Сокращённый паспорт Ключевской 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 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.1.5 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водноэнергетические расчеты 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Определение максимальных расчетных расходов 13
2.1.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
2.1.3 Определение типа регулирования 16
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 21
2.2.4 Построение баланса мощности системы 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Построение режимного поля 24
3.2 Выбор гидротурбины 26
3.2.1 Выбор системы и типа гидротурбины 26
3.2.2 Выбор отметки расположения рабочего колеса 30
3.3 Заглубление водозабора на величину воронкообразования 33
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 33
3.5 Выбор вспомогательного оборудования 34
3.6 Выбор геометрических размеров машинного зала 34
4 Компоновка и сооружения гидроузла 35
4.1 Гидравлические расчёты 35
4.1.1 Определение ширины водосливного фронта 35
4.1.2 Определение отметки гребня водослива 36
4.1.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 38
4.1.4 Построение профиля оголовка водосливной плотины 39
4.1.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 41
4.1.6 Гашение энергии потока способом свободно отброшенной струи .... 42
4.2.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 45
4.2.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 45
4.3 Конструирование плотины 50
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 50
4.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 51
4.3.3 Быки 51
4.4.4 Устои 53
4.4.5 Галереи в теле плотины 53
4.4.6 Дренаж тела бетонных плотин 53
4.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины ... 54
4.5.1 Цементационная завеса и дренаж 54
4.6 Фильтрационные расчеты 56
4.7 Определение основных нагрузок на плотину 57
4.7.1 Вес сооружения и затворов 57
4.7.2 Сила гидростатического давления воды 58
4.7.3 Равнодействующая взвешивающего давления 61
4.7.4 Сила фильтрационного давления 63
4.7.5 Давление грунта 65
4.7.6 Волновое давление 67
4.8 Расчет прочности плотины 67
4.8.1 Определение напряжений для основного расчетного случая 68
4.8.2 Критерии прочности плотины 71
4.8.3 Расчет устойчивости плотины на сдвиг 73
5. Организация и производство гидротехнических работ 74
5.1 Состав сооружений гидроузла 74
5.2 Организация строительства 74
5.2.1 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных
расходов на различных этапах 75
5.2.2 Первый этап 76
5.2.3 Второй этап 80
5.2.4 Третий этап 83
5.2.5 Четвертый этап 84
5.2.6 Пятый этап 84
6 Охрана труда. Мероприятия по охране окружающей среды 86
6.1 Мероприятия по охране природы 86
6.2 Требования по охране труда и техники безопасности 90
6.3 Отходы, образующиеся при строительстве 93
7 Технико-экономические показатели 94
7.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 94
7.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 94
7.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
7.1.3 Налоговые расходы 97
7.2.1 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 98
7.3 Оценка инвестиционного проекта 99
7.3.1 Методология, исходные данные 99
7.3.2 Коммерческая эффективность 100
7.3.3 Бюджетная эффективность 100
7.4 Анализ чувствительности 101
8 Расчёт размера вреда при аварии на ГТС 104
8.1 Общие сведения 104
8.1.1 Основание для проведения расчёта 104
8.1.2 Описание территории расположения гидротехнических сооружений 104
8.1.3 Гидрологические показатели р. Миндерла 105
8.1.4 Основные характеристики гидротехнических сооружений пруда ... 106
8.2.1 Расчёт вероятного вреда в случае аварии гидротехнических
сооружений 106
8.2.2 Оценка степени риска аварий комплекса ГТС 107
8.2.3 Результаты расчета прорана плотины 108
8.3 Расчет вероятного ущерба 110
Заключение 113
Список используемых источников 115
Приложения А - В 117
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.
Проектирование Ключевской ГЭС является уникальной в своем роде деятельностью, цель которой - выработка уникального товара - электрической энергии и мощности, и последующая реализация его на ОРЭМ. Необходимость строительства Ключевской 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 работе рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Ключевской ГЭС, с плотиной высотой 52,00 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: Qo>1% = 9286 м3/с , Qo,oi% = 11679 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была выбрана установленная мощность Ключевской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки в период межени и половодья. Установленная мощность составила 367 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 393,25 м. Полезный объем при отметке НПУ составляет 10,00 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,46 млрд. кВтщ
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 - 43,90 м;
расчетный - 31,30 м;
минимальный - 28,30 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1062 м3/с.
Была выбрана турбина типа РО45 — В — 560. По результатам расчетов оптимальным оказался вариант с шестью гидроагрегатами, диаметром рабочих колес 5,6 м.
Для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 85,7 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1160/180-72 с номинальной активной мощностью 83 МВт.
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 - 352,00 м;
- отметка гребня водослива - 388,00 м;
- число водосливных отверстий - 6;
- ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
- отметка гребня - 407,20 м;
- ширина гребня - 21,00 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 Ключевской 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 - 12 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 98132,41 руб/кВт.
- срок окупаемости 6,5 лет.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Ключевской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
1. Выбор параметров ГЭС: Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов/ Сост. А.Ю.Александровский, Е.Ю. Затеева, Б.И. Силаев; СШФ КГТУ. -Саяногорск, 2005.-114С.
2. Гидравлика./Чугаев Р.Р/ 4-е изд., доп. И перераб.- Л.: Энергоздат. Ленингр. Отд-ние, 1982. - 672с.
3. Гидротехнические сооружения: В Г46 2ч. Ч.2/Л.Н Рассказов, В.Г. Орехов и др.; Под ред. Л.Н. Рассказова.- М.: Стройиздат, 1996. - с.344.
4. Свод правил СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения [Электронный ресурс]. - Введ. 01.01.2013. - ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2008. - Режим доступа: http://www.docs.cntd.ru/1200094156.
5. Гидроэлектростанции: Учебное пособие/ В.И. Брызгалов, Л. А. Гордон. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 541 с.
6. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2т./Под ред. Ю.С. Василева, Д.С. Щавелева. - Т.2. Энергоатомиздат,1990. - 366с.
7. Речные гидротехнические сооружения. Проектирование бетонной водосливной плотины и грунтовой плотины в составе гидроузла : методические указания по выполнению курсового проекта и выпускной квалификационной работы / сост.: Т. А. Лыбина, Н. П. Ульянова, В. Б. Затеев. - Саяногорск ; Черемушки : Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2015. - 64 с.
8. СНиП 3.01.01-85* Организация строительного производства [Электронный ресурс]. - Введ. 1 апреля 1995. - ЦНИИОМТП Госстроя СССР, 1995. - Режим доступа: http://www.docload.rU/Basesdoc/1/1798/index/htm.
9. СТО 17330282.27.140.016-2008 Здания ГЭС и ГАЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования [Электронный ресурс]. - Введ. 10.01.2008. - Гидроэнергетика России, 2008. - Режим доступа: http://www.files.stroymf.ru/Data2/1/4293830.
10. СНиП 2.06.06 -85 Плотины бетонные и железобетонные [Электронный ресурс]. - Введ. 01.01.2013. - ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2008. - Режим доступа: http://www.docs.cntd.ru/1200093819.
11. Производство гидротехнических работ. Часть 1. Учебник для вузов. -
Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. Телешев В. И., Ватин Н.И., Марчук А.Н., Комаринский М.В./Общие вопросы строительства. Земляные и бетонные плотины-488 с.
12. СНиП 2.06.04 - 82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)/Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 46с.
13. Справочник гидроэлектростанций России: Справочное пособие/ Под ред. В.Д. Новоженин. Типография АО «Институт Гидропроект», 1998. - 467с.
14. Справочник по гидравлическим расчетам./ под редакцией П.Г.
Кисилева. “Энергия” Москва 1972.-312стр. 96
15. РД 153-34-03.205-2001 Правила безопасности при обслуживании гидротехнических сооружений и гидромеханического оборудования энергоснабжающих организаций. - М.: НЦ ЭНАС, 2001.-160 с.
16. СНиП Строительная климатоогия. Актуализированная версия СНиП 23-01-99* [Электронный ресурс].- Введ. 01.01.2013. - НИИСФ РААСН, 2012. - Режим доступа: http://www.docs.cntd.ru/document/1200004395.
17. Приказ Ростехнадзора №120 «Об утверждении Методики определения размера вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии гидротехнического сооружения (за исключением судоходных и портовых гидротехнических сооружений)» [Электронный ресурс].- Введ. 29.03.2016. - Ростехнадзор. - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/202879.
18. «Методические рекомендации по оценке риска аварий на гидротехнических сооружениях водного хозяйства и промышленности», 2-е изд., М., «ДАР/ВОДГЕО», 2009.
19. «Постановление Правительства РФ от N 913 "О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах"» [Электронный ресурс].- Введ. 13.09.2016. - Правительство РФ. - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/204671.
20. Федеральный закон от 21 июля 1997 года № 177-ФЗ «О безопасности
гидротехнических сооружений». [Электронный ресурс].- Введ. 21.07.1997. -
Госдума РФ. -Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/15265.