Проектирование Сулакской ГЭС на реке Сулак. Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ СУДАКСКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и внешних условий 9
1.1Климатические условия в районе предполагаемого строительства 9
1.2Гидрологические данные 9
1.3Геологические условия 10
1.4Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2Построение ИКН ЭС 16
2.3Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 17
2.4Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС 18
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 25
2.9 Определение среднемноголетней выработки 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 29
3.1.1 Построение режимного поля 29
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 31
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса 36
3.2 Расчёт вала на прочность 37
3.3 Расчёт подшипника 38
3.4 Выбор типа МНУ и электрогидравлического регулятора 40
3.5 Гидрогенератор 40
4 Электрическая часть ГЭС 40
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 42
4.2 Выбор трансформаторов 42
4.2.1 Выбор главных повышающих трансформаторов 42
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 43
4.3 Определение количества отходящих линий 43
4.4 Технико-экономический расчёт 44
4.5 Расчёт токов короткого замыкания 45
4.5.1Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 45
4.5.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного комплекса
RastrWin 3 47
4.6 Выбор и проверка оборудования 48
4.6.1 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого
режимов 48
4.6.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5кВ 49
4.6.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
4.6.4Выбор параметров КРУЭ 51
4.6.5Выбор ограничителей перенапряжений 51
5 Устройства РЗиА 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.2 Расчёт номинальных токов 53
5.3 Описание защит и расчет их уставок 54
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора 54
5.3.23ащита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 56
5.3.3 Защита от повышения напряжения (Ul>), (U2>) 59
5.3.43ащита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (П) 59
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (В) 63
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Zi<),(Z2<) 65
5.3.73ащита от перегрузки обмотки ротора 68
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 70
6 Компоновка и сооружения гидроузла 71
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 71
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.2 Гидравлические расчёты 73
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 74
6.2.3 Построение профиля водосливной грани 76
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.2.5 Расчет водобойного колодца 78
6.3 Конструирование плотины 80
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 80
6.3.2 Разрезка плотины швами 82
6.3.3 Быки 82
6.3.4 Устои 83
6.3.5 Дренаж тела бетонной плотины 83
6.3.6 Расчет фильтрации в основании бетонной плотины 83
6.3.7 Расчет цементационной завесы 84
6.3.8 Расчет дренажного устройства в основании 85
6.3.9 Галереи в теле плотины 85
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.4.1 Вес сооружения и затворов 85
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.4.3 Сила взвешивающего давления 87
6.4.4 Сила фильтрационного давления 87
6.4.5 Давление грунта 87
6.4.6 Волновое давление 89
6.5 Оценка прочности плотины 89
6.6 Критерии прочности плотины и её основания 92
6.7 Обоснование устойчивости плотины 93
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 95
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 95
7.2 Пожарная безопасность 95
7.3 Охрана труда и техника безопасности 97
8 Технико-экономические показатели 102
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 102
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 102
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 102
8.1.3 Налоговые расходы 104
8.20ценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 105
8.3 Оценка инвестиционного проекта 106
8.3.1 Коммерческая эффективность 107
8.3.2 Бюджетная эффективность 107
8.4 Анализ чувствительности 107
9. Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 111
9.1 Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 111
9.2 Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходны гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 127
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Интегральная кривая нагрузки января 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Характеристика турбины ПЛ40а-В 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Таблица уставок и матрица отключений 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Анализ денежных потоков 137
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и внешних условий 9
1.1Климатические условия в районе предполагаемого строительства 9
1.2Гидрологические данные 9
1.3Геологические условия 10
1.4Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2Построение ИКН ЭС 16
2.3Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 17
2.4Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС 18
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 25
2.9 Определение среднемноголетней выработки 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 29
3.1.1 Построение режимного поля 29
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 31
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса 36
3.2 Расчёт вала на прочность 37
3.3 Расчёт подшипника 38
3.4 Выбор типа МНУ и электрогидравлического регулятора 40
3.5 Гидрогенератор 40
4 Электрическая часть ГЭС 40
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 42
4.2 Выбор трансформаторов 42
4.2.1 Выбор главных повышающих трансформаторов 42
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 43
4.3 Определение количества отходящих линий 43
4.4 Технико-экономический расчёт 44
4.5 Расчёт токов короткого замыкания 45
4.5.1Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 45
4.5.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного комплекса
RastrWin 3 47
4.6 Выбор и проверка оборудования 48
4.6.1 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого
режимов 48
4.6.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5кВ 49
4.6.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
4.6.4Выбор параметров КРУЭ 51
4.6.5Выбор ограничителей перенапряжений 51
5 Устройства РЗиА 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.2 Расчёт номинальных токов 53
5.3 Описание защит и расчет их уставок 54
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора 54
5.3.23ащита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 56
5.3.3 Защита от повышения напряжения (Ul>), (U2>) 59
5.3.43ащита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (П) 59
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (В) 63
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Zi<),(Z2<) 65
5.3.73ащита от перегрузки обмотки ротора 68
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 70
6 Компоновка и сооружения гидроузла 71
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 71
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.2 Гидравлические расчёты 73
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 74
6.2.3 Построение профиля водосливной грани 76
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.2.5 Расчет водобойного колодца 78
6.3 Конструирование плотины 80
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 80
6.3.2 Разрезка плотины швами 82
6.3.3 Быки 82
6.3.4 Устои 83
6.3.5 Дренаж тела бетонной плотины 83
6.3.6 Расчет фильтрации в основании бетонной плотины 83
6.3.7 Расчет цементационной завесы 84
6.3.8 Расчет дренажного устройства в основании 85
6.3.9 Галереи в теле плотины 85
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.4.1 Вес сооружения и затворов 85
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.4.3 Сила взвешивающего давления 87
6.4.4 Сила фильтрационного давления 87
6.4.5 Давление грунта 87
6.4.6 Волновое давление 89
6.5 Оценка прочности плотины 89
6.6 Критерии прочности плотины и её основания 92
6.7 Обоснование устойчивости плотины 93
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 95
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 95
7.2 Пожарная безопасность 95
7.3 Охрана труда и техника безопасности 97
8 Технико-экономические показатели 102
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 102
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 102
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 102
8.1.3 Налоговые расходы 104
8.20ценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 105
8.3 Оценка инвестиционного проекта 106
8.3.1 Коммерческая эффективность 107
8.3.2 Бюджетная эффективность 107
8.4 Анализ чувствительности 107
9. Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 111
9.1 Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 111
9.2 Перспективные технологии аккумулирования и хранения энергии 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходны гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 127
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Интегральная кривая нагрузки января 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Характеристика турбины ПЛ40а-В 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Таблица уставок и матрица отключений 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Анализ денежных потоков 137
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию параметров систем в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке сбыта.
Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. Лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия станет гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционная отрасль народного хозяйства.
Целью проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. Лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия станет гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционная отрасль народного хозяйства.
Целью проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
В данной работе был проведен расчет и определены основные элементы и параметры Сулакского гидроузла на реке Сулак, который является сооружением III класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 74 МВт и среднемноголетняя выработка 319,16 млн. кВт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 39,53 м;
- расчетный - 33,32 м;
- минимальный - 33,3 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ406-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с двумя гидротурбинами П4Оа-В-450.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 166,7 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-733/130-36 с номинальной активной мощностью 40 МВт.
Была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 110 кВ. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: трансформатор с одиночным блоком: ТРДН-40000/110-У1, трансформаторы собственных нужд: ТСЗ-1000/10,5/0,4/Д/Ун-11, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Водосливная плотина принята бетонной. В состав сооружений входят:
- станционная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом;
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- число водосливных отверстий - 2 шт;
- ширина водосливных отверстий в свету - 5,5 м;
- отметка гребня - 404 м;
- ширина подошвы - 40 м.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,165 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений III класса - 1,15). Таким образом, плотина Корецкого гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие
напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям,
предусмотренными СП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 149 месяцев;
- себестоимость - 0,89 руб./кВт-ч.
Таким образом, строительство Сулакского гидроузла в настоящее время является актуальным.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 74 МВт и среднемноголетняя выработка 319,16 млн. кВт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 39,53 м;
- расчетный - 33,32 м;
- минимальный - 33,3 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ406-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с двумя гидротурбинами П4Оа-В-450.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 166,7 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-733/130-36 с номинальной активной мощностью 40 МВт.
Была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 110 кВ. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: трансформатор с одиночным блоком: ТРДН-40000/110-У1, трансформаторы собственных нужд: ТСЗ-1000/10,5/0,4/Д/Ун-11, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Водосливная плотина принята бетонной. В состав сооружений входят:
- станционная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом;
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- число водосливных отверстий - 2 шт;
- ширина водосливных отверстий в свету - 5,5 м;
- отметка гребня - 404 м;
- ширина подошвы - 40 м.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,165 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений III класса - 1,15). Таким образом, плотина Корецкого гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие
напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям,
предусмотренными СП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 149 месяцев;
- себестоимость - 0,89 руб./кВт-ч.
Таким образом, строительство Сулакского гидроузла в настоящее время является актуальным.
