.N g = P n · Q = 5 · 10 6 Pa · 4,5 · 10 -2 m 3 / s = 225 · 10 3 W = 225 kW.

Расчетная гидравлическая мощность гидроагрегата ДС ГЭС превышает желаемую, превышает и напор, воздействующий на гидроагрегат, величину падения напора на гидротурбине на величину, достаточную для того, чтобы поток в отводящем водоводе мог быть использован для осуществления холодного водоснабжения или для выработки тепловой энергии.The calculated hydraulic power of the hydraulic unit of the hydroelectric power station exceeds the desired one, exceeds the pressure acting on the hydraulic unit, and the pressure drop on the turbine by an amount sufficient to ensure that the flow in the outlet conduit can be used for cold water supply or for generating thermal energy.

Упрощенный расчет для схем на фиг.2 и 5. Для исходных параметров для фиг.2 из раздела «Устройство заявляемой ДС ГЭС», давление, воздействующее на турбину (6-1), имеет значение Рн1=103 кг/м3 · 10 м/с2 · 2,4·102 м = 2,4·106 Па = 2,4 МПа, а гидравлическая мощность, действующая на гидроагрегате Nг1н1·Q1=2,4·106 Па · 4,5·10-2 м3/с=108·103 Вт = 108 кВт. Давление, воздействующее на турбину (6 - 2), имеет значение Рн2=103 кг/м3 · 10 м/с2 · 4,9·102 м = 4,9·106 Па = 4,9 МПа, а гидравлическая мощность, действующая на гидроагрегате Nг2н2·Q2=4,9·106 Па · 2,2·10-2 м3/c = 9,8·104 Вт = 98 кВт.A simplified calculation for the circuits in figure 2 and 5. For the initial parameters for figure 2 from the section "Device of the inventive DS HPP", the pressure acting on the turbine (6-1) has a value of P n1 = 10 3 kg / m 3 · 10 m / s 2 · 2.4 · 10 2 m = 2.4 · 10 6 Pa = 2.4 MPa, and the hydraulic power acting on the hydraulic unit N g1 = P n1 · Q 1 = 2.4 · 10 6 Pa · 4.5 · 10 -2 m 3 / s = 108 · 10 3 W = 108 kW. The pressure acting on the turbine (6 - 2) has a value of P n2 = 10 3 kg / m 3 · 10 m / s 2 · 4.9 · 10 2 m = 4.9 · 10 6 Pa = 4.9 MPa, a hydraulic power acting in the hydraulic unit r2 = N P H2 · Q 2 = 4.9 · 10 6 Pa · 2,2 · 10 -2 m 3 / c = 9,8 · 10 4 W = 98 kW.

Для исходных параметров для фиг.5 из раздела «Устройство заявляемой ДС ГЭС» давление, воздействующее на гидротурбину 18, а также расчетные гидравлические мощности (по аналогии с приведенной выше последовательностью расчета) имеют следующие значения: Рн1=103 кг/м3 · 10 м/с2 · 2,4·102 м = 2,4·106 Па = 2,4 МПа, а гидравлическая мощность, действующая на гидроагрегате Nг1н1·Q1=2,4·106 Па · 4,5·10-2 м3/c = 108·103 Вт = 108 кВт. Давление, воздействующее на турбину 6, имеет значение Рн2=103 кг/м3 · 10 м/с2 · 4,9·102 м = 4,9·106 Па = 4,9 МПа, а гидравлическая мощность, действующая на гидроагрегате Nг2н2·Q2=4,9·106 Па·4,5 · 10-2 м3/c = 22,05·104 Вт = 220,5 кВт.For the initial parameters for figure 5 from the section "The device of the inventive DS HPP" the pressure acting on the turbine 18, as well as the calculated hydraulic power (by analogy with the above calculation sequence) have the following values: P n1 = 10 3 kg / m 3 · 10 m / s 2 · 2.4 · 10 2 m = 2.4 · 10 6 Pa = 2.4 MPa, and the hydraulic power acting on the hydraulic unit N g1 = P n1 · Q 1 = 2.4 · 10 6 Pa · 4.5 · 10 -2 m 3 / s = 108 · 10 3 W = 108 kW. The pressure acting on the turbine 6 has a value of P n2 = 10 3 kg / m 3 · 10 m / s 2 · 4.9 · 10 2 m = 4.9 · 10 6 Pa = 4.9 MPa, and the hydraulic power N acting on the hydraulic unit H2 r2 = P · Q 2 = 4.9 · 10 6 Pa · 4,5 · 10 -2 m 3 / c = 22,05 · 10 4 W = 220,5 kW.

Вращение от ротора гидротурбины 6 передается соединенному с ним якорю электрогенератора 7. Электрогенератором 7 вырабатывается напряжение электрического тока, которое по электрокабелю подается на электропреобразователь, а с него - к потребителю электроэнергии. При этом на турбине 6 (поверхностном гидроагрегате) падает определенный напор ΔНпг, определяемый из ее технических характеристик, исходя из расхода воды через турбину, а Нн должен быть не меньше чем ΔНпг.The rotation from the rotor of the hydraulic turbine 6 is transmitted to the armature of the electric generator 7 connected to it. The electric generator 7 generates an electric current voltage, which is supplied through an electric cable to the electric converter, and from it to the electricity consumer. At the same time, a certain pressure ΔН pg falls on the turbine 6 (surface hydraulic unit), determined from its technical characteristics, based on the flow rate of water through the turbine, and N n must be no less than ΔН pg .

В случае ДС ГЭС с многоствольной скважиной (фиг.2) напор Нн1 участвует в создании гидравлической мощности в НПС3-1, а при прохождении потока воды через гидротурбину (6-1) гидроагрегата [(6-1)-(7-1)] - в выработке электрической энергии. При этом участвует расход воды в НПС3-1 и учитываются кпд гидротурбины (6-1) и электрогенератора (7-1). Электрическая энергия с электрогенератора поступает на электроформирователь, а с последнего (требуемого качества) - к потребителю электрической энергии. В этой ДС ГЭС напор Нн2 участвует в создании гидравлической мощности в НПС3-2, а при прохождении потока воды через гидротурбину (6-2) гидроагрегата [(6-2)-(7-2)] - в выработке электрической энергии. При этом участвует расход воды в НПС3-2 и учитываются кпд гидротурбины (6-2) и электрогенератора (7-2). Электрическая энергия с электрогенератора поступает на электроформирователь, а с последнего (требуемого качества) - к потребителю электрической энергии. При этом: на турбине 6-1 (поверхностном гидроагрегате) падает определенный напор ΔНпг1, определяемый из ее технических характеристик, исходя из расхода воды через турбину, а Нн1 должен быть не меньше чем ΔНпг1; на турбине 6-2 (поверхностном гидроагрегате) падает определенный напор ΔНпг2, определяемый из ее технических характеристик, исходя из расхода воды через турбину, а Нн2 должен быть не меньше чем ΔНпг2.In the case of a DS HPP with a multilateral well (Fig. 2), the pressure Н н1 participates in the creation of hydraulic power in the LPS 3-1 , and when a water stream passes through the hydraulic turbine (6-1) of the hydraulic unit [(6-1) - (7-1 )] - in the generation of electrical energy. In this case, the water consumption in the NPS 3-1 is involved and the efficiency of the hydraulic turbine (6-1) and the electric generator (7-1) are taken into account. Electric energy from the generator is supplied to the electric generator, and from the last (of the required quality) to the consumer of electric energy. In this HPP hydroelectric power station, the pressure Н Н2 participates in the creation of hydraulic power in the NPS 3-2 , and when the water flow passes through the hydraulic turbine (6-2) of the hydraulic unit [(6-2) - (7-2)] - in the generation of electric energy. In this case, the water flow rate in the NPS 3-2 is involved and the efficiency of the hydraulic turbine (6-2) and the electric generator (7-2) are taken into account. Electric energy from the generator is supplied to the electric generator, and from the last (of the required quality) to the consumer of electric energy. At the same time: on the turbine 6-1 (surface hydraulic unit) a certain pressure ΔН pg1 drops, determined from its technical characteristics, based on the flow rate of water through the turbine, and N n1 should be no less than ΔН pg1 ; on a turbine 6-2 (surface hydraulic unit) a certain pressure ΔН pg2 drops , determined from its technical characteristics, based on the flow rate of water through the turbine, and Н Н2 should be no less than ΔН pg2 .

Для группы II - схемы ДС ГЭС приведены на фиг.4; 5. В направленно пробуренной скважине 3 после окончания переходных процессов стабилизируется работа гидроагрегата и устанавливается динамический уровень Нд. На интервале скважины ниже динамического уровня устанавливается сплошной поток, которым формируется напор столба воды в скважине Нн. Вращение от ротора гидротурбины передается соединенному с ним якорю электрогенератора. Рычаги фиксатора 21 препятствуют перемещению соединенных гидротурбины-электрогенератора (гидроагрегата) вниз под действием его веса и потока воды (благодаря силам трения о стенки скважины, которые возникают при постановке скважинного гидроагрегата на уступ в скважине 23). Фиксатор 23 воспринимает реактивный крутящий момент, возникающий при вращении ротора гидротурбины 18 и якоря электрогенератора 19 под действием потока воды. Электрогенератор является маслонаполненным и герметичным. Поток воды вращает ротор гидротурбины 18. Вращение от ротора гидротурбины передается соединенному с ним якорю электрогенератора 19. Электрогенератором вырабатывается напряжение электрического тока, которое по электрокабелю, встроенному в специальную колонну труб, из скважины передается на дневную поверхность, и далее посредством электрокабеля 20 к электропреобразователю 25. Электропреобразователь ДС ГЭС 25 снабжен регулятором частоты и амплитуды вырабатываемого напряжения - формирователем электрического напряжения требуемого качества. От него напряжение нормированного качества подается на отпуск потребителям электрической энергии.For group II - schemes of hydroelectric power station are shown in figure 4; 5. In the directionally drilled well 3, after the end of the transient processes, the operation of the hydraulic unit is stabilized and a dynamic level of N d is established . At the interval of the well below the dynamic level, a continuous flow is established, which forms the head of the water column in the well N n . The rotation from the rotor of the turbine is transmitted to the armature of the generator connected to it. The levers of the latch 21 prevent the connected hydraulic turbine-generator (hydraulic unit) from moving downward under the influence of its weight and water flow (due to the friction forces on the well walls that arise when the hydraulic unit is placed on a ledge in the well 23). The latch 23 receives the reactive torque that occurs when the rotor of the hydraulic turbine 18 and the armature of the electric generator 19 rotate under the influence of a water stream. The generator is oil-filled and sealed. The water flow rotates the rotor of the hydraulic turbine 18. The rotation from the rotor of the hydraulic turbine is transmitted to the armature of the electric generator 19 connected to it. The electric generator generates an electric current voltage, which is transmitted from the well to the day surface via an electric cable built into a special pipe string, and then through an electric cable 20 to the electric converter 25 The electric transformer DS GES 25 is equipped with a frequency and amplitude regulator of the generated voltage - a voltage shaper of the required quality . From it, voltage of normalized quality is supplied for vacation to consumers of electric energy.

Напор Нн воздействует на гидротурбину 18 (гидроагрегат 18-19) и участвует в создании (вместе с расходом воды через гидротурбину) гидравлической мощности потока, который преобразуется с учетом кпд гидротурбины и электрогенератора в электрическую мощность гидроагрегата. При этом на турбине 18 (скважинном гидроагрегате) падает определенный напор ΔНсг, определяемый из ее технических характеристик, исходя из расхода воды через турбину, а Нн должен быть не меньше чем ΔНсг.The pressure N n acts on the hydraulic turbine 18 (hydraulic unit 18-19) and participates in the creation (together with the flow rate of water through the hydraulic turbine) of the hydraulic power of the stream, which is converted, taking into account the efficiency of the hydraulic turbine and electric generator, into the electric power of the hydraulic unit. At the same time, a certain pressure ΔН cg falls on the turbine 18 (downhole hydraulic unit), determined from its technical characteristics, based on the flow rate of water through the turbine, and H n must be no less than ΔN cg .

В случае установки и скважинного гидроагрегата (18-19), и поверхностного (6-7) (фиг.5) после скважинного гидроагрегата поток воды движется в отводящем после него водоводе под давлением, а на каждом из гидроагрегатов падает давление столба воды (напоров) - ΔНсг и ΔНпг. Суть выработки электроэнергии гидроагрегатами аналогична изложенным выше, а напор Нн2, действующий в ДС ГЭС, не должен быть меньше, чем сумма падений напоров на гидроагрегатах (ΔНсг + ΔНпг).In the case of installing both a borehole hydraulic unit (18-19) and a surface (6-7) (Fig. 5) after the borehole hydraulic unit, the water flow moves in the outlet pipe after it under pressure, and the pressure of the water column (pressure) drops on each of the hydraulic units - ΔH cg and ΔH pg . The essence of electricity generation by hydraulic units is similar to the above, and the pressure Н Н2 operating in the hydroelectric power station of the hydroelectric power station should not be less than the sum of the pressure drops at the hydraulic units (ΔН sg + ΔН pg ).

Отведение скважинного водотока.Abstraction of a borehole stream.

Для группы I - схемы ДС ГЭС приведены на фиг.1; 2: 3; 6. Отводящий водовод ДС ГЭС может быть соединен либо с руслом реки в нижнем ее течении, либо с гидродинамическим теплогенератором, работающим на систему теплоснабжения или на теплогидроаккумулятор, либо с сетью системы водоснабжения хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя потока воды под давлением как энергоресурса. Для случая сброса воды в русло реки в нижнем ее течении самотеком должно выполняться условие Нн=ΔНпг. Для случаев осуществления путем соединения отводящего водовода с гидродинамическим теплогенератором, работающим на систему теплоснабжения или на теплогидроаккумулятор, или (и) с сетью водоснабжения хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя потока воды под давлением как энергоресурса, соответствующих процессов теплогенерирования, горячего и холодного водоснабжения и гидропривода должно выполняться условие Нн>ΔНпг. Причем превышение давления должно быть достаточным для осуществления соответствующих процессов теплогенерирования, горячего и холодного водоснабжения и гидропривода.For group I - schemes of hydroelectric power stations are shown in figure 1; 2: 3; 6. The discharge water conduit of the hydroelectric power station can be connected either to the river channel in its lower reaches, or to a hydrodynamic heat generator operating on a heat supply system or on a heat-accumulator, or to a network of a drinking water or technical water supply system, or to a consumer’s hydraulic drive for pressurized water flow as an energy resource. For the case of water discharge into the riverbed in its lower course by gravity, the condition Н н = ΔН пг must be fulfilled. For cases when, by connecting the outlet conduit to a hydrodynamic heat generator operating on a heat supply system or on a heat accumulator, or (and) with a drinking water supply network of a drinking or technical water supply, or with a consumer's hydraulic drive, a stream of pressurized water as an energy resource, the corresponding heat generation processes, hot and cold water supply and hydraulic drive must meet the condition N n > ΔN PG . Moreover, the excess pressure should be sufficient for the implementation of the relevant processes of heat generation, hot and cold water supply and hydraulic drive.

Для группы II - схемы ДС ГЭС приведены на фиг.4; 5. При работе ДС ГЭС на турбине 18 (скважинном гидроагрегате) падает определенный напор ΔНсг, определяемый из ее технических характеристик, исходя из расхода воды через турбину, а Нд должен быть не меньше чем ΔНсг. В случае установки в НПС и скважинного гидроагрегата (18-19), и ниже расположенного поверхностного (6-7) (фиг.5) и с учетом потерь напора на последнем ΔНпг Нн2 должен быть не меньше, чем сумма падений давлений (ΔНсг+ΔНпг), то есть Нн2>(ΔНсг+ΔНпг). При условии Нн2=(ΔНсг+ΔНпг) давление в отводящем водоводе равно нулю и вода самотеком сбрасывается в реку в нижнем ее течении. При условии Нн2>(ΔНсг+ΔНпг) превышение давления должно быть достаточным для осуществления путем соединения ее отводящего водовода с гидродинамическим теплогенератором, работающим на систему теплоснабжения или на теплогидроаккумулятор, или с сетью водоснабжения хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя потока воды под давлением как энергоресурса соответствующих процессов теплогенерирования, теплоснабжения и теплогидроаккумулирования или водоснабжения и гидропривода.For group II - schemes of hydroelectric power station are shown in figure 4; 5. During the operation of the hydroelectric power station HP on the turbine 18 (downhole hydraulic unit), a certain pressure ΔН sg drops, determined from its technical characteristics, based on the flow rate of water through the turbine, and N d must be no less than ΔН sg . In the case of installation in the pumping station and the downhole hydraulic unit (18-19), and below the surface (6-7) (Fig. 5) and taking into account the pressure loss at the last ΔН пг Н н2 should not be less than the sum of the pressure drops (ΔН cg + ΔH cg ), i.e., H n2 > (ΔH cg + ΔH cg ). Under the condition Н Н2 = (ΔН cr + ΔН пг ) the pressure in the outlet conduit is zero and the water is gravity dumped into the river in its lower stream. Under the condition Н Н2 > (ΔН cr + ΔН пг ), the excess of pressure should be sufficient to effect by connecting its outlet conduit to a hydrodynamic heat generator operating on a heat supply system or a heat accumulator, or to a drinking water supply network of a drinking or technical water supply or with a consumer hydraulic drive the flow of water under pressure as an energy source of the corresponding processes of heat generation, heat supply and heat accumulation or water supply and hydraulic drive.

Известные распространенные возобновляемые источники энергии (далее ВИЭ) - солнечные, ветровые, мини-ГЭС, биогазовые, теплонасосные и др. - не универсальны по условиям их применения. Использование заявляемой ДС ГЭС позволяет расширить номенклатуру известных ВИЭ и расширить условия их применения, а также получения преимуществ, характерных для ВИЭ, в частности следующих:Known common renewable energy sources (hereinafter RES) - solar, wind, mini-hydro, biogas, heat pump, etc. - are not universal in terms of their application. The use of the claimed DS HPS allows you to expand the range of known renewable energy sources and expand the conditions for their use, as well as to obtain the benefits characteristic of renewable energy sources, in particular the following:

- экономических, связанных с использованием более скоростной и экономичной технологии сооружения деривационного водовода (или водоводов при многоствольном бурении направленных скважин) путем направленного бурения напорной скважины; с выработкой кроме электрической энергии и подземного аккумулирования тепловой энергии и сжатого воздуха (как энергоресурса); с возможностью осуществления систем холодного водоснабжения, отопления и горячего водоснабжения; с прокладкой магистральных и распределительных электросетей и водоводов систем горячего и холодного водоснабжения в специальных коммуникационных скважинах. Таким образом, сооружение напорного водовода в заявляемой ДС ГЭС в виде направленно пробуренной скважины или многоствольной скважины (а не в виде горной выработки крупного сечения), исходя из технико-экономических соображений, делает ее реализуемой;- economic, associated with the use of faster and more economical technologies for the construction of a diversion water conduit (or water conduits for multilateral drilling of directional wells) by directional drilling of a pressure well; with the generation of, in addition to electrical energy and underground storage of thermal energy and compressed air (as energy); with the possibility of implementing systems of cold water supply, heating and hot water supply; with the laying of main and distribution networks and water conduits of hot and cold water supply systems in special communication wells. Thus, the construction of a pressurized water conduit in the inventive DS hydroelectric station in the form of a directionally drilled well or a multilateral well (and not in the form of a large cross-section mine), based on technical and economic considerations, makes it feasible;

- экологических, не требующих для своей работы сжигания топлива и не загрязняющих окружающую среду - атмосферу, водоемы, территорию. Известна «Российская программа развития возобновляемых источников энергии» (Российская программа развития возобновляемых источников энергии. Концепция проекта. М., 2005 г.// www.energoinform.org.), согласно которой предусмотрено создание ВИЭ для особоохраняемых природных территорий, в том числе для Байкальской природной территории, главным загрязнителем которой названы 250 теплоисточников, расположенных вокруг озера Байкал, предусматривающих сжигание органического топлива (копия из Интернет ресурсов прилагается Приложение 1). Использование заявляемой ДС ГЭС позволит заменить большинство действующих в настоящее время в окрестности Байкала экологически не безопасных теплоисточников.- environmental, not requiring fuel combustion for their work and not polluting the environment - atmosphere, water bodies, territory. The well-known “Russian program for the development of renewable energy sources” (Russian program for the development of renewable energy sources. Project concept. M., 2005. // www.energoinform.org.), According to which the creation of renewable energy sources for specially protected natural areas, including for Baikal natural territory, the main pollutant of which is named 250 heat sources located around Lake Baikal, providing for the burning of fossil fuels (a copy from the Internet resources is attached Appendix 1). The use of the claimed DS hydroelectric power station will replace most of the currently operating environmentally unsafe heat sources in the vicinity of Lake Baikal.

Ее использование позволяет повысить ее скрытность и защищенность, так как важнейшие ее составляющие, в частности напорные водоводы гидроагрегаты (в скважинных ДС ГЭС) расположены в подземных водоводах. Подземное расположение основных сооружений станции, сетей электрических и тепловых исключает характерное для традиционных горных ГЭС внесение индустриальных изменений в природные ландшафтные образования. Это важно (делает более привлекательными) в местах ландшафтного, экологического туризма, в рекреационных регионах.Its use allows to increase its secrecy and security, since its most important components, in particular pressure head water conduits, hydraulic units (in borehole DS hydroelectric power stations) are located in underground water conduits. The underground location of the station’s main facilities, electrical and thermal networks excludes the introduction of industrial changes in natural landscape formations typical of traditional mountain hydroelectric power stations. This is important (makes it more attractive) in places of landscape, ecological tourism, in recreational regions.

Claims (12)

1. Деривационная скважинная гидроэлектростанция, включающая водоем, например реку, водозабор, посредством которого она сообщена в верхнем своем течении с верхним концом подводящего туннельного напорного водовода, нижняя часть которого соединена с гидроагрегатом, выход которого сообщен с отводящим водоводом, либо с отводящим туннельным водоводом, нижний конец которого - с зоной стока, например с рекой в нижнем ее течении, а гидроагрегат содержит установленную в водоводе гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, выход которого соединен с электропреобразователем, к которому подключен электропотребитель, отличающаяся тем, что в ней подводящим туннельным напорным водоводом является направленно пробуренная скважина, а отводящим водоводом - либо направленно пробуренная скважина, либо канал.1. Derivative downhole hydroelectric power station, including a reservoir, for example a river, water intake, through which it is connected in its upper stream with the upper end of the inlet tunnel pressure pipe, the lower part of which is connected to the hydraulic unit, the outlet of which is connected to the outlet pipe, or to the outlet tunnel pipe, the lower end of which is with a flow zone, for example, with a river in its lower stream, and the hydraulic unit contains a hydraulic machine installed in the water pipe, for example, a turbine, kinematically connected nnuyu with an electric generator, whose output is connected to the electrical power drive connected to the electrical loads, characterized in that therein a supply tunnel penstock is directionally drilled borehole, a tailrace - or directionally drilled well, or channel. 2. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что направленно пробуренная скважина является многоствольной.2. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the directionally drilled well is multilateral. 3. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что отдельными интервалами выположенного профиля скважины, мнимо расположенными на дневной поверхности, являются трубы.3. The derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the pipes are individual intervals of the laid out profile of the well, imaginaryly located on the surface. 4. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1 или 3, отличающаяся тем, что гидротурбина и кинематически соединенный с ней электрогенератор установлены и/или на участке выположенного профиля скважины.4. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1 or 3, characterized in that the turbine and a kinematically connected electric generator are installed and / or in the area of the well profile. 5. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в ней гидравлической машиной является поршневая машина.5. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that in it the hydraulic machine is a piston machine. 6. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в ней со стороны устья скважины и через него, либо только в ней дополнительно установлен скважинный гидроагрегат, включающий скважинную гидротурбину, и скважинный электрогенератор, соединенный с нижним концом спущенной в скважину колонны труб с встроенным в нее электрокабелем; корпуса скважинных гидротурбины и электрогенератора выполнены с возможностью фиксирования и обеспечения восприятия реактивного момента опорным элементом, которым является, например, жестко закрепленная на устье скважины колонна труб, причем скважинной гидротурбиной является турбобур, а скважинным электрогенератором - электробур в режиме электрогенератора; интервал скважины, в котором установлен скважинный гидроагрегат, является вертикальным; нижним и верхним концами электрокабеля, встроенного в бурильную колонну, соединены соответственно электрогенератор и электропреобразователь; при этом окрестности размещения территориально разобщенных электропотребителей со своими электросетями являются центрами электропитания.6. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that in it from the side of the wellhead and through it, or only in it, an additional downhole hydraulic unit is installed, including a downhole hydraulic turbine, and a downhole electric generator connected to the lower end of the pipe string lowered into the well with an electric cable built into it; the casing of the downhole hydraulic turbine and the generator is made with the possibility of fixing and providing perception of the reactive moment by the supporting element, which is, for example, a pipe string rigidly fixed at the wellhead, the downhole hydraulic turbine being a turbodrill and the downhole electric generator - an electric drill in the mode of an electrical generator; the interval of the well in which the downhole hydraulic unit is installed is vertical; the lower and upper ends of the electric cable embedded in the drill string are connected respectively to an electric generator and an electric converter; at the same time, the neighborhoods of the location of geographically separated power consumers with their electric networks are power centers. 7. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в ней пробурено несколько попарно связывающих водозабор и водосток одной реки направленных скважин так, что они не имеют сообщений.7. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that it drilled several pairwise connecting the water intake and the drain of one river of directed wells so that they have no messages. 8. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что водоемом является и/или расположенная в верхней части горного рельефа емкость подземного гидроаккумулирования, сообщенная с земной поверхностью водосборными скважинами; для гидроаккумулирования используются подземные или поверхностные воды, в том числе образующиеся в паводковые периоды, либо в периоды таяния горных ледников; а зоной стока воды является расположенный в нижней части горного рельефа природный водоем, например река, или озеро, или подземная водоносная зона.8. The derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the reservoir is and / or the reservoir capacity located in the upper part of the mountainous relief, connected with the earth's surface by drainage wells; for accumulation, underground or surface waters are used, including those generated during flood periods or during periods of melting mountain glaciers; and the water drainage zone is a natural body of water located at the bottom of the mountainous terrain, such as a river, or lake, or an underground aquifer. 9. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в отводящем водоводе установлен гидродинамический теплогенератор, например вихревой теплогенератор дискового типа, ротор которого соединен с ротором гидротурбины, установленной в отводящем водоводе, выход вихревого теплогенератора дискового типа соединен с сетью системы отопления и горячего водоснабжения с возможностью переключения его выхода к потребителю горячей воды и/или к теплогидроаккумулятору.9. The derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a hydrodynamic heat generator is installed in the outlet conduit, for example, a disk type vortex heat generator, the rotor of which is connected to a turbine rotor installed in the discharge conduit, the disk type vortex heat generator output is connected to the heating system network hot water supply with the ability to switch its output to the consumer of hot water and / or to the thermal accumulator. 10. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что ее отводящий водовод соединен с сетью водоснабжения хозяйственно-питьевого или технического, либо с гидроприводом потребителя потока воды под давлением как энергоресурса.10. The derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that its outlet conduit is connected to a domestic or drinking water supply network or to a consumer’s hydraulic drive of a pressurized water stream as an energy source. 11. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что к выходу электропреобразователя подключен компрессор, ресивер которого соединен с аккумулятором сжатого воздуха как энергоресурса, а аккумулятором сжатого воздуха является подземная водонасыщенная зона.11. The downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that a compressor is connected to the output of the electric converter, the receiver of which is connected to a compressed air accumulator as an energy source, and the compressed air accumulator is an underground water-saturated zone. 12. Деривационная скважинная гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в условиях горного рельефа она дополнительно включает инженерно-коммуникационную скважину (скважины) направленно или наклонно пробуренную (пробуренные) от электропреобразователя до центра (центров) питания, расположенного(ных), например, около электропотребителя, в которой установлены силовой, а при необходимости, и контрольный кабели. 12. Derivative downhole hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that in conditions of mountainous terrain, it further includes an engineering and communication well (s) directed or obliquely drilled (drilled) from the electric converter to the power center (s) located (s), for example , near the power consumer in which the power and, if necessary, control cables are installed.
RU2010106101/21A 2010-02-19 2010-02-19 Diversion well hydraulic power plant RU2431015C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106101/21A RU2431015C1 (en) 2010-02-19 2010-02-19 Diversion well hydraulic power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106101/21A RU2431015C1 (en) 2010-02-19 2010-02-19 Diversion well hydraulic power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2431015C1 true RU2431015C1 (en) 2011-10-10

Family

ID=44805096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010106101/21A RU2431015C1 (en) 2010-02-19 2010-02-19 Diversion well hydraulic power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2431015C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104234017A (en) * 2014-08-29 2014-12-24 薛士成 Hydroelectric power station
CN108194120A (en) * 2018-03-15 2018-06-22 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 Tunnel construction with generating function
CN110258458A (en) * 2019-06-04 2019-09-20 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Extra-high rock-fill dams diversion tunnel group structure
CN117569273A (en) * 2024-01-15 2024-02-20 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 Air compression energy storage and water pumping energy storage combined energy storage device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРШЕНЕВСКИЙ Н.Н. и др. Гидроэлектростанции, учебник для вузов, под ред. Ф.Ф.Губина и В.Я.Карелина, 2-е изд. перераб. - М.: Энергия, 1980, с.36-37. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104234017A (en) * 2014-08-29 2014-12-24 薛士成 Hydroelectric power station
CN108194120A (en) * 2018-03-15 2018-06-22 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 Tunnel construction with generating function
CN108194120B (en) * 2018-03-15 2023-11-28 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 Tunnel structure with power generation function
CN110258458A (en) * 2019-06-04 2019-09-20 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Extra-high rock-fill dams diversion tunnel group structure
CN117569273A (en) * 2024-01-15 2024-02-20 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 Air compression energy storage and water pumping energy storage combined energy storage device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4282444A (en) Method for deep shaft pumpback energy generation
AU2019239787B2 (en) System and method for compressed air energy storage
CN101666286A (en) System for integrally exploiting marine energy resource
US11761416B2 (en) Energy storage system
RU2431015C1 (en) Diversion well hydraulic power plant
AU2009284018B2 (en) Hydroelectric power generation system
US11171543B2 (en) Energy generation from a double wellbore
EP2102490B1 (en) Geothermal energy system
CN220306960U (en) Pumped storage-gravity energy storage-photovoltaic-wind power system utilizing waste coal mine
ABDALLA et al. Seawater pumped hydro energy storage in Libya part I: location, design and calculations
RU2377436C1 (en) Well pumped-storage installation
RU2371638C1 (en) Borehole heat supply system with underground heat-hydro-accumulation
RU114065U1 (en) UNDERGROUND WATER RESERVOIR FOR DRIVING WELL DEPOSITS
RU2373431C2 (en) Downhole hydroelectric station
RU2804790C1 (en) Coastal flow hydroelectric power plant
RU2376495C1 (en) Hydraulic geopower station (versions)
RU2341618C2 (en) Method of pumped storage
RU2291255C2 (en) Heat and water supply well
Grøv et al. Developing future 20 000 MW hydro electric power in Norway
KR20110023871A (en) Deep Sea Siphon Well Construction System and Method of EZS Deep Sea Water Geothermal Power Plant
KR20100028455A (en) System and method of binary geothermal power generation utilizing river zone
GB2401406A (en) Hydroelectric power generator with underground turbine hall fed from bore hole
CN117927407A (en) Water pumping energy storage system and method based on deep well and ball cavity
CN105421308A (en) Dam-free linked hydroelectric power station with multiple conduits converging flow
RU135006U1 (en) Borehole Hydroelectric Power Station

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140220