Сокращённый паспорт Забайкальской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водноэнергетические расчеты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Определение максимальных расчетных расходов 14
2.1.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 15
2.1.3 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 17
2.2.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 17
2.2.2 Водноэнергетические расчёты режима работы ГЭС 20
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 20
2.2.4 Построение баланса мощности системы 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Построение режимного поля 23
3.2 Выбор гидротурбины 25
3.2.1 Выбор системы и типа гидротурбины 25
3.2.2 Выбор отметки расположения рабочего колеса 29
3.3 Определение геометрических размеров проточной части 32
3.4 Заглубление водозабора на величину воронкообразования 32
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 33
3.6 Расчет вала на прочность 33
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 34
3.8 Выбор геометрических размеров машинного зала 34
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.3 Выбор сечения воздушных проводов 39
4.4 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчета ... 40
4.5 Выбор схемы РУ 42
4.6 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов 43
4.7 Выбор и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников 45
4.7.1 Выбор выключателей и разъединителей в цепи 13,8 кВ 46
4.7.2 Проверка трансформаторов тока в цепи 13,8 кВ 48
4.7.3 Проверка трансформаторов напряжения в цепи 13,8 кВ 48
4.7.4 Выбор ограничителей перенапряжения 49
4.8 Выбор параметров ОРУ 220 кВ 49
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 220 кВ 49
4.8.2 Проверка трансформаторов тока в цепи 220 кВ 50
4.8.3 Проверка трансформаторов напряжения в цепи 220 кВ 51
4.8.4 Выбор ограничителей перенапряжения 51
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 52
5.2 Расчёт номинальных токов 52
5.3 Перечень защит основного оборудования 53
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 54
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора 55
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 57
5.7 Защита от повышения напряжения 60
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.9 Защита от симметричных перегрузок статора 64
5.10 Дистанционная защита генератора 66
5.11 Защита от перегрузки обмотки ротора 70
5.12 Таблица уставок 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 72
6.1 Определение отметки гребня глухой плотины 72
6.2 Гидравлический расчет плотины и НБ 74
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 74
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 76
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 77
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 79
6.2.5 Гашение энергии потока способом свободно отброшенной струи 81
6.3 Конструирование плотины 83
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 86
6.3.3 Быки 86
6.3.4 Галереи в теле плотины 86
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 86
6.3.6 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 87
6.4 Фильтрационные расчеты 89
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.5.1 Вес сооружения и затворов 89
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 90
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.5.4 Сила фильтрационного давления 91
6.5.5 Давление наносов 92
6.5.6 Волновое давление 92
6.6 Расчёт прочности плотины 93
6.6.1 Определение напряжений для основного расчетного случая 93
6.6.2 Критерии прочности плотины 95
6.6.3 Расчет устойчивости плотины на сдвиг 96
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 97
7.1 Требования по охране труда и техники безопасности 97
7.2 Пожарная безопасность 99
7.3 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Забайкальского ГУ 101
7.3.1 Воздействия на природную среду в строительный период 101
7.3.2 Отходы, образующиеся при строительстве 102
7.3.3 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 103
7.3.4 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 104
7.3.5 Водоохранная зона 105
7.3.6 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 105
8 Технико-экономические показатели 107
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 107
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 107
8.3 Налоговые расходы 109
8.4 Оценка суммы прибыли 110
8.5 Оценка инвестиционного проекта 111
8.5.1 Методология, исходные данные оценки инвестиционного проекта 111
8.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 112
8.5.3 Бюджетная эффективность 112
9 Особенности работы ГЭС на оптовом рынке электроэнергии и мощности .. 113
9.1 Экономическая характеристика региона 113
9.2 Анализ динамики производства и потребления электроэнергии энергосистемы Забайкальского края 114
9.3 Состав ОРЭМ 117
9.3.1 Порядок получения статуса субъекта оптового рынка 117
9.3.2 Рынок электроэнергии 118
9.3.3 Рынок мощности 118
9.3.4 Технические требования к генерирующему оборудованию участников оптового рынка 119
9.4 Риски проекта строительства Забайкальской ГЭС 120
9.5 Анализ изменений проекта Забайкальской ГЭС 122
9.6 Анализ безубыточности проекта Забайкальской ГЭС 123
9.7 Прогнозирование цен на электроэнергию в ОЭС Сибири 124
9.8 Влияние ограничений перетока мощностей в контролируемых сечениях на изменение цены РСВ в ОЭС Сибири 125
9.9 Выводы 126
Заключение 128
Список используемых источников 130
Приложения А - Г 133
Гидроэнергетика - это одна из составляющих электроэнергетики России. Эта отрасль предоставляет системные услуги (частоту, мощность) и является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90 % резерва регулировочной мощности. Преимуществом ГЭС над другими станциями является маневренность и способность быстро и существенно увеличивать объем выработки электроэнергии для покрытия пиковых нагрузок. У России большой гидроэнергетический потенциал, что подразумевает значительные возможности развития отечественной гидроэнергетики.
Цель дипломного проекта - на основе теоретических знаний, полученных в ходе обучения, а также путем креативных решений проработать основные этапы проектирования гидроэлектростанции.
Возведение Забайкальской ГЭС является уникальной в своем роде деятельностью, цель которой - выработка уникального товара - электрической энергии и мощности, и последующая реализация его на ОРЭМ. Необходимость строительства Забайкальской ГЭС обоснована развивающейся промышленностью Забайкальского Края. Этот регион занимает лидирующие позиции в стране по запасам урана, меди, тантала и золота. На данный момент разрабатывается лишь малая часть природных богатств территории, но проводится большая работа по привлечению инвесторов для освоения недр и развития инфраструктуры. В ближайшем будущем планируется реализация следующих проектов: Быстринский ГОК, Бугдаинский ГОК, Удоканский ГОК.
В работе рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Забайкальской ГЭС, с плотиной высотой 51,00 м на реке Шилка, являющейся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Q0,i% = 9270 м3/с , Qo,oi% = 11661 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была выбрана установленная мощность Забайкальской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки в период межени и половодья. Установленная мощность составила 402 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 384,15 м. Полезный объем при отметке НПУ составляет 11,91 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,41 млрд. кВт-ч.
На втором 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 - 43,00 м; расчетный - 32,50 м; минимальный - 27,10 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1110 м3/с.
Была выбрана турбина типа ПЛ50 - В - 560. По результатам расчетов оптимальным оказался вариант с шестью гидроагрегатами, диаметром рабочих колес 5,6 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 850/190-48 с номинальной активной мощностью 72,5 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 10 присоединений (6 блоков, 4 отходящих воздушных линии) - "две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-80000/220, трансформаторы собственных нужд ТМН-6300/15-У1.
Затем был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Забайкальская ГЭС спроектирована по приплотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с отлетом струи;
- глухая бетонная плотина;
- станционная часть;
- правобережная и левобережные бетонные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины- 38,30 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 350,00 м;
- отметка гребня водослива - 385,00 м;
- число водосливных отверстий - 8;
- ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
- отметка гребня - 401,00 м;
- ширина гребня - 17,40 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,26 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Забайкальской ГЭС отвечает требованиям надежности.
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:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 15 коп/кВт ч;
- удельные капиталовложения - 105849,1 руб/кВт.
- срок окупаемости 81 месяц.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Забайкальской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
