Специальная сталежелезобетонная платформа с "ежовым днищем"

За время эксплуатации водосливной плотины произошло образование вымоин на водобое и рисберме со стороны нижнего бьефа (длина водобоя и рисбермы 100 метров, при этом длина платформ будет не менее 190 метров), в период реконструкции Каховской ГЭС (о чем сообщалось в прессе) проводилось укрепление дна путем засыпки щебнем. Перед установкой платформ необходимо будет провести выравнивание дна в месте водосливной плотины и проверить состояние водобоя.

Платформы прогруженные железобетонными грузами и затопленные "вопьются ежами" в дно из щебня и песка, а плоское днище ляжет на поверхность водобоя, что обеспечит достаточно прочную сцепку, а после бетонных работ будет достигнута полная прочность…

Устойчивость и надежность возведенной гидроэлектростанции будет обеспечено расчетным распределением массы в зоне водосливной плотины, водобоя (за счет массогабаритных показателей водоприемных чаш/вертикальных шахт, агрегатов, других строительных и монтажных конструкций) с учетом воздействия водосброса через проточный тракт и агрегаты, а также крепления специальными трубами* и железобетонными сваями в зоне и за пределами рисбермы с продольно-поперечным фундаментом под днищем и бортами платформ.

Изготовление платформ может быть поручено нашим Херсонским предприятиям, это: Херсонский государственный завод "Паллада" и ПАО "Херсонский судостроительный завод"

Длина 190 метров обусловлена пропускной способностью шлюзов на Днепре, что целесообразно учесть для унификации платформ для возможных реконструкций на "днепровском каскаде" (17,5 м ширина и 190 м длина). На Каховской ГЭС-2 со стороны нижнего бьефа, ограничения по длине не потребуется при условии изготовления и буксировки из Херсонских верфей.

Вспомогательные гидротехнические конструкции может изготовить наше новокаховское предприятие ПАО «Новокаховский завод «Укргидромех»

В методе строительства используются два способа раздельного бетонирования -гравитационный и инъекционный.

Методы бетонирования при новом строительстве на сталежелезобетонных платформах:

Торкретирование бетона - технологический процесс нанесения в струе сжатого воздуха на поверхность конструкции или опалубки одного или нескольких слоев цементно-песчаного раствора (торкрет) или бетонной смеси (набрызг-бетон) (в зарубежной практике носит наименование «шприцбетон»). Благодаря большой кинетической энергии, развиваемой частицами смеси, нанесенный на поверхности раствор (бетон) приобретает повышенные характеристики по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сцеплению с поверхностями нанесения.

Подводное бетонирование - укладка бетонной смеси под водой без производства водоотлива. Применяют следующие методы подводного бетонирования: метод вертикально перемещаемой трубы, метод восходящего раствора, укладку бетонной смеси бункерами, метод втрамбовывания бетонной смеси.

Существует два основных способа подводного бетонирования: вертикального перемещения трубы (ВПТ) и восходящего раствора (ВР) все они применимы при новом строительстве.

Метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) применяют при бетонировании элементов конструкций на глубине до 50 м, защищенных от проточной воды, высокой прочности и монолитности возводимой конструкции.

Метод восходящего раствора ВР применяют при укладке бетонной смеси на глубине до 20 м.

Вакуумное бетонирование Под вакуумным бетонированием понимают метод бетонирования, при котором внутри бетона образуется пониженное давление, в то время как на его поверхность одновременно действует атмосферное давление. При этом из свежего бетона вытягивается часть ненужной для гидратации воды. С помощью особого ухода за свежим бетоном, например, исключается образование усадочных трещин. Получаются плотные и устойчивые против истирания бетонные поверхности. Кроме того, с помощью этого метода уже очень рано достигается высокая прочность, что позволяет ускорить сроки распалубки, возможно раннее использование поверхностей бетона и бетон получает высокую морозостойкость.

В новом методе строительства используются специальные трубы* названые мной поэтическим наименованием "Таврийский Гвоздь".

"Таврийский Гвоздь" в упрощении конструкция этого изделия представляет собой и состоит из двух толстостенных труб (толщиной 30-50 мм) диаметром 400-600 мм и длиной минимум 12-14 метров, наконечника и фланца. Такая форма специальных труб* очень похожа на форму обычного стального гвоздя по этому и получила такое название "Таврийский гвоздь"

На трубах со стороны наконечника выполнены отверстия образующие сопла, как правило 3-4 отверстия на одной горизонтальной линии, последующие отверстия выполняются со смешением на заданный угол. Общее количество, место и форма выполненных отверстий зависит от условий применения. Сопла закрываются вкладышами/заглушками с наружной стороны.

После того как "Таврийский гвоздь" будет "забит" в заданном месте в удалении от водобоя плотины и определенной глубине, будет наполнен бетоном под высоким давлением поскольку плотина стоит на мелкопесчаном основании, в результате чего произойдет выдавливание заглушек и заполнение бетоном вокруг трубы. Возможно в ряде мест, а именно вблизи водобоя потребуется бурение.

Используя подобную технологию, на заданной глубине от дна будет образована "бетонная подушка" удерживающая "таврийские гвозди" в виде стальных армированных и забетонированных труб, также будут забетонированы железобетонные сваи (забитые вблизи), а совместно с продольно-поперечными бетонными подушками под днищем и между бортами платформ/суден на дне обеспечат надежное основание под зданием гидросооружения.

Возведение гидроагрегатов ГЭС на специальных платформах со стороны верхнего бьефа (вариант ZP2) по стоимости и затратам будет наиболее выгодным за счет меньшего использования специальных труб ("Таврийских гвоздей"), обсадных труб, свай и бетона/бетонных работ.

Это преимущество может быть использовано на Киевской и Каневской ГЭС.

Суммарная установленная мощность станции Киевской ГЭС  408,5 МВт (11×22 МВт и 9×18,5 МВт). После реконструкции (завершена в 2012 году) установлены гидроагрегаты СГК 630/160 м, мощность 20×22 МВт (440 МВт). Среднегодовая выработка  790 млн кВт·ч, при максимальном напоре 12 метров. На гидроагрегатах установлены горизонтально-капсульные поворотно-лопастные турбины производства ОАО «Турбоатом» (Харьков) и генераторы производства ГП завод «Электротяжмаш» (Харьков). Капсульные горизонтальные гидроагрегаты применены на Киевской ГЭС впервые в Советском Союзе. Это позволило спроектировать здание ГЭС, объединённое с водосливом и отказаться от строительства отдельной водосливной плотины.

Аналогично на Каневской ГЭС: Суммарная установленная мощность станции — 444 МВт (24х18,5 МВт). Среднегодовая выработка — 972 млн кВт·ч, при напоре 7,4-11 метров (максимальный 15,7 м.). На гидроагрегатах установлены горизонтально-капсульные поворотно-лопастные турбины мощностью 19,2 МВт производства ОАО «Турбоатом» (Харьков) и генераторы мощностью 18,2 МВт напряжением 3,15 кВ, производства ГП завод «Электротяжмаш» (Харьков). Распределительное устройство базируется на нескольких блоках с трансформаторами мощностью 80МВА (80 000кВА), отдающих энергию на напряжении в 110 кВ.

Плотина станции образует Каневское водохранилище. Протяжённость напорного фронта 16,7 км, пропускная способность 19300 м³/сек, при напоре 7,2 метра.

Именно гидроагрегаты СГК 630/160 м мощностью 22 МВт могут быть взяты за основу для применения на Каховской ГЭС-2. Имея 28 водосливов потребуется 28 специальных сталебетонных платформ/суден, при этом можно задействовать 22-24 водослива под установку агрегатов, назначение и использование оставшихся 4-6 водосливов будут задействованы для рыбоподъемника (на водосливах №1, 2, 3, возможно №4) и для водозабора (плотинного водозабора башенного типа на водосливе №28)

Вводить в строй поэтапно, первый этап по 10-12 агрегатов со стороны нижнего и верхнего бьефа 250+250 МВт, что составит 500 МВт. (что в два раза больше проектного решения "Укргидропроекта" 250-270 МВт). Безусловно "работа на одном проточном тракте" снизит пропускную способность (хотя горизонтальные гидроагрегаты обладают высокой пропускной способность по сравнению с вертикальными), но это может сказаться только на время работы гидроагрегатов (вместо проектного 2 часа/максимум 4 часа, будет около 3 часов, максимум 5-6 часов). Главное преимущество этой компоновки работы в пиковый и остро пиковый период.

При этом в предлагаемом мной решении имеется вариант применения верхнего и нижнего проточного тракта на ГЭС со стороны верхнего бьефа, канал верхнего проточного тракта образованный сталежелезобетонной платформы будет не менее 150 метров, что обеспечит достаточную подачу потока через водослив на агрегаты с нижнего бьефа гидроэлектростанции. Такая компоновка позволит впервые на "Днепровском каскаде" применить ортогональные турбины не только в максимальной близости к водосливу со стороны верхнего и/или нижнего бьефа с регулированием зазора "рабочего колеса" по вертикали и горизонтали, а также ортогональные турбины могут быть размешены вдоль всего верхнего проточного тракта (протяженностью не менее 150м.) с регулировкой зазора "рабочего колеса" по вертикали. Что также увеличит установленную мощность ГЭС при высокой степени маневрирования мощностями и расходом при выработки электроэнергии в пиковый и полупиковый период.

При установке всех агрегатов со стороны верхнего и нижнего бьефа мощность составит 506+506 МВт (установленная мощность составит около 1000 МВт) при расходе 5100-5300 м. куб./с., что позволит в остро пиковые периоды на непродолжительный период (в течении одного часа) выдавать полную мощность не используя в работе Каховскую ГЭС (установленной мощности 351 МВт (6х58,5 МВт) при расходе 2600-2900 м. куб./с.

Хорошим преимуществом предлагаемой компоновки (два гидроагрегата на одном проточном тракте с разделением на верхний и нижний проточный тракт и последовательная установка в потоке верхнего проточного тракта/канала ортогональных турбин/гидроагрегатов) позволит обеспечить установленную мощность для работы в остро пиковые и пиковый период:

Новокаховской ГЭС 1000-1100 МВт + Каховская ГЭС 351 МВт;

Киевской ГЭС 900 МВт;

Каневской ГЭС до 950 МВт.

Таким образом суммарная установленная мощность будет эквивалентно трем(!) блокам ВВЭР-1000 АЭС, по сути три гидроэлектростанции будут способны обеспечить выработку электроэнергии в остро пиковый и пиковый период, сопоставимый с работой Ровенской АЭС в непиковый период.

Данный метод строительства и реконструкции на увеличение установленной мощности будет позитивным для промышленных предприятий Украины.

Приведу для примера, реконструкции Каховского гидроузла потребуется 28х2 (56 сталежелезобетонных платформ) плюс еще 3-4 платформы для строительства рыбохода. На первый этап реконструкции потребуется 20-24 гидроагрегата типа СГК 630/160 м мощностью 22 МВт. Потребуется разработка и производство ортогональных турбин и генераторов (вполне возможно, что генераторы для ортогональных турбин может поставить новокаховское предприятие АО "ЗКЭМ", а ортогональные турбины/рабочие колеса ПАО «Новокаховский завод «Укргидромех»), эти же предприятия самостоятельно или в кооперации смогут произвести "Таврийские гвозди"…

При завершении полной реконструкции потребуется еще 20-24 горизонтальных агрегатов от харьковских ОАО «Турбоатом» и ГП завод «Электротяжмаш».

Аналогично для реконструкции Киевской и Каневской ГЭС потребуется 44 сталежелезобетонных платформы и 44 горизонтальных гидроагрегата. Плюс гидроагрегаты с ортогональными турбинами (рабочим колесом).

На строительстве при новом способе будет достигнута экономия за счет отсутствия крупномасштабных земляных работ. Поскольку, возведение временных перемычек/дамб со стороны нижнего и верхнего бьефа и разработки котлована под здание/машинный зал ГЭС составляю порядка 55 мил. евро. Строительство водоприемника ГЭС, напорные водоводы, подводящий и отводящий канал составят около 28,5 мил. евро., здания ГЭС 23 млн. евро.

По этому при строительстве по новому/предлагаемому методу без возведения перемычек со стороны верхнего и нижнего бьефа, разработки котлована и прочие вспомогательные работы позволит на этих работах/затратах сэкономить порядка 60-70 мил. евро. А само строительство можно завершить за 2-3 года вместо проектного сроком в 6 (шесть!) лет.