ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРАСНОВИШЕРСКОЙ ГЭС. СОСТАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПАСПОРТА И ПЛАНА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА ГЭС
|
Сокращённый паспорт Красновишерской ГЭС 6
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
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
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 12
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 14
2.2.1 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 14
2.2.2 Определение установленной мощности ГЭС 14
2.2.3 Водноэнергетические расчеты по условию средневодного года 15
2.3 Баланс мощности и энергии 16
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 16
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 16
3 Основное и вспомогательное оборудование 17
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 17
3.1.1 Построение режимного поля 17
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 19
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 21
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 21
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части 23
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 26
3.3 Выбор гидрогенератора 27
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 28
4 Электрическая часть 29
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 29
4.2 Главные повышающие трансформаторы 29
4.3 Распределительное устройство 30
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 30
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 31
4.4 Электротехническое оборудование 32
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 32
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 33
4.4.3 Выбор аппаратов 220 кВ 33
4.4.4 Выбор электротехнического оборудования 220 кВ на генераторном напряжении 35
5 Релейная защита и автоматика 36
5.1 Перечень защит основного оборудования 36
5.2 Продольная дифференциальная защита генератора 37
5.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 40
5.4 Защита от повышения напряжения 42
5.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 43
5.6 Защита от симметричных перегрузок 47
5.7 Дистанционная защита генератора 48
5.8 Защита от перегрузок обмотки ротора 51
6 Компоновка и сооружения гидроузла 54
6.1 Состав и компоновка гидроузла 54
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 54
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 54
6.2.2 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 54
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 56
6.2.4 Определение отметки гребня водослива 57
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 58
6.4 Гашение энергии потока способом отброшенной струи 59
6.5 Проектирование донного водоспуска 61
6.6 Конструирование плотины 61
6.6.1 Определение ширины подошвы плотины 61
6.6.2 Разрезка бетонной плотины швами 62
6.6.3 Быки 62
6.6.4 Галереи в теле плотины 63
6.7 Расчет цементационной завесы и дренажа 63
6.8 Статические расчеты плотины 65
6.8.1 Вес сооружения 65
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 66
6.8.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 67
6.8.4 Давление наносов и грунта 68
6.8.5 Волновое давление и пригруз 71
6.9 Расчет прочности плотины 73
6.10 Критерии прочности плотины 75
6.11 Расчет устойчивости плотины 76
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 78
7.1 Безопасность гитротехнических сооружений 78
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников
Красновишерской ГЭС 78
7.2.1 Общие положения 78
7.2.2 Охрана труда Красновишерской ГЭС 80
7.3 Пожарная безопасность 83
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 83
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 85
7.4 Охрана природы 86
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 87
7.4.2 Водоохранная зона 88
7.4.3 Водоохранные мероприятия на ГЭС 89
8 Технико-экономические показатели 92
8.1 Объем продаж 92
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 92
8.3 Налоговые расходы 94
8.4 Оценка суммы прибыли 95
8.5 Методология и исходные данные, оценка инвестиционного проекта ... 96
8.6 Коммерческая эффективность 96
8.7 Бюджетная эффективность 97
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 97
9 Составление энергетического паспорта и плана мероприятий по
повышению энергоэффективности и энегросбережения на ГЭС 100
9.1 Сокращение собственного потребления электроэнергии ГЭС 100
9.2 Типовая программа энергетических обследований гидростанций 101
9.2.1 Общие положения 101
9.2.2 Анализ состава оборудования, условий и режимов работы ГЭС ... 102
9.2.3 Оценка состояния технического учета и отчетности 103
9.2.4 Оформление результатов энергетического обследования 104
9.3 Общая структура расхода электроэнергии на электростанции 104
9.4 Потери электроэнергии в станционной электрической сети
Красновишерской ГЭС 105
9.5 Перечень мероприятий по энергосбережению и повышению
энергоэффективности Красновишерской ГЭС 106
9.5.1 Перечень обязательных мероприятий 106
9.5.2 Организационные мероприятия 107
Заключение 108
Список использованных источников 110
Приложения А-Г 114-126
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
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
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 12
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 14
2.2.1 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 14
2.2.2 Определение установленной мощности ГЭС 14
2.2.3 Водноэнергетические расчеты по условию средневодного года 15
2.3 Баланс мощности и энергии 16
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 16
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 16
3 Основное и вспомогательное оборудование 17
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 17
3.1.1 Построение режимного поля 17
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 19
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 21
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 21
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части 23
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 26
3.3 Выбор гидрогенератора 27
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 28
4 Электрическая часть 29
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 29
4.2 Главные повышающие трансформаторы 29
4.3 Распределительное устройство 30
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 30
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 31
4.4 Электротехническое оборудование 32
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 32
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 33
4.4.3 Выбор аппаратов 220 кВ 33
4.4.4 Выбор электротехнического оборудования 220 кВ на генераторном напряжении 35
5 Релейная защита и автоматика 36
5.1 Перечень защит основного оборудования 36
5.2 Продольная дифференциальная защита генератора 37
5.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 40
5.4 Защита от повышения напряжения 42
5.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 43
5.6 Защита от симметричных перегрузок 47
5.7 Дистанционная защита генератора 48
5.8 Защита от перегрузок обмотки ротора 51
6 Компоновка и сооружения гидроузла 54
6.1 Состав и компоновка гидроузла 54
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 54
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 54
6.2.2 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 54
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 56
6.2.4 Определение отметки гребня водослива 57
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 58
6.4 Гашение энергии потока способом отброшенной струи 59
6.5 Проектирование донного водоспуска 61
6.6 Конструирование плотины 61
6.6.1 Определение ширины подошвы плотины 61
6.6.2 Разрезка бетонной плотины швами 62
6.6.3 Быки 62
6.6.4 Галереи в теле плотины 63
6.7 Расчет цементационной завесы и дренажа 63
6.8 Статические расчеты плотины 65
6.8.1 Вес сооружения 65
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 66
6.8.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 67
6.8.4 Давление наносов и грунта 68
6.8.5 Волновое давление и пригруз 71
6.9 Расчет прочности плотины 73
6.10 Критерии прочности плотины 75
6.11 Расчет устойчивости плотины 76
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 78
7.1 Безопасность гитротехнических сооружений 78
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников
Красновишерской ГЭС 78
7.2.1 Общие положения 78
7.2.2 Охрана труда Красновишерской ГЭС 80
7.3 Пожарная безопасность 83
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 83
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 85
7.4 Охрана природы 86
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 87
7.4.2 Водоохранная зона 88
7.4.3 Водоохранные мероприятия на ГЭС 89
8 Технико-экономические показатели 92
8.1 Объем продаж 92
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 92
8.3 Налоговые расходы 94
8.4 Оценка суммы прибыли 95
8.5 Методология и исходные данные, оценка инвестиционного проекта ... 96
8.6 Коммерческая эффективность 96
8.7 Бюджетная эффективность 97
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 97
9 Составление энергетического паспорта и плана мероприятий по
повышению энергоэффективности и энегросбережения на ГЭС 100
9.1 Сокращение собственного потребления электроэнергии ГЭС 100
9.2 Типовая программа энергетических обследований гидростанций 101
9.2.1 Общие положения 101
9.2.2 Анализ состава оборудования, условий и режимов работы ГЭС ... 102
9.2.3 Оценка состояния технического учета и отчетности 103
9.2.4 Оформление результатов энергетического обследования 104
9.3 Общая структура расхода электроэнергии на электростанции 104
9.4 Потери электроэнергии в станционной электрической сети
Красновишерской ГЭС 105
9.5 Перечень мероприятий по энергосбережению и повышению
энергоэффективности Красновишерской ГЭС 106
9.5.1 Перечень обязательных мероприятий 106
9.5.2 Организационные мероприятия 107
Заключение 108
Список использованных источников 110
Приложения А-Г 114-126
Гидроэнергетические ресурсы — возобновляемый источник энергии, связанный с круговоротом воды в природе. Это наиболее экологически чистый источник энергии из промышленно доступных, не создающий эмиссии углекислого газа и вредных веществ в атмосферу.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин гидростанций достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Себестоимость электроэнергии произведенной на ГЭС, не зависит от колебаний цен на традиционное топливо: уголь, газ, мазут, уран. В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту электрического тока в энергосистеме.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
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 данной дипломной работе спроектирована гидроэлектростанция с наиболее подходящими оборудованием, сооружениями, их компоновкой.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин гидростанций достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Себестоимость электроэнергии произведенной на ГЭС, не зависит от колебаний цен на традиционное топливо: уголь, газ, мазут, уран. В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту электрического тока в энергосистеме.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
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 данной дипломной работе спроектирована гидроэлектростанция с наиболее подходящими оборудованием, сооружениями, их компоновкой.
Проектируемая Красновишерская ГЭС в Пермской области будет является стратегией социально-экономического развития края. Так как край обладает большим количество запасов ценных минералов. В перспективе развития края предусмотрено строительства горно-обогатительных комплексов по добычи золота. Источником энергии, которых будет проектируемая ГЭС. Проектируемая ГЭС положительно повлияет на развитие региона.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Красновишерского гидроузла на реке Вишера, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 415 МВт и среднемноголетняя выработка 3,124 млрд. квтш.
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 -70,47м;
расчетный - 64 м; минимальный - 45,43 м.
4 турбины типа РО75-В. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ-225000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные расходы пропускаются через донный водоспуск. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля
- станционная бетонная плотина .
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы 58,6 м
- отметка подошвы водосливной плотины - 117 м;
- число водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий в свету - 8 м;
- отметка гребня - 202,6 м;
- ширина гребня - 34,82 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока происходит свободно отброшенной струей. .
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,30 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Красновишерского 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 - 55 месяцев;
- себестоимость - 0,08 руб/кВтш;
- удельные капиталовложения — 2 1 663,90 ру б /к В т.
Таким образом, строительство Красновишерского гидроузла в настоящее время является актуальным.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Красновишерского гидроузла на реке Вишера, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 415 МВт и среднемноголетняя выработка 3,124 млрд. квтш.
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 -70,47м;
расчетный - 64 м; минимальный - 45,43 м.
4 турбины типа РО75-В. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ-225000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные расходы пропускаются через донный водоспуск. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля
- станционная бетонная плотина .
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы 58,6 м
- отметка подошвы водосливной плотины - 117 м;
- число водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий в свету - 8 м;
- отметка гребня - 202,6 м;
- ширина гребня - 34,82 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока происходит свободно отброшенной струей. .
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,30 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Красновишерского 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 - 55 месяцев;
- себестоимость - 0,08 руб/кВтш;
- удельные капиталовложения — 2 1 663,90 ру б /к В т.
Таким образом, строительство Красновишерского гидроузла в настоящее время является актуальным.