Проектирование Анабарской ГЭС на реке Анабар. Оценка устойчивости грунтовых откосов ГТС
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ Анабарской ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных внешних условий 9
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства.... 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Геологические условия 11
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной
мощности 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 12
2.1.3 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 14
2.2 Суточные графики нагрузки и построение ИКН 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 20
2.4 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 22
2.5 Режим работы ГЭС по условию маловодного года 24
2.6 Определение рабочей мощности, проектируемой ГЭС 28
2.7 Расчёт резервов и определение установленной мощности,
проектируемой ГЭС, расчёт баланса мощностей 31
2.8 Режим работы ГЭС по условию средневодного года 33
2.9 Построение режимного поля 35
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 39
3.1 Выбор типа и числа агрегатов 39
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по
минимальному расходу 43
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса
гидротурбины 44
3.4 Выбор типа серийного генератора 46
3.5 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры.
Определение её геометрических размеров проточной части 49
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 52
3.6.1 Расчёт вала на прочность 52
3.6.2 Расчёт подшипника 52
3.7 Выбор типа маслонапорной установки и электрогидравлическогорегулятора54
4 Компоновка и сооружения гидроузла 55
4.1 Назначение класса ГТС 55
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 55
4.2.1 Определение отметки гребня плотины 55
4.2.1.1 Грунтовая плотина 55
4.2.1.2 Бетонная плотина 57
4.3 Гидравлические расчёты 57
4.3.1 Определение расчётных расходов при пропуске воды для
основного и поверочного расчётного случая 57
4.3.2 Определение расхода через другие водопропускные
сооружения гидроузла 59
4.3.3 Определение ширины водосливного фронта 60
4.3.4 Определение отметки гребня водослива 60
4.3.5 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 61
4.3.6 Построение профиля водосливной грани 62
4.3.7 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 64
4.3.8 Расчёт водобойной стенки 64
4.4 Конструирование плотины 67
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 68
4.4.3 Быки 68
4.4.4 Устои 69
4.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 69
4.4.6 Галереи в теле плотины 70
4.5 Основные элементы плотины 70
4.5.1 Противофилырационная завеса и дренажные устройства 70
4.6 Фильтрационные расчёты подземного контура 71
4.7 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины 71
4.7.1 Определение основных нагрузок на плотину 72
4.7.1.1 Вес сооружения и затворов 72
4.7.1.2 Сила гидростатического давления воды 72
4.7.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 73
4.7.1.4 Сила фильтрационного давления 74
4.7.1.5 Давление грунта 74
4.7.1.6 Волновое давление 74
4.8 Оценка прочности плотины 75
4.9 Расчёт краевых напряжений для основного случая 76
4.10 Критерии прочности плотины и её основания для
основного случая 77
4.11 Обоснования устойчивости плотины для основного случая 78
4.12 Расчёт краевых напряжений для поверочного случая 79
4.13 Критерии прочности плотины и её основания для
поверочного случая 80
4.14 Обоснование устойчивости плотины для поверочного случая 81
5 Организация и производство гидротехнических работ 82
5.1 Определение этапов строительства 82
5.2 Гидравлический расчёт пропуска строительных
расходов I очереди 82
5.3 Пропуск строительных расходов второй очереди через донные
отверстия в водосбросе 83
5.3.1 Определение минимально допустимого количества донных
отверстий из условия неразмываемости русла реки 83
5.3.2 Определение расчётной отметки порога донных отверстий 83
5.4 Расчёт туннеля для пропуска строительных расходов 84
5.5 Расчёт перемычек с учётом пропуска строительных расходов
через туннель 85
5.6 Технология возведения туннеля 86
5.7 Конструкция перемычек 86
5.8 Технология возведения перемычек 87
5.9 Откачка воды и водопонижение в котловане 88
5.10 Цикл земельно-скальных работ в котловане 89
5.11 Буровзрывные работы 89
5.12 Производство земляных работ 91
5.13 Производство бетонных работ 93
5.14 Определение объёмов бетонных работ 93
5.15 Приготовление бетонной смеси 94
5.16 Транспорт бетонной смеси (горизонтальный) 94
5.17 Транспорт бетонной смеси (вертикальный) 95
5.18 Опалубочные работы 95
5.19 Технология монтажа опалубки 96
5.20 Арматурные работы 96
5.21 Технология монтажа арматурных изделий 96
5.22 Вибрирование бетона 97
5.23 Технология возведения грунтовых плотин 97
5.24 Распределение объёмов работ по этапам строительства 98
6 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Анабарского гидроузла 100
6.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 100
6.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 101
6.3 Отходы, образующиеся при строительстве 103
6.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 104
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 106
7.1 Пожарная безопасность 106
7.2 Охрана труда 107
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 108
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 108
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 108
8.1.3 Налоговые расходы 111
8.1.4 Оценка суммы прибыли от реализации
электроэнергии и мощности 112
8.1.5 Оценка инвестиционного проекта 112
8.1.5.1 Бюджетная эффективность 112
8.1.5.2 Анализ чувствительности 113
9 Оценка устойчивости грунтовых откосов ГТС 115
9.1 Устойчивость откосов грунтовых плотин 115
9.2 Фильтрационный расчёт грунтовой плотины 115
9.3 Расчёт устойчивости откоса грунтовой плотины 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Характеристики турбины ПЛ306-В-46 127
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных внешних условий 9
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства.... 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Геологические условия 11
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной
мощности 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 12
2.1.3 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 14
2.2 Суточные графики нагрузки и построение ИКН 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 20
2.4 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 22
2.5 Режим работы ГЭС по условию маловодного года 24
2.6 Определение рабочей мощности, проектируемой ГЭС 28
2.7 Расчёт резервов и определение установленной мощности,
проектируемой ГЭС, расчёт баланса мощностей 31
2.8 Режим работы ГЭС по условию средневодного года 33
2.9 Построение режимного поля 35
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 39
3.1 Выбор типа и числа агрегатов 39
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по
минимальному расходу 43
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса
гидротурбины 44
3.4 Выбор типа серийного генератора 46
3.5 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры.
Определение её геометрических размеров проточной части 49
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 52
3.6.1 Расчёт вала на прочность 52
3.6.2 Расчёт подшипника 52
3.7 Выбор типа маслонапорной установки и электрогидравлическогорегулятора54
4 Компоновка и сооружения гидроузла 55
4.1 Назначение класса ГТС 55
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 55
4.2.1 Определение отметки гребня плотины 55
4.2.1.1 Грунтовая плотина 55
4.2.1.2 Бетонная плотина 57
4.3 Гидравлические расчёты 57
4.3.1 Определение расчётных расходов при пропуске воды для
основного и поверочного расчётного случая 57
4.3.2 Определение расхода через другие водопропускные
сооружения гидроузла 59
4.3.3 Определение ширины водосливного фронта 60
4.3.4 Определение отметки гребня водослива 60
4.3.5 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 61
4.3.6 Построение профиля водосливной грани 62
4.3.7 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 64
4.3.8 Расчёт водобойной стенки 64
4.4 Конструирование плотины 67
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 68
4.4.3 Быки 68
4.4.4 Устои 69
4.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 69
4.4.6 Галереи в теле плотины 70
4.5 Основные элементы плотины 70
4.5.1 Противофилырационная завеса и дренажные устройства 70
4.6 Фильтрационные расчёты подземного контура 71
4.7 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины 71
4.7.1 Определение основных нагрузок на плотину 72
4.7.1.1 Вес сооружения и затворов 72
4.7.1.2 Сила гидростатического давления воды 72
4.7.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 73
4.7.1.4 Сила фильтрационного давления 74
4.7.1.5 Давление грунта 74
4.7.1.6 Волновое давление 74
4.8 Оценка прочности плотины 75
4.9 Расчёт краевых напряжений для основного случая 76
4.10 Критерии прочности плотины и её основания для
основного случая 77
4.11 Обоснования устойчивости плотины для основного случая 78
4.12 Расчёт краевых напряжений для поверочного случая 79
4.13 Критерии прочности плотины и её основания для
поверочного случая 80
4.14 Обоснование устойчивости плотины для поверочного случая 81
5 Организация и производство гидротехнических работ 82
5.1 Определение этапов строительства 82
5.2 Гидравлический расчёт пропуска строительных
расходов I очереди 82
5.3 Пропуск строительных расходов второй очереди через донные
отверстия в водосбросе 83
5.3.1 Определение минимально допустимого количества донных
отверстий из условия неразмываемости русла реки 83
5.3.2 Определение расчётной отметки порога донных отверстий 83
5.4 Расчёт туннеля для пропуска строительных расходов 84
5.5 Расчёт перемычек с учётом пропуска строительных расходов
через туннель 85
5.6 Технология возведения туннеля 86
5.7 Конструкция перемычек 86
5.8 Технология возведения перемычек 87
5.9 Откачка воды и водопонижение в котловане 88
5.10 Цикл земельно-скальных работ в котловане 89
5.11 Буровзрывные работы 89
5.12 Производство земляных работ 91
5.13 Производство бетонных работ 93
5.14 Определение объёмов бетонных работ 93
5.15 Приготовление бетонной смеси 94
5.16 Транспорт бетонной смеси (горизонтальный) 94
5.17 Транспорт бетонной смеси (вертикальный) 95
5.18 Опалубочные работы 95
5.19 Технология монтажа опалубки 96
5.20 Арматурные работы 96
5.21 Технология монтажа арматурных изделий 96
5.22 Вибрирование бетона 97
5.23 Технология возведения грунтовых плотин 97
5.24 Распределение объёмов работ по этапам строительства 98
6 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Анабарского гидроузла 100
6.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 100
6.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 101
6.3 Отходы, образующиеся при строительстве 103
6.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 104
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 106
7.1 Пожарная безопасность 106
7.2 Охрана труда 107
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 108
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 108
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 108
8.1.3 Налоговые расходы 111
8.1.4 Оценка суммы прибыли от реализации
электроэнергии и мощности 112
8.1.5 Оценка инвестиционного проекта 112
8.1.5.1 Бюджетная эффективность 112
8.1.5.2 Анализ чувствительности 113
9 Оценка устойчивости грунтовых откосов ГТС 115
9.1 Устойчивость откосов грунтовых плотин 115
9.2 Фильтрационный расчёт грунтовой плотины 115
9.3 Расчёт устойчивости откоса грунтовой плотины 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Характеристики турбины ПЛ306-В-46 127
На территории России находится 10% мирового речного стока, освоение водного потенциала страны является важной задачей для её развития. Большая часть водных ресурсов расположена в Сибири и на Дальнем востоке, также восточные регионы страны являются наименее освоенными относительно использования водных ресурсов, что в свою очередь подтверждает необходимость освоения Дальнего востока и Сибири. Проектирование Анабарской ГЭС в Якутии позволит рассмотреть возможный потенциал ГЭС в данном регионе.
Целью бакалаврского проекта является расчёт установленной мощности Анабарской ГЭС, выбор основного энергетического оборудования, выбор экономичного профиля гравитационной бетонной плотины (расположенной на скальном основании) с водосбросом отвечающим условиям надежности, определение компоновки гидроузла. А также оценка устойчивости откоса грунтовой плотины.
Целью бакалаврского проекта является расчёт установленной мощности Анабарской ГЭС, выбор основного энергетического оборудования, выбор экономичного профиля гравитационной бетонной плотины (расположенной на скальном основании) с водосбросом отвечающим условиям надежности, определение компоновки гидроузла. А также оценка устойчивости откоса грунтовой плотины.
В рамках данной выпускной квалификационной работы был запроектирован Анабарский гидроузел на реке Анабар, сооружению присвоен III класс опасности. В ходе водно-энергетических расчётов рассчитана установленная мощность, было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов ГЭС. По результатам расчётов на ГЭС будут установлены 3 гидротурбины ПЛ30Б-В-530. По имеющимся данным для турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был выбран гидрогенератор СВ - 779/80 - 48.
Для подобранного оборудования и по данным гидрологического ряда запроектирован соответствующий условиям рельефа и климата состав напорных сооружений. Компоновка гидроузла - плотинная, Здание ГЭС - русловое. В состав сооружений входят: Левобережная и правобережная каменно-земляная плотина, водосливная бетонная плотина, станционная часть. Расчётным путём определена отметка гребня плотины - 58 м, число водосливных отверстий - 8, ширина водосливных отверстий - 14 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при нагрузках основного и поверочного случая. В результате расчётов коэффициент надежности сооружения составляет 1,79 для основного случая и 1,45 для поверочного случая, нормативное значения надежности для III класса сооружений - 1,15). Анабарская ГЭС удовлетворяет требованиям надежности, сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Далее в работе были запроектированы этапы строительства Нюйского гидроузла. Строительство Нюйской ГЭС разделено на 5 этапов. По итогам расчетов был построен календарный график для данной ГЭС. Строительство ГЭС, с пуском всех гидроагрегатов, займёт 9 лет.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения гидроузла.
По технике - экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 9,1 лет;
- себестоимость - 23 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 52666,7 руб/кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Анабарской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Для подобранного оборудования и по данным гидрологического ряда запроектирован соответствующий условиям рельефа и климата состав напорных сооружений. Компоновка гидроузла - плотинная, Здание ГЭС - русловое. В состав сооружений входят: Левобережная и правобережная каменно-земляная плотина, водосливная бетонная плотина, станционная часть. Расчётным путём определена отметка гребня плотины - 58 м, число водосливных отверстий - 8, ширина водосливных отверстий - 14 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при нагрузках основного и поверочного случая. В результате расчётов коэффициент надежности сооружения составляет 1,79 для основного случая и 1,45 для поверочного случая, нормативное значения надежности для III класса сооружений - 1,15). Анабарская ГЭС удовлетворяет требованиям надежности, сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Далее в работе были запроектированы этапы строительства Нюйского гидроузла. Строительство Нюйской ГЭС разделено на 5 этапов. По итогам расчетов был построен календарный график для данной ГЭС. Строительство ГЭС, с пуском всех гидроагрегатов, займёт 9 лет.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения гидроузла.
По технике - экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 9,1 лет;
- себестоимость - 23 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 52666,7 руб/кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Анабарской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.