ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАЗИКУМУХСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАЗИКУМУХСКОЕ КОЙСУ. ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ДЕРИВАЦИОННОЙ ПЛОТИНЫ КАЗИКУМУХСКОЙ ГЭС
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ КАЗИКУМУХСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Топографическая основа 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.2.1 Кривые обеспеченности расходов 11
1.2.2 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 13
1.3 Исходные данные Казикумухской ГЭС 14
1.4 Структура энергосистемы 14
1.5 Природно-климатические условия и потребители 15
1.5.1 Климат 15
1.5.2 Сейсмологические условия 15
1.5.3 Геология 15
1.5.4 Кривые связи 15
1.5.5 Суточные графики нагрузки, интегральные кривые нагрузки 17
1.5.6 Годовые графики нагрузки 19
2 Водно-энергетические расчеты 20
2.1 Водно-энергетические расчеты без регулирования с учетом ВХК.
Баланс энергии 20
2.3 Гарантированные мощности 23
2.4 ИКН. Выбор рабочей мощности 23
2.5 Планирование резервов и кап. ремонтов. Определение установленной
мощности ГЭС, расчёт баланса мощности 23
2.6 Водно-энергетический расчёт сработки и наполнения водохранилища
средневодного года. Средняя многолетняя выработка 25
3 Выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 29
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 32
3.3 Выбор гидрогенератора 34
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 34
3.5 Расчет вала на прочность. Расчет подшипника 35
3.6 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 37
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 37
4 Компоновка и сооружение гидроузла 38
4.1 Определение класса сооружения и компоновка гидроузла
Казикумухской ГЭС 38
4.1.1 По высоте сооружения и типу грунта: 38
4.1.2 По назначению и условиям эксплуатации: 38
4.1.3 По последствиям возможных гидродинамических аварий на ГТС:. 38
4.1.3 Компоновка гидроузла 38
4.2 Гидравлические расчёты 39
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 39
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 39
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 41
4.3 Построение оголовка профиля водосливной грани по Кригер-
Офицерову 43
4.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 43
4.5 Расчёт водобойного колодца 45
4.6 Конструирование бетонной плотины 47
4.6.1 Определение ширины подошвы плотины 47
4.6.2 Быки 47
4.6.3 Галереи в теле плотины 47
4.6.2 Элементы подземного контура плотины. Противофильтрационная завеса. Дренаж 48
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 48
4.7.1 Вес сооружения и затворов 48
4.7.2 Сила гидростатического давления воды 49
4.7.3 Сила фильтрационного давления 49
4.7.4 Давление грунта 50
4.7.5 Волновое давление 50
4.8 Оценка прочности плотины 50
4.8.1 Определение напряжений 51
4.8.2 Критерии прочности плотины и её основания 52
4.8.3 Обоснование устойчивости плотины 53
5 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на различных этапах 54
5.1 Разбивка сооружений на этапы возведения 54
5.2 I этап строительства - возведение сооружений, необходимых для
перекрытия русла 55
5.2.1 Гидравлический расчёт перемычек первой очереди с учётом пропуска
строительных расходов через стеснённое русло 55
5.2.1.1 Расход строительного периода 55
5.2.1.2 Пропуск строительных расходов II очереди методом донных
отверстий 57
5.2.2 Определяем отметку перемычек II очереди и их конструкцию 59
5.2.3 Технология возведения перемычек 60
5.2.4 Осушение котлована I очереди 61
5.2.5 Водопонижение котлована I очереди 62
5.2.6 Разработка котлована I очереди 62
5.2.7 Буровзрывные работы 63
5.2.8 Производство земляных работ 64
5.2.9 Производство бетонных работ 66
5.2.10 Арматурные работы 67
5.2.11 Транспортировка бетонной смеси 68
5.2.12 Состав мероприятий по подготовке блоков к бетонированию 70
5.2.13 Подготовка оснований блоков 71
5.2.14 Уплотнение бетонной смеси 71
5.2.15 Уход за бетоном 72
5.3 II Этап перекрытие русла 73
5.3.1 Конструкция банкета 74
5.4 III Этап - возведение сооружений в котловане первой очереди 74
5.5 IV Этап - возведение сооружений в котловане II очереди, и
наращивание сооружений по всему фронту до проектных отметок 74
6 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 77
6.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 77
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 78
6.3 Налоговые расходы 81
6.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 82
6.5 Оценка инвестиционного проекта 84
6.5.1 Методология, исходные данные 84
6.5.2 Коммерческая эффективность 85
6.5.3 Бюджетная эффективность 85
6.6 Анализ чувствительности 86
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Казикумухского гидроузла 89
7.1 Общие сведения о районе строительства 89
7.2 Общие сведения о районе строительства 90
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 91
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 93
7.5 Основные мероприятия по охране окружающей среды в период
эксплуатации ГЭС 94
8 Охрана труда и пожарная безопасность Казикумухской ГЭС 95
8.1 Охрана труда 95
8.1.1 Организационные мероприятия по обеспечению безопасности работ
на объекте 96
8.2 Пожарная безопасность 97
8.2.2 Углекислотные огнетушители и правила пользования ими 98
9 Фильтрационный контроль деривационной плотины Казикумухской ГЭС 100
9.1 Основные задачи и виды фильтрационных наблюдений 100
9.1.2 Состав контрольно-измерительной аппаратуры для фильтрационных
наблюдений 101
9.2 Конструкция напорных и безнапорных пьезометров и схемы их
размещения 102
9.3 Первичная обработка данных измерений по пьезометрам 104
9.4 Мерный водослив. Расчётная формула определения расхода 106
9.5 Контроль расходов через бетон 108
9.6 Контроль температуры 109
9.7 Химический контроль 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходные данные 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Суточные графики нагрузки 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Годовые графики нагрузки 119
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Баланс энергии 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ВЭР 121
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ИКН 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Баланс мощности 123
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Параметры моделей гидротурбин 124
ПРИЛОЖЕНИЕ К. ГУХ 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Проточная часть турбины 126
ПРИЛОЖЕНИЕ М. Нагрузки 127
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Эпюры напряжений и нагрузок 128
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Топографическая основа 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.2.1 Кривые обеспеченности расходов 11
1.2.2 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 13
1.3 Исходные данные Казикумухской ГЭС 14
1.4 Структура энергосистемы 14
1.5 Природно-климатические условия и потребители 15
1.5.1 Климат 15
1.5.2 Сейсмологические условия 15
1.5.3 Геология 15
1.5.4 Кривые связи 15
1.5.5 Суточные графики нагрузки, интегральные кривые нагрузки 17
1.5.6 Годовые графики нагрузки 19
2 Водно-энергетические расчеты 20
2.1 Водно-энергетические расчеты без регулирования с учетом ВХК.
Баланс энергии 20
2.3 Гарантированные мощности 23
2.4 ИКН. Выбор рабочей мощности 23
2.5 Планирование резервов и кап. ремонтов. Определение установленной
мощности ГЭС, расчёт баланса мощности 23
2.6 Водно-энергетический расчёт сработки и наполнения водохранилища
средневодного года. Средняя многолетняя выработка 25
3 Выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 29
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 32
3.3 Выбор гидрогенератора 34
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 34
3.5 Расчет вала на прочность. Расчет подшипника 35
3.6 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 37
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 37
4 Компоновка и сооружение гидроузла 38
4.1 Определение класса сооружения и компоновка гидроузла
Казикумухской ГЭС 38
4.1.1 По высоте сооружения и типу грунта: 38
4.1.2 По назначению и условиям эксплуатации: 38
4.1.3 По последствиям возможных гидродинамических аварий на ГТС:. 38
4.1.3 Компоновка гидроузла 38
4.2 Гидравлические расчёты 39
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 39
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 39
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 41
4.3 Построение оголовка профиля водосливной грани по Кригер-
Офицерову 43
4.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 43
4.5 Расчёт водобойного колодца 45
4.6 Конструирование бетонной плотины 47
4.6.1 Определение ширины подошвы плотины 47
4.6.2 Быки 47
4.6.3 Галереи в теле плотины 47
4.6.2 Элементы подземного контура плотины. Противофильтрационная завеса. Дренаж 48
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 48
4.7.1 Вес сооружения и затворов 48
4.7.2 Сила гидростатического давления воды 49
4.7.3 Сила фильтрационного давления 49
4.7.4 Давление грунта 50
4.7.5 Волновое давление 50
4.8 Оценка прочности плотины 50
4.8.1 Определение напряжений 51
4.8.2 Критерии прочности плотины и её основания 52
4.8.3 Обоснование устойчивости плотины 53
5 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на различных этапах 54
5.1 Разбивка сооружений на этапы возведения 54
5.2 I этап строительства - возведение сооружений, необходимых для
перекрытия русла 55
5.2.1 Гидравлический расчёт перемычек первой очереди с учётом пропуска
строительных расходов через стеснённое русло 55
5.2.1.1 Расход строительного периода 55
5.2.1.2 Пропуск строительных расходов II очереди методом донных
отверстий 57
5.2.2 Определяем отметку перемычек II очереди и их конструкцию 59
5.2.3 Технология возведения перемычек 60
5.2.4 Осушение котлована I очереди 61
5.2.5 Водопонижение котлована I очереди 62
5.2.6 Разработка котлована I очереди 62
5.2.7 Буровзрывные работы 63
5.2.8 Производство земляных работ 64
5.2.9 Производство бетонных работ 66
5.2.10 Арматурные работы 67
5.2.11 Транспортировка бетонной смеси 68
5.2.12 Состав мероприятий по подготовке блоков к бетонированию 70
5.2.13 Подготовка оснований блоков 71
5.2.14 Уплотнение бетонной смеси 71
5.2.15 Уход за бетоном 72
5.3 II Этап перекрытие русла 73
5.3.1 Конструкция банкета 74
5.4 III Этап - возведение сооружений в котловане первой очереди 74
5.5 IV Этап - возведение сооружений в котловане II очереди, и
наращивание сооружений по всему фронту до проектных отметок 74
6 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 77
6.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 77
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 78
6.3 Налоговые расходы 81
6.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 82
6.5 Оценка инвестиционного проекта 84
6.5.1 Методология, исходные данные 84
6.5.2 Коммерческая эффективность 85
6.5.3 Бюджетная эффективность 85
6.6 Анализ чувствительности 86
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Казикумухского гидроузла 89
7.1 Общие сведения о районе строительства 89
7.2 Общие сведения о районе строительства 90
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 91
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 93
7.5 Основные мероприятия по охране окружающей среды в период
эксплуатации ГЭС 94
8 Охрана труда и пожарная безопасность Казикумухской ГЭС 95
8.1 Охрана труда 95
8.1.1 Организационные мероприятия по обеспечению безопасности работ
на объекте 96
8.2 Пожарная безопасность 97
8.2.2 Углекислотные огнетушители и правила пользования ими 98
9 Фильтрационный контроль деривационной плотины Казикумухской ГЭС 100
9.1 Основные задачи и виды фильтрационных наблюдений 100
9.1.2 Состав контрольно-измерительной аппаратуры для фильтрационных
наблюдений 101
9.2 Конструкция напорных и безнапорных пьезометров и схемы их
размещения 102
9.3 Первичная обработка данных измерений по пьезометрам 104
9.4 Мерный водослив. Расчётная формула определения расхода 106
9.5 Контроль расходов через бетон 108
9.6 Контроль температуры 109
9.7 Химический контроль 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходные данные 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Суточные графики нагрузки 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Годовые графики нагрузки 119
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Баланс энергии 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ВЭР 121
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ИКН 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Баланс мощности 123
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Параметры моделей гидротурбин 124
ПРИЛОЖЕНИЕ К. ГУХ 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Проточная часть турбины 126
ПРИЛОЖЕНИЕ М. Нагрузки 127
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Эпюры напряжений и нагрузок 128
Энергетика играет важную роль, как для обычного потребителя, так и для всей промышленности. В настоящее время, в связи с развитием технологий растет число потребителей электрической энергии. Правильное использование ресурсов электроэнергетики создают необходимые условия для роста экономики и повышения качества жизни населения страны.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как имеет высокое значение коэффициента полезного действия гидротурбин. Себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях существенно меньше, чем на атомных и тепловых станциях, так как не требуется топливная составляющая, а используется возобновляемый источник энергии - текущая вода. Изменяя скорость водяного потока можно легко контролировать производительность гидроэлектростанции, благодаря чему гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Это позволяет покрывать неравномерностную часть графиков нагрузки.
Гидроэлектростанции считается экологически безопасным объектом, так как не использует нефть, газ, твердого топлива и ядерного горючего, тем самым не загрязняет атмосферу и окружающею среду.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции и в процессе проработки, нахождение оптимальных проектных решений. В проект входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчет гидротехнических сооружений, охрана окружающей среды и труда, а также экономическое обоснование реализации проекта.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как имеет высокое значение коэффициента полезного действия гидротурбин. Себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях существенно меньше, чем на атомных и тепловых станциях, так как не требуется топливная составляющая, а используется возобновляемый источник энергии - текущая вода. Изменяя скорость водяного потока можно легко контролировать производительность гидроэлектростанции, благодаря чему гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Это позволяет покрывать неравномерностную часть графиков нагрузки.
Гидроэлектростанции считается экологически безопасным объектом, так как не использует нефть, газ, твердого топлива и ядерного горючего, тем самым не загрязняет атмосферу и окружающею среду.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции и в процессе проработки, нахождение оптимальных проектных решений. В проект входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчет гидротехнических сооружений, охрана окружающей среды и труда, а также экономическое обоснование реализации проекта.
В ходе бакалаврской работы были определены основные элементы и параметры Казикумухского гидроузла высотой 40 м на реке Казикумухское Койсу, являющимся сооружением III класса, исходя из её высоты, социально - экономической ответственности и последствия возможных гидродинамических аварий.
В первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного расчётного случая обеспеченностью (P = 3%) 202 м3/с и максимальный расход при поверочном расчётном случае 232 м3/с (Р = 0,5%).
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Казикумухской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NycT = 195 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 1008 млн кВт • ч.
На третьем этапе 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:
• Hmax = 229,4 м;
• Нрасч = 227,3 м;
• Hmin = 227,0 м;
По данным напорам было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
• тип турбины РО-230а-В-236;
• тип генератора ВГС-475/210-14;
• количество агрегатов 2 шт.
На четвёртом этапе была определена ширина водосливного фронта, которая составила 20 м (2 пролёта по 10 м), далее была определена отметка гребня водослива УГВ = 2161 м.
На пятом этапе были определены сооружения, которые входят в состав Казикумухского гидроузла:
• бетонная водосливная плотина, гравитационная;
• бетонная станционная часть;
• гравитационная бетонная правобережная и левобережная глухие части;
• здание ГЭС деривационного типа.
Исходя из шестого этапа можно сделать вывод, что с точки экономической целесообразности строительство Казикумухской ГЭС будет выгодно и обосновано. Данный вывод может быть сделан на основе следующих расчётных показателей эффективности проекта:
• индекс прибыльности 1,09;
• удельные капиталовложения 61538,64 руб./кВт;
• себестоимость энергии 0,022 руб./кВт • ч;
• срок окупаемости 9 лет 7 месяцев.
В первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного расчётного случая обеспеченностью (P = 3%) 202 м3/с и максимальный расход при поверочном расчётном случае 232 м3/с (Р = 0,5%).
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Казикумухской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NycT = 195 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 1008 млн кВт • ч.
На третьем этапе 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:
• Hmax = 229,4 м;
• Нрасч = 227,3 м;
• Hmin = 227,0 м;
По данным напорам было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
• тип турбины РО-230а-В-236;
• тип генератора ВГС-475/210-14;
• количество агрегатов 2 шт.
На четвёртом этапе была определена ширина водосливного фронта, которая составила 20 м (2 пролёта по 10 м), далее была определена отметка гребня водослива УГВ = 2161 м.
На пятом этапе были определены сооружения, которые входят в состав Казикумухского гидроузла:
• бетонная водосливная плотина, гравитационная;
• бетонная станционная часть;
• гравитационная бетонная правобережная и левобережная глухие части;
• здание ГЭС деривационного типа.
Исходя из шестого этапа можно сделать вывод, что с точки экономической целесообразности строительство Казикумухской ГЭС будет выгодно и обосновано. Данный вывод может быть сделан на основе следующих расчётных показателей эффективности проекта:
• индекс прибыльности 1,09;
• удельные капиталовложения 61538,64 руб./кВт;
• себестоимость энергии 0,022 руб./кВт • ч;
• срок окупаемости 9 лет 7 месяцев.
