В строительстве гидроэлектростанции участвуют многие организации, поскольку появляется мощный источник электроэнергии и образуются водохранилища (в особенности, когда они крупные — комплексного назначения для всех отраслей хозяйства страны). Инициаторами строительства являются заказчики, для удовлетворения потребностей которых в воде и электроэнергии возводится гидроузел. Заказчиков может быть несколько, они могут как порознь реализовывать проект на строительство ГЭС (например, строительство ГЭС и строительство водохранилищ в России осуществляется разными заказчиками), так и, объединившись в ассоциации (участники связаны одной целью). Например, строительство ГЭС Итайпу (Бразилия — Парагвай) управлялось и финансировалось на межправительственном уровне консорциумом (соглашение на осуществление единого капиталоемкого проекта), во главе которого стоял объединенный Совет Директоров.
В зависимости от того, кому Заказчик поручает строительство, в России принято различать хозяйственный и подрядный способы ведения строительно-монтажных работ. При хозяйственном способе заказчик создает собственное строительное подразделение, строительную базу, обеспечивает их материалами, машинами и рабочей силой.
Как работает гидроэлектростанция
Этот способ обычно применяется при строительстве относительно небольших объектов. При строительстве крупных гидроузлов используется подрядный способ ведения строительства. Заказчик поручает строительство одной из строительных организаций −Генеральному подрядчику, финансирует строительно-монтажные работы и организует контроль качества выполнения работ (генеральный подрядчик – генподрядчик − подрядная строительная организация, на которую, согласно договору, возлагаются все строительно-монтажные работы по данному гидроузлу несмотря на то, что часть работ могут выполнять субподрядчики, поэтому за все работы перед заказчиком несёт ответственность генподрядчик). Генеральных подрядчиков на крупных ГЭС может быть несколько в зависимости от специфики сооружения объектов гидроузла (гидросооружения, ЛЭП, железные дороги и т.д.).
Контроль качества технологии работ обеспечивает Генеральный подрядчик. Технический надзор в части приёмки строительно-монтажных работ ведёт и служба заказчика. Наряду с заказчиком и подрядчиком контроль выполнения проекта и качества строительных работ ведется Генеральным проектировщиком, организующим на строительстве группу авторского надзора.
Генеральный подрядчик может привлекать для выполнения отдельных видов работ субподрядчиков — специализированные строительные и монтажные организации.
В составе проекта гидроузла имеется важный раздел — проект организации строительства (ПОС), который определяет генеральную схему возведения гидроузла (генеральная схема — одна из важнейших частей проекта гидроузла, включающая генеральный план гидроузла, содержащая комплексное решение всех вопросов его возведения: последовательность, этапы и сроки строительства, механизмы, расположение строительных баз, транспортные коммуникации и т.п.). На основе технических решений ПОС составляются проекты производства работ (ППР), исходя из рабочих чертежей, наличия парка строительных машин и механизмов, трудовых ресурсов и материально-технического обеспечения строительной организации. ППР должен составляться при инициативном участии строительной организации, а в некоторых случаях должен разрабатываться только строительной организацией, исходя из своих технологических возможностей с последующим согласованием ППР проектной организацией. Без ППР к производству строительно-монтажных работ приступать нельзя.
Галилео. ГЭС 🔌 HPP
Строительно-монтажные работы — это работы, выполняемые на строительной площадке при возведении зданий и сооружений. В гидротехническом строительстве весь комплекс строительно-монтажных работ принято называть гидротехническими работами, а процесс строительного производства — производством гидротехнических работ. Основная особенность строительного производства заключается в том, что его продукция (сооружения) имеет достаточно длительные сроки службы (плотины — 100 и более лет), что налагает дополнительные требования к качеству строительно-монтажных работ.
Иногда условия производства работ могут значительно повлиять даже на выбор створа ГЭС, приходится отказываться от узких створов в пользу более широких из-за большой опасности, какую представляют крутые склоны (оползни, вывалы, неустойчивость горных пород после смачивания и т.п.) хотя широкие створы менее экономичны с точки зрения затрат на сооружение плотины большего объёма.
Период строительства гидроэлектростанции можно условно разделить на три этапа: подготовительный, основной и заключительный.
Подготовительный период охватывает время от начала строительства (открытия титула) до начала работ по возведению основных сооружений. (Титульный список в Российской Федерации представляет собой перечень объектов, включаемых в инвестиционные программы (вложения капитала) и финансируемых централизованно). Открытие титула может осуществляться по иной схеме, если капиталовложения не государственные, а принадлежат частным владельцам (заказчикам).
Строительство ГЭС имеет ряд особенностей, отличающих его от других видов энергетического строительства (ТЭС, электросети) и промышленного строительства. Каждый гидроузел непосредственно связан с водным режимом реки (озера, моря) и во многом зависит от природных условий района строительства (топография, гидрология, инженерно-геологические условия, сейсмичность и т.п.) и его географического положения (удаленность от путей сообщения, источников энергии, необжитость района и т.п.).
Строительство крупных ГЭС отличается большими объемами строительно-монтажных работ, большими капиталовложениями и затратами материально-технических и трудовых ресурсов. Поэтому подготовительный период включает в себя строительство дорог, линий электропередачи, жилья и создание производственной базы (бетонных заводов, автобаз, ремонтных мастерских, арматурных хозяйств, карьеров и т.п.). Создаваемая при строительстве ГЭС инфраструктура и возникновение мощного источника электрической энергии стимулирует впоследствии экономическое развитие региона строительства. На базе крупных ГЭС в России возник ряд городов и территориально-промышленных комплексов (ТПК).
На базе строительства Братской и Усть-Илимской ГЭС возникли города Братск и Усть-Илимск и Братско-Усть-Илимский ТПК, в состав которого входит мощный лесопромышленный комплекс и крупнейший в России Братский алюминиевый завод. На базе Красноярской ГЭС родился Дивногорск и был построен второй по величине в России Красноярский алюминиевый завод. Волжская ГЭС им. Ленина дала начало городам Жигулевску и Тольятти с крупнейшим в стране автомобильным заводом. На базе Саяно-Шушенской ГЭС возник город Саяногорск и Саянский алюминиевый завод.
В связи с необходимостью создания промышленной базы и инфраструктуры подготовительный период при строительстве крупной ГЭС может занимать по времени несколько лет, а объёмы его строительно-монтажных работ могут составлять до 30% общей стоимости строительства.
Организация строительства ГЭС в необжитых районах могла бы начинаться по иной схеме — с создания малочисленных, но высокомеханизированных подразделений, имеющих высокую профессиональную подготовку, которая позволяла бы широко совмещать строительно-монтажные профессии.
Одновременно с подготовкой таких подразделений необходимо создавать для них плавучие с небольшой осадкой для мелководных рек платформы, на которых следует располагать бетонные мини-заводы, склады цемента, мастерские по ремонту строительной техники, цеха деревообработки, дизельные электростанции, комфортабельные общежития, столовые, медицинские пункты и другое, что требуется для работы и жизни людей. Такой механизированный «десант» сразу же по прибытии на створ будущей ГЭС способен начать основные работы без затяжного подготовительного периода. Такой способ следует рекомендовать при сооружении малых и средних ГЭС либо первоначальной ГЭС средней мощности, предшествующей крупной ГЭС (например, это могло бы быть вначале строительство контррегулирующей ГЭС). После строительства первоначальной ГЭС, в период которого будет построена производственная база, можно приступить к основной — большой ГЭС.
Период основных работ охватывает время от начала строительства основных сооружений до пуска первого агрегата ГЭС. Ввод в эксплуатацию каждого агрегата оформляется актом специальной комиссии, которая назначается вышестоящей организацией владельца для приёмки агрегатов.
Основной период строительства характерен тем, что строящиеся сооружения располагаются в русле реки или рядом с ним и подвергаются воздействию воды. Поэтому возникает необходимость ограждать строительные площадки от этого воздействия и увязывать последовательность возведения сооружений с пропуском расходов реки в период строительства. Основные способы последовательности возведения гидроузлов и пропуска строительных расходов: перемычечный способ, с отводом реки в новое русло (рис. 1) и пойменный способ.
Рис. 1 Перемычечный способ последовательности возведения гидроузла. Часть правобережного котлована (первая очередь) под строительство водосбросной плотины Саяно-Шушенской ГЭС
Постоянные и временные сооружения стремятся расположить так, чтобы наилучшим образом использовав рельеф местности, приблизить промышленную базу к створу гидроузла и минимизировать транспортные затраты. Для обеспечения оптимальной технологии строительства производится увязка взаимного расположения отдельных предприятий промышленной базы и сооружений гидроузла. Для увязки расположения постоянных и временных сооружений, а также инженерных сетей в плане и по высоте составляется строительный генеральный план — стройгенплан.
Во избежание неувязок в процессе строительства генеральный подрядчик должен составлять исполнительный стройгенплан, на котором регулярно (не реже одного раза в несколько дней) необходимо наносить фактическое расположение в плане и по высоте строящийся объект и инженерные коммуникации, в особенности подземные. Без такого повседневного контроля строительство очередного объекта, в особенности временного, может натолкнуться на занятую предыдущим объектом территорию, на проложенные подземные инженерные сети и т.п.
Важным элементом в организации строительства является календарный план (составная часть генеральной схемы), который определяет последовательность, сроки строительства и потребность в материальных, финансовых и трудовых ресурсах в период строительства.
Фактическая продолжительность строительства во многом зависит от характера финансирования по годам строительства, материально-технического обеспечения стройки, своевременности изготовления и поставки оборудования ГЭС, а также от готовности производственной базы стройки.
Важнейшим этапом периода основных работ является перекрытие реки.
Перекрытие рек выполняется после готовности бетонных сооружений к пропуску через них строительных расходов и обычно намечается на период минимальных расходов воды в реке. В отечественной практике применяются два способа перекрытия русел рек: пионерный и фронтальный. В том и другом способе производится отсыпка камня, бетонных кубов в текущую воду.
Крупные равнинные реки перекрывались фронтальным методом с наплавных мостов. На рисунке 2 (а, б) представлено перекрытие р. Волги на строительстве обеих Волжских ГЭС фронтальным способом, на рис. 2 (в) перекрытие р. Енисей в створе Саяно-Шушенской ГЭС пионерным способом.
Рис. 2 Перекрытие русел рек Волги и Енисея: а) в створе ГЭС у г. Жигулёвска; б) в створе ГЭС у г. Волжский; в) в створе Саяно-Шушенской ГЭС
Перед началом перекрытия русло реки сужается до минимально возможной величины (проран), менее которой скорости воды уже не позволяют отсыпать камни мелкой и средней крупности.
В отечественной практике период от перекрытия реки и до пуска первого агрегата (другой важнейший этап периода основных работ) отличался наибольшей интенсивностью строительно-монтажных работ и привлечением максимального количества рабочих. Проектная организация разрабатывает, так называемый, пусковой комплекс, которым определяется некоторый (доля от полного) объем строительно-монтажных работ, обеспечивающий пуск первого агрегата. С одной стороны это создает условия получения электроэнергии на ранней стадии строительства, а с другой недостроенность объектов в определенной мере служит в последние годы ХХ века почвой для негативной оценки гидроэнергетического строительства в нашей стране со стороны общественности. Причина недостроенности кроется в значительной мере в том, что пусковые комплексы содержали нереальные задания по строймонтажным работам (например, на Красноярской, Саяно-Шушенской, Богучанской, Зейской, Бурейской и других крупных ГЭС, к пуску первого агрегата пусковыми комплексами предписывалось выполнить 70% и более от общей стоимости гидроузла). Поэтому в процессе строительства первоначальные объемы пусковых комплексов очень сильно сокращались.
Минимизация объемов пусковых комплексов зачастую была запредельной. Чтобы этого не случалось в дальнейшем, нужна иная концепция по созданию пусковых комплексов. Одна из них изложена выше — начинать стройки с первоначальных ГЭС. Другая в том, чтобы первая очередь строительства ГЭС изначально планировалась (проектировалась) с реальными для строительной организации объемами строительно-монтажных работ, но с тем условием, чтобы в пределах этих объемов была возможность нормально вводить и эксплуатировать агрегаты, которые по своим техническим данным должны соответствовать заданному этапу возведения сооружений.
Основной период строительства характеризуется наиболее высокими темпами и объемами строительно-монтажных работ.
Значительным моментом основного периода перед пуском первого агрегата является постановка гидротехнических сооружений впервые под напор, чему предшествует не менее значительный этап: такой, как затопление котлованов после готовности к этому ГТС. Этому этапу должна предшествовать трудоёмкая работа по инвентаризации разного рода отверстий, связывающих внутренние помещения ГТС с нижним и верхним бьефами и надёжная заделка отверстий — это очень важная задача локального исполнительного стройгенплана. В практике строительства не раз имели место случаи затоплений технологических помещений в результате неудовлетворительно проведённой работы по отслеживанию своевременной заделки всякого рода временных коммуникаций (трубы, колодцы и т.п.), которые использовались для строительных нужд (проходы кабельных и воздушных коммуникаций, трубопроводов откачки воды, отверстия под бетоноводы, для системы охлаждения и т.п.).
Решение о затоплении подводной части ГТС должно приниматься лишь на основании акта, подтверждающего готовность этой части сооружений к затоплению специально созданной комиссией из состава генерального подрядчика, заказчика и проектной организации.
Готовность сооружений к моменту восприятия ими гидростатической нагрузки должна быть особенно высокой, поскольку все отклонения, ухудшающие напряженно-деформированное состояние ГТС в период начальной нагрузки, отразятся на них необратимыми последствиями в период эксплуатации под постоянной нагрузкой.
Заключительный период охватывает время от пуска первого гидроагрегата до сдачи ГЭС в целом в эксплуатацию, т.е. всех элементов гидроузла. В течение этого периода полностью заканчиваются строительно-монтажные работы, производится доводка и освоение оборудования, завершается окончательная планировка и благоустройство территории, ликвидируются, переносятся или передаются временные предприятия.
Наиболее рациональным способом организации строительства гидроэлектростанций считается каскадное строительство. В особенности это является целесообразным для строительства малых и средних ГЭС. На реке проектируется несколько гидроэлектростанций — каскад ГЭС. Это позволяет частично использовать созданную во время строительства первой ГЭС инфраструктуру и производственную базу для строительства последующих, а также организовать строительство так, чтобы с целью наилучшего использования механизмов и трудовых ресурсов взаимно увязать по срокам периоды строительства ГЭС каскада. Например, после выполнения основных земельно-скальных работ на первом гидроузле каскада можно перебросить технику и специалистов на второй гидроузел и т.п.
Начинать освоение реки целесообразно с верховьев. Это позволяет зарегулировать сток верховьев реки и тем самым сократить потребность в водосбросных сооружениях на гидроузле, расположенном ниже по течению. Для крупных ГЭС, удаленных друг от друга в каскаде на сотни километров и строящихся достаточно длительное время, указанная маневренность в использовании инфраструктуры может быть реализована лишь отчасти, например, для изготовления сборного железобетона или металлоконструкций.
Источник: www.hydromuseum.ru
Производство электроэнергии на ГЭС: просто о сложном
Принцип работы гидроэлектростанции состоит в том, что вода падает на лопасти турбины и вращает их. Далее энергия передается генератору, который за счет явления электромагнитной индукции генерирует ток. На ГЭС производят порядка 15% всей электроэнергии в мире.
Гидроэлектростанции называют сокращенно ГЭС. Важно не путать их с ГРЭС – государственными районными электростанциями, работающими за счет сжигания топлива (угля, торфа или иного). Сокращение ГРЭС относится к временам СССР, сейчас его практически не используют.
Как производят э/э на ГЭС, ясно уже из названия – с помощью энергии гидры – воды.
Около 15% всего электричества в мире производится именно на гидроэлектростанциях.
Устройство
Общий принцип работы прост: для вращения турбины используется энергия воды. Чем больше турбина, тем сильнее должен быть напор воды. Отчасти он достигается перепадом высоты.
Фото: схема работы ГЭС
Чтобы обеспечить нужный перепад, строится плотина. Этим решается еще одна задача: создается водохранилище, запасы воды в котором позволяют не зависеть от колебаний объема реки в зависимости от времени года. Водохранилище перед плотиной называется верхним бьефом, вода, которая прошла через плотину, образует нижний бьеф. Разность высот между бьефами влияет на напор Н.
Комплекс сооружений ГЭС состоит из:
- плотины;
- непосредственно электростанции;
- шлюзов для забора воды и пропуска судов.
Фото: вид на Саяно-Шушенскую ГЭС сверху
Вода приводит в движение гидротурбины, которые вращают синхронные гидрогенераторы. Формула мощности проста: прямая зависимость от напора H и расхода жидкости Q: P = H*Q.
Получается, чем круче перепад высот и чем больше поток воды, тем мощнее станция.
Самая высокая в мире плотина – 305 метров. Она находится на Цзиньпинской ГЭС на реке Ялунцзян в западной части провинции Сычуань на Юго-Западе Китая. Ее мощность − 3,6 ГВт.
Виды ГЭС, в зависимости от природных особенностей
Каждая гидроэлектростанция строится по собственному проекту. Она должна использовать энергию рек или приливов, которые в любой точке земного шара уникальны.
Водохранилища и плотины большой площади возводят там, где реки полноводны, но большого перепада высот нет и сложно создать достаточный напор.
В горных районах, где реки текут по большому уклону, строят так называемые деривационные ГЭС. Вода в них вначале отводится из русла, а затем направляется на турбины через специальные каналы или тоннели. Именно на станциях такого типа часто применяют систему, позволяющую работать в двух режимах: как производителю, так и потребителю электроэнергии.
Еще один тип ГЭС получил название ГАЭС – гидроаккумулирующие электростанции. Принцип устройства у них такой же, как у ГЭС, но в часы минимального потребления электрической энергии генераторы начинают работать как двигатели, а турбины − как насосы. Система перекачивает воду в верхний бьеф, где она накапливается, чтобы в нужный момент потечь вниз.
Водохранилище Акосомбо в Гане на реке Вольта – самое крупное в мире. Его площадь − 8500 км2 – 3,6% площади страны.
Еще один вид ГЭС – приливной. В этом случае используется энергия приливов, а станции называют ПЭС. При их строительстве перекрывают плотиной залив или устье реки.
Технология производства электроэнергии
Гидростанции во многом напоминают старинные водяные мельницы, только усилие передается не на жернова, которые перемалывают зерно в муку, а на генераторы э/э.
Происходит преобразование кинетической энергии (течения воды) в электрическую. Каким образом? Здесь надо вспомнить законы электромагнитной индукции: в проводнике, который движется перпендикулярно магнитному полю, появляется электрический ток.
Фото: Схема устройства гидрогенератора
Произведенное электричество подается на трансформаторы, которые преобразуют полученный электрический ток в высоковольтный. Он передается по линиям электропередач к распределительным станциям и через них – потребителям.
Фото: Выработка э/э на ГЭС
Управление
При всей простоте принципа работы сама гидроэлектростанция – стратегический объект, который нуждается в оперативном управлении. Необходимо не только отслеживать запасы воды в водохранилище, но и регулировать подачу потока на турбины, количество производимой электроэнергии.
Если река, на которой расположена станция, судоходная, то нужно пропускать суда через специальные шлюзы. Ошибки могут привести как к техногенным, так и к экологическим катастрофам.
Запуск агрегата ГЭС происходит не более чем за 50 секунд. КПД – 85-90%. На современных станциях предусмотрены системы аварийно-ремонтного затвора, установлены датчики для контроля важных параметров.
ГЭС в России и мире
Самый крупный российский холдинг, которому принадлежит более 70 объектов, – ПАО «РусГидро». По данным портала «Зачестныйбизнес», компания зарегистрирована в 2004 году с уставным капиталом 426 млрд рублей в Красноярске. На момент создания 100% акций принадлежало ОАО РАО «ЕЭС РОССИИ».
В 2007 году более половины акций компании было передано в государственное управление.
Источник: moneymakerfactory.ru