Компоновки деривационных ГЭСВ главе 3 отмечалось, что наряду с плотинными схемами, особенно в горных местностях, реализуются деривационные схемы создания напора. В деривационных гидроузлах расход в основном образуется за счет забора части (или всего) стока из верхового створа реки и переброски его в низовой створ с помощью деривационных каналов (открытая деривация) или тоннелей (водоводов) - закрытая деривация, а напор создается за счет разницы уровней между верховым створом и нижним бьефом после ГЭС. Перед водозабором деривационного гидроузла обычно возводится плотина относительно небольшой высоты, создающая часть напора перед деривацией. Деривация (лат.) - отвод, отклонение. В состав гидроузла входят: - здание ГЭС, расположенное не поперёк, а вдоль реки; В составе гидроузла имеется также быстроток в низовой части подводящего деривационного канала, оборудованный сегментным затвором. При открытом затворе быстроток позволяет опоражнивать подводящий канал, минуя здание ГЭС, и служит дополнительным водосбросом при высоких паводках и половодьях, на быстротоке гасится часть энергии воды. Гидроузлы с открытой деривацией характерны для среднегорий. В России они распространены также на Кольском полуострове и в Карелии, где водотоки представляют собой цепочки озер, соединенных бурными протоками. Протока перекрывается в верховом створе, и вода по деривационному каналу перебрасывается к низовому створу. Примерами таких гидроузлов являются Иовская и Кумекая ГЭС на реке Ковда на юге Кольского полуострова. Значительное число деривационных гидроузлов в СССР было возведено в Армении, Грузии и республиках Средней Азии. Гюмушская ГЭС является самой мощной (224 МВт) и высоконапорной (максимальный напор 297 м) ГЭС Севан-Разданского каскада. Каскад состоит из шести деривационных гидроузлов, использующих сток реки Раздан, вытекающей из озера Севан. Строительство каскада в данном случае является примером недостаточно продуманного решения. После ввода севанского каскада в эксплуатацию стал резко понижаться уровень воды в озере Севан. Чтобы избежать экологической катастрофы — исчезновения крупнейшего озера Армении, пришлось построить 49-километровый туннель для переброски в озеро стока реки Арпа. Излишек воды из водохранилища падает в вертикальную шахту, переходящую в напорный туннель. Головной узел водосброса имеет в плане шестилепестковую форму «маргаритки». Татевская ГЭС - одна из самых высоконапорных в СССР (максимальный напор 576 м). На ней установлены три гидроагрегата с самыми мощными в СССР ковшовыми турбинами (единичной мощностью 52,4 МВт). Для высокогорий характерны гидроузлы с тоннельной деривацией и зачастую с подземным расположением здания ГЭС. В гидроузле имеется сооружение, не упомянутое в главе 3, и характерное для гидроузлов с длинной деривацией. Это уравнительная башня. При отсутствии уравнительной башни возникнет такое явление, как гидравлический удар. При быстром (аварийном) закрытии направляющих аппаратов, обеспечивающих подвод воды к турбинам, вода, движущаяся по инерции по подводящему туннелю, окажет сильное давление на лопатки направляющего аппарата и стенки тоннеля. При наличии уравнительного резервуара давление, передаваемое на направляющий аппарат и конструкцию напорного тракта, снизится за счет того, что при закрытии направляющего аппарата вода из подводящего туннеля поднимется по уравнительной башне в резервуар, расположенный на верху башни. Гидроузел не чисто деривационного, а смешанного (плотинно-деривационного) типа. Напор создается частично арочной плотиной, частично - подводящим туннелем и турбинными водоводами. Для ГЭС той же мощности при отсутствии деривации потребовалось бы разместить плотину в створе выходного портала и была бы необходима более высокая плотина. При отсутствии плотины потребовалась бы более длинная деривация. Соотношение между деривацией и плотиной выбирается из условия минимума стоимости гидроузла. При более длинной деривации и более низкой плотине (или наоборот, при более короткой деривации и более высокой плотине) стоимость гидроузла была бы выше. Крупнейшей в СССР деривационной ГЭС с подземной деривацией и подземным расположением здания ГЭС является Ингури ГЭС, входящая в Ингурский гидроузел (Грузия). Под названием «Ингурская гидроэлектростанция» подразумевается каскад из пяти гидроэлектростанций, в который входят: — крупнейшая в СССР деривационная Ингури ГЭС с подземной деривацией и подземным расположением здания ГЭС; Сооружения Ингури ГЭС располагаются в ущельях двух рек — крупнейшей горной реки Западной Грузии — реки Ингури и относительно небольшой реки Эрисцкали. Реки стекают с Кавказа в Черное море примерно параллельно друг другу. На реке Ингури возведена одна из высочайших в мире арочная плотина высотой 271 м и длиной по гребню 758 м. Рядом с плотиной находится глубинный водоприемник, являющийся началом напорной деривации. От глубинного водоприемника отходит напорный деривационный туннель диаметром 9,5м и длиной более 15 км. По этому туннелю расход перебрасывается из ущелья реки Ингури в ущелье реки Эрисцкали. Уровень воды в начале отводящего канала превышает уровень воды в Черном море более чем на 30 м. Поэтому на отводящем канале сооружены три однотипные гидроэлектростанции Перепадные ГЭС II, III, IV с расчетным расходом 425 м3/с при расчетном напоре 11,2 м. На каждой ГЭС установлено по два горизонтальных капсульных гидроагрегата мощностью по 20 МВт каждый. Рассмотренные выше компоновки гидроузлов (за исключением Ингурского гидроузла) относительно просты. В качестве более сложной компоновки рассмотрим схематично компоновку крупнейшей в мире действующей ГЭС Итайпу на реке Парана. Установленная мощность ГЭС Итайпу 12,6 млн кВт. Напорный фронт ГЭС Итайпу включает в себя: - правобережную земляную плотину длиной по гребню 872 м и максимальной высотой 64,5 м; Как видно из приведенных данных, на ГЭС Итайпу напорный фронт образован плотинами различных конструкций. Такой выбор обусловлен, в основном, действующим напором и видом грунтов основания: наиболее ответственная, наиболее загруженная часть напорного фронта, располагающаяся на скальном основании - высокая (некоторые секции до 190 м) бетонная массивно-контрфорсная плотина; менее загруженная, глухая - каменно-набросная плотина на скальном основании высотой до 70 м; наименее загруженная, располагающаяся на мягких грунтах поймы, глухая земляная плотина. В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г. |