Приведены основные сведения о сооружениях и оборудовании гидроэлектростанций. Оснащены вопросы гидроэнергетического производства, его экономической эффективности и социальной значимости. Предназначено для студентов, обучающихся по гидростроительным и гидроэнергетическим направлениям. Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 650900 - «Электроэнергетика».

Предисловие

1. Место и роль ГЭС в современном мире
1.1. Исторический обзор
1.1.1. Ирригационные цивилизации
1.1.2. Плотины древности
1.1.3. Гидротехника
1.1.4. Гидроэлектроэнергетика
1.1.5. Первые гидроэлектростанции (1881-1920 гг.)
1.1.6. Развитие гидротехники как науки
1.2. Гидротехническое строительство в России
1.2.1. Современные комплексные гидроузлы
1.2.2. Гидротехническое строительство в СССР (1950-1986 гг.)
1.2.3. Единая энергетическая система
1.2.4. Гидроэнергетика России (1987-2000гг.)
Использованная литература

2. Энергетические и водные ресурсы, их освоение
2.1. Мировые энергетические ресурсы
2.2. Водные ресурсы и их использование
2.2.1. Водные ресурсы
2.2.2. Водные объекты и протекающие в них процессы
2.2.3. Водное хозяйство
2.2.4. Водная энергия и схемы её использования
2.3. Влияние гидроэнергетического строительства на окружающую среду
2.4. Традиционные и нетрадиционные источники электрической энергии
2.4.1. Тепловые электростанции
2.4.2. Атомные электростанции
2.4.3. ГЭС и ГАЭС
2.4.4. Выбор типа электростанции
2.4.5. Нетрадиционные источники энергии
Использованная литература

3. Основные водоподпорные сооружения гидроэлектростанций
3.1. Типы гидротехнических сооружений
3.2. Плотины
3.2.1. Грунтовые плотины
3.2.2. Бетонные и железобетонные плотины
3.2.3. Водосбросные и водоподводящие устройства на плотинах
3.3. Здания ГЭС как водоподпорные сооружения
3.4. Судоходные шлюзы
Использованная литература

4. Компоновки гидроэлектростанций и последовательность их возведения
4.1. Компоновки гидроузлов
4.1.1. Приплотинные гидроэлектростанции
4.1.2. Русловые гидроузлы
4.1.3. Компоновки деривационных ГЭС
4.2. Последовательность возведения гидроузлов
Использованная литература

5. Гидротурбинная и гидромеханическая части ГЭС
5.1. Гидравлические турбины и насосы
5.1.1. Использование энергии в гидравлических турбинах
5.1.2. Активные турбины
5.1.3. Реактивные турбины
5.1.4. Турбинные установки, регулирование (управление) турбинами
5.1.5. Насосы
5.1.6. Об основах теории турбин, теории подобия и моделирования
5.2. Гидромеханические устройства, вспомогательные системы и оборудование ГЭС
5.2.1. Водоприёмники турбин
5.2.2. Сороудерживающие решётки
5.2.3. Затворы турбин и водосбросов
5.2.4. Водоводы турбин
5.2.5. Подъёмно-транспортное оборудование
5.2.6. Масляное хозяйство
5.2.7. Система технического водоснабжения
5.2.8. Пневматическое хозяйство
5.2.9. Система осушения проточной части турбин
Использованная литература

6. Электрическая часть ГЭС. Связь и взаимодействие с энергосистемой
6.1. Краткие основные понятия и определения в электротехнике
6.2. Гидрогенераторы
6.3. Трансформаторы
6.4. Электрические аппараты - выключатели, разъединители, реакторы, реле, измерительные трансформаторы, аккумуляторные батареи
6.5. Главная электрическая схема ГЭС, схема собственных нужд и распределительные устройства
6.6. Вопросы электрической безопасности персонала и защиты оборудования
6.7. Электрические сети; элементы сети, их связь и взаимодействие с гидроэлектростанциями
Использованная литература

7. Проектирование гидроэлектростанций
7.1. Стадии проектирования и инженерные изыскания
7.1.1. Стадии проектирования
7.1.2. Инженерные изыскания
7.2. Выбор водохозяйственного режима ГЭС
7.2.1. Естественный гидрологический режим водотока
7.2.2. Регулирование стока и выбор основных параметров гидроэлектростанции и водохранилища
7.3. Выбор типов и размеров сооружений ГЭС
7.3.1. Предельные состояния гидротехнических сооружений
7.3.2. Нагрузки и воздействия на ГТС
7.3.3. Устойчивость гидротехнических сооружений
7.3.4. Прочность (напряженно-деформированное состояние) гидротехнических сооружений
7.3.5. Гидравлические расчеты водосбросных сооружений
7.3.6. Особенности проектирования ГАЭС
7.3.7. Некоторые вопросы проектирования технологической части и оборудования
Использованная литература

8. Основы строительства гидроэлектростанций
8.1. Организация и этапы строительства
8.2. Технология возведения гидротехнических сооружений
8.3. Механизация строительно-монтажных работ
8.4. Монтаж оборудования
Использованная литература

9. Основы эксплуатации и ремонта гидроэлектростанций
9.1. Некоторые показатели эксплуатации, определения и терминология
9.2. Организация эксплуатации
9.3. Рациональное использование водных ресурсов
9.4. Эксплуатация и ремонт гидротехнических сооружений
9.4.1. Организация контроля безопасности ГТС
9.4.2. Техническое, информационное и методическое обеспечение контроля безопасности ГТС
9.4.3. Ремонт гидротехнических сооружений
9.5. Эксплуатация и ремонт оборудования ГЭС
9.5.1. Эксплуатация гидротурбин
9.5.2. Эксплуатация гидромеханического и вспомогательного оборудования
9.5.3. Ремонт турбин, гидромеханического оборудования и металлоконструкций ГТС
9.5.4. Эксплуатация и ремонт гидрогенераторов
9.5.5. Эксплуатация электрической части ГЭС
9.6. Эксплуатация водохранилищ
Использованная литература

10. Энергетика и экология
Использованная литература

11. Энергетика и экономика
11.1. Автоматизированная система управления в энергетике
11.2. Технико-экономические показатели, планирование
11.3. Рынок в электроэнергетике
11.4. Изменения в электроэнергетике России в переходный период к рынку
Использованная литература

Предметный указатель

Предисловие

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 оборудованию ГТС и инженера-электрика, специалиста по электротехническому оборудованию, релейной защите и автоматике.

Книга является учебным пособием к специальному курсу «Гидроэлектростанции» для студентов одноименной специальности.

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.

Молодой специалист, получив указанную специальность, также сможет успешно работать и в области проектирования, строительства и эксплуатации линий электропередачи, а также сетевых электроподстанций.

Учебное пособие разработано на основе многолетнего опыта проектирования, строительства и эксплуатации крупнейших гидроэлектростанций: 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 Саяно-Шушенской ГЭС, помогавшим в подготовке рукописи.