Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii

Из изложенного следует, что многоотраслевое хозяйство страны требует

при использовании водотока создания комплекса гидротехнических

сооружений, объединенных общими водохозяйственными и энергетическими

целями, который, как уже было сказано, называют гидроузлом. В состав

современного комплексного гидроузла, как правило, входят все типы гидротехнических сооружений, перечисленные в главе 3. Компоновка - это

схема размещения и взаимная увязка между собой гидротехнических

сооружений гидроузла.

Компоновка сооружений гидроузла во многом определяется величиной

напора на него и выбранным типом плотины, а также теми задачами, которые

решает гидроузел.

По величине напора гидроузлы делятся на:

-низконапорные (// < 10 м);

-средненапорные (Яне выше 40 м);

-высоконапорные (Яболее 40 м).

Одинаковых условий для возведения ГЭС нет. Поэтому практически все

гидроэлектростанции являются уникальными сооружениями. Тем не менее,

можно выделить три наиболее распространенных компоновки

гидротехнических сооружений гидроэлектростанций.

4.1.1. Приплотинные гидроэлектростанции

Приплотинные компоновки характерны для средне- и

высоконапорных ГЭС, расположенных на крупных реках. Как правило, приплотинные гидроэлектростанции возводятся на скальных грунтах, так как

сооружения высоконапорных ГЭС оказывают значительное давление на

основание.

Большинство крупных гидроузлов мира приплотинные, в том числе

крупнейшие вмире ГЭС «Три ущелья» иИтайпу(рис. 1.3), крупнейшиеГЭССибири

- Братская, Усть-Илимская, Красноярская (рис. 1.1), Саяно-Шушенская (рис. 1.2).

Силовое здание приплотинной ГЭС располагается в нижнем бьефе,

непосредственно за плотиной. Водопроводящими сооружениями являются

турбинные трубопроводы, проходящие в теле плотины (Мамаканская, Братская,

Усть-Илимская, Токтогульская ГЭС), либо смонтированные на низовой грани плотины (Красноярская, Саяно-Шушенская, Чиркейская ГЭС). Водосбросные сооружения - либо поверхностные, глубинные и донные водосбросы в теле плотин, либо туннельные или открытые береговые водосбросы в обход плотин.

На рис. 4.1 изображен типичный приплотинный гидроузел. В его состав

входят: здание ГЭС (1); гравитационная плотина, состоящая из четырех участков - двух глухих береговых (3), станционного (4) и водосбросного (5);

водосбросная плотина разделена быками на четыре пролета; каждый пролет перекрывается своим отдельным затвором.

108

На низовой грани станционного участка плотины расположены

турбинные водоводы (2), подводящие воду к турбинам, установленным в

подводной части здания ГЭС. В состав гидроузла, рис. 4.1, входит также на¬

соснаястанция(6) длязабораводы наорошениеи водоснабжение иводоводы (7),

предназначенные для подачи забираемой воды к потребителю.

Рис. 4.1 Приплотинный гидроузел

На рис. 4.2 - 4.4 показаны план и разрезы крупнейшего в мире

строящегося гидроузла «Три ущелья» на реке Янцзы (Китай) с приплотинной

компоновкой сооружений.

Значение гидроузла «Три ущелья» для Китая трудно переоценить.

Достаточно отметить лишь одну из проблем, которую призван решить этот

уникальный гидроузел. В течениедвух тысячелетий (начиная от династии Хань)

в среднем течении Янцзы было зарегистрировано 214 трупных наводнений. В XX

веке произошло три катастрофических наводнения: в 1931 году было затоплено

3.4 млн гектаров земли, погибло 145 тысяч человек; в 1935 году было затоплено

1.5 млн. гектаров, погибло 142 тысячи человек; в 1954 году было затоплено

3,2 млн. гектаров, погибло 30 тысяч человек; пострадало 18,9 млн. человек.

Гидроузел «Три ущелья» призван решить четыре главных задачи,

имеющих большое значение для экономики Китая:

-защита региона от наводнений;

-обеспечение судоходства в среднем течении реки Янцзы с годовым объемом

грузов 50 млн. тонн;

-производство 84 млрд. кВт•ч электрической энергии в год, что эквивалентно примерно семи тепловым станциям с установленной мощностью 2,4 млн.

кВт каждая, сжигающих примерно 50 млн. тонн угля в год;

- орошение (общая длина магистральных оросительных каналов в проекте

«Три ущелья» составляет 600 км).

109

Русловая компоновка характерна для крупных Волжских гидроузлов.На

В состав гидроузла, показанного на рис. 4.5, в качестве водоподпорного

сооружения входит также судоходный шлюз, состоящий из камеры шлюза (4);

верхней и нижней голов (5), оборудованных створными воротами, и подходных

каналов (6).

Рис. 4.5 Русловой гидроузел

На рис 4.5 показаны также три безнапорных сооружения- продольные устои (стенки) (7). Их назначение - обеспечение благоприятного

гидравлического режима подвода воды к зданию ГЭС и отвода ее от

водосбросной плотины и здания ГЭС.

рис. 4.6, 4.7 приведены план и разрез по оси гидроагрегатов Волжской

(г. Жигулевск) ГЭС. Волга в створе Волжской ГЭС очень многоводная река.

При строительстве ГЭС было необходимо обеспечить пропуск расходов воды

85000 м3/с (повторяемостью один раз в 1000 лет). Эта цифра является по сей

день рекордной для гидроузлов, возведенных на мягких, легко размываемых

(песчаных) грунтах. Отмеченная особенность существенно повлияла на

компоновку и конструкцию основных сооружений Волжской ГЭС.

Общая длина напорного фронта гидроузла 5,5 км. В состав напорного фронта гидроузла входят (рис. 4.6):

-примыкающее к правому берегу русловое здание ГЭС (3) длиной 600 м;

-намывная земляная плотина (4) общей длиной 2800 м (в том числе участок

длиной 1500 м, перекрывающий русло, и участок длиной 1300 м,

располагающийся на левобережной пойме);

-водосливная бетонная плотина (2) длиной около 1000 м;

-два однокамерных двухниточных судоходных шлюза (1 и 5).

4.1.3. 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.

На рис. 4.8 показана компоновка деривационного гидроузла с открытой деривацией.

Рис. 4.8 Гидроэлектростанция с деривационным каналом

Всостав гидроузла, показанного на рис. 4.8 входят:

-здание ГЭС (1), расположенное не поперёк, а вдоль реки;

-деривационный канал (4), подводящий воду к зданию ГЭС;

-в верховой части канала (4) расположен головной узел, включающий водозабор (2) и быстороток (3);

-водосброс (6), выполненный в виде водосливной гравитационной плотины

(береговые секции (5) гравитационной плотины- глухие).

Всоставе гидроузла имеется также быстроток (3) в низовой части

подводящего деривационного канала, оборудованный сегментным затвором.

114

При

открытом

затворе

быстроток

позволяет

опоражнивать

подводящий

канал,

минуя здание ГЭС, и служит дополнительным водосбросом	при
паводках и половодьях, на быстротоке гасится часть энергии воды.

высоких

Рис

.

4.9

Внешний

вид

деривационной

Гюмушской

ГЭС

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.На рис. 4.9	показан внешний вид
станционного узла ГюмушскойТЭС на реке Раздан (Армения).
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

каскадноео строительства показана в гл.7). После

решения (эффективность

ввода севанского каскада в

115

	эксплуатацию стал резко понижаться								. Чтобы
						уровень воды в озере Севан				озера
	избежать	экологической		катастрофы		—	исчезновения		крупнейшего
											в
								туннель для переброски
			построить		49 километровый
	, пришлось				-
	Армении
	озеро стока реки Арпа.

*

Рис.

4.10

Шахтный

	»
гМаргаритка
водосброс <
Татевской ГЭС

на

деривационной

На рис.4.10

показан

головной

узел шахтного водосброса

Татевской

ГЭС

падает в

вертикальную

. Излишек воды

из водохранилища

на реке Воротан

узел водосброса имеет в

шахту, переходящую в напорный туннель. Головной

». Татевская

ГЭС - одна из

плане

шестилепестковую

форму «маргаритки

напор 576 м). На

ней

самых

высоконапорных

в СССР

(

максимальный

самыми

мощными

в СССР ковшовыми

три

гидроагрегата с

установлены

.

(единичной мощностью

,4 МВт), см.главу 5

турбинами

52

Для зачастую с

высокогорий		характерны	гидроузлы с тоннельной
				здания ГЭС.
подземным	расположением

деривацией

и

На рис.	4.11.	показана		подземная	электростанция
) деривацией			.
(туннельной					, входят:
В состав
	гидроузла, показанного на рис. 4.11

с

закрытой

- арочная плотина (1), перекрывающая русло реки;

- подводящий верховой деривационный туннель (3) с

водоприемником

(2)

в

116

головной части подводящего туннеля; верховой деривационный туннель

напорный;

-отводящий низовой деривационный туннель (9) с выходным порталом (10);

низовой деривационный туннель (безнапорный, частично заполненный водой);

-подземное здание ГЭС (7) с тремя гидроагрегатами;

-турбинные водоводы (6), выполненные в виде вертикальных шахт;

-подземное помещение для затворов, перекрывающих выходы из

отсасывающих труб (8).

— г

1	/
J:				S
	о
	7
	Ш	8		Гю
			9	kv

Рис. 4.11 Подземная гидроэлектростанция с закрытой деривацией

В гидроузле на рис. 4.11 имеется, сооружение, не упомянутое в главе 3,

и характерное для гидроузлов с длинной деривацией. Это уравнительная

башня (5). При отсутствии уравнительной башни (5) 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 (5) 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.

На рис. 4.11 показано типичное не гидротехническое сооружение,

характерное для горных гидроузлов-транспортный туннель (11), по которому

пролегает дорога, проходящая по гребню плотины.