适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的制作方法

1.本发明涉及抽水蓄能电站技术领域，尤其涉及一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统。


背景技术：

2.随着碳达峰、碳中和国家战略的实施，大量风电、光伏等新能源电站的建设对电网稳定运行将提出更高的要求，风电、太阳能为代表的清洁能源将大规模接入电网，其具有间歇性、波动性的特点也给电网的并网控制、运行调度、功率预测和电能质量带来巨大的挑战，需要配置更多的调峰电源。
3.抽水蓄能电站能够优化电网系统的运行方式，承担起调峰调频和事故备用等重要任务，并具有工况转换灵活等的突出特点，以及能够发挥促进系统节能减排等方面的作用，越来越受到电网的青睐。不仅抽水蓄能电站建设得到快速发展，而且抽水蓄能电站在电网中承担的任务越来越繁重。
4.现阶段，在严寒地区规划和建设了众多抽水蓄能电站工程，因电网调度要求及工程进度整体安排，抽水蓄能电站在冬季需正常运行。而严寒地区抽水蓄能电站最大特点在于，其上、下水库水位在运行期间会出现大幅升降，尤其是上水库，其库容较小，水位变幅会达到30米以上。运行期间，抽水与发电工况交替进行，水位升降非常频繁，水位反复升降使库区水位温度很低，实测甚至达到0℃左右，低温水体使冰情进一步恶化，冰情更加严重。在某些寒冷地区已经建设的抽水蓄能电站实际运行情况表明，冰盖对抽水蓄能电站冬季运行产生冰害影响。
5.现有技术中对于抽水蓄能电站如果治理冰害的研究相对较少，而较低温度以及抽水蓄能电站运行特点，使得上下水库会产生较厚的冰盖，且冰盖的厚度较常规电站水库冰盖厚度增加，总结已运行抽水蓄能电站库区冰盖的影响，主要为以下三个方面：
6.1、当机组在抽水工况下，机组开始从下水库向上水库抽水，上水库较厚封闭冰盖会对机组抽水产生额外阻力，此时，下水库较厚封闭冰盖形成负压，也会使机组阻力增大、效率降低，并在附加阻力作用下，影响机组使用寿命。发电工况下，上水库形成的较厚封闭冰盖下产生负压，下水库形成的较厚封闭冰盖对发电水流产生额外阻力，影响发电效率。
7.2、冰盖减少了有效库容，尤其是冰盖较厚、库容较小的上水库，使得电站产能降低；
8.3、冰块破碎后存在下潜至上下水库进/出水口影响机组安全运行。冰盖始终漂浮于水面之上，冬季其厚度会逐渐增厚，体积逐步增大，过厚的冰盖会占用大量库容。
9.因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种根据水库以产生冰盖的区域的分布情况合理布置吹气
单元、系统实用性强、安全性较高、可靠性好、可以很好地解决冰盖对抽水蓄能电站运行所带来的问题的适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统。
11.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.本发明的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，该冰盖消除系统包括：
13.气源；
14.与气源连通的供气管路；以及
15.水下防冰工作装置，所述水下防冰工作装置布置于上下库进出水口拦污栅混凝土排架和/或拦沙坎；
16.所述水下防冰工作装置具有间隔分布的多组吹气单元，且所述吹气单元通过所述供气管路释放所述气源输送的气体、并将气体释放至水中，进入水中的气体形成为气泡并以气泡群在水中形成流场来消除冰盖。
17.进一步的，所述冰盖消除系统包括气源设备房；
18.所述气源设备房布置于水库的进出水口边坡的上部，且所述气源设备房内具有所述气源和与所述气源连接的阀组；
19.所述供气管路通过所述阀组与所述气源连通以接收所述气源输送的气体。
20.进一步的，所述气源设备房位于所述水库的进出水口边坡的上端，且供气管路由气源设备房引出并沿环库路延伸，所述供气管路沿所述进出水口边坡的坡面延伸至靠近所述进出水口的位置并与所述水下防冰工作装置连通。
21.进一步的，所述水库的进出水口的上方具有拦污栅排架；
22.所述水下防冰工作装置集成于所述拦污栅排架上，且所述水下防冰工作装置为三组，三组所述水下防冰工作装置间隔布置。
23.进一步的，靠近所述拦污栅排架的一组所述水下防冰工作装置与所述拦污栅排架之间的距离为0.5m；
24.三组所述水下防冰工作装置彼此的间距为0.8m；
25.所述水下防冰工作装置包括：
26.沿所述拦污栅排架的长度方向延伸的吹气单元供气管路；以及
27.连通于所述吹气单元供气管路的多个所述吹气单元，多个所述吹气单元沿所述吹气单元供气管路的延伸方向间隔布置，且相邻所述吹气单元之间的距离为1.5m。
28.进一步的，所述水下防冰工作装置通过安装支架布置于所述拦污栅排架靠近所述进出水口一侧；
29.所述安装支架分为第一安装支架和第二安装支架；
30.所述拦污栅排架具有支撑部和通道部；
31.所述第一安装支架一端与所述支撑部装配固定，所述第一安装支架的另一端沿垂直于所述拦污栅排架的延伸方向延伸至所述拦污栅排架的前侧；
32.所述第二安装支架一端连接至所述拦污栅排架的通道部内部，所述第二安装支架的另一端沿垂直于所述拦污栅排架的延伸方向延伸至所述拦污栅排架的前侧。
33.进一步的，所述第一安装支架包括：
34.与所述支撑部固连的立板；以及
35.一端与所述立板固连、另一端朝向所述拦污栅排架的前侧延伸的第一支撑槽钢；
36.所述立板和所述第一支撑槽钢之间倾斜固定有斜撑；
37.所述吹气单元供气管路通过固定件与所述第一支撑槽钢固连；
38.所述第二安装支架包括：
39.第二支撑槽钢，所述第二支撑槽钢一端与所述拦污栅排架连接，另一端朝向所述拦污栅排架的前侧延伸；
40.所述吹气单元供气管路通过固定件与所述第二支撑槽钢固连。
41.在上述技术方案中，本发明提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，具有以下有益效果：
42.本发明的冰盖消除系统布置于抽水蓄能电站通过位于水中的吹气单元向水内输送气体，以气泡的方式扰动水以消除冰盖，避免库区被冰盖封闭成密闭空间，消除冰盖对机组抽水、发电工况的影响，直接增加抽水蓄能电站的发电效益。
43.严寒地区，冰冻将对抽蓄电站的上、下库建筑物、电站的正常运行均有着较大的危害。本技术将依托已建抽水蓄能电站，以气液两相流理论为基础，采用压缩空气气泡，结合气动与控制技术，研发并解决典型抽水蓄能电站上下库冰盖冰害难题，通过进出水口附近冰盖治理技术方案的研究与应用，有利于充分提高严寒地区抽水蓄能电站冬季运行的可靠性和安全性，充分发挥其经济效益，并实现产业化。
附图说明
44.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的结构示意图；
46.图2为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的背水侧的局部放大图；
47.图3为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的迎水侧的局部放大图；
48.图4为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的吹气单元供气管路的第二种布置形式示意图；
49.图5为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的吹气单元供气管路的第三种布置形式示意图；
50.图6为本发明实施例提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统的吹气单元供气管路布置于拦沙坎的示意图。
51.附图标记说明：
52.1、气源设备房；3、供气管路；4、拦污栅排架；5、水下防冰工作装置；6、拦沙坎；
53.201、环库路；202、进出水口边坡；203、进出水口；
54.401、支撑部；402、通道部；
55.501、吹气单元供气管路；502、吹气单元；503、第一支撑槽钢；504、第二支撑槽钢；505、斜撑。
具体实施方式
56.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
57.参见图1至图6所示；
58.本实施例的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，该冰盖消除系统包括：
59.气源；
60.与气源连通的供气管路3；以及
61.水下防冰工作装置5，水下防冰工作装置5布置于上下库进出水口拦污栅混凝土排架和/或拦沙坎；
62.水下防冰工作装置5具有间隔分布的多组吹气单元502，且吹气单元502通过供气管路3释放气源输送的气体、并将气体释放至水中，进入水中的气体形成为气泡并以气泡群在水中形成流场来消除冰盖。
63.具体的，本实施例公开了一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，首先，本实施例的系统主要包括气源及后处理系统、集控平衡阀组系统、供气管路3和水下防冰工作装置5，以及用以控制整个系统的智能控制系统。
64.优选的，本实施例的冰盖消除系统包括气源设备房1；
65.气源设备房1布置于水库的进出水口边坡202的上部，且气源设备房1内具有气源和与气源连接的阀组；
66.供气管路3通过阀组与气源连通以接收气源输送的气体。
67.根据抽水蓄能电站的水库的结构，本实施例的冰盖治理系统布置在水库上，而本实施例涉及的气源及后处理系统，集控平衡阀组系统都集成在气源设备房1内，而为吹气单元502供气的供气管路3则根据水库的结构布置和延伸。本实施例涉及的吹气单元502接收气源输送的压缩空气，其中，该部分压缩空气满足iso国际压缩空气质量等级标准，对水体没有污染。而具体的吹气单元502的结构为本技术的申请人再先申请号为201721868805.3的防冰吹气单元结构，当然，基于在先设计的结构，本技术也可以根据实际设计要求对结构进行适当的改进。但最终需要形成将气源的压缩空气通过多个吹气单元502引入水中，并形成气泡群，以气泡群来扰动水体，以避免结冰，从而解决水库的冰盖问题。
68.优选的，本实施例的气源设备房1位于水库的进出水口边坡202的上端，且供气管路3由气源设备房1引出并沿环库路201延伸，供气管路3沿进出水口边坡202的坡面延伸至靠近进出水口203的位置并与水下防冰工作装置5连通。
69.集控平衡阀组系统位于启闭机床1内，经过后处理设备的压缩空气由集控阀组进行压力、流速、流量的自动调节，后端通过供气管路3与水下防冰工作装置5相连，在冬季环境温度发生变化时，plc通过检测室外环境温度信号对水下防冰工作装置5进行可变功率输出，智能化程度高，无需人工操作。
70.供气管路3将气源的压缩空气输送至水下防冰工作装置5内，途径水库的环库路201、进出水口边坡202、渐变段至拦污栅排架4最终达到水下防冰工作装置5。同时，本实施例的水下防冰工作装置5布置在拦污栅排架4上，位于死水位以下，利用多个吹气单元502在水中形成气泡群，达到消除库区冰盖的效果。
71.其中，本实施例的水库的进出水口203的上方具有拦污栅排架4；
72.水下防冰工作装置5集成于拦污栅排架4上，且水下防冰工作装置5为三组，三组水下防冰工作装置5间隔布置。
73.靠近拦污栅排架4的一组水下防冰工作装置5与拦污栅排架4之间的距离为0.5m；
74.三组水下防冰工作装置5彼此的间距为0.8m；
75.水下防冰工作装置5包括：
76.沿拦污栅排架4的长度方向延伸的吹气单元供气管路501；以及
77.连通于吹气单元供气管路501的多个吹气单元502，多个吹气单元502沿吹气单元供气管路501的延伸方向间隔布置，且相邻吹气单元502之间的距离为1.5m。
78.根据库区防冰的要求，本实施例在拦污栅排架4上布置了三组水下防冰工作装置5，每组水下防冰工装装置5的布置距离不限于上述的距离，可以根据实际防冰要求对水下防冰工作装置5的间距进行适当的调整，同时，为了形成气泡群，吹气单元供气管路3上每隔1.5m连通一个吹气单元502。
79.水下防冰工作装置5位于死水位以下，通过安装支架、膨胀螺栓固定在拦污栅排架4上。水下防冰工作装置5在水中产生的气泡群会在进出水口203附近形成一定的不冻区域，该不冻区域可以保证冬季抽水蓄能电站的正常运行，另外，本实施例涉及的水下防冰工作装置5还可以根据抽水蓄能电站的工程特点在库区内部和四周适当位置进行布置，在库区内部和四周的布置形式可以使得整个库区不结冰，让整个库区都成为不冻区。
80.作为拓展的实施方式：
81.本实施例以可以实现水下防冰工作装置5的布置要求的一种安装支架的结构做进一步的解释和说明，具体为：水下防冰工作装置5通过安装支架布置于拦污栅排架4靠近所述进出水口203一侧；
82.安装支架分为第一安装支架和第二安装支架；
83.拦污栅排架4具有支撑部401和通道部402；
84.第一安装支架一端与支撑部401装配固定，第一安装支架的另一端沿垂直于拦污栅排架4的延伸方向延伸至拦污栅排架4的前侧；
85.第二安装支架一端连接至拦污栅排架4的通道部402内部，第二安装支架的另一端沿垂直于拦污栅排架4的延伸方向延伸至拦污栅排架4的前侧。
86.其中，上述的第一安装支架包括：
87.与支撑部401固连的立板；以及
88.一端与立板固连、另一端朝向拦污栅排架4的前侧延伸的第一支撑槽钢503；
89.立板和第一支撑槽钢503之间倾斜固定有斜撑505；
90.吹气单元供气管路501通过固定件与第一支撑槽钢503固连；
91.第二安装支架包括：
92.第二支撑槽钢504，第二支撑槽钢504一端与拦污栅排架4连接，另一端朝向拦污栅排架4的前侧延伸；
93.吹气单元供气管路501通过固定件与第二支撑槽钢504固连。
94.另外，根据库区的拦污栅排架4的结构，以及多组水下防冰工作装置5的供气要求，本技术以九根供气管路作为气源的压缩空气的输送管道，且将沿拦污栅排架4的长度方向的水下防冰工作装置5分为三部分，而每部分均包括三组吹气单元502，即包括三根吹气单
元供气管路501，因此，当供气管路3延伸至拦污栅排架4的前侧时沿拦污栅排架4的长度方向延伸时，会每隔一段距离延伸出三根供气管路3为对应位置的吹气单元供气管路501供气，以实现多个吹气单元502的供气，该布置结构满足库区的吹气单元502的供气要求。
95.由于不冻区域可以使冰盖以下区域与冰盖以上区域保持连通状态，冰盖以下区域的水可以通过不冻区域流至冰盖以上区域。抽水的工况下，可以消除上库冰盖给机组带来的额外压力，避免下库形成负压。发电工况下，可以消除下库冰盖对发电水流产生的压力，避免上库形成负压，从而提高机组的工作效率，延长机组的使用寿命。另外，如果采用库区和四周布置形式，整个库区都成为不冻区，此种形式下，消除了冰盖对库区有效库容的影响，也不会产生破碎的冰块，消除了破碎的冰块对机组发电的影响。
96.另外，作为拓展的实施方式，本技术的吹气单元供气管路和吹气单元可以存在多种布置位置和布置形式，例如下述：
97.参见图4所示，本技术的吹气单元供气管路和吹气单元可以直接布置在拦污栅排架4的底部，并且前后布置的供气管路数量可以调整；
98.参见图5所示，本技术的吹气单元供气管路和吹气单元可以改变布置在拦污栅排架4前后两侧的供气管路的数量以及支撑方式。由于支撑方式多种多样，该处不再赘述，而前后布置的数量也可以根据实际施工要求适当调整。
99.参见图6所示，本技术的吹气单元供气管路和吹气单元可以布置在拦沙坎6上。
100.在上述技术方案中，本发明提供的一种适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，具有以下有益效果：
101.本发明的冰盖消除系统布置于抽水蓄能电站通过位于水中的吹气单元502向水内输送气体，以气泡的方式扰动水以消除冰盖，避免库区被冰盖封闭成密闭空间，消除冰盖对机组抽水、发电工况的影响，直接增加抽水蓄能电站的发电效益。
102.严寒地区，冰冻将对抽蓄电站的上、下库建筑物、电站的正常运行均有着较大的危害。本技术将依托已建抽水蓄能电站，以气液两相流理论为基础，采用压缩空气气泡，结合气动与控制技术，研发并解决典型抽水蓄能电站上下库冰盖冰害难题，通过进出水口附近冰盖治理技术方案的研究与应用，有利于充分提高严寒地区抽水蓄能电站冬季运行的可靠性和安全性，充分发挥其经济效益，并实现产业化。
103.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，其特征在于，该冰盖消除系统包括：气源；与气源连通的供气管路(3)；以及水下防冰工作装置(5)，所述水下防冰工作装置(5)布置于上下库进出水口拦污栅混凝土排架和/或拦沙坎；所述水下防冰工作装置(5)具有间隔分布的多组吹气单元(502)，且所述吹气单元(502)通过所述供气管路(3)释放所述气源输送的气体、并将气体释放至水中，进入水中的气体形成为气泡并以气泡群在水中形成流场来消除冰盖；所述冰盖消除系统包括气源设备房(1)；所述气源设备房(1)布置于水库的进出水口边坡(202)的上部，且所述气源设备房(1)内具有所述气源和与所述气源连接的阀组；所述供气管路(3)通过所述阀组与所述气源连通以接收所述气源输送的气体；所述气源设备房(1)位于所述水库的进出水口边坡(202)的上端，且供气管路(3)由气源设备房(1)引出并沿环库路(201)延伸，所述供气管路(3)沿所述进出水口边坡(202)的坡面延伸至靠近所述进出水口(203)的位置并与所述水下防冰工作装置(5)连通；所述水库的进出水口(203)的上方具有拦污栅排架(4)；所述水下防冰工作装置(5)集成于所述拦污栅排架(4)上，且所述水下防冰工作装置(5)为多组，多组所述水下防冰工作装置(5)间隔布置。2.根据权利要求1所述的适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，其特征在于，靠近所述拦污栅排架(4)的一组所述水下防冰工作装置(5)与所述拦污栅排架(4)之间的距离为0.5m；多组所述水下防冰工作装置(5)彼此的间距为0.8m；所述水下防冰工作装置(5)包括：沿所述拦污栅排架(4)的长度方向延伸的吹气单元供气管路(501)；以及连通于所述吹气单元供气管路(501)的多个所述吹气单元(502)，多个所述吹气单元(502)沿所述吹气单元供气管路(501)的延伸方向间隔布置，且相邻所述吹气单元(502)之间的距离为1.5m。3.根据权利要求2所述的适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，其特征在于，所述水下防冰工作装置(5)通过安装支架布置于所述拦污栅排架(4)靠近所述进出水口(203)一侧；所述安装支架分为第一安装支架和第二安装支架；所述拦污栅排架(4)具有支撑部(401)和通道部(402)；所述第一安装支架一端与所述支撑部(401)装配固定，所述第一安装支架的另一端沿垂直于所述拦污栅排架(4)的延伸方向延伸至所述拦污栅排架(4)的前侧；所述第二安装支架一端连接至所述拦污栅排架(4)的通道部(402)内部，所述第二安装支架的另一端沿垂直于所述拦污栅排架(4)的延伸方向延伸至所述拦污栅排架(4)的前侧。4.根据权利要求3所述的适用于抽水蓄能电站的冰盖消除系统，其特征在于，所述第一安装支架包括：与所述支撑部(401)固连的立板；以及一端与所述立板固连、另一端朝向所述拦污栅排架(4)的前侧延伸的第一支撑槽钢
(503)；所述立板和所述第一支撑槽钢(503)之间倾斜固定有斜撑(505)；所述吹气单元供气管路(501)通过固定件与所述第一支撑槽钢(503)固连；所述第二安装支架包括：第二支撑槽钢(504)，所述第二支撑槽钢(504)一端与所述拦污栅排架(4)连接，另一端朝向所述拦污栅排架(4)的前侧延伸；所述吹气单元供气管路(501)通过固定件与所述第二支撑槽钢(504)固连。

技术总结
本发明公开了一种适用于抽水蓄能电站的冰盖治理系统，包括气源、供气管路、以及水下防冰工作装置，水下防冰工作装置布置于上下库进出水口拦污栅混凝土排架和/或拦沙坎；水下防冰工作装置具有间隔分布的多组吹气单元，且吹气单元通过供气管路释放气源输送的气体、并将气体释放至水中，进入水中的气体形成为气泡并以气泡群在水中形成流场来消除冰盖。本发明的冰盖治理系统布置于抽水蓄能电站通过位于水中的吹气单元向水内输送气体，以气泡的方式扰动水以消除冰盖，避免库区被冰盖封闭成密闭空间，消除冰盖对机组抽水、发电工况的影响，提高发电与抽水效率，从而直接增加抽水蓄能电站的发电效益。发电效益。发电效益。


技术研发人员：刁彦斌 吴军
受保护的技术使用者：长春华普大通防冰工程技术有限公司
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/5/26