Раздел 5. Здания гидроэлектростанций. Гэс принцип размещения

Приложение д Краткая характеристика работы гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция (ГЭС)  комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки. Благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа.

В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропускные (шлюзы), рыбопропускные сооружения и др.

Принцип работы. Принцип работы ГЭС достаточно прост (рис. Д.1). Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, а энергетическое оборудование преобразует энергию движущейся под напором воды в механическую энергию движения турбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Рисунок Д.1  Схема гидроэлектростанции

Мощность ГЭС определяется расходом и напором воды. На ГЭС, как правило, напор воды образуется посредством строительства плотины или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины — нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Классификация ГЭС. Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от:

1) вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;

средние — до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

2) максимального использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м.

3) принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды:

 русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

 приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

 деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище  такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

 гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

Турбина. В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q:

, Вт (Д.1)

Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле неё. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС.

Плотина. Плотина  гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток или водоём для подъёма уровня воды. Также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища.

Плотины могут отличаться в зависимости от конструкции и разделяться на гравитационные, арочные и др. Гравитационные плотины выглядят как каменные или бетонные заграждения. Конструкции этого типа препятствуют поступлению воды своим весом. Арочные выполняют свои обязанности благодаря особой конструкции. Успешное функционирование плотин зависит от трёх показателей: сопротивления вертикальных элементов сооружения, массы и особенностей арочной конструкции, которая опирается на береговые устои. При возведении плотины необходимо учитывать воздействие некоторых внешних факторов. Это так называемые сдвигающие силы, появление которых обусловлено воздействием воды, ветра, ударами волн, перепадами температуры. Пренебрежение строителей к вышеперечисленным факторам может привести к разрушению плотины. Поэтому производятся определённые расчёты, позволяющие воспрепятствовать негативному действию сдвигающих сил.

Отходы. Источниками образования отходов являются здания и сооружения ГЭС, деятельность подразделений станции, а также сопутствующие мероприятия, направленные на обеспечение иной хозяйственной деятельности. На территории станций также, как правило, располагаются дочерние предприятия, осуществляющие ремонтные и вспомогательные работы.

Основными отходами (4–5-го классов опасности)33являются отходы (осадки), образующиеся при механической и биологической очистке сточных вод, текстиль, строительный и прочий мусор, разнородные отходы бумаги и картона, стекла, асфальтобетона или асфальтобетонной смеси, железобетона, а также бой строительного кирпича и железобетонных изделий, опилки и обрезь древесины, мусор с защитных решеток электростанций и др. Основным способом обращения с отходами этих классов является передача на утилизацию другим организациям.

Отходы 1-го и 2-го классов опасности (ртутные лампы, люминесцентные ртутьсодержащие трубки, отработавшие срок и заменяемые на энергосберегающие) передаются на утилизацию специализированным организациям.

Воздействие ГЭС на окружающую среду.

Атмосфера. Источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух является основное оборудование станций, станочный парк оборудования; выбросы образуются также при проведении дочерними и подрядными организациями ремонтных, сварочных работ, покраски и т.д.

Водохранилища повышают влажность воздуха, способствуют изменению ветрового режима в прибрежной зоне.

Почва. Создание ГЭС связано с затоплением земельных ресурсов. Всего в настоящее время в мире затоплено более 350 тыс. км2. В это число входят земельные площади, пригодные для сельскохозяйственного использования. Кроме того, в прибрежной полосе водохранилища меняется уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию местности и исключает использование этой местности в качестве сельскохозяйственных угодий. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ.

Гидросфера. Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. На некоторых водохранилищах развиваются процессы эвтрофикации, в основном обусловленные задержкой большей части питательных веществ, приносимых реками, и сбросом в реки и водоёмы сточных вод, содержащих большое количество биогенных элементов. Вследствие этого в водоёмах усиленно развиваются сине-зеленые водоросли, происходит так называемое цветение воды. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. На окисление обильно отмирающих водорослей расходуется большое количество растворённого в воде кислорода, в анаэробных условиях из их белка выделяется ядовитый сероводород, и вода становится мёртвой. Этот процесс развивается сначала в придонных слоях воды, затем постепенно захватывает большие водные массы. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение» водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд, в ней резко снижается рыбная продуктивность.

Интенсивность развития процесса эвтрофикации зависит от степени проточности водоёма и от его глубины. Как правило, самоочищение воды в озёрах и водохранилищах происходит медленнее, чем в реках, поэтому по мере роста числа водохранилищ на реке её самоочищающая способность уменьшается.

Для ГЭС характерно изменение гидрологического режима рек – происходит изменение и перераспределение стока, изменение уровневого режима, изменение режимов течений, волнового, термического и ледового. Скорости течения воды могут уменьшаться в десятки раз, а в отдельных зонах водохранилища могут возникать полностью застойные участки.

Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилища, который отличается как от речного, так и от озёрного. Изменение ледового режима выражается в сдвиге сроков ледостава, увеличении толщины ледяного покрова водохранилища на 15-20%, в то время как у водосливов образуются полыньи. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе: осенью поступает более тёплая вода, нагретая в водохранилище за лето, а весной – холоднее на 2-4оC в результате охлаждения в зимние месяцы. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины электростанции.

Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывает изменение гидрохимического режима водных масс. В верхнем бьефе массы воды насыщаются органическими веществами, поступающими с речным стоком и вымываемыми из затопленных почв, а в нижнем – обедняются, т.к. минеральные вещества из-за малых скоростей течения осаждаются на дно.

С другой стороны, увеличенный водный объем в водохранилище (без внешних источников загрязнения и при хорошей подготовке ложа) снижает концентрацию загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных объектов, поэтому качество воды в водохранилищах достаточно высокое, что позволяет использовать ее для водоснабжения и ирригации.

Животные. Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих в воде живых организмов. Большие амплитуды колебаний уровней воды на некоторых водохранилищах неблагоприятно сказываются на воспроизводстве рыбы; плотины преграждают путь (на нерест) проходным рыбам.

Наиболее тесно связаны с водными массами планктонные организмы. В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего – речного. Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.

По данным различных исследований, в долгосрочной перспективе крупные объекты гидроэнергетики могут приводить к локальным изменениям состава и численности биологических ресурсов, переработке берегов, подтоплению населенных пунктов, заболачиванию, засолению, аридизации ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, изменениям в метеорологическом режиме прилегающей территории, активизации движений земной коры, вызывающей небольшие землетрясения, и другим последствиям.

Достоинства и недостатки ГЭС.

ДОСТОИНСТВА	НЕДОСТАТКИ
1. Использование возобновляемых природных ресурсов.	1. Затопление земель, пригодных для сельского хозяйства, что влечет за собой переселение людей, уничтожение местной флоры и фауны.
1. Использование возобновляемых природных ресурсов.	2. Изменение климата в зонах водохранилищ.
2. Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.	3. Нарушение условий существования и нереста рыбы, сокращение рыбных запасов.
3. Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.	4. Катастрофические последствия в случае разрушения ГЭС во время военных действий (приведет к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой в десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС).
4. Орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т. д.	5. Крупные водохранилища создают значительное гидравлическое давление на затопленный участок земли, что повышает потенциальную угрозу землетрясений.
5. Коэффициент полезного действия ГЭС обычно составляет около 85-90%.	6. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
6. Технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста и легко поддается автоматизации.
7. Потребление электроэнергии на собственные нужды обычно в несколько раз меньше, чем на ТЭС.
8. Благодаря меньшим эксплуатационным расходам и отсутствием потребности в дополнительном топливе, себестоимость электроэнергии на ГЭС, как правило, в несколько раз меньше, чем на других электростанциях.
	7. Большие капиталовложения и продолжительные сроки строительства
	8.Возможность строительства определяется спецификой размещения гидроресурсов по территории страны.
9. Длительный срок службы оборудования, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства	9. Создание водохранилища влечет за собой необходимость в переселении жителей из зоны затопления
10. Управление гидроэлектростанциями осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал.	10. При проведении комплекса мероприятий по санитарной подготовке территорий затопления происходит их очистка от древесной и кустарниковой растительности.

И все же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд. кВт*ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год.

studfiles.net

Раздел 5. Здания гидроэлектростанций

Лекция 14. Назначение здания ГЭС и его компоновка в составе гидроузла. – Типы зданий ГЭС и выбор типа в зависимости от условий строительства, напора, паводкового расхода, типа плотины и других факторов. – Монтажная площадка

Гидравлическая электрическая станция (гидроэлектростанция, ГЭС) представляет собой комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования.

Существом технологического процесса на ГЭС является процесс преобразования механической энергии речного потока воды в трехфазный переменный электрический ток. Этот процесс разделен на два этапа.

На первом поток воды, взаимодействуя с вращающимся лопастным рабочим колесом гидротурбины, отдает ей почти всю свою энергию (более 96%), а рабочее колесо приобретает механическую энергию вращающихся масс. На втором этапе энергия вращения передается ротору гидрогенератора и последний, будучи традиционной электрической машиной, вырабатывает электрический ток.

Гидротурбина и гидрогенератор образуют гидроагрегат, которых на ГЭС может быть много — до 30, а может быть и один, и для размещения которых сооружается здание гидроэлектростанции. Здание ГЭС представляет собой гидротехническое сооружение, в котором с помощью комплекса гидросилового (гидротурбины), электрического (гидрогенераторы, трансформаторы и т. п.), механического и вспомогательного оборудования осуществляется преобразование механической энергии воды в электрическую энергию, передаваемую потребителям.

Здание гидроаккумулирующей электростанции — ГАЭС — предназначено для выполнения более сложных функций, в нем размещается комплекс оборудования, с помощью которого осуществляется преобразование электрической энергии, забираемой из электроэнергетической системы, в механическую энергию больших масс воды, накапливаемой (аккумулируемой) в верховом бассейне, и обратное преобразование механической энергии воды при опорожнении верхового бассейна, в электрическую, передаваемую потребителям.

Здания ГЭС и ГАЭС, по сравнению с другими строительными сооружениями, значительно более сложны, поскольку они:

— размещаются непосредственно на природных территориях, зачастую отличающихся сложными топографическими, грунтовыми, климатическими, географическими условиями;

— взаимодействуют с большими массами воды, вызывающими особые статические и динамические нагрузки, требующие особой организации потока при подводе и отводе его из гидротурбины;

— требуют размещения и создания условий для нормальной эксплуатации сложного гидромеханического (затворы, грузоподъемные краны) оборудования, оборудования технического водоснабжения, производства и транспортировки сжатого воздуха, противопожарных систем, транспортных коммуникаций, электротехнического оборудования, электросилового оборудования, включая крупноразмерные взрыво- и пожароопасные силовые трансформаторы, и многого другого;

— требуют обеспечения нормальных условий для эксплуатационного персонала;

— должны предусматривать возможность размещения многочисленной и разнообразной контрольно-измерительной аппаратуры для регистрации состояния как самого здания ГЭС, так и размещаемого в нем оборудования;

— естественно, должны быть устойчивы и прочны, в течение многих лет воспринимать нормальные эксплуатационные нагрузки и экстремальные, вызываемые землетрясениями, форсированными уровнями воды и другими случаями.

Все это ставит здания ГЭС и ГАЭС в ряд сложнейших строительных сооружений, проектирование, строительство и эксплуатация которых относится уже не к строительному ремеслу, а к строительному искусству.

В мире построены десятки тысяч ГЭС, и среди них нет и двух совершенно одинаковых, поскольку ГЭС строятся на реках — природных объектах, всегда чем-то отличаются. Отличаются их ширина, глубина, слагающие их ложе грунты, склоны берегов, растительность на них и многое другое. Человек вносит дополнительные отличия в речные бассейны, создавая на берегах сельскохозяйственные угодья и постройки, жилье, промышленные предприятия, сеть дорог, другие сооружения, которые нельзя затапливать при создании водохранилища.

Важнейшей величиной, определяющей особенности конструкции здания ГЭС, является напор на гидроузле. При плотинной схеме напор создается плотиной, которая может иметь высоту от нескольких метров до 300 м. Устойчивость плотины обеспечивается или их массой (грунтовые, бетонные, ряжевые плотины), или использованием принципа арки, при котором давление воды со стороны верхнего бьефа передается на берега реки (арочные плотины). По сравнению с массивными плотинами масса здания ГЭС равной высоты значительно меньше (общий объем здания ГЭС примерно на 30% заполнен бетоном и технологическим оборудованием, остальное — воздух). Поэтому устойчивость здания ГЭС, если оно выполняет роль и водоподпорного сооружения, может быть обеспечена лишь при небольших напорах — порядка 40 м, более высокие напоры здание ГЭС принципиально не может воспринимать, и поэтому должно располагаться "под защитой" плотины, которая будет воспринимать напор, а здание ГЭС будет служить лишь для размещения оборудования и обеспечения его нормальной эксплуатации.

Рис. 14.1. Классификация зданий ГЭС

В соответствии с этим все здания ГЭС разделяются на две группы — воспринимающие напор и не воспринимающие напор. Здания ГЭС, воспринимающие напор, принято называть "русловыми", независимо от того, располагаются ли они в русле реки или на ее берегу, на энергетическом канале. Русловое здание ГЭС является частью подпорного фронта гидроузла и воспринимает напор.

Здания ГЭС, не воспринимающие напор, сооружаются на гидроузлах с плотинной и деривационной схемами создания напора, в первом случае их принято называть приплотинными, во втором случае — деривационными (обособленными).

Поскольку русловые здания ГЭС предназначены для восприятия напора, они массивнее и конструктивно более сложны, чем приплотинные здания. Обстоятельство, что здание ГЭС находится в русле реки рядом с водосливной плотиной, приводит к мысли об использовании и здания ГЭС для пропуска части паводковых расходов. Конструкция здания ГЭС при этом, несомненно, усложняется, но зато появляется возможность сократить длину водосливной плотины. По этому признаку все русловые здания ГЭС разделяются на две группы — несовмещенные и совмещенные. Несовмещенные здания ГЭС выполняют только две основные функции — воспринимают напор и служат для размещения оборудования. Совмещенные здания ГЭС приспособлены также и к пропуску части паводкового расхода (на некоторых реках сооружение совмещенных зданий ГЭС позволяет полностью отказаться от строительства водосливной плотины).

Конструкция здания ГЭС предоставляет большие возможности для размещения совмещенных водопропускных устройств. Основные различия в совмещенных зданиях определяются гидравлическим режимом водосброса — безнапорным (поверхностным) или напорным.

Безнапорный совмещенный водосброс размещается поверх крыши здания ГЭС (здание ГЭС размещается внутри бетонной водосливной плотины). Здания ГЭС, совмещенные с напорными водосбросами, отличаются друг от друга местом расположения водопроводящих галерей. Последние могут иметь одну или две ветви в каждом турбинном блоке, галереи могут размещаться на низких отметках, в обход конуса изогнутой отсасывающей трубы, или на более высоких, в обход турбинной шахты. В бычковых зданиях ГЭС гидроагрегаты размещаются в утолщенных бычках, расположенных между водосливными пролетами бетонной водосливной плотины.

Конструкции совмещенных зданий ГЭС будут различными в зависимости от расположения оси вращения гидроагрегата— вертикального (в широком диапазоне напоров) или горизонтального (при напорах 10-15-20 м).

Здания приплотинных и деривационных ГЭС не устраивают совмещенными. Здания приплотинных ГЭС различаются, в том числе, в зависимости от типа плотины. При бетонных плотинах с широким профилем (гравитационных, арочно-гравитационных, с расширенными швами, контрфорсных и других) здание ГЭС является в прямом смысле приплотинным, то есть размещается сразу за плотиной, пристраивается к ее низовой грани, энергетический водоприемник и турбинные водоводы встраиваются в тело плотины. В отдельных случаях оказывается возможным встроить в тело плотины и само здание ГЭС. Иногда поверх приплотинного здания ГЭС пропускают поверхностный водослив.

В случае грунтовых и арочных плотин с тонким профилем, а также купольных плотин турбинные водоводы невозможно или крайне нежелательно пропускать через тело плотины, и здание ГЭС возводят отдельно, на берегу; воду к гидротурбинам подводят от береговых водоприемников по турбинным водоводам, устраиваемым в виде береговых туннелей. В отдельных случаях приплотинное здание ГЭС оказывается целесообразным выполнить не наземным, а подземным.

Здания деривационных ГЭС всегда существуют сами по себе, они связаны с сооружениями верхнего бьефа только турбинными трубопроводами. Типы зданий деривационных ГЭС различаются в зависимости от типа применяемых турбин — радиальноосевых или ковшовых, а также по отношению их расположения к поверхности земли.

При наличии более или менее просторной и прочной площадки предпочтительнее построить наземное здание ГЭС. При отсутствии таких условий здание ГЭС сооружают подземным или полуподземным (шахтным). Подземное здание ГЭС полностью размещается под землей, на глубине нескольких десятков или даже сотен метров под дневной поверхностью. Сообщение с подземным зданием ГЭС осуществляется по транспортному туннелю или шахте.

Полуподземное здание ГЭС устраивают в виде широкой шахты, колодца для каждого гидроагрегата. На дне колодца располагается агрегат, а верхний открытый конец колодца служит для монтажа и демонтажа гидроагрегата. Верхнее отверстие колодца для защиты от атмосферных воздействий закрывается крышкой; при наличии нескольких агрегатных шахт над ними на поверхности земли устраивают общий машинный зал, или общее верхнее строение.

Здания малых гидроэлектростанций имеют определенные отличия в зависимости от мощности малых ГЭС. числа агрегатов, типа турбины и ряда других факторов.

Здания гидроэлектростанций являются крайне сложными, ответственными гидротехническими сооружениями. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют внимательного подхода, тонкого знания всех технологических процессов на ГЭС. На выбор типа, размеров и конструкции зданий ГЭС оказывают влияние множество факторов. Проектирование здания ГЭС возможно только на основе тщательного изучения отечественного и мирового опыта и применения современных методов расчета.

Здание ГЭС всегда является частью гидроузла, как правило, комплексного назначения. В значительном числе случаем комплекс гидротехнических сооружений (гидроузел) сооружается на реке именно с целью создания гидроэлектростанции, в этом случае гидроузел называется гидроузлом энергетического назначения или гидроэнергетическим узлом.

Чаще всего, при строительстве гидроэлектростанции предусматривается комплексное использование ресурсов водотока для нужд народного хозяйства: получения электрической энергии, водоснабжения, мелиорации, улучшения условий судоходства, рыбоводства, рекреации и др.

В состав любого гидроузла входят основные и вспомогательные сооружения. На период строительства возводятся временные сооружения, обеспечивающие производство строительно-монтажных работ.

Основные сооружения комплексных и энергетических гидроузлов по функциональному признаку подразделяются на следующие.

Сооружения для создания напора — плотины и деривации.

Водоподпорные и водосбросные сооружения, предназначенные для поддержания статического напора, обеспечения пропуска в нижний бьеф необходимых расходов, в том числе во время паводков (водопропускные плотины, водосбросы), а также льда, шуги, сора и промыва наносов.

Деривационные сооружения соединяют здание ГЭС с источником воды, расположенным иногда на расстоянии 10-15 км, с минимальными гидравлическими потерями. Сюда относятся сооружения для отбора воды из реки (водозаборы), для удаления из водопроводящего энергетического тракта вредных наносов (промывные устройства, отстойники), для транспортировки воды (каналы, туннели, трубопроводы, лотки и т. п.), для создания необходимых гидравлических условий перед станционными (турбинными) водоводами (уравнительные резервуары, напорные бассейны, бассейны суточного регулирования).

Энергетические сооружения: водоприемные устройства; водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанции с основным энергетическим оборудованием (гидротурбины, гидрогенераторы, трансформаторы), а также вспомогательным, механическим и подъемно-транспортным оборудованием и пультом управления; открытые (ОРУ) или закрытые (ЗРУ) электрические распределительные устройства.

Судоходные и лесосплавные сооружения предназначены для пропуска судов и плотов через гидроузел; к ним относятся: шлюзы или судоподъемники с подходными каналами, плотоходы и бревноспуски, причалы и др.

Рыбохозяйственные сооружения устраиваются для пропуска через напорный фронт проходных пород рыб к местам постоянных нерестилищ и в обратном направлении. К ним относятся рыбоходы и рыбоподъемники, а также рыбозащитные (рыбозаградительные) сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения в водохранилищах.

Водозаборы для водоснабжения, орошения и других целей обеспечивают необходимую подачу воды (водоприемники, отстойники, насосные станции).

Транспортные сооружения служат для связи объектов гидроузла между собой и соединения с сетью автомобильных и железных дорог, а также пропуска этих дорог через сооружения гидроузла: мосты, шоссейные и железные дороги с разъездами, бремсберги, канатные дороги.

Для различных схем создания напора на ГЭС, типов ГЭС, топографических, гидрологических и геологических условий основные сооружения могут быть разных конструкций, при этом некоторые из них могут быть совмещены друг с другом.

Вспомогательные сооружения предназначаются для обеспечения нормальной эксплуатации гидроузла и создания необходимых удобств для обслуживающего персонала и их семей. Это жилые, культурно-бытовые, административные и хозяйственные здания, дороги, связь, водоснабжение, водоотведение и т. п.

Временные сооружения гидроузла необходимы только на период производства строительных работ. Их разделяют на две группы. К первой относятся сооружения, обеспечивающие пропуск расходов реки во время строительства в обход строительных площадок (котлованов) и защиту последних от затопления: каналы, туннели, лотки, перемычки, системы водоотлива и водопонижения. Ко второй относят производственные предприятия для обеспечения строительства гидроузла: бетонные заводы со складами цемента и заполнителей для бетона, арматурные, деревообрабатывающие и механические мастерские, автомобильное и железнодорожное хозяйство, склады, причалы, система дорог, временные электростанции и т. п.

В целях снижения стоимости строительства часть временных сооружений используют в период постоянной эксплуатации гидроэлектростанций.

Для ГЭС с русловыми зданиями, сооружаемых на многоводных реках, схема пропуска расходов в период строительства оказывает существенное влияние на выбор общей компоновки гидроузла.

Береговая компоновка. Основная бетонные сооружения (здание станции, водосливная плотина, шлюз) располагаются либо на одном берегу — односторонняя компоновка (рис. 14.2, схема I), либо на разных берегах — береговая двусторонняя компоновка. Процесс возведения бетонных сооружений при такой компоновке не зависит от гидрологического режима реки до последнего этапа строительства, когда русло перекрывается глухой плотиной и начинается пропуск расходов через бетонные сооружения, которые к этому времени возведены почти полностью.

Недостатком схемы является необходимость выполнения больших объемов выемки грунта в котловане, а также в подводящем и отводящем каналах.

Пойменная компоновка. Основные сооружения размещаются в пойме реки (рис. 14.2, схема II). В период строительства котлован ограждается продольной и поперечными перемычками. Пропуск строительных расходов, в том числе паводка, осуществляется по руслу реки.

Расположение основных бетонных сооружений в одном месте позволяет рационально скомпоновать бетонное хозяйство, разместив его вблизи строящихся объектов, упростить схему подачи бетонной смеси и тем самым сократить стоимость и продолжительность строительства.

Русловая компоновкаприменяется обычно при значительной ширине русла реки и крутых берегах (рис. 14.2, схема III). Бетонные сооружения занимают всю или бóльшую часть ширины русла, одновременное их возведение в отличие от береговой и пойменной компоновок обычно невозможно, оно осуществляется в две (иногда в три) очереди.

Рис. 14.2. Варианты компоновки гидроузлов с русловыми зданиями станций

Смешанная компоновка является промежуточной между береговой (пойменной) и русловой. Основные бетонные сооружения располагаются на берегу или в пойме и частично в русле или занимают всю ширину русла и часть берега или поймы. На схеме IV рис. 14.2 показана смешанная компоновка, при которой здание ГЭС занимает часть русла реки, водосливная плотина перекрывает рукав, а шлюз размещается на острове.

В каждом случае выбор варианта компоновки сооружений определяется минимумом объема строительных работ и стоимости гидроузла.

Размещение открытого распределительного устройства (ОРУ) должно обеспечивать возможность передачи электроэнергии от здания станции к ОРУ. Обычно ОРУ располагается как можно ближе к зданию. Размещение ОРУ со стороны правого или левого берега диктуется направлением основных отходящих линий электропередачи. Иногда устраивают не одно, а два-три ОРУ, расположенных на разных берегах.

На рис. 14.4 приведены различные схемы взаимного расположения зданий станций и плотин из грунтовых материалов (земляных, каменно-земляных и др.). На схеме I изображен наиболее распространенный вариант, здание станции находится за плотиной. Водоприемник располагается в верхнем бьефе, а стальные трубопроводы проходят под плотиной в железобетонной галерее.

Рис. 14.3. Варианты расположения турбинных водоводов гидроэлектрических станций с приплотинным зданием за бетонной плотиной (а) и со встроенным зданием (б)

Рис. 14.4. Возможные варианты расположения здания гидроэлектростанции относительно плотины из грунтовых материалов

На схеме II показан вариант встроенного расположения здания станции в теле грунтовой плотины в бетонном массиве, на который опирается ядро плотины. Башенный водоприемник расположен у берега, отводящие безнапорные водоводы совмещены с туннелями, которые использовались для пропуска строительных расходов.

На рис. 14.5 приведены схематические планы компоновок ГЭС с приплотинными зданиями и плотинами из грунтовых материалов.

Рис. 14.5. Компоновки гидроузлов с приплотинными зданиями станций и плотинами из грунтовых материалов

На схеме II здание станции расположено в глубокой скальной выемке на берегу реки, под углом к оси плотины.

В схеме III принято подземное расположение здания станции. Подвод воды к турбинам осуществляется индивидуальными напорными водоводами.

Компоновка сооружений, приведенная на схеме IV, характерна наличием широкого подводящего канала, проложенного в обход плотины. От водоприемника по относительно коротким напорным водопроводам вода поступает к турбинам. Здание станции расположено вдоль берега реки.

В рассмотренных компоновках гидроузлов здания станций расположены непосредственно за бетонной или грунтовой плотиной или встроены в нее, такие здания носят название приплотинных. В схемах II, III, IV, VI рис. 14.5 здания станций находятся в удалении от плотин, вода к ним подводится относительно длинными водоводами или подводящим каналом и короткими напорными водоводами. Такие здания ГЭС, непосредственно не примыкающие к плотине, называются обособленными, или автономными. В ГЭС с плотинной схемой создания напора комплекс гидроэнергетических сооружений (водоприемник, водоводы, здание ГЭС), устроенный в удалении от плотины, получил название напорно-станционного узла.

Принципиальная компоновка основных сооружений гидроузлов, показанных на рис. 14.5, не изменится, если вместо грунтовых плотин будут бетонные (гравитационные, арочные, контрфорсные). Уменьшится лишь длина подводящих водоводов.

В узких ущельях при высоких напорах возникают трудности с размещением здания станции и водосбросных сооружений. В этих случаях здание встраивают в гравитационную или арочно-гравитационную плотину, которая в свою очередь делается водосливной, рассчитанной на пропуск паводковых расходов гидроузла. Кроме того, могут предусматриваться и глубинные напорные водосбросы-водовыпуски. В подобных компоновках особое внимание должно быть обращено на недопущение размыва в нижнем бьефе: допускаемые удельные расходы при скальных основаниях составляют не более 120-140 м3/(с∙м).

В еще более узких створах не удается разместить здание станции по ширине ущелья. В этих случаях прибегают к компоновкам типа II, III, IV (рис. 14.5) или располагают агрегаты ГЭС в два (или три) ряда. Водосбросы в этих случаях обычно устраивают в берегах, хотя не исключено сооружение лотков-водосбросов над зданием ГЭС, как в рассмотренном выше примере (рис. 14.7).

Рис. 14.6. Нурекская ГЭС:

а — план сооружений гидроузла; б — продольный разрез по напорным водоводам постоянной схемы эксплуатации; 1 — глубинный водоспуск; 2 — поверхностный водосброс; 3 — туннель глубинного водосброса; 4 — строительный туннель третьего яруса; 5 — строительный туннель второго яруса; 6 — ОРУ 220 кВ; 7 — здание ГЭС; 8 — ОРУ 500 кВ; 9 — помещение развилок; 10 — аварийный затвор; 11 — постоянные водоприемники; 12 — временный туннель; 13 — временный водоприемник; 14 — верховая строительная перемычка

Рис. 14.7. ГЭС, встроенная в арочно-гравитационную плотину с водосбросами над машинным залом:

а — план гидроузла; б — разрез здания; 1 — транспортный туннель для въезда на монтажную площадку; 2 — машинный зал; 3 — места установки повышающих трансформаторов; 4 — служебные помещения; 5 — водоприемные отверстия; 6 — входные отверстия водосбросов; 7 — транспортный туннель для въезда на гребень плотины; 8 — водовыпуск; 9 — сороудерживающая решетка водовыпуска

Рис. 14.8. Чиркейская ГЭС с двухрядным расположением агрегатов в приплотинном здании станции:

а — разрез; б — план гидроузла; 1 — плотина; 2 — водоприемники; 3 — напорные водоводы; 4 — здание станции; 5 — грузовой туннель; 6 — водосбросный эксплуатационный туннель

infopedia.su

Раздел 5. Здания гидроэлектростанций. Гэс принцип размещения

Приложение д Краткая характеристика работы гидроэлектростанции

Раздел 5. Здания гидроэлектростанций

1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ГЭС. Гидроэлектростанции: принцип работы, крупнейшие аварии

Похожие главы из других работ:

3. Общее устройство и конструктивные схемы АКБ

1.2 Состав и общее описание

1.4.2 Состав и общее описание

1.1 Общее понятие термического сопротивления

- общее дифференциальное уравнение САР.

Общее дифференциальное уравнение САР

1. Общее описание структуры ТЭЦ

Общее понятие о переменном токе

Общее устройство трансформатора

1.1 Общее понятие о флуктуации

1. Общее ознакомление с организацией

1.1 Общее положение о подстанции

1. Общее представление о шаровой молнии

1. Общее положение