Каскади ГЕС і водосховищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Каскади ГЕС і водосховищ

Вступ

Розвиток гідроенергетики здійснюється головним чином за рахунок каскадного освоєння водних ресурсів. В цих умовах гідроенергетичні ресурси окремих річок використовуються не однією гідроелектростанцією, а декількома, послідовно розміщені одна за одною. При цьому в каскаді можуть бути як гребельні, так й дериваційні гідроелектростанції.

Як показує практика, каскадні схеми дозволяють повніше і економічне використовувати енергетичний потенціал річки, оскільки вони, зокрема, зменшують енергетичні втрати водотоку. Особливе значення при цьому набувають екологічні аспекти. У числі найбільш великих об'єднаних каскадів слід відзначити Ангаро-Єнісейський, в тому числі Саяно-Шушенська ГЕС потужністю 6400 МВт і Красноярська ГЕС 6000 МВт. Це унікальний каскад за своїми енергоекономічні показниками. Другим об'єднаним найбільшим каскадом є Волзько-Камський.

Енергоекономічна ефективність діючих каскадів при заданому природному режимі річкового стоку визначається виключно оптимальним розподілом навантаження між окремими електростанціями системи та характером вимог на воду з боку інших галузей народного господарства, які при цьому повинні виконувати окремі ГЕС.

Крім підвищення енергетичної ефективності каскадні схеми дозволяють істотно підвищити ефективність використання стоку та іншими галузями народного господарства.

Використання водних ресурсів одночасно кількома галузями народного господарства називається комплексним. Комплексне використання забезпечує від даного гідровузла більший економічний ефект, ніж використання його якою-небудь однією галуззю народного господарства.

Учасники (компоненти) комплексного використання утворюють водогосподарський комплекс. Ті з компонентів водогосподарського комплексу, які використовують воду як речовину і вилучають її з даного вододжерела, називаються водоспоживачами. Ця вода після закінчення деякого часу, іноді досить тривалого, може знову вступити в водооборот, але вже в іншому створі або навіть в іншому басейні. При цьому багато водоспоживачів повертають воду суттєво гіршої якості. Ті ж учасники комплексу, які повністю або майже повністю повертають після використання воду тої ж якості (наприклад, ГЕС) або зовсім її не вилучають з водотоку (наприклад, водний транспорт), називаються водокористувачами.

Кожен вид водокористування пред'являє свої вимоги до якості води. Найбільш різноманітні вимоги, що диктуються технологічними процесами виробництва, пред'являє промисловість. Для деяких технологічних процесів до якості води висуваються більш високі вимоги, ніж до питної.

1. Основні схеми використання водної енергії

Є три основні схеми створення зосередженого напору ГЕС: 1) Гребельна схема, коли натиск створюється греблею, 2) дериваційна схема, коли натиск створюється переважно за допомогою деривації, здійснюваної у вигляді каналу, тунелю або трубопроводу, 3) гребле-дериваційна схема, коли натиск створюється і греблею, і деривацією.

Гребельна схема здійснюється переважно при великих витратах води в річці і малих ухилах її вільної поверхні. За допомогою греблі, збудованої у пункті В, створюється підпір води, який поширюється вгору по річці до пункту А. Різниця рівнів води в пунктах А і В дорівнює Ho Дh. Частина загального падіння Дh буде втрачена при русі води у верхньому б'єфі. Зосереджений перепад рівнів, тобто натиск буде дорівнює Н0. У греблі схема залежно від напору ГЕС може бути русловою або пригреблевою.

Руслової називається така ГЕС, у якої будівля ГЕС разом з греблею входить до складу споруд, що створює тиск.

Будівля руслової ГЕС сприймає повний тиск води з боку СБ і повинно задовольняти умові стійкості, як і гребля. Руслова ГЕС може бути побудована при порівняно невеликому напорі.

При середніх і великих напорах, що перевищують діаметр труби більш ніж в 4-5 разів, будівля ГЕС не може входити до складу напірного фронту. У таких випадках будують пригребельну ГЕС, будівля якої розташовується за греблею і не сприймає щільного тиску води. Підведення води до турбін такої ГЕС здійснюється трубопроводами, розміщеними в тілі або поверх бетонної греблі, під земляною греблею або тунелями, які прокладаються в обхід греблі. При дериваційній схемі висота греблі може бути невеликою, забезпечує лише відвід води з річки в деривацію, а зосереджений натиск виходить за рахунок різниці ухилів води в річці і в деривації. На рис. 4 наведена схема ГЕС з деривацією у вигляді відкритого каналу. Гребля створює невеликий підпор. З б'єфу вода по дереваціонному каналу надходить в напірний басейн, звідки вона подається по трубопроводах до турбін ГЕС. Від турбін вода по відводному каналу направляється в річку або деревацію наступної ГЕС або ж в іригаційний зрошувальний канал.

При пересіченому або гірському рельєфі місцевості, деревацію можна виконати у вигляді тунелю, прорізуючого гірський масив, або у вигляді трубопроводу, прокладеного по поверхні землі. Деревація може складатися частково з каналу і тунелю, з трубопроводу і тунелю і т.п.

Існують два типи гідротехнічних тунелів: безнапірні, заповнені водою не повністю, з атмосферним тиском над вільною поверхнею води, і напірні, в яких вода заповнює весь переріз тунелю. У напірному тунелі гідродинамічний тиск навіть в самій верхній точці перетину вище атмосферного. У кінці довгого підвідного напірного тунелю влаштовується зрівняльний резервуар для зменшення гідравлічного удару при різких змінах витрати води, споживаної ГЕС. В кінці підвідного безнапірного тунелю як і наприкінці дериваційного каналу споруджується напірний басейн.

При довгому безнапірному підведенні деривації (канал, безнапірний тунель) в кінці її іноді встановлюється басейн добового регулювання витрати і потужності ГЕС. Якщо річка несе велику кількість великих наносів (пісок), попадання яких в деривацію може викликати небажані наслідки, то на початку підвідної деривації споруджується відстійник. Наноси, що випали у відстійнику, змиваються в річку через промивної канал.

Якщо можливо переохолодження води та утворення внутрішньоводного льоду - шуги, то в разі потреби на головному вузлі, на дериваційному каналі або на напірному басейні споруджують шугосброси. Деривація може бути відводною. При великій довжині відводної деривация часто виконується у вигляді тунелю, коли ГЕС є підземною.

Дериваційні схеми установок вигідні в гірських умовах, при великих ухилах вільної поверхні води в річці і порівняно малих використовуваних витратах, коли при відносно невеликій довжині і малих поперечних розмірах деривації можна отримати великий тиск і велику потужність ГЕС. При сприятливих геологічних і топографічних умовах на гірській річці може бути застосована і гребельна схема. За допомогою греблі можна створити водосховище для регулювання стоку річки.

У гребле - дериваційної схемі використовуються вигідні властивості обох попередніх схем, тобто може бути створено водосховище і використано падіння річки нижче греблі (мал. 6) На використовуваній ділянці річки А-В при незмінній позначці верхнього б'єфу СБ місце розташування греблі може бути різним. Чим вище за течією розташована гребля, тим менше її висота. При цьому зменшується розмір водосховища, тобто зменшується затоплювана територія, але збільшується довжина деривації і збільшуються втрати тиску hA-B. Ретельне техніко-економічне порівняння варіантів дозволяє вибрати найкращий.

2. Каскади гідроелектростанцій і водосховищ

Кілька ГЕС, послідовно розташованих на одному водотоці, утворюють каскад, в якому можуть бути греблі та дериваційні ГЕС. Проектування і здійснення каскадів ГЕС має на меті якомога повніше використання падіння річки та її стоку в інтересах всього народного господарства. При цьому прагнуть за рахунок створення водосховищ найкращим чином зарегулювати стік річок.

Розташування кожного гідровузла, його тиск, обсяг утвореного їм водосховища і т. п. вибираються на основі ретельного вивчення природних умов та всебічного техніко-економічного аналізу. Для того щоб використовувати можливо більший стік на даній установці, створ греблі прагнуть розташувати нижче великого припливу, а для зменшення шкоди від затоплення створ греблі вибирають вище великих міст. При виборі створу греблі часто вирішальне значення мають топографічні і геологічні умови.

При спорудженні каскаду ГЕС зазвичай виявляється доцільним деякий підпір вище розміщенні сходинки, завдяки чому падіння річки використовується більш повно і може здійснюватися глибоке добове регулювання потужності ГЕС без істотних коливань рівня НБ.

На рис. приведена схема Волзько-Камського каскаду ГЕС і водосховищ. Річка Волга має довжину 3690 км і загальне падіння 250 м. Ступінчастої лінією показані проектні рівні води після здійснення всієї схеми реконструкції Волги.

Каскади ГЕС побудовано на багатьох річках - Єнісеї, Ангарі, Іртиші, Камі, Свірі, Вуоксе, Дніпрі, Сирдар'ї, Нарині, Чирчик, Курі, Ріоні, Інгурі, Сулак і ін.

3. Комплексне використання водних ресурсів

Для багатьох районів вода визначає розвиток і спеціалізацію народного господарства. Особливої гостроти набуває проблема прісної води для комунального і промислового водопостачання і потреба у воді для зрошення і обводнення земель.

Використання водотоку тільки в енергетичних цілях можливо лише в тих випадках, коли потреба інших галузей народного господарства більш економічно задовольняється без використання даного водотоку. Найчастіше водотік вигідно використовувати в інтересах декількох галузей народного господарства. Можна виділити основні напрямки використання водних ресурсів:

1) водопостачання (комунальне, промислове, водопостачання теплових електростанцій) з подальшим відведенням води (каналізація);

2) зрошення (іригація) і обводнення земель;

3) гідроенергетика (використання механічної енергії водних потоків);

4) використання водного середовища для транспорту і лісосплаву;

5) використання водного середовища для рибного господарства;

6) використання річок і водойм для відпочинку населення і спорту.

Водотоки і водойми використовуються також як приймачі надлишкової води, що відводиться з осушуваних територій; приймачі промислових та господарських побутових стоків, які заздалегідь повинні бути майже повністю очищені згідно з вимогами санітарної охорони. Водотоки і водойми можуть бути використані для біохімічного самоочищення води, забрудненої цими, певною мірою очищеними стоками.

Поряд з використанням водних джерел доводиться вести боротьбу зі шкідливими впливами - з повенями, селевими (грязьовими) виносами, зсувами, утворенням ярів, розмивом берегів водосховищ, ерозією ґрунтів, що полягає у змивах цінних ґрунтів і т.п.

У водному господарстві виділяють водоспоживачів і водокористувачів. Водоспоживачі використовують велику частину води без повернення її у водне джерело, як наприклад, при зрошенні полів. Водокористувач повністю або майже повністю повертає воду тої ж якості. Наприклад, вода, використана для вироблення електричної енергії на ГЕС, знову повертається в річку.

Використання водних ресурсів для задоволення потреб декількох галузей народного господарства називають комплексним. У комплексному гідровузлі гребля і створюване нею водосховище служать для задоволення потреб декількох галузей народного господарства. До складу гідровузла входять також галузеві (специфічні) споруди учасників комплексного використання даного водотоку, наприклад будівля гідроелектростанції, судноплавний шлюз, водоприймач для водопостачання, водоприймач для зрошення земель, споруди для пропуску мігруючих риб і т.п. Для реалізації ефекту комплексного гідровузла необхідно побудувати супутні споруди - підвищуючу підстанцію і лінію електропередач від ГЕС до приймальної підстанції, іригаційний канал, трубопровід, тунель або канал для водопостачання і т.п.

Комплексний гідровузол разом із супутніми спорудами називається комплексною водогосподарською системою або скорочено водогосподарським комплексом. При об'єднанні водного господарства декількох комплексних гідровузлів утворюється об'єднана комплексна водогосподарська система. Склад учасників та параметри водогосподарського комплексу повинні бути економічно обґрунтовані. У комплекс не повинні включатися ті водоспоживачів і водокористувачі, потреби яких більш економічно задовольняються поза даним водогосподарського комплексу. Ефективне вирішення проблеми комплексного використання водних ресурсів, вибір оптимальних параметрів і режиму роботи комплексу можливі тільки на основі глибокого і всебічного аналізу великого кола питань з урахуванням перспектив розвитку народного господарства та окремих його галузей. Найважливішими питаннями є визначення економічної ефективності комплексу та узгодження вимог, які часто суперечать одна одній окремих учасників комплексу до використання водних ресурсів.

Для більшості основних водоспоживачів і водокористувачів потрібна споруда водосховищ. У підвищенні використання річок у маловодні сезони й у маловодні роки зацікавлені іригація, водопостачання, гідроенергетика, органи санітарної охорони річок т. п. Однак для гідроелектростанцій вода потрібна в більшій мірі взимку, коли потреба в електроенергії найбільша, а для зрошення землі вода необхідна влітку.

Завдяки високим маневревим якостям гідроелектростанції використовуються для покриття ранкового та вечірнього піків електричного навантаження. У період нічного і денного (обіднього) зниження електричного навантаження гідроелектростанції працюють з меншою потужністю або зовсім зупиняються. При цьому в нижньому б'єфі ГЕС протягом доби відбуваються різкі коливання витрат і рівнів, а для зрошення полів зазвичай потрібно рівномірна подача води. Для судноплавства також бажані можливо більш постійні рівні. Оптимальним вважається таке задоволення суперечливих вимог окремих водокористувачів та водоспоживачів, який дає найбільший сумарний ефект.

При комплексному використанні водотоку для іригації та енергетики доцільно у верхів'ях річок споруджувати енергетичні водосховища, вода з яких використовується в період великих електричних навантажень (взимку) на можливо великому тиску. У середній і нижній течії річки може знадобитися спорудження іригаційного водосховища, яке заповнюється взимку і дає воду для зрошення полів влітку. Якщо іригаційний водозабір розміщується в нижньому б'єфі гідроелектростанції, яка працює з добовим регулюванням, то нижче ГЕС може знадобитися споруда басейну зворотного добового перерегулювання витрати води для того, щоб забезпечити для зрошення полів рівномірну подачу води протягом доби.

Промислове та комунальне водоспоживання характеризується порівняно рівномірним річним графіком. Для водопостачання промисловості і теплових електростанцій застосовується прямоточна або зворотна циркуляційна система. У прямоточній системі вода забирається з річки, використовується в технологічному процесі промислового підприємства і після відповідного очищення більша частина води знову повертається в річку. При оборотній системі водопостачання відпрацьована вода після очищення знову використовується в технологічному процесі промисловості. З річки або з іншого водного джерела заповнюється лише обсяг води, використаний в якості сировини, води, втраченої на випаровування і фільтрацію, і особливо забрудненої води, що вимагає дуже дорогого очищення. На теплових електростанціях вода використовується для охолодження конденсаторів. У разі оборотної системи відпрацьована вода надходить у ставки-охолоджувачі і охолоджується в градирнях.

Для водного транспорту необхідно забезпечити судноплавні глибини, побудувати шлюзи, суднопідіймачі або Судоходні дороги для переходу судів з верхнього в нижній б'єф і назад. Для підтримання глибин на дрібних ділянках річки, не перекритих підпором від гребель, проводиться днопоглиблення і виправлення русла. Спрацювання водосховищ в навігаційний період обмежується за умовами забезпечення необхідних судноплавних глибин. З цих причин іноді доводиться обмежувати коливання рівнів в нижньому б'єфі ГЕС при добовому регулюванні. У великих водосховищах влаштовуються порти - притулки для відстою судів під час великих штормів.

При греблях в необхідних умовах будуються рибопропускні споруди (рибохід, рибопідйомник) для пропуску прохідних риб у верхів'ях річок до місць їх нерестовища. Необхідно також забезпечувати умови проходу мальків з верхнього в нижній б'єф. У ряді випадків виявляється доцільним спорудження рибозаводів і прибудова штучних нерестовищ нижче гребель. Для заповнення нерестовищ повинні проводитися навесні пропуски води з водосховищ і обмежуватися добове регулювання витрат вищерозміщеної ГЕС з тим, щоб ікринки завжди були у воді. Рибне господарство пред'являє жорсткі вимоги до очищення стічних вод промисловості та комунального господарства. Водосховища з досить чистою водою можуть ефективно використовуватися для розведення відповідних порід риб.

Акваторії і береги водосховища можуть бути використані для спорту і відпочинку населення.

При будівництві гідровузлів на великих річках енергетика буде головним компонентом, що визначає параметри комплексного гідровузла - висоту греблі і ємність водосховища. Другим компонентом є водний транспорт.

водний енергія гідроелектростанція підстанція

Список литератури

Гидроэнергетические установки. Под ред. Д.С. Щавелева. (Учебник для вузов). Л. «Энергия», 1972, 392 с. с илл.

Абдурашитов Ш.Р. Общая энергетика: Учеб. Пособие, издание 2-е, переработанное и дополненное / Ш.Р. Абдурашитов; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа: УГАТУ, 2006. - 334 с.

Размещено на Allbest.ru