10377

УДК 627.22

Февралев А. В. Гидротехническое строительство ГЭС на малых реках [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А. В. Февралев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун – т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2020. – 37 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В пособии описываются малые реки, история использования их гидроэнергии, даются схемы гидроузлов и типизация зданий ГЭС, приводятся конструкции зданий ГЭС на малых реках.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций» для обучающихся по направле- нию подготовки 08.04.01 «Строительство», направленность «Гидротехническое строитель- ство»

Ключевые слова: малые реки, малые ГЭС, гидроузлы, здания ГЭС.

© А. В. Февралев, 2020 © ННГАСУ, 2020

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 4

1.Малые реки: версии классификации……………………………………... 5

2.Гидроэлектростанции на малых реках…………………………………… 7

3.Использование гидроэнергоресурсов малых рек………………………... 9

4.Схемы использования гидроэнергоресурсов…………………………….. 12

5.Гидроузлы на малых реках………………………………………………... 18

6.Здания ГЭС на малых реках………………………………………………. 28

Библиография………………………………………………………………… 35

3

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций» предназначается для обучающихся по направлению

08.04.01 «Строительство», направленность «Гидротехническое строительство».

В рамках изучения этой дисциплины предлагается настоящее пособие,

являющееся разделом названной дисциплины и призванное способствовать бо-

лее глубокого изучения раздела.

В пособии изложены названия разделов дисциплины и их краткое содер-

жание. Для расширения знаний следует прослушать лекции, изучить литерату-

ру, приведенную в пособии, использовать ресурсы Интернета.

4

1. МАЛЫЕ РЕКИ: ВЕРСИИ КЛАССИФИКАЦИИ

Понятие «малая река» имеет множественное толкование. Гидрографиче-

ские критерии, позволяющие выделять малые водотоки из совокупности рек некоторой территории, условны и недостаточны, зависят от историко-

географических традиций. Кроме того, отнесение водотоков к тем или иным категориям (малая, средняя, большая) часто связывают с видом использования их ресурсов.

Наиболее широкое применение для классификации рек имеет разделение их по гидрологическим характеристикам, в связи с чем такая классификация может быть названа гидрологической. Эту классификацию использовал С. В.

Григорьев [Григорьев, 1946]: к малым водотокам были отнесены реки длиной до 200 км для равнинных районов, до 100 км для районов предгорий и до 50 км для горных районов.

Вариант гидрологической классификации рек узаконен ГОСТ 19179-73.

Согласно этому документу, к малым водотокам причисляют реки длиной до

100 км и площадью водосбора до 2000 км2.

СП 33-101-2003 называет малыми реки с площадью водосбора от1000 до

5000 км2.

Другой ГОСТ 17.1.1.02-77 делит водотоки на категории. Малой категории соответствуют реки, площадью водосбора не более 20 тыс. км2 и расходом воды за период низкого стока не выше 5 м3/с.

Использование ресурсов рек наиболее рационально и эффективно в ком-

плексе. Комплексный подход отражен в классификации А. Н. Костякова [Ко-

стяков, 1946]. Классификация рек по совокупности параметров более полно по-

казывает возможности хозяйственного использования их ресурсов.

Интенсивное и зачастую нерациональное использование ресурсов малых рек, увеличивающееся их загрязнение, истощение и даже деградация приводят к необходимости проведения природоохранных мероприятий. Их набор, в су-

щественной степени, зависит от характера влияния хозяйственной деятельности

5

на водотоки. С этой точки зрения малые реки заметно отличаются от средних и крупных рек. Последние максимальное негативное воздействие испытывают от локальных источников загрязнения, тогда как малые реки загрязняются пре-

имущественно за счет рассредоточенных источников. Это обстоятельство мо-

жет служить еще одним критерием отнесения рек к малым.

Таким образом, малыми реками принято считать водотоки некоторой территории длиной не более 200 км, площадью водосбора до 5000 км2, с расхо-

дом до 50 м3/с, имеющие особый характер гидрологических процессов и опре-

деленные возможности хозяйственного использования природных ресурсов, а

также загрязнение которых происходит, в основном, за счет распределенных по длине реки и площади бассейна источников.

Количество малых рек по гидрологической классификации представлено в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Количество малых рек на территории Российской Федерации

6

2. ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА МАЛЫХ РЕКАХ

ГЭС на малых реках, в силу небольших расходов воды, имеют неболь-

шую мощность. По этой причине такие ГЭС называют малыми (МГЭС). Их Российская классификация следующая [ГОСТ Р 51238-98 ]: установленной мощностью: до 100 кВт – Микро ГЭС; до 1000 кВт – Мини ГЭС; до 30000 кВт – Малая ГЭС (при единичной мощности агрегата 5 (10) МВт.

ГОСТ различает основные виды МГЭС:

Чаще всего к МГЭС относят установки мощностью до 10 МВт. В настоя-

щее время в России насчитывается примерно 300 МГЭС общей мощностью около 1,3 ГВт.

Еще отличие МГЭС от ГЭС на малых реках: малые ГЭС могут соору-

жаться в верховьях крупных рек, на сбросах технологических вод промышлен-

ных предприятий, на перепадах мелиоративных каналов, на выпусках вод очистных сооружений и т. п.

Программа развития малой гидроэнергетики РФ предполагает создание до 2020 года на территории России 275 МГЭС общей мощностью 1,86 ГВт.

8

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЭНЕРГОРЕСУРСОВ МАЛЫХ РЕК

Гидроэнергоресурсы (ГЭР) малых рек являются одним из видов их при-

родного потенциала. Они представляют собой энергию поверхностного стока – склонового и руслового (речного). Наибольшее значение имеют ГЭР речного стока, поэтому далее рассматриваются именно эти ресурсы.

Использование гидроэнергии рек начиналось с устройства на них устано-

вок с водяными колесами – прообразами современных гидротурбин. Водяные колеса в России появились в X-XIII в.в. [Гидроэнергетика, 1970], они применя-

лись в основном для водяных мельниц. В XVII-XVIII вв. область использования водяных колес существенно расширилась: появились водяные крупорушки, ле-

сопильни, установки на железоплавильных заводах. В начале XX в. в России имелись десятки тысяч водяных мельниц и установок общей мощностью около

990 тыс. л. с. [Гидроэнергетика, 1970].

Первая гидроэлектростанция России была сооружена в 1892 г. на не-

большой реке Березовке для электроснабжения Зыряновского рудника (Алтай);

мощность ГЭС составила 150 кВт [Викторов, 1989]. К 1916 году в Российской империи насчитывалось 78 ГЭС, из них 24 установки, мощностью более 150

кВт каждая, имели общую мощность около 15,5 тыс. кВт. Самой крупной уста-

новкой была Гиндукушская ГЭС на р. Мургаб мощностью 1350 кВт (в царском имении в Туркестане). Общая мощность гидроэнергоустановок России к 1916

году составляла около 750 МВт (табл. 3.1); все установки утилизировали энер-

гию малых рек.

Таблица 3.1 - Мощность гидроэнергетических установок России в 1916 г.

9

После 1917 года первой ГЭС страны явилась Ярополецкая электростан-

ция на р. Лама в Московской области, построенная в 1920 г. [Малая, 1989]. К 1932 году установленная мощность гидроэлектростанций на малых реках со-

ставила 8,8 тыс. кВт. С этого времени происходит значительный рост количе-

ства ГЭС, использующих энергию малых рек: гидроэлектростанции были ос-

новным средством электрификации колхозов и совхозов. Особенно бурно раз-

вивалось гидротехническое строительство на малых реках после Отечественной войны, в 1950-е годы.

Впечатляющую картину роста использования гидроэнергии малых водо-

токов дают сведения по Горьковской (сейчас Нижегородской) области [Смир-

нов, 1948]: так, число ГЭС всего за 2 года (с 1945 по 1947 гг.) увеличилось в 7,2

раза, а общая мощность возросла в 6,4 раза. Характеристику этих ГЭС можно проиллюстрировать табл. 3.2, составленной по архивным данным Горьковского отделения Сельэнергопроекта.

Таблица 3.2 - Развитие сельских ГЭС в Горьковской области

В начале 60-х гг. в связи с расширением строительства крупных электро-

станций (ГЭС, ТЭЦ, ГРЭС), линий электропередач и сельских электросетей значение ГЭС на малых реках уменьшается, они выводятся из эксплуатации,

сооружения гидроузлов ликвидируются, оборудование, как энергетическое, так и механическое, в основном, демонтируется; зачастую гидроузлы становятся бесхозными с соответствующими последствиями. Проектирование и строитель-

ство новых ГЭС и их гидроузлов прекращается, выпуск оборудования для них

сворачивается.

10