Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ВВЕДЕНИЕ

В дореволюционной России были построены оригинальные и крупные гидросиловые установки. Например, в 1787 г. на Змеиногорском руднике была построена подземная гидросиловая установка с водяным колесом диаметром 17 м. Гидросиловая установка Кренгольмской мануфактуры на р. Нарове по суммарной мощности 6000 кВт занимала в 1890 г. первое место в мире.

Однако вследствие социально-экономических причин царская Россия в промышленном развитии отставала от передовых капиталистических стран. Перед первой мировой войной по выработке -электроэнергии Россия была на восьмом месте в мире и на шестом в Европе. Самой большой гидроэлектростанцией в царской России была Гиндукуш- ская ГЭС на р. Мургаб, мощностью 1350 кВт.

Крупное гидроэнергетическое строительство началось в России только после Великой Октябрьской социалистической революции. По инициативе В. И. Ленина был составлен государственный план электрификации России (план ГОЭЛРО), который был не только выполнен, но и перевыполнен. В соответствии с планом ГОЭЛРО осуществлено комплексное использование для энергетики и речного транспорта рек—Волхова, Свири и Днепра. Первой крупной гидроэлектростанцией в России была Волховская ГЭС имени В. И. Ленина, которая введена в эксплуатацию в 1926 г. Введенная в эксплуатацию в 1932 г. Днепровская ГЭС имени В. И. Ленина при полном развитии стала крупнейшей в Европе. Крупнейшими в мире были последовательно: Волжская ГЭС имени В. И. Ленина мощностью 2300 МВт, Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС — 2541 МВт, Братская ГЭС на р. Ангаре— 4100 МВт, Красноярская ГЭС на р. Енисее — 6000 МВт, Саяно- Шушенская ГЭС на р. Енисее — 6400—7200 МВт. Рассматривается вопрос о повышении мощности каждого из двух последних агрегатов Саяно-Шушенской ГЭС до 800—1000 МВт, что повлечет за собой увеличение ее установленной мощности при напоре 216 м до 7400— 7700 МВт.

В табл. В-1 представлены крупнейшие построенные и строящиеся ГЭС, а также ГАЭС. Комплексные задачи, в основном энергетики и речного транспорта, решались при проектировании и строительстве гидроузлов на реках Енисей и Кама. Водохозяйственный комплекс Волги и Днепра представлен энергетикой, речным транспортом, орошением и водоснабжением. На реках Вахш, Нарын, Сулак и Ингури основными участниками комплексного использования водных ресурсов являются орошение и энергетика. Задачи борьбы с наводнениями и энергетического использования водотоков решаются гидроузлами на реках Зее и Бурее.

ГЭС используют возобновляемую энергию воды, что весьма важно для народного хозяйства. В 1978 г. установленная мощность ГЭС мира составила 414 млн. кВт, атомных электростанций— 116 млн. кВт. Соответствующий удельный вес был равен 22,1 и 6,22%. В 1979 г. выработка электроэнергии ГЭС во всем мире была порядка 1600 млрд. кВт-ч, что составило примерно 23% от выработки электроэнергии всеми электростанциями мира,. Удельный вес выработки электроэнергии ГЭС составлял в США 15 %, в Канаде 75 °/о и в СССР 15 %. По суммарной мощности гидроэлектростанции СССР занимают второе место в мире, а по выработке гидроэнергии — третье (после США и Канады). Выработка электроэнергии гидроэлектростанциями СССР составляла в 1979 г. 172 млрд. кВт-ч, а их установленная мощность на начало 1980 г. — 50 млн. кВт. При этом удельный вес по мощности равен 20,8%- Экономически выгодные для использования гидроэнергетические ресурсы СССР (экономический потенциал) исчисляются кругло в 1100 млрд. кВт-ч. Следовательно, экономический потенциал гидро-энергии СССР использован только на 16 %, т. е. примерно так же, как и во всем мире.

Исключительно быстрыми темпами развивается строительство НС, предназначенных для орошения земель и для водоснабжения городов, тепловых электростанций и промышленных предприятий. Построены и строятся каскады НС на каналах Иртыш — Караганда, Днепр—Донбасс, Саратовском, Северо-Крымском и др. Крупнейшей НС в СССР является Каховская с суммарной подачей 530 м3/с и с мощностью 168 МВт. Мощные НС намечаются в схеме переброски части стока си-бирских рек в Среднюю Азию и Казахстан с водоподачей 2000 м3/с и переброски части стока северных рек в южные районы Советского Союза. В схемах переброски стока северных рек часть НС проектируется как комбинированные НС и ГАЭС.


ГАЭС представляют собой синтез НС и ГЭС и работают попеременно как насосная станция и как гидроэлектростанция. В СССР из построенных ГАЭС самой крупной является Киевская мощностью 225 МВт. Строятся Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт и Кайшя- дорская ГАЭС мощностью 1600 МВт, намечается постройка Ленинградской ГАЭС мощностью 1320 МВт, Днестровской ГАЭС 2200 МВт и других. Построена Кислогубская ПЭС мощностью 400 кВт. В пред-варительных проектных проработках намечаются ПЭС мощностью в сотни тысяч и даже в несколько миллионов киловатт.

ГЭС работают в Единой электроэнергетической системе (ЕЭЭС) совместно с ТЭС. Гидроэнергетика является подотраслью электроэнергетики и развитие гидроэнергетики происходит в соответствии с развитием всей отрасли электроэнергетики. В народном хозяйстве электроэнергетика является ведущей отраслью.

Во многих промышленно развитых странах кризисными являются проблемы энергоресурсов и пресной воды. Неравномерное территориальное распределение энергетических и водных ресурсов в нашей стране требует особого внимания к обеспечению всех районов пресной водой и электроэнергией. Руководствуясь принципами рационального использования, охраны и воспроизводства природных ресурсов и охраны окружающей среды, необходимо находить пути, исследовать и решать задачи наиболее экономичного обеспечения всех районов и отраслей народного хозяйства энергией и пресной водой при жестком проведении во всех отраслях народного хозяйства энерго- и водосберегательной политики, внедрения безводной технологии в промышленности и оборотного водоснабжения.

Развитие энергетики СССР определяется решениями съездов КПСС. XXVI съезд КПСС предписал усилить строительство атомных и гидроэлектрических станций. В XI пятилетке с 1981 по 1985 г. намечено ввести в строй 24—25 млн. кВт мощности АЭС и 12 млн. кВт ГЭС и ГАЭС. Довести годовую выработку электроэнергии в 1985 г. на АЭС до 220—225 и ГЭС до 230—235 млрд. кВт-ч. В Европейской части СССР обеспечить прирост мощности и выработки электроэнергии в основном на атомных и гидроэлектростанциях.

Осуществить строительство крупных гидроэлектростанций на реках Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии с учетом комплексного использования гидроресурсов, а также гидроаккумулирующих электростанций в Европейской части СССР.

Ускоренными темпами осуществлять строительство тепловых электростанций, использующих угли Экибастузского и Канско-Ачинского бассейнов, а также природный и попутный газ месторождений в Западной Сибири.

Ввести в действие первую очередь линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 киловольт Экибастуз — Центр и линии электропередачи переменного тока напряжением 1150 киловольт Экибастуз — Урал.

Главной задачей гидроэнергетиков является реализация постановлений Партии и Правительства по проблемам развития гидроэнергетики и комплексного использования водных ресурсов.

Ниже перечисляются основные задачи в области гидроэнергетики и водного хозяйства.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

1. Наиболее эффективное комплексное использование водных ресурсов и их воспроизводство для удовлетворения потребностей нескольких водопотребителей при соблюдении требований охраны окружающей среды; предотвращение и защита от наводнений, водной эрозии почв и т. п.
2. Определение народнохозяйственного значения водохранилищ и их роли в обеспечении пресной водой отраслей народного хозяйства и населения, гарантирование в маловодные периоды повышенного уровня мощностей и выработки энергии ГЭС; создание условий для переброски части стока рек в засушливые районы; минимизация отрицательных последствий создания водохранилищ.
3. Определение социально-экономических последствий обеспечения водой засушливых районов путем переброски части стока из северных районов.
4. Задачи объединения водохозяйственных систем и создания Единой водохозяйственной системы страны, межгосударственного использования и перераспределения стока пограничных рек.
1. Разработка научных основ оптимальных схем энергетического и комплексного использования водных ресурсов, определение роли ГЭС в водохозяйственных комплексах, энергокомплексах и в создании территориально-производственных комплексов.
2. Выявление значения Единой электроэнергетической системы СССР (ЕЭЭС) для повышения эффективности ГЭС и ГАЭС, особенно в отношении использования их высоких маневренных свойств: а) при покрытии пиков электрической нагрузки и поддержания высокого качества электроэнергии по частоте электрического тока и напряжению;
б) в качестве быстродействующего аварийного резерва для обеспечения надежности электроснабжения; в) обеспечение тепловым и атомным электростанциям наиболее экономичного равномерного режима работы; г) использование ГАЭС как необходимого элемента совместного строительства и работы с АЭС.
3. Совершенствование методов определения эффективности гидро-энергетических и комплексных водохозяйственных объектов; исследование вопроса экономической оценки возобновляемых и невозобновляемых энергоресурсов; использование энергии приливов.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПО СООРУЖЕНИЯМ И ЗДАНИЯМ СТАНЦИЙ

1. Строительство экономичных, надежных и эстетически оформленных гидротехнических сооружений и гидроузлов.
2. Применение прогрессивных, экономичных конструкций гидро-технических сооружений, обеспечивающих хорошие технологические условия для производства строительно-монтажных работ и эксплуатации сооружений и оборудования ГЭУ; обеспечение ускоренного ввода первых агрегатов ГЭУ и завершения всего строительства в оптимальный срок.
3. Выбор варианта размещения на местности здания ГЭУ, обеспе-чивающего оптимальные условия для гидроузла в целом в отношении экономичности, надежности и удобств эксплуатации.
4. Наиболее экономичное и удобное для монтажа и эксплуатации размещение в здании ГЭУ основного и вспомогательного оборудования; создание наиболее совершенного водопроводящего тракта гидравлических машин с минимальными габаритами . и наименьшими потерями напора.
5. Совершенствование конструкций зданий ГЭУ: а) обеспечение устойчивости, прочности и долговечности зданий и надежности работы основного и вспомогательного оборудования; б) разработка более совершенных компоновок зданий НС, водозаборных и водовыпускных сооружений; укрупнение агрегатов для мощных НС систем водоснабжения АЭС и систем переброски стока; применение спирального отвода воды вертикальных насосов и установка капсульных агрегатов как главные факторы укрупнения агрегатов НС; в) совершенствование компоновки ГАЭС с применением новейших типов оборудования; разработка вопросов строительства высоконапорных ГАЭС с подземными бассейнами; г) улучшение архитектурного оформления зданий и прилегающей территории.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ОБОРУДОВАНИЮ ГЭУ

1. Повышение энергетических и противокавитационных качеств гидротурбин, насосов и обратимых гидромашин, увеличение их износостойкости, ресурса и ремонтоспособности, а также повышение надежности их эксплуатации.
2. Укрупнение агрегатов ГЭС до 1,0—1,2 млн. кВт и ГАЭС — до 300—400 МВт.
3. Повышение технических показателей надежности, долговечности и межремонтного периода электрических машин, выключателей, разъединителей и т. д. Укрупнение и повышение напряжения гидрогенераторов и обратимых электрических машин и совершенствование систем возбуждения и охлаждения их обмоток. Повышение качества изоляции. Значительное увеличение ресурса машин и аппаратов по числу включений, выключений, переключений агрегатов , ГЭС, ГАЭС и НС.
4. Автоматизация и обеспечение надежности работы ГЭС, ГАЭС, НС при переходных режимах и аварийных ситуациях; повышение качества и автоматизации эксплуатации вспомогательного оборудования гидроэнергетических установок.
5. Разработка экономических типовых конструкций агрегатов для малых и средних ГЭС.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЭУ

1. Претворение в проектах ГЭС, ГАЭС и НС решений Партии и Правительства по гидроэнергетике, комплексному использованию и воспроизводству водных ресурсов и охраны флоры и фауны.
2. Выбор оптимального (для народного хозяйства в целом, а не для отдельной отрасли) использования водных ресурсов с обязательным учетом перспектив развития народного хозяйства, а в соответствующих случаях — с учетом международных связей в области энергетики и совместного использования водных ресурсов.
3. Решение в проектах и при строительстве ГЭУ и особенно НС задач наиболее эффективного использования водных ресурсов и максимальной экономии воды и электроэнергии.
4. Разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования ГЭС, НС и ГАЭС; проектирование и строительство каскадов ГЭС и НС с применением типовых сооружений и оборудовиния.
5. Проектирование энергокомплексов н промышленно-производственных комплексов на базе крупных ГЭС.
6. Разработка схем экономичного энергетического и комплексного использования малых и средних рек Европейской части СССР.

При эксплуатации ГЭУ большое значение имеет улучшение организации управлением ГЭУ, особенно при комплексном использовании водных ресурсов; усовершенствование автоматизированных систем управления энергетическим оборудованием, аппаратами и приборами, механическим оборудованием, гидротехническими сооружениями; повышение эффективного воздействия ГЭС и ГАЭС на надежность и качество электроэнергии в энергосистемах; оптимальная организация эксплуатации энергокомплексов; уменьшение потерь напора и энергии в водопроводящих трактах ГЭУ, потерь воды на фильтрацию и всемерное повышение экономичности ГЭС, ГАЭС и особенно НС.

В приведенный выше перечень включены проблемы и задачи собственно гидроэнергетики, а также более общие проблемы энергетики и водного хозяйства, решение которых будет влиять на гидроэнергетику. Примерами могут служить: создание Единой водохозяйственной системы страны, региональные переброски стока в засушливые районы, развитие Единой электроэнергетической системы страны, создание энергокомплексов, создание территориально-производственных комплексов на базе мощных ГЭС.

Перечень сформулированных проблем и задач не может считаться исчерпывающим, так как при бурном развитии науки и техники будут появляться новые перспективные проблемы и задачи по гидроэнергетике и водному хозяйству. В условиях напряженного топливо-энерге- тического баланса все большее значение будет приобретать использование возобновляемых источников энергии, т. е. гидроэнергии, солнечной, ветровой и геотермальной энергии.

Согласно решениям Партии и Правительства установленная мощность гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций должна быть доведена к 1990 г. до 80 млн. кВт.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики