ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЕЛОГУЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЕЛОГУЙ. ВНУТРЕННИЕ ПОМЕЩЕНИЯ И ПРОХОДЫ В БЕТОННЫХ НАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ГИДРОУЗЛА
|
Сокращенный паспорт Елогуйской ГЭС
Введение
1 Общая часть
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно - геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водноэнергетические расчёты
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимального расчетного расхода 14
2.1.3 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном
створе 16
2.1.4 Определение типа регулирования 19
2.2 Выбор установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 20
2.2.1 Расчет мощности ГЭС без регулирования (по бытовому стоку) 20
2.2.2 Расчет мощности ГЭС по требованиям ВХК 21
2.2.3 Перераспределение стока полноводного периода на зимний период .. 24
2.2.4 ВЭР по условиям маловодного года 25
2.2.5 ВЭР по условиям средневодного года 27
2.3 Баланс мощности и энергии 28
2.3.1 Баланс энергии 28
2.3.2 Баланс мощности 28
3 Основное и вспомогательное оборудование
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 30
3.1.1 Построение режимного поля 30
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 32
3.1.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 37
3.2. Гидротурбина и её проточная часть 40
3.2.1 Расчет и построение бетонной спиральной камеры 40
3.2.2 Расчет отсасывающей трубы 43
3.3 Гидрогенератор 47
3.3.1 Определение параметров и размеров гидрогенератора 47
3.3.2 Определение геометрических размеров машинного зала 51
3.4 Подъёмно - транспортное оборудование 51
4 Компоновка и сооружения гидроузла
4.1 Компоновка гидроузла 52
4.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 52
4.2.1 Определение отметки гребня плотины 52
4.3 Гидравлические расчёты 58
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 58
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 59
4.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном расчетном
случае 61
4.3.4 Построение профиля водосливной плотины по координатам Кригера-
Офицерова 62
4.3.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 62
4.3.6 Гашение энергии с помощью отброшенной струи 64
4.4 Конструирование плотины 66
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка бетонных плотин швами 67
4.4.3 Быки 68
4.4.4 Устои 69
4.4.5 Галереи в теле плотины 70
4.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура 70
4.5.1 Противофильтрационная завеса 70
4.5.2 Дренажные устройства в основании 71
4.5.3 Дренаж тела плотины 71
4.6 Фильтрационные расчёты подземного контура 71
4.6.1 Построение эпюры фильтрационного противодавления для плотин на
скальном основании 71
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 74
4.7.1 Вес сооружения и механизмов 74
4.7.2 Сила гидростатического давления воды 76
4.7.3 Равнодействующая взвешивающего давления 77
4.7.4 Сила фильтрационного давления 78
4.7.5 Давление грунта 78
4.7.6 Волновое давление 80
4.8 Оценка прочности плотины 82
4.9 Критерии прочности плотины 85
4.10 Обоснование устойчивости плотины 87
4.11 Проектирование грунтовой плотины 88
4.11.1 Расчёт кривой депрессии 89
4.11.2 Оценка фильтрационной прочности ядра 90
4.11.3 Расчёт устойчивости низового откоса методом круглоцилиндрической
поверхности скольжения 91
5 Организация и производство гидротехнических работ
5.1 Определение этапов строительства 93
5.1.1 Объёмы работ на каждом этапе 94
5.1.2 Пропуск строительных расходов через донные отверстия 94
5.1.3 Механизмы при производстве основных видов работ 95
5.1.4 Строительный генеральный план 96
6 Охрана труда и противопожарная безопасность. Мероприятия по охране
окружающей среды
6.1 Охрана труда 100
6.2 Противопожарная безопасность 103
6.3 Мероприятия по охране окружающей среды 105
7 Технико - экономические показатели
7.1 Расчёт себестоимости электроэнергии 110
7.1.1 Оценка объемов продаж 110
7.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 111
7.2 Удельные показатели 113
7.2.1 Налоговые расходы 113
7.2.2 Оценка объемов прибыли 113
7.3 Экономическая эффективность строительства 114
7.3.1 Коммерческая эффективность 114
7.3.2 Бюджетная эффективность 115
7.3.3 Анализ чувствительности 115
8 Внутренние помещения и проходы в бетонных напорных сооружениях гидроузла
Заключение
Список использованных источников
Приложения А - Г
Введение
1 Общая часть
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно - геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водноэнергетические расчёты
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимального расчетного расхода 14
2.1.3 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном
створе 16
2.1.4 Определение типа регулирования 19
2.2 Выбор установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 20
2.2.1 Расчет мощности ГЭС без регулирования (по бытовому стоку) 20
2.2.2 Расчет мощности ГЭС по требованиям ВХК 21
2.2.3 Перераспределение стока полноводного периода на зимний период .. 24
2.2.4 ВЭР по условиям маловодного года 25
2.2.5 ВЭР по условиям средневодного года 27
2.3 Баланс мощности и энергии 28
2.3.1 Баланс энергии 28
2.3.2 Баланс мощности 28
3 Основное и вспомогательное оборудование
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 30
3.1.1 Построение режимного поля 30
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 32
3.1.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 37
3.2. Гидротурбина и её проточная часть 40
3.2.1 Расчет и построение бетонной спиральной камеры 40
3.2.2 Расчет отсасывающей трубы 43
3.3 Гидрогенератор 47
3.3.1 Определение параметров и размеров гидрогенератора 47
3.3.2 Определение геометрических размеров машинного зала 51
3.4 Подъёмно - транспортное оборудование 51
4 Компоновка и сооружения гидроузла
4.1 Компоновка гидроузла 52
4.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 52
4.2.1 Определение отметки гребня плотины 52
4.3 Гидравлические расчёты 58
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 58
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 59
4.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном расчетном
случае 61
4.3.4 Построение профиля водосливной плотины по координатам Кригера-
Офицерова 62
4.3.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 62
4.3.6 Гашение энергии с помощью отброшенной струи 64
4.4 Конструирование плотины 66
4.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
4.4.2 Разрезка бетонных плотин швами 67
4.4.3 Быки 68
4.4.4 Устои 69
4.4.5 Галереи в теле плотины 70
4.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура 70
4.5.1 Противофильтрационная завеса 70
4.5.2 Дренажные устройства в основании 71
4.5.3 Дренаж тела плотины 71
4.6 Фильтрационные расчёты подземного контура 71
4.6.1 Построение эпюры фильтрационного противодавления для плотин на
скальном основании 71
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 74
4.7.1 Вес сооружения и механизмов 74
4.7.2 Сила гидростатического давления воды 76
4.7.3 Равнодействующая взвешивающего давления 77
4.7.4 Сила фильтрационного давления 78
4.7.5 Давление грунта 78
4.7.6 Волновое давление 80
4.8 Оценка прочности плотины 82
4.9 Критерии прочности плотины 85
4.10 Обоснование устойчивости плотины 87
4.11 Проектирование грунтовой плотины 88
4.11.1 Расчёт кривой депрессии 89
4.11.2 Оценка фильтрационной прочности ядра 90
4.11.3 Расчёт устойчивости низового откоса методом круглоцилиндрической
поверхности скольжения 91
5 Организация и производство гидротехнических работ
5.1 Определение этапов строительства 93
5.1.1 Объёмы работ на каждом этапе 94
5.1.2 Пропуск строительных расходов через донные отверстия 94
5.1.3 Механизмы при производстве основных видов работ 95
5.1.4 Строительный генеральный план 96
6 Охрана труда и противопожарная безопасность. Мероприятия по охране
окружающей среды
6.1 Охрана труда 100
6.2 Противопожарная безопасность 103
6.3 Мероприятия по охране окружающей среды 105
7 Технико - экономические показатели
7.1 Расчёт себестоимости электроэнергии 110
7.1.1 Оценка объемов продаж 110
7.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 111
7.2 Удельные показатели 113
7.2.1 Налоговые расходы 113
7.2.2 Оценка объемов прибыли 113
7.3 Экономическая эффективность строительства 114
7.3.1 Коммерческая эффективность 114
7.3.2 Бюджетная эффективность 115
7.3.3 Анализ чувствительности 115
8 Внутренние помещения и проходы в бетонных напорных сооружениях гидроузла
Заключение
Список использованных источников
Приложения А - Г
Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире. Энергию рек используют Китай, РФ, Бразилия, Канада, Индия, США. Гидроресурсы России оцениваются сегодня без малого в 900 млрд. кВтч, однако, по степени освоения экономически эффективных гидроресурсов
Россия на сегодняшний день значительно уступает экономически развитым странам, этот показатель в нашей стране немногим превышает 20 %, в то время как в США и Канаде составляет 50-55 %, а в ряде стран Западной Европы и Японии - от 60 % до 90 %. Гидропотенциал России используется на 50 % в европейской части, на 20% в Сибири и всего лишь на 3 % - на Дальнем Востоке.
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. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
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 оптимальные проектные решения.
Россия на сегодняшний день значительно уступает экономически развитым странам, этот показатель в нашей стране немногим превышает 20 %, в то время как в США и Канаде составляет 50-55 %, а в ряде стран Западной Европы и Японии - от 60 % до 90 %. Гидропотенциал России используется на 50 % в европейской части, на 20% в Сибири и всего лишь на 3 % - на Дальнем Востоке.
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. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
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 оптимальные проектные решения.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Елогуйского гидроузла на реке Елогуй, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 4529 и 4982 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 435 МВт и среднемноголетняя выработка 8,3 млрд. 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:
- максимальный - 49,2 м;
- расчетный - 40,8 м ;
- минимальный - 36,0 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1220 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ50 -В и ПЛД50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ50-В-530.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 142,8 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-930/190-42 с номинальной активной мощностью 89,5 МВт.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные расходы пропускаются через донные отверстия. Водосливная плотина принята бетонной. Глухая - грунтовая каменно-набросная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 165 м;
- станционная бетонная плотина - 116 м;
- глухая сопрягающая водосливную и станционную - 24 м;
- левобережная бетонная стенка - 124 м;
- левобережная бетонная стенка - 124 м;
- глухая бетонная плотина - 110 м;
- грунтовая левобережная плотина - 430 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 38,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 8,00 м;
- число водосливных отверстий - 6;
- ширина водосливных отверстий в свету - 24,0 м;
- отметка гребня - 63,60 м;
- ширина гребня - 23,0 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на столбы и секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,30 и 1,27 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Елогуйского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям,предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 5,7 лет;
- себестоимость - 0,30 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 17434 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Елогуйского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 4529 и 4982 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 435 МВт и среднемноголетняя выработка 8,3 млрд. 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:
- максимальный - 49,2 м;
- расчетный - 40,8 м ;
- минимальный - 36,0 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1220 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ50 -В и ПЛД50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ50-В-530.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 142,8 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-930/190-42 с номинальной активной мощностью 89,5 МВт.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные расходы пропускаются через донные отверстия. Водосливная плотина принята бетонной. Глухая - грунтовая каменно-набросная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 165 м;
- станционная бетонная плотина - 116 м;
- глухая сопрягающая водосливную и станционную - 24 м;
- левобережная бетонная стенка - 124 м;
- левобережная бетонная стенка - 124 м;
- глухая бетонная плотина - 110 м;
- грунтовая левобережная плотина - 430 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 38,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 8,00 м;
- число водосливных отверстий - 6;
- ширина водосливных отверстий в свету - 24,0 м;
- отметка гребня - 63,60 м;
- ширина гребня - 23,0 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на столбы и секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,30 и 1,27 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Елогуйского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям,предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 5,7 лет;
- себестоимость - 0,30 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 17434 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Елогуйского гидроузла в настоящее время является актуальным.