ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЫРНАУЗСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ БАКСАН. ПОДВОДНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И РЕМОНТА СООРУЖЕНИЙ
|
Сокращенный паспорт Тырнаузкой 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 11
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
2 Водно-энергетические расчёты 12
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 12
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 15
2.3 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 17
2.4 Баланс энергии 18
2.5 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 19
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 22
2.10 Построение режимного поля 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 25
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 25
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 25
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 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 44
4.3 Конструирование плотины 45
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 45
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 46
4.3.3 Быки 46
4.3.4 Устои 46
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 46
4.3.6 Галереи в теле плотины 47
4.4 Основные элементы плотины 47
4.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 47
4.4.1.1 Противофильтрационная завеса 47
4.4.1.2 Дренажные устройства в основании 48
4.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 48
4.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 48
4.5.1.1 Вес сооружения и затворов 48
4.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 49
4.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 49
4.5.1.4 Сила фильтрационного давления 49
4.5.1.5 Волновое давление 50
4.5.2 Оценка прочности плотины 51
4.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 51
4.5.4 Обоснование устойчивости плотины 52
5 Организация и производство гидротехнических работ 54
5.1 Пропуск строительных расходов I очереди 54
5.1.1 Гидравлический расчёт пропуска строительных расходов I очереди
через стесненное русло 54
5.1.2 Определение отметок гребня перемычек I очереди 54
5.3 Пропуск строительных расходов II очереди через донные отверстия в
водосбросе 55
5.3.1 Определение минимально допустимого количества донных отверстий
из условия неразмываемости русла реки 55
5.3.2 Определение расчётной отметки порога донных отверстий 56
5.3.3 Определение отметок гребня перемычек II очереди 57
5.4 I этап возведения сооружений перекрытия русла 58
5.4.1 Состав работ I этапа 58
5.4.2 Разработка котлована с применение буровзрывных работ 58
5.4.3 Производительность бурового станка 58
5.4.4 Расчёт длины скважины 59
5.5 Определение объёма земельно-скальных работ 59
5.5.1 Расчёт объёма земельно-скальных работ 59
5.5.2 Производство земляных работ 60
5.5.3 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 60
5.5.4 Определение необходимого транспорта 61
5.6 Бетонные работы 62
5.6.1 Подсчёт объёмов бетонных работ 62
5.6.2 Подбор бетонного завода 62
5.6.3 Схема подачи бетона в блоки 62
5.6.4 Арматурные работы 63
5.6.5 Опалубочные работы 63
5.6.6 Вибрационные работы 64
5.7 Распределение работ по этапам строительства. Объёмы земляных и
бетонных работ на каждом этапе строительства 65
6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды 67
6.1 Общие сведения 67
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 67
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 68
6.4 Отходы, образующиеся при строительстве 70
6.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 71
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 72
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 72
7.2 Пожарная безопасность 72
7.3 Охрана труда 73
8 Технико-экономические показатели 76
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 76
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 76
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 76
8.1.3 Налоговые расходы 79
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 80
8.3 Оценка инвестиционного проекта 82
8.3.1 Методология, исходные данные 82
8.3.2 Коммерческая эффективность 82
8.3.3 Бюджетная эффективность 83
9 Подводно-технические технологии для мониторинга и ремонта сооружений 84
9.1 Объекты обследования на примере проектируемого Тырнаузкого
гидроузла 84
9.2 Сроки и периодичность проведения подводно-технических
обследований 84
9.3 Методы обследования 85
9.3.1 Гидроакустический метод 85
9.3.2 Визуальный метод 88
9.4 Требования к аппаратуре для подводно-технических обследований 88
9.5 Организационные требования при подготовке работ по подводно-техническому обследованию 89
9.5.1 Общие требования 89
9.5.2 Требования к организации, выполняющей подводно-техническое
обследование 90
9.6 Оборудование для подводного обследования ГТС 91
9.6.1 Телеуправляемые аппараты (ТПА) Н300 «ОКЕАНОС» 91
9.6.2 Подводный аппарат Super Gnom 93
9.6.3 Подводный аппарат Rovbuilder РБ-150 95
9.6.4 Подводный аппарат LVB-150B SEA BOTIX 96
9.6.5 Сравнение по стоимости ТНПА 97
9.7 Выбор ТНПА и применение на проектируемой ГЭС 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Водно-энергетические расчёты 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Основное и вспомогательное оборудование 120
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 11
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
2 Водно-энергетические расчёты 12
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 12
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 15
2.3 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 17
2.4 Баланс энергии 18
2.5 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 19
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 22
2.10 Построение режимного поля 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 25
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 25
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 25
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 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 44
4.3 Конструирование плотины 45
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 45
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 46
4.3.3 Быки 46
4.3.4 Устои 46
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 46
4.3.6 Галереи в теле плотины 47
4.4 Основные элементы плотины 47
4.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 47
4.4.1.1 Противофильтрационная завеса 47
4.4.1.2 Дренажные устройства в основании 48
4.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 48
4.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 48
4.5.1.1 Вес сооружения и затворов 48
4.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 49
4.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 49
4.5.1.4 Сила фильтрационного давления 49
4.5.1.5 Волновое давление 50
4.5.2 Оценка прочности плотины 51
4.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 51
4.5.4 Обоснование устойчивости плотины 52
5 Организация и производство гидротехнических работ 54
5.1 Пропуск строительных расходов I очереди 54
5.1.1 Гидравлический расчёт пропуска строительных расходов I очереди
через стесненное русло 54
5.1.2 Определение отметок гребня перемычек I очереди 54
5.3 Пропуск строительных расходов II очереди через донные отверстия в
водосбросе 55
5.3.1 Определение минимально допустимого количества донных отверстий
из условия неразмываемости русла реки 55
5.3.2 Определение расчётной отметки порога донных отверстий 56
5.3.3 Определение отметок гребня перемычек II очереди 57
5.4 I этап возведения сооружений перекрытия русла 58
5.4.1 Состав работ I этапа 58
5.4.2 Разработка котлована с применение буровзрывных работ 58
5.4.3 Производительность бурового станка 58
5.4.4 Расчёт длины скважины 59
5.5 Определение объёма земельно-скальных работ 59
5.5.1 Расчёт объёма земельно-скальных работ 59
5.5.2 Производство земляных работ 60
5.5.3 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 60
5.5.4 Определение необходимого транспорта 61
5.6 Бетонные работы 62
5.6.1 Подсчёт объёмов бетонных работ 62
5.6.2 Подбор бетонного завода 62
5.6.3 Схема подачи бетона в блоки 62
5.6.4 Арматурные работы 63
5.6.5 Опалубочные работы 63
5.6.6 Вибрационные работы 64
5.7 Распределение работ по этапам строительства. Объёмы земляных и
бетонных работ на каждом этапе строительства 65
6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды 67
6.1 Общие сведения 67
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 67
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 68
6.4 Отходы, образующиеся при строительстве 70
6.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 71
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 72
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 72
7.2 Пожарная безопасность 72
7.3 Охрана труда 73
8 Технико-экономические показатели 76
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 76
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 76
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 76
8.1.3 Налоговые расходы 79
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 80
8.3 Оценка инвестиционного проекта 82
8.3.1 Методология, исходные данные 82
8.3.2 Коммерческая эффективность 82
8.3.3 Бюджетная эффективность 83
9 Подводно-технические технологии для мониторинга и ремонта сооружений 84
9.1 Объекты обследования на примере проектируемого Тырнаузкого
гидроузла 84
9.2 Сроки и периодичность проведения подводно-технических
обследований 84
9.3 Методы обследования 85
9.3.1 Гидроакустический метод 85
9.3.2 Визуальный метод 88
9.4 Требования к аппаратуре для подводно-технических обследований 88
9.5 Организационные требования при подготовке работ по подводно-техническому обследованию 89
9.5.1 Общие требования 89
9.5.2 Требования к организации, выполняющей подводно-техническое
обследование 90
9.6 Оборудование для подводного обследования ГТС 91
9.6.1 Телеуправляемые аппараты (ТПА) Н300 «ОКЕАНОС» 91
9.6.2 Подводный аппарат Super Gnom 93
9.6.3 Подводный аппарат Rovbuilder РБ-150 95
9.6.4 Подводный аппарат LVB-150B SEA BOTIX 96
9.6.5 Сравнение по стоимости ТНПА 97
9.7 Выбор ТНПА и применение на проектируемой ГЭС 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Водно-энергетические расчёты 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Основное и вспомогательное оборудование 120
Потребление электроэнергии является неотъемлемым условием существования человечества. В настоящее время количество потребителей электрической энергии стремительно расчёт за счёт развития технологий, в связи с этим, необходимо наращивать генерирующие мощности. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях различного типа.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Кабардино-Балкарская республика так же, как и другие регионы Российской Федерации на сегодняшний день интенсивно развивается. Энергосистема округа становится остродефицитной. Собственное производство электроэнергии в регионе составляет около 17% от общего потребления. Потребление электроэнергии в округе в течение дня активно меняется, поскольку основным потребителем электроэнергии является население, поэтому данной системе крайне необходим мощный и маневренный источник электроэнергии. Регион богат полезными ископаемыми, для добычи которых требуется большое количество электрической энергии. Этот регион также имеет уникальную речную систему, но их гидроэнергетический потенциал использован не с максимальной эффективностью и выжимкой.
Все это способствует созданию на территории области современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Также стоит отметить экологическую составляющую вопроса. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
В данной работе рассмотрен проект Тырнаузской ГЭС на реке Баксан. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, экономическое обоснование строительства Тырнаузской ГЭС.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Кабардино-Балкарская республика так же, как и другие регионы Российской Федерации на сегодняшний день интенсивно развивается. Энергосистема округа становится остродефицитной. Собственное производство электроэнергии в регионе составляет около 17% от общего потребления. Потребление электроэнергии в округе в течение дня активно меняется, поскольку основным потребителем электроэнергии является население, поэтому данной системе крайне необходим мощный и маневренный источник электроэнергии. Регион богат полезными ископаемыми, для добычи которых требуется большое количество электрической энергии. Этот регион также имеет уникальную речную систему, но их гидроэнергетический потенциал использован не с максимальной эффективностью и выжимкой.
Все это способствует созданию на территории области современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Также стоит отметить экологическую составляющую вопроса. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
В данной работе рассмотрен проект Тырнаузской ГЭС на реке Баксан. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, экономическое обоснование строительства Тырнаузской ГЭС.
В данной работе были рассчитаны и определены основные параметры и элементы Тырнаузского гидроузла на р. Баксан. В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 45 МВт и среднемноголетняя выработка 110 млн. 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 - 54,4 м;
- расчетный - 38,5 м;
- минимальный - 33,5 м;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: ПЛ60-В и ПЛД60 -В. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛД60-В-280. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 250 об/мин подобран серийный гидрогенератор ВГС- 525/110-24 с номинальной активной мощность 25 МВт.
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 - 40,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 1308,00;
- отметка гребня плотины - 1367,40;
- ширина гребня - 23,0 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 - 109 месяцев;
- себестоимость электроэнергии - 0,18 руб./кВтч;
- удельные капиталовложения - 129040 руб./кВт.
Таким образом строительство Тырнаузского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технико-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 - 54,4 м;
- расчетный - 38,5 м;
- минимальный - 33,5 м;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: ПЛ60-В и ПЛД60 -В. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛД60-В-280. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 250 об/мин подобран серийный гидрогенератор ВГС- 525/110-24 с номинальной активной мощность 25 МВт.
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 - 40,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 1308,00;
- отметка гребня плотины - 1367,40;
- ширина гребня - 23,0 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 - 109 месяцев;
- себестоимость электроэнергии - 0,18 руб./кВтч;
- удельные капиталовложения - 129040 руб./кВт.
Таким образом строительство Тырнаузского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технико-экономических показателей.
