Проектирование Тасеевского гидроузла на реке Тасеева. Технология возведения бетонных плотин из укатанного бетона
|
Введение 8
1 Сведения о районе строительства 9
1.1 Общая характеристика района строительства 9
1.2 Экономическая характеристика района 10
2 Водноэнергетические расчеты 12
2.1 Выбор года 14
2.2 Кривые связи 15
2.2.1 Верхний бьеф 15
2.2.2 Нижний бьеф 16
2.3 Графики нагрузки 17
2.3.1 Суточные графики нагрузки 17
2.3.2 Годовые графики нагрузки 19
2.4 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 21
2.5 Баланс энергий 22
2.6 Интегральные кривые нагрузки 23
2.7 Водно-энергетический расчет 24
2.8 Режимное поле 24
2.9 Баланс мощностей 25
3 Основное и вспомогательное оборудования 26
3.1 Выбор гидротурбины 26
3.2 Выбор отметки установки рабочего колеса 30
3.3 Расчет и построение металлической спиральной камеры 30
3.4 Расчет отсасывающей трубы 35
3.5 Требования к гидрогенератору 38
3.6 Расчет подшипника и вала на прочность 40
3.7 Выбор МНУ и ЭГР 42
4 Компоновка и сооружения гидроузла 43
4.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 43
4.1.1 Проектирование сооружений напорного фронта 43
4.2 Гидравлические расчеты 46
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 46
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 48
4.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 49
4.2.4 Построение профиля водосливной плотины 50
4.2.5 Расчет сопряжения бьефов 52
4.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 53
4.3 Конструирование плотины 56
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 56
4.3.2 Разрезка плотины швами 57
4.3.3 Быки 57
4.3.4 Устои 57
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 58
4.3.6 Галереи в теле плотины 58
4.4 Назначение размеров основных элементов плотины 58
4.4.1 Конструирование элементов подземного контура плотины 58
4.4.2 Цементационная завеса 59
4.4.3 Дренажные устройства в основании 59
4.5 Определение основных нагрузок на плотину 60
4.5.1 Вес сооружений и затворов 60
4.5.2 Сила гидростатического давления 63
4.5.3 Равнодействующая сила взвешивающего давления 64
4.5.4 Сила фильтрационного давления 64
4.5.5 Давление грунта 66
4.5.6 Волновое давление 68
4.6 Оценка прочности плотины 69
4.7 Критерии прочности плотины 74
4.8 Обоснование устойчивости плотины 76
5 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на
различных этапах 77
5.1 Первый этап 78
5.1.1 Расчет перемычек первой очереди с учетом пропуска строительных
расходов через стесненное русло 78
5.1.2 Тип и конструкцию перемычек 80
5.1.3 Осушение котлована 1-й очереди 82
5.1.4 Разработка котлована под водосливную плотину 82
5.1.5 Бетонные работы в нижней части водосливной плотины 84
5.1.6 Расчет пропуска расчетного строительного расхода через гребенку 84
5.2 Второй этап 86
5.2.1 Возведение перемычек второй очереди 87
5.2.2 Осушение котлована 2-й очереди 87
5.2.3 Разработка котлована под водосливную плотину и здание ГЭС 88
5.2.4 Бетонные работы в нижней части станционной плотины и глухих секций 88
5.3 Третий этап 89
5.3.1 Разработка котлованов под береговые участки плотины 89
5.3.2 Бетонные работы по всему напорному фронту 89
5.4 Четвертый этап 90
5.4.1 Бетонные работы по всему напорному фронту 90
5.5 Пятый этап 91
5.5.1 Бетонные работы по всему напорному фронту 91
6 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 92
6.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 92
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
6.3 Налоговые расходы 97
6.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 98
6.5 Оценка инвестиционного проекта 99
6.5.1 Методология, исходные данные 99
6.5.2 Коммерческая эффективность 100
6.5.3 Бюджетная эффективность 100
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Тасеевского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 102
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 102
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 103
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 105
7.3.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 105
7.3.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 105
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 106
8 Технология возведение бетонных плотин из укатанного бетона 108
8.1 Виды конструкций гравитационных плотин из укатанного бетона 109
8.2 Технология возведения на основе плотины гидроузла Бени Харун (Алжир) 109
8.3 Сравнение сроков строительства плотин из укатанного и вибрираванного
бетона 112
8.4 Новый тип плотин из укатанного бетона 112
8.5 Общий вывод о строительстве плотин из укатанного бетона 113
Заключение 116
Список использованных источников 118
Приложение А Водно-энергетический расчет 120
Приложение Б Данные режимного поля 121
Приложение В Баланс мощностей 124
Приложение Г Рабочая зона Р075-В-600 126
Приложение Д ГУХ турбины Р075-В 127
Приложение Е Таблица Рыбкина - Алексеева 127
Приложение Ж График для определения элементов ветровых волн 129
Приложение И Нагрузки и воздействия при основном сочетании 130
Приложение К Нагрузки и воздействия при особом сочетании 131
Приложение Л Напряжения при основном сочетании нагрузок и воздействий 132
Приложение М Напряжения при особом сочетании нагрузок и воздействий . 133
1 Сведения о районе строительства 9
1.1 Общая характеристика района строительства 9
1.2 Экономическая характеристика района 10
2 Водноэнергетические расчеты 12
2.1 Выбор года 14
2.2 Кривые связи 15
2.2.1 Верхний бьеф 15
2.2.2 Нижний бьеф 16
2.3 Графики нагрузки 17
2.3.1 Суточные графики нагрузки 17
2.3.2 Годовые графики нагрузки 19
2.4 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 21
2.5 Баланс энергий 22
2.6 Интегральные кривые нагрузки 23
2.7 Водно-энергетический расчет 24
2.8 Режимное поле 24
2.9 Баланс мощностей 25
3 Основное и вспомогательное оборудования 26
3.1 Выбор гидротурбины 26
3.2 Выбор отметки установки рабочего колеса 30
3.3 Расчет и построение металлической спиральной камеры 30
3.4 Расчет отсасывающей трубы 35
3.5 Требования к гидрогенератору 38
3.6 Расчет подшипника и вала на прочность 40
3.7 Выбор МНУ и ЭГР 42
4 Компоновка и сооружения гидроузла 43
4.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 43
4.1.1 Проектирование сооружений напорного фронта 43
4.2 Гидравлические расчеты 46
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 46
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 48
4.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 49
4.2.4 Построение профиля водосливной плотины 50
4.2.5 Расчет сопряжения бьефов 52
4.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 53
4.3 Конструирование плотины 56
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 56
4.3.2 Разрезка плотины швами 57
4.3.3 Быки 57
4.3.4 Устои 57
4.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 58
4.3.6 Галереи в теле плотины 58
4.4 Назначение размеров основных элементов плотины 58
4.4.1 Конструирование элементов подземного контура плотины 58
4.4.2 Цементационная завеса 59
4.4.3 Дренажные устройства в основании 59
4.5 Определение основных нагрузок на плотину 60
4.5.1 Вес сооружений и затворов 60
4.5.2 Сила гидростатического давления 63
4.5.3 Равнодействующая сила взвешивающего давления 64
4.5.4 Сила фильтрационного давления 64
4.5.5 Давление грунта 66
4.5.6 Волновое давление 68
4.6 Оценка прочности плотины 69
4.7 Критерии прочности плотины 74
4.8 Обоснование устойчивости плотины 76
5 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на
различных этапах 77
5.1 Первый этап 78
5.1.1 Расчет перемычек первой очереди с учетом пропуска строительных
расходов через стесненное русло 78
5.1.2 Тип и конструкцию перемычек 80
5.1.3 Осушение котлована 1-й очереди 82
5.1.4 Разработка котлована под водосливную плотину 82
5.1.5 Бетонные работы в нижней части водосливной плотины 84
5.1.6 Расчет пропуска расчетного строительного расхода через гребенку 84
5.2 Второй этап 86
5.2.1 Возведение перемычек второй очереди 87
5.2.2 Осушение котлована 2-й очереди 87
5.2.3 Разработка котлована под водосливную плотину и здание ГЭС 88
5.2.4 Бетонные работы в нижней части станционной плотины и глухих секций 88
5.3 Третий этап 89
5.3.1 Разработка котлованов под береговые участки плотины 89
5.3.2 Бетонные работы по всему напорному фронту 89
5.4 Четвертый этап 90
5.4.1 Бетонные работы по всему напорному фронту 90
5.5 Пятый этап 91
5.5.1 Бетонные работы по всему напорному фронту 91
6 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 92
6.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 92
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
6.3 Налоговые расходы 97
6.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 98
6.5 Оценка инвестиционного проекта 99
6.5.1 Методология, исходные данные 99
6.5.2 Коммерческая эффективность 100
6.5.3 Бюджетная эффективность 100
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Тасеевского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 102
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 102
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 103
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 105
7.3.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 105
7.3.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 105
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 106
8 Технология возведение бетонных плотин из укатанного бетона 108
8.1 Виды конструкций гравитационных плотин из укатанного бетона 109
8.2 Технология возведения на основе плотины гидроузла Бени Харун (Алжир) 109
8.3 Сравнение сроков строительства плотин из укатанного и вибрираванного
бетона 112
8.4 Новый тип плотин из укатанного бетона 112
8.5 Общий вывод о строительстве плотин из укатанного бетона 113
Заключение 116
Список использованных источников 118
Приложение А Водно-энергетический расчет 120
Приложение Б Данные режимного поля 121
Приложение В Баланс мощностей 124
Приложение Г Рабочая зона Р075-В-600 126
Приложение Д ГУХ турбины Р075-В 127
Приложение Е Таблица Рыбкина - Алексеева 127
Приложение Ж График для определения элементов ветровых волн 129
Приложение И Нагрузки и воздействия при основном сочетании 130
Приложение К Нагрузки и воздействия при особом сочетании 131
Приложение Л Напряжения при основном сочетании нагрузок и воздействий 132
Приложение М Напряжения при особом сочетании нагрузок и воздействий . 133
Наша страна обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире. Неразумно было бы не использовать столь широкую распространенность воды в России для народного хозяйства. Грамотное и целесообразное использование гидроресурсов, неотъемлемая часть увеличения благосостояния любой страны.
Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых позволяет преобразовывать энергию воды в электроэнергию. Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимую концентрацию потока воды, а дальнейшие процессы производятся при помощи соответствующего оборудования.
Плотины являются одними из основных сооружений гидроузла таких энергетических объектов как гидроэлектростанции, служащие для создания подпора воды, с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. Для пропуска расходов больших, чем может пропустить ГЭС, используются водосливные плотины, туннельные водосбросы или другие объекты, что гарантирует безопасную эксплуатацию гидроэлектростанции.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны.
Целью дипломного 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 правильные проектные решения.
Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых позволяет преобразовывать энергию воды в электроэнергию. Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимую концентрацию потока воды, а дальнейшие процессы производятся при помощи соответствующего оборудования.
Плотины являются одними из основных сооружений гидроузла таких энергетических объектов как гидроэлектростанции, служащие для создания подпора воды, с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. Для пропуска расходов больших, чем может пропустить ГЭС, используются водосливные плотины, туннельные водосбросы или другие объекты, что гарантирует безопасную эксплуатацию гидроэлектростанции.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны.
Целью дипломного 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 правильные проектные решения.
На первом этапе на основе гидрологических данных, были рассчитаны гидрографы маловодного и средневодного года, построены кривые обеспеченности.
На втором этапе в ходе водно-энергетических расчетов по энергосистеме и гидрологии была рассчитана установленная мощность Тасеевской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NГС = 624МВт. Тасеевская ГЭС будет работать в базовой части графика. Определены отметки УМО = 151,10 и НПУ =170.0. Полезный объем при данных отметках равен 7,6 км . Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 3,2 млрд. кВтч.
В дальнейшем был выбран оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами с радиально-осевыми турбинами с диаметром рабочих колес 6,00 м (РО-75-В-600).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1130/140-48 с номинальной активной мощностью 152,8 МВт.
Сооружения гидроузла относятся к наивысшему классу. В результате проектирования была рассчитана водосливная плотина и её элементы, устройства подземного контура. Ширина водосливного фронта плотины 57,5 м с 4 водосливными отверстиями и напором на водосливе 12 м. Высота водосбросной плотины 65 м и ширина 54 м по основанию. Заложение низовой грани 0,7. Плотина способна пропустить расход воды до 4640 м/с.
В качестве гасителя энергии был выбран способ гашения свободно отброшенной струи, исходя из скальных грунтов основания, высоты плотины более 40 м и коэффициента створности, который должен быть больше 3. В результате расчета получилось расстояние от плотины до центра ямы размыва 161 м и яма глубиной 26,29 м.
Для обеспечения монолитности бетона секций плотины устраиваются швы (межсекционные и межстолбчатые). Длина каждой секций равна 13,5 м. В результате разрезки межстолбчатыми швами получилось 3 столба по 18 м. При проектировании были приняты 2 смотровых галереи на отметках 120,00 и 145.0, а так же цементационная и дренажная галереи на отметке 95,00. Эти
галереи необходимы для осмотра и ремонта сооружения, чистки дренажа. Также спроектирован дренаж в теле плотины, необходимый для сбора воды из галерей и её сброса в нижний бьеф через дренажную скважину. Для
безопасной работы здания ГЭС предусмотрен разделительный устой выдвинутый в нижний бьеф на 49,5 м. На гребне предусмотрена дорога II класса шириной 6 м и козловой кран грузоподъемностью 80 т для подъема аварийного и рабочего затворов.
Подземный контур состоит из цементационной завесы и дренажа. Глубина цементационной завесы равна 37,1 м. Глубина дренажной скважины равна 18,6 м.
В результате проверки критериев прочности плотина отвечает необходимым условиям надежности для I класса сооружений.
Условие устойчивости плотины на сдвиг выполняется с запасом: с коэффициентом надежности равным 1,36 для основного и 1,43 для особого сочетания нагрузок. Сооружение удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.
Экономическая оценка показала, что проект «Тасеевская ГЭС на реке Тасеева», с установленной мощностью 624 МВт экономически оправдан.
Проект окупится еще до его окончания, так как срок проекта составляет 300 месяца (25 лет), а период окупаемости - 81 месяцев (6,75 лет).
Себестоимость электроэнергии составляет 0,094 руб/кВт-ч. Удельные капиталовложения 95314,1 руб/кВт.
На втором этапе в ходе водно-энергетических расчетов по энергосистеме и гидрологии была рассчитана установленная мощность Тасеевской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NГС = 624МВт. Тасеевская ГЭС будет работать в базовой части графика. Определены отметки УМО = 151,10 и НПУ =170.0. Полезный объем при данных отметках равен 7,6 км . Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 3,2 млрд. кВтч.
В дальнейшем был выбран оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами с радиально-осевыми турбинами с диаметром рабочих колес 6,00 м (РО-75-В-600).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1130/140-48 с номинальной активной мощностью 152,8 МВт.
Сооружения гидроузла относятся к наивысшему классу. В результате проектирования была рассчитана водосливная плотина и её элементы, устройства подземного контура. Ширина водосливного фронта плотины 57,5 м с 4 водосливными отверстиями и напором на водосливе 12 м. Высота водосбросной плотины 65 м и ширина 54 м по основанию. Заложение низовой грани 0,7. Плотина способна пропустить расход воды до 4640 м/с.
В качестве гасителя энергии был выбран способ гашения свободно отброшенной струи, исходя из скальных грунтов основания, высоты плотины более 40 м и коэффициента створности, который должен быть больше 3. В результате расчета получилось расстояние от плотины до центра ямы размыва 161 м и яма глубиной 26,29 м.
Для обеспечения монолитности бетона секций плотины устраиваются швы (межсекционные и межстолбчатые). Длина каждой секций равна 13,5 м. В результате разрезки межстолбчатыми швами получилось 3 столба по 18 м. При проектировании были приняты 2 смотровых галереи на отметках 120,00 и 145.0, а так же цементационная и дренажная галереи на отметке 95,00. Эти
галереи необходимы для осмотра и ремонта сооружения, чистки дренажа. Также спроектирован дренаж в теле плотины, необходимый для сбора воды из галерей и её сброса в нижний бьеф через дренажную скважину. Для
безопасной работы здания ГЭС предусмотрен разделительный устой выдвинутый в нижний бьеф на 49,5 м. На гребне предусмотрена дорога II класса шириной 6 м и козловой кран грузоподъемностью 80 т для подъема аварийного и рабочего затворов.
Подземный контур состоит из цементационной завесы и дренажа. Глубина цементационной завесы равна 37,1 м. Глубина дренажной скважины равна 18,6 м.
В результате проверки критериев прочности плотина отвечает необходимым условиям надежности для I класса сооружений.
Условие устойчивости плотины на сдвиг выполняется с запасом: с коэффициентом надежности равным 1,36 для основного и 1,43 для особого сочетания нагрузок. Сооружение удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.
Экономическая оценка показала, что проект «Тасеевская ГЭС на реке Тасеева», с установленной мощностью 624 МВт экономически оправдан.
Проект окупится еще до его окончания, так как срок проекта составляет 300 месяца (25 лет), а период окупаемости - 81 месяцев (6,75 лет).
Себестоимость электроэнергии составляет 0,094 руб/кВт-ч. Удельные капиталовложения 95314,1 руб/кВт.