ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОГУЛИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ГОНАМ. РАЗРАБОТКА ДЕКЛАРАЦИИ БЕЗОПАСНОСТИ КОНКРЕТНОГО ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ БОГУЛИНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общие сведения 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Сейсмологические условия 11
1.1.4 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 13
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 16
2.3 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 18
2.4 Баланс энергии 19
2.5 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 20
2.6 Определение рабочих мощностей ГЭС 20
2.7 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и
планирование капитальных ремонтов оборудования 21
2.8 Баланс мощностей 22
2.9 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по водности
году 23
2.10 Построение режимного поля 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 26
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 26
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 26
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 29
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.4 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 31
3.4.1 Расчёт вала на прочность 31
3.4.2 Расчёт подшипника 32
3.4.3 Выбор типа маслонапорной установки 33
3.4.4 Выбор электрогидравлического регулятора 33
4 Компоновка и состав сооружений гидроузла 34
4.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 34
4.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 34
4.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 35
4.2 Гидравлические расчёты 36
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта. Основной расчётный
случай 36
4.2.1.1 Определение ширины водосливного фронта 36
4.2.1.2 Определение отметки гребня водослива 37
4.2.1.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 38
4.2.1.4 Построение профиля водосливной грани 40
4.2.1.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 41
4.2.1.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 42
4.2.2 Гидравлический расчёт донных водосбросов 44
4.3 Конструирование плотины 44
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 44
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 45
4.3.3 Быки 45
4.3.4 Устои 45
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 45
4.3.6 Галереи в теле плотины 46
4.4 Основные элементы плотины 46
4.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 46
4.4.1.1 Противофильтрационная завеса 46
4.4.1.2 Дренажные устройства в основании 47
4.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 47
4.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 47
4.5.1.1 Вес сооружения и затворов 47
4.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 48
4.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 48
4.5.1.4 Сила фильтрационного давления 49
4.5.1.5 Волновое давление 49
4.5.2 Оценка прочности плотины 49
4.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 50
4.5.4 Обоснование устойчивости плотины 51
5 Организация и производство гидротехнических работ 53
5.1 Пропуск строительных расходов I и II очереди 53
5.1.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов I очереди через стесненное русло 53
5.1.2 Определение отметок гребня перемычек I очереди 54
5.1.3 Гидравлический расчет туннеля 54
5.1.4 Технология возведения туннеля 55
5.3 Этапы основного периода строительства 56
5.3.1 Откачка воды через водоотлив 57
5.4 I этап возведения сооружений перекрытия русла 57
5.4.1 Состав работ I этапа 57
5.4.2 Разработка котлована с применение буровзрывных работ 57
5.4.3 Производительность бурового станка 58
5.4.4 Расчёт длины скважины 58
5.5 Определение объёма земельно-скальных работ 58
5.5.1 Расчёт объёма земельно-скальных работ 58
5.5.2 Производство земляных работ 59
5.5.3 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 59
5.5.4 Определение необходимого транспорта 60
5.6 Бетонные работы 61
5.6.1 Подсчёт объёмов бетонных работ 61
5.6.2 Подбор бетонного завода 61
5.6.3 Схема подачи бетона в блоки 61
5.6.4 Арматурные работы 62
5.6.5 Опалубочные работы 62
5.6.6 Вибрационные работы 63
6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды 64
6.1 Общие сведения 64
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 65
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 66
6.4 Отходы, образующиеся при строительстве 68
6.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 69
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 70
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 70
7.2 Пожарная безопасность 70
7.3 Охрана труда 72
8 Технико-экономические показатели 74
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 74
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 74
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 74
8.1.3 Налоговые расходы 77
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 78
8.3 Оценка инвестиционного проекта 80
8.3.1 Методология, исходные данные 80
8.3.2 Коммерческая эффективность 81
8.3.3 Бюджетная эффективность 82
8.4 Анализ чувствительности 82
9 Разработка декларации безопасности конкретного гидротехнического объекта 84
9.1 Общие требования к обеспечению безопасности гидротехнического
объекта 84
9.2 Положение о декларации безопасности гидротехнический объектов 84
9.3 Методика определения критериев безопасность ГТС 88
9.3.1 критерии прочности плотины 88
9.4 Математические расчеты критерия безопасности К2 Богулинской ГЭС 89
9.4.1 Расчет краевых напряжений верховой грани для основного и особого
сочетания нагрузок 89
9.4.2 Расчет краевых напряжений низовой грани для основного и особого
сочетания нагрузок 91
9.5 Схема размещения дистанционной КИА 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 95
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчёты 98
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 106
ПРИЛОЖЕНИЕ В Нагрузки и напряжения 112
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общие сведения 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Сейсмологические условия 11
1.1.4 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 13
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 16
2.3 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 18
2.4 Баланс энергии 19
2.5 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 20
2.6 Определение рабочих мощностей ГЭС 20
2.7 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и
планирование капитальных ремонтов оборудования 21
2.8 Баланс мощностей 22
2.9 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по водности
году 23
2.10 Построение режимного поля 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 26
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 26
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 26
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 29
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.4 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 31
3.4.1 Расчёт вала на прочность 31
3.4.2 Расчёт подшипника 32
3.4.3 Выбор типа маслонапорной установки 33
3.4.4 Выбор электрогидравлического регулятора 33
4 Компоновка и состав сооружений гидроузла 34
4.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 34
4.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 34
4.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 35
4.2 Гидравлические расчёты 36
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта. Основной расчётный
случай 36
4.2.1.1 Определение ширины водосливного фронта 36
4.2.1.2 Определение отметки гребня водослива 37
4.2.1.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 38
4.2.1.4 Построение профиля водосливной грани 40
4.2.1.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 41
4.2.1.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 42
4.2.2 Гидравлический расчёт донных водосбросов 44
4.3 Конструирование плотины 44
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 44
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 45
4.3.3 Быки 45
4.3.4 Устои 45
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 45
4.3.6 Галереи в теле плотины 46
4.4 Основные элементы плотины 46
4.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 46
4.4.1.1 Противофильтрационная завеса 46
4.4.1.2 Дренажные устройства в основании 47
4.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 47
4.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 47
4.5.1.1 Вес сооружения и затворов 47
4.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 48
4.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 48
4.5.1.4 Сила фильтрационного давления 49
4.5.1.5 Волновое давление 49
4.5.2 Оценка прочности плотины 49
4.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 50
4.5.4 Обоснование устойчивости плотины 51
5 Организация и производство гидротехнических работ 53
5.1 Пропуск строительных расходов I и II очереди 53
5.1.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов I очереди через стесненное русло 53
5.1.2 Определение отметок гребня перемычек I очереди 54
5.1.3 Гидравлический расчет туннеля 54
5.1.4 Технология возведения туннеля 55
5.3 Этапы основного периода строительства 56
5.3.1 Откачка воды через водоотлив 57
5.4 I этап возведения сооружений перекрытия русла 57
5.4.1 Состав работ I этапа 57
5.4.2 Разработка котлована с применение буровзрывных работ 57
5.4.3 Производительность бурового станка 58
5.4.4 Расчёт длины скважины 58
5.5 Определение объёма земельно-скальных работ 58
5.5.1 Расчёт объёма земельно-скальных работ 58
5.5.2 Производство земляных работ 59
5.5.3 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 59
5.5.4 Определение необходимого транспорта 60
5.6 Бетонные работы 61
5.6.1 Подсчёт объёмов бетонных работ 61
5.6.2 Подбор бетонного завода 61
5.6.3 Схема подачи бетона в блоки 61
5.6.4 Арматурные работы 62
5.6.5 Опалубочные работы 62
5.6.6 Вибрационные работы 63
6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды 64
6.1 Общие сведения 64
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 65
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 66
6.4 Отходы, образующиеся при строительстве 68
6.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 69
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 70
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 70
7.2 Пожарная безопасность 70
7.3 Охрана труда 72
8 Технико-экономические показатели 74
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 74
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 74
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 74
8.1.3 Налоговые расходы 77
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 78
8.3 Оценка инвестиционного проекта 80
8.3.1 Методология, исходные данные 80
8.3.2 Коммерческая эффективность 81
8.3.3 Бюджетная эффективность 82
8.4 Анализ чувствительности 82
9 Разработка декларации безопасности конкретного гидротехнического объекта 84
9.1 Общие требования к обеспечению безопасности гидротехнического
объекта 84
9.2 Положение о декларации безопасности гидротехнический объектов 84
9.3 Методика определения критериев безопасность ГТС 88
9.3.1 критерии прочности плотины 88
9.4 Математические расчеты критерия безопасности К2 Богулинской ГЭС 89
9.4.1 Расчет краевых напряжений верховой грани для основного и особого
сочетания нагрузок 89
9.4.2 Расчет краевых напряжений низовой грани для основного и особого
сочетания нагрузок 91
9.5 Схема размещения дистанционной КИА 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 95
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчёты 98
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 106
ПРИЛОЖЕНИЕ В Нагрузки и напряжения 112
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию ее параметров 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 её сбыта.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия гидравлических турбин достигает 97%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту тока в энергосистеме.
Гидроэнергетические мощности вносят ощутимый вклад в обеспечение системной надежности и в конечном итоге надежной работы все Единой электроэнергетической системы страны.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанции.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия гидравлических турбин достигает 97%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту тока в энергосистеме.
Гидроэнергетические мощности вносят ощутимый вклад в обеспечение системной надежности и в конечном итоге надежной работы все Единой электроэнергетической системы страны.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанции.
В данной работе были рассчитаны и определены основные параметры и элементы Богулинского гидроузла на р. Гонам. В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 165 МВт и среднемноголетняя выработка 1,205 млрд. кВтч.
Следующим этапом работы был выбор основного и вспомогательного оборудования, в ходе которого было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы ГЭС (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 99,00 м;
- расчетный - 83,30 м;
- минимальный - 72,51 м;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: РО115-В и ПЛД115- В45°. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант гидротурбины РО 115-В-280. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 250 об/мин рассчитан гидрогенератор СВ-526/80-24.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной с водосбросами совмещенного типа. В состав сооружения входят:
- левобережная глухая бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- здание ГЭС;
- станционная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 73,5 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 325,00;
- отметка гребня плотины - 435,00;
- ширина гребня - 30,0 м.
Гашение кинетической энергии водяного потока, пропускаемого через водосливную плотину, производится способом отброшенной струи. В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам были получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 158 месяцев;
- себестоимость электроэнергии - 0,35 руб./кВтш;
- удельные капиталовложения - 147095 руб./кВт.
Таким образом строительство Богулинского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технике -экономических показателей.
Следующим этапом работы был выбор основного и вспомогательного оборудования, в ходе которого было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы ГЭС (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 99,00 м;
- расчетный - 83,30 м;
- минимальный - 72,51 м;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: РО115-В и ПЛД115- В45°. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант гидротурбины РО 115-В-280. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 250 об/мин рассчитан гидрогенератор СВ-526/80-24.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной с водосбросами совмещенного типа. В состав сооружения входят:
- левобережная глухая бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- здание ГЭС;
- станционная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 73,5 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 325,00;
- отметка гребня плотины - 435,00;
- ширина гребня - 30,0 м.
Гашение кинетической энергии водяного потока, пропускаемого через водосливную плотину, производится способом отброшенной струи. В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам были получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 158 месяцев;
- себестоимость электроэнергии - 0,35 руб./кВтш;
- удельные капиталовложения - 147095 руб./кВт.
Таким образом строительство Богулинского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технике -экономических показателей.