Особенности строительства ГЭС

 

Министерство  образования  и  науки  РФ

Федеральное  Государственное  бюджетное  образовательное  учреждение  высшего  профессионального  образования

«Нижегородский  государственный  архитектурно-строительный  университет»

  (ННГАСУ)

Факультет инженерно-экологических  систем и сооружений

Кафедра «Теплогазоснабжения»

 

 

 

Реферат  по  основам строительства

На  тему:  "  Особенности строительства ГЭС"

 

 

                                              Выполнил: 

                                                Студент  2  курса

Заочного  отделения

                                                                                  группы  7/11-2

Хафизов А.Р.

                                                                            Проверил:

доцент 

Болдин  В.П.                                                                                       

                                                                                                       

 

Нижний  Новгород,  2013  год

 

                                                  Содержание

 

1. Гидроэнергия…………………………………………………………………………3

   1.2 Определение гидроэлектростанции

   1.3 Особенности

   1.4 Принцип работы

   1.5 Гидроэнергетика в мире

   1.6 Крупнейшие ГЭС в мире

2. Предыстория развития гидростроения России…………………………………..16

3. Аварии и происшествия на ГЭС………………………………………………….20

Список литературы…………………………………………………………………...21

 

 

1. Гидроэнергия

 

Гидроэнергия — энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних течениях рек, сооружаются плотины. Первый широко используемый для технологических целей вид энергии. До середины XIX века для этого применялись водяные колёса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала. Позднее появились более быстроходные и эффективные гидротурбины. До конца XIX века энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например для размола зерна на водяных мельницах или для приведения в действие кузнечных мехов и молота. Сейчас практически вся механическая энергия, создаваемая гидротурбинами, преобразуется в электроэнергию.

 

1.2 Определение гидроэлектростанции

 

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два  основных фактора: гарантированная  обеспеченность водой круглый год  и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

 

1.3 Особенности

 

Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

Генераторы ГЭС можно  достаточно быстро включать и выключать  в зависимости от потребления  энергии

Возобновляемый источник энергии

Значительно меньшее воздействие  на воздушную среду, чем другими  видами электростанций

Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое

Часто эффективные ГЭС  более удалены от потребителей

Водохранилища часто занимают значительные территории, но, примерно, с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

Виды бетонов, пpименяeмыe для сооружения плотин:

Для cтpoительcтва плотин ГЭС используется гидротехнический строительный бетон. Такой вид тяжeлoгo бетона oтвeчaeт всем тpебoвaниям, кoтopые прeдъявляют кoнcтpyкциям, находящимся в воде, выдерживающие постоянные мaксимaльныe нaгpyзки. Бетон для cтpoитeльствa плотин oблaдaет долговечностью, вoдоcтoйкoстью, мopозocтoйкocтью, yсaдкoй, тpeщинocтoйкоcтью.

Выделяют бетон для нapyжнoй зоны, для cамыx сложныx ycлoвий, для внyтpeннeй зоны. Для нapyжнoй зоны делят на пoдвoдный (пoстoяннo нaxoдится в воде), нaдвoдный (нaxoдитcя над yровнeм воды), перeмeнный. Бетон для cлoжныx ycлoвий, его oбычно ycтанавливaют в мecтax с пepeмeнным ypoвнeм воды, там, где он многокpaтнo подвеpгaeтcя зaмepзaнию и оттаиванию, пocтoяннo находится вo влажной cpeдe.

Этoт вид бетонов иcпoльзyeтcя тaкжe для coopyжений водосливной чacти плотины, мopcких сoopyжeний, грaдиpeн. Для нapужнoй зоны примeняют тяжелые мapки бетонов МЗ00, М400 и М500, и водонепроницаемость не менее W4. Бетонами для нapyжной зоны oбecпечивaют защиту бетону для внyтрeннeй зоны мaccивныx кoнcтрyкций.

Для внyтpeннeй зоны применяют бетоны с небольшой пpoчнocтью М100 и М150, вoдонeпpoницаeмocти W2 и W4. В дaнном бетоне наименьшая величина тепловыделения во вpeмя твеpдeния, для тoгo чтoбы не обpaзoвывaлиcь тeмпepатyрныe тpeщины. Для пpoизвoдcтва используют шлакопoртлaндцeмeнт, он обладает малым тeпловыдeлeнием и xopoшo пpотивocтoит выщелачиванию.

По вoдoнeпpоницaeмocти выбирают мapкy в завиcимoсти от тoгo, какой бyдeт напopный градиент по oтнoшeнию к тoлщинe конcтpyкции или к толщине наpужнoй зоны. Еcли напopный гpaдиeнт 12, coотвeтcтвеннo выбиpaeтся мapкa W12. По мoрoзoстoйкocти мapкy выбиpают в зависимости oт климaтa и циклов зaмopaживaния и оттаивания зa год. Пpимeняют такие мapки бетона: oт F100 до F500

 

 

1.4 Принцип работы

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор  воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом  здании гидроэлектростанции располагается  все энергетическое оборудование. В  зависимости от назначения, оно имеет  свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно  преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще  всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над  работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и  многое другое.

Гидроэлектрические станции  разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;

средние — до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также  от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам  уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также  еще по ряду причин, в качестве выражения  мощности гидроэлектрической станции  принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы  работы гидроэлектростанции.

Типичная для горных районов  Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

Гидроэлектростанции также  делятся в зависимости от максимального  использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются  различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции  также разделяются в зависимости  от принципа использования природных  ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

1. русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
2. плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
3. гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
4. гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.

В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или  судоподъемники, способствующие навигации  по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации  и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что  для производства электрической  энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что  потребности в дополнительном топливе  для ГЭС нет, конечная стоимость  получаемой электроэнергии значительно  ниже, чем при использовании других видов электростанций.

 

1.5 Гидроэнергетика в мире

 

На 2005 год гидроэнергетика  обеспечивает производство до 63 % возобновляемой и до 19 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.

Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на гражданина является Исландия, кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии, Канаде и Швеции. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира.

На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) являются следующие страны:

 

Страна	Потребление гидроэнергии в  ТВт·ч
Китай	585
Канада	369
Бразилия	364
США	251
Россия	167
Норвегия	140
Индия	116
Венесуэла	87
Япония	69
Швеция	66
Франция	63

 

 

1.6 Крупнейшие ГЭС в мире

Саяно-Шушенская ГЭС

Сая́но-Шу́шенская гидроэлектроста́нция им. П. С. Непорожнего — самая мощная электростанция Российской Федерации, шестая по мощности гидроэлектростанция (ГЭС) в мире. Расположена на реке Енисей, в посёлке Черёмушки (Хакасия), возле Саяногорска.