Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii
.pdf
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Красноярский
государственный
технический
университет
Красноярского
Шушенский |
филиал |
||
Саяно- |
технического |
||
государственного |
|||
|
|
||
университета
В.
И.
БРЫЗГАЛОВ,
Л.
А
.
ГОРДОН
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
|
|
|
|
|
|
|
|
методическим |
центром |
||
Рекомендовано |
Сибирским |
региональным |
учебно- |
использования |
|||||||
|
|
|
|||||||||
образования |
для межвузовского |
||||||||||
|
|
||||||||||
высшего профессионального |
|||||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в качестве учебного |
пособия |
для студентов |
|
» |
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
по направлению 650900 |
|
|
|
||||||
обучающихся |
- |
«Электроэнергетика |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Красноярск
2002
УДК 621/221.2/.4(07) Б89
Рецензенты:
А.П.Епифанов, доктор технических наук, профессор;
Научно-методический совет Хакасского технического института - филиала КГТУ;
Научно-технический совет ОАО «Саяно-Шушенская ГЭС им. П. С. Непорожнего»
Брызгалов В. И.
Б89 Гидроэлектростанции: Учеб, пособие / В. И. Брызгалов, Л. А. Гордон.
Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 541 с.
ISBN 5-7636-0437-7
Приведены основные сведения о сооружениях и оборудовании гиороэлектростанций. Освещены вопросы гидроэнергетического производства, его экономической эффективности и социальной значимости.
Предназначено для студентов, обучающихся по гидростроительным и
электроэнергетическим направлениям.
|
|
|
УДК 621/221.2/.4(07) |
ISBN 5 |
|
7636 0437-7 |
О Брызгалов В.И., Гордон Л.А., 2002 |
|
- |
||
|
- |
- |
© Саяно Шушенский филиал КГТУ, 2002 |
|
|
|
© КГТУ, 2002 |
Введение
Гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие электростанции (ГЭС и
ГАЭС) по-прежнему занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию ее
параметров в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее
неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость
товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на
ценообразовании электроэнергии на рынке ее сбыта.
Гидроэлектростанции являются сложными природно-техническими
комплексами. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют
знакомства с широким кругом общетехнических и специальных дисциплин.
Из-за старения основных фондов, как ГЭС, так и электрической сети, а
также и естественной убыли эксплуатационных кадров начнут возникать
проблемы обеспечения надежности и безопасности гидроэлектростанций и электрических сетей, если не вводить новые мощности и не готовить молодых специалистов.
В рыночных условиях особенно ужесточаются требования к сокращению затрат на эксплуатацию производственных мощностей. В
частности, речь идет о минимизации численности обслуживающего персонала
на объектах электроэнергетики. То есть задача организации совмещения профессий у специалистов, работающих в области проектирования,
строительства и эксплуатации ГЭС, а также электрических сетей, обостряется.
Более того, на «стареющих» ГЭС возникает необходимость в реконструкции не
только основного гидросилового и электротехнического оборудования, но и в
крупном ремонте гидротехнических сооружений (ГТС), т. е. специалисты должны обладать знаниями в области строительно-монтажного производства
даже на эксплуатирующихся ГЭС.
На эти обстоятельства накладывается рыночная конъюнктура с
обеспечением органическим топливом тепловых электростанций (ТЭС),
стоимость которого будет продолжать расти, а запасы истощаться. Поэтому
возобновляемый источник- энергия рек, все более будет привлекать внимание
при планировании прироста мощностей в энергосистемах путем строительства ГЭС. Вначале будет отдаваться предпочтение строительству ГЭС малой и средней мощности, а затем и крупных гидроэлектростанций. Экономика производства, в особенности на строительстве небольших и средних ГЭС,
будет диктовать требования также минимизации численности персонала за счет
совмещения профессий специалистов по строительству ГТС, монтажу и наладке оборудования.
Комплексная специальность «Гидроэлектростанции» предполагает
соединение специалистов трех направлений: инженера-гидроэнергетика-
гидротехника (использование водной энергии и строительство сооружений),
инженера-механика, специалиста по турбинному и гидромеханическому
3
оборудованию |
ГТС |
и |
инженера-электрика, |
|
|
, релейной защите |
|
|
|
|
|
электротехническому оборудованию |
|||
и
специалиста автоматике.
по
Книга |
является |
учебным |
пособием |
к |
|
«Гидроэлектростанции» |
для студентов |
одноименной |
|||
|
|
||||
специальному специальности.
курсу
По
каждому
из
трех
перечисленных
направлений
студент
прослушает
ряд основных и специальных курсов, где будут рассмотрены |
отдельные |
||
направления будущей профессии. Цель настоящего специального |
курса |
- |
|
|
|
|
|
связать воедино основные аспекты специальности, объединить и наметить
место каждой из изучаемых отдельно дисциплин и тем самым дать общую
структуру
будущей
профессии.
|
, |
, получив указанную специальность |
|
Молодой специалист |
и |
успешно работать и в области проектирования, строительства |
|
линий электропередачи, а также сетевых электроподстанций. |
|
также сможет эксплуатации
Учебное пособие разработано на основе |
многолетнего |
опыта |
|||||||||
проектирования, |
строительства и |
эксплуатации |
крупнейших |
гидро |
¬ |
||||||
электростанций: Волжской ГЭС (г. Жигулевск), Красноярской ГЭС и |
Саяно- |
||||||||||
Шушенской ГЭС, |
где один из авторов участвовал |
в строительстве и их |
|||||||||
эксплуатации, |
а другой - в |
составе |
экспертов по |
оценке |
напряженно |
- |
|||||
деформированного |
состояния |
плотины |
Саяно-Шушенской |
ГЭС. |
|
|
|||||
Авторы |
отдельных разделов книги: В.И.Брызгалов |
- |
введение, гл. 5, |
||||||||
6, 8, 9, 10, |
11; |
§§ 1.1.4; 1.2.1; |
1.2.3; |
1.2.4; |
2.4.4.; |
2.4.5; |
7.3.6; |
||||
Л.А.Гордон - гл. 1, |
3, 4, частично гл. 2, 7, 8, § |
9.4.1. Другие разделы пособия |
|||||||||
написаны
совместно.
Авторы |
признательны |
специалистам |
помогавшим в подготовке рукописи. |
||
Саяно
-
Шушенской
ГЭС
,
Все замечания и пожелания можно направлять по адресу: 655 |
619 |
, |
|||
, Саяно |
Шушенский |
филиал Красноярского |
|||
Республика Хакасия, п. Черемушки |
- |
|
|
|
|
государственного технического университета. |
|
|
|
||
4
Место и роль |
ГЭС |
|
в современном |
мире |
|
|
||
1
1.1.
Исторический
обзор
|
Гидротехника |
(в переводе |
с греческого |
- водное мастерство) - одна |
из |
|||||||||||||||||||||||||||||||
отраслей строительного искусства. Основная |
задача гидротехники как |
отрасли |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
строительной |
техники - |
возведение сооружений, |
дающих |
|
возможность |
|||||||||||||||||||||||||||||||
использовать |
водные |
|
ресурсы. Как |
всякое |
|
|
мастерство |
|
высокого |
уровня, |
||||||||||||||||||||||||||
гидротехника |
опирается |
на |
|
определенные |
|
|
знания. |
Как |
отрасль |
знаний |
||||||||||||||||||||||||||
гидротехника |
является |
прикладной технической |
|
наукой, |
|
позволяющей |
||||||||||||||||||||||||||||||
обосновать |
проектирование, строительство |
и |
эксплуатацию |
гидротехнических |
||||||||||||||||||||||||||||||||
сооружений. |
|
|
|
- |
отрасль техники, |
задача |
|
которой |
|
|
|
обеспечение |
||||||||||||||||||||||||
|
Энергетика |
|
|
- |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
. Как отрасль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наука, |
||||||||||||||||
|
|
знаний |
энергетика - |
прикладная |
||||||||||||||||||||||||||||||||
человечества |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
энергией |
|
|
проектирование, |
создание |
|
и |
|
|
эксплуатацию |
|||||||||||||||||||||||||||
позволяющая |
обосновать |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
энергетических |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
установок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
энергии |
|||||||||||||
|
Один |
из |
важнейших |
способов получения |
электрической |
|||||||||||||||||||||||||||||||
основан |
на |
использовании |
водной |
энергии |
. |
Гидроэлектроэнергетика |
- |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
отрасль |
техники и |
|
прикладная |
наука, |
|
соединяющая |
в |
|
себе |
элементы |
||||||||||||||||||||||||||
гидротехники |
и |
энергетики. В |
ней изучаются |
|
как |
способы получения |
элект |
¬ |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рической энергии, так |
и гидротехнические сооружения (ГТС), необходимые |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
для получения |
электрической энергии |
на |
|
основе |
использования |
водной |
||||||||||||||||||||||||||||||
энергии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидроэлектро |
|
|||||||
|
Гидроэлектростанция |
(ГЭС) - |
|
основной |
|
объект |
|
¬ |
||||||||||||||||||||||||||||
энергетики |
(применяется |
и |
термин |
гидростанция). |
Она представляет собой |
|||||||||||||||||||||||||||||||
неразрывную |
систему |
гидротехнических |
сооружений и |
оборудования для |
||||||||||||||||||||||||||||||||
получения электрической |
энергии из |
энергии |
воды |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
Крупная |
ГЭС |
- не только источник электрической энергии. |
Появление |
||||||||||||||||||||||||||||||||
крупной |
ГЭС существенно |
влияет на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, а |
|||||||||||||
природную среду обширного региона |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
также |
оказывает благотворное |
преобразующее |
влияние |
|
на |
состояние |
||||||||||||||||||||||||||||||
экономики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
Вместе |
с тем, в |
|
мире во |
второй половине |
||||||||||||||||||||
и социальную сферу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ряда построенных |
|||||||||||||||||||||||||
XX века |
было |
обращено внимание на негативное влияние |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
крупных ГЭС |
на окружающую |
среду. |
Экологические последствия сооружения |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
ГЭС |
недостаточно |
|
учитывались |
при |
|
|
их |
проектировании. |
Гидро |
¬ |
||||||||||||||||||||||||||
электроэнергетика и |
тепловая |
энергетика |
(способ |
получения |
электроэнергии |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
века |
оказали |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
на основе |
сжигания топлива) в |
последние |
|
десятилетия |
|
XX |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
существенное влияние на |
развитие науки |
- |
|
экологии, изучающей |
законо |
¬ |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мерности взаимодействия |
общества |
с окружающей |
средой. |
Эффективные |
||||||||||||||||||||||||||||||||
решения экологических задач |
при |
проектировании |
|
ГЭС позволят избежать их |
||||||||||||||||||||||||||||||||
негативного влияния |
на |
окружающую |
среду |
и |
придадут |
гидроэлектростанциям |
||||||||||||||||||||||||||||||
ещё
большую
общественную
значимость.
В последние |
годы |
имеют |
место высказывания |
о |
приоритете |
|
строительства малых ГЭС. Понятие «малые ГЭС» достаточно |
условное, но тем |
|||||
не менее наибольшее |
распространение |
классификации ГЭС по |
мощности |
|||
|
|
интервалу |
||||
(энергетическая характеристика, равная отношению работы к |
||||||
времени
её
совершения
)
получили
следующие:
6
- микрогидроэлектростанции (микроГЭС)
- |
минигидроэлектростанции (миниГЭС) |
|
- |
малые гидроэлектростанции мощностью |
- |
средние гидроэлектростанции мощностью |
|
|
мощностью менее 0,1 |
МВт |
|
- |
мощностью 0,1-1 |
|
; |
- |
МВт; |
||
|
1-10 МВт |
|
|
- |
; |
|
|
- |
10-1000 МВт; |
|
|
-
крупные
гидроэлектростанции
мощностью
выше
1000
МВт;
Примечание.
Понятие
мощности
и
её
размерность
даны
в
главах
5,
6.
Высказывания
о
приоритете
строительства
малых
ГЭС
бесспорны
лишь
в
определенных
условиях
обеспечения
электроэнергией
мелких
,
удаленных
от
центров потребителей,
чабанские стоянки и
например, горные маленькие населенные пункты или
т.п. Мировой опыт показал, что для обеспечения
электроэнергией
массового
потребителя
(
население,
промышленность,
сельское энергии.
хозяйство
)
необходимо
строительство
крупных
источников
электро
¬
В крупных
60-80 годы XX века гидроузлов. Однако
наметился некоторый
в 90-е годы спад во
спад в |
строительстве |
многих |
странах был |
преодолен. Например, в Китае, где одновременно |
строятся 70 |
плотин высотой |
|
более 15 м, |
и где сооружается самая крупная |
ГЭС мира |
«Три ущелья» |
мощностью |
18,2 млн. кВт. Такой размах строительства осуществляется не |
||
только с целью получения дешёвой электроэнергии (хотя это один из главных |
|||
факторов
),
но
также
для
предотвращения
материального
ущерба
от
наводнений
и
улучшения
условий
судоходства
.
Советский Союз долгие годы
мировой гидроэлектроэнергетике. В
занимал лидирующее положение |
в |
||
свое время Красноярская |
и |
Саяно- |
|
|
|||
Шушенская
ГЭС
были
самыми
мощными
в
мире
.
После
распада
СССР
лидирующие позиции России и стран СНГ были утрачены |
. В настоящее время |
||
(на начало 2001 года) Саяно-Шушенская (рис. |
1.2) |
и |
Красноярская ГЭС |
(рис. 1.1) по установленной мощности занимают в |
мире |
соответственно шестое |
|
и
седьмое
места:
Таблица
1.1.
Крупнейшие
гидроэлектростанции
мира
|
|
|
Установленная |
|
п/п |
Наименование ГЭС |
Страна |
мощность, |
Примечание |
|
|
тыс. кВт |
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Три Ущелья |
Китай |
18200 |
Строится |
|
||||
2. |
Итайпу |
Бразилия |
12600 |
Действующая |
3. |
Грэнд-Кули |
США |
10830 |
Действующая |
|
||||
4. |
Гури |
Венесуэла |
10300 |
Действующая |
5. |
Тукуруи |
Бразилия |
8000 |
Действующая |
|
||||
6. |
Саяно-Шушенская |
Россия |
6400 |
Действующая |
|
||||
7. |
Красноярская |
Россия |
6000 |
Действующая |
|
||||
8. |
Ла Гранде |
Канада |
5328 |
Действующая |
|
||||
9. |
Черчил-Фулз |
Канада |
5225 |
Действующая |
|
7
w
\
:
•
Рис.
1.1
Красноярская
ГЭС
на
реке
Енисей
(Россия)
гтг
Рис.
1.2
Саяно-Шушенская
ГЭС
на
реке
Енисей
(
Россия
)
к
ГЭС
Итайпу
на
реке
Парана
(Бразилия
-
Парагвай
)
'
Jp
^
.
^5
ihT
ГЭС
*
Три
ущелья
»
на
реке
Янцзы
(
Китай
)
Рис.
1.3