Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Компоновки деривационных ГЭС

В 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;
- деривационный канал, подводящий воду к зданию ГЭС;
- в верховой части канала расположен головной узел, включающий водозабор и быстороток;
- водосброс, выполненный в виде водосливной гравитационной плотины (береговые секции гравитационной плотины - глухие).

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;
— приплотинная Перепадная ГЭС-1;
— три однотипных русловых ГЭС - Перепадные II, III, IV, расположенные на отводящем канале, впадающем в Черное море.

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.
Использованная на Ингури ГЭС вода сбрасывается через отводящий туннель не в ту же реку, а в Гальское водохранилище Перепадной ГЭС I на реке Эрисцкали. Гальское водохранилище Перепадной ГЭС-1 на реке Эрисцкали образовано каменно-земляной плотиной высотой 57,5 ми длиной по гребню 890 м. На водохранилище возведен водоприемник (три пролета по 8 м каждый). Из водоприемника вода по трем ниткам турбинных водоводов (диаметр каждого водовода 6 м, длина 218 м) подводится к зданию ГЭС, в котором установлены три гидроагрегата с вертикальными поворотно-лопастными турбинами мощностью 73,3 МВт каждая. Из здания ГЭС вода попадает в отводящий канал длиной 22,6 км.

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;
— водосбросное сооружение, состоящее из 15 секций бетонной водосбросной плотины, с поверхностным водосливом общей длиной по гребню 483 м и высотой 44 ми из быстротока, разделенного продольными быками на три пролета; перепад уровней воды на быстротоке около 150 м при его длине 500-600 м; общий перепад между уровнем воды в водохранилище и уровнем нижнего бьефа ниже быстротока около 200 м;
- левобережная бетонная контрфорсная плотина;
- левобережная каменно-набросная плотина общей длиной 1984 м и высотой 70 м;
- левобережная земляная плотина высотой 30 м и длиной по гребню 2294 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.

Экспертиза

на главную