в. В. Куйбышева (руководитель - проф. Г. И. Кривчепко). Оно предусматривает последовательное включение двух обоа-тимых гидромашин, рассчитанных каждая на напор 600 м. Машины располагаются на общем валу по обе стороны от двигателя-генератора. Единичная мощность агрегата в этом случае достигает 600 МВт (рис. 4-44).

Рнс. 4-44. Машинный зал ГАЭС с подземным бассейном (вариант со сдвоенной обратимой гидромашиной).

/ - обратимая гидромашнна; 2 - двигатель-генератор; 5 - шаровой затвор- 4 - подводящий шахтный водовод; 5 - отводящий водовод; 6 - подземный бассейн; 7 - помещение трансформаторов и обслуживания затворов отводящего водовода- - транспорт-

ная шахта.

Удельные объемы выломки подземных машинных залов ГАЭС с подземными бассейнами составляют 0,15 м/кВт для трехмашинной схемы оборудования, 0,10 mVkBt для двухмашинной схемы с агрегатами мощностью 200 мВт и 0,05 м/кВт для спаренных агрегатов мощностью 600 МВт.

Как показывают расчеты и модельные исследования, выпол- ненные в институте Оргэнергострой, при расположении подземных машинных залов на глубинах до 1200 м в прочных кристаллических породах устойчивость незакрепленной выработки оценивается коэффициентом запаса 1,6, а наличие по контуру 112

выработки анкерной крепи в сочетании с набрызгбетоном повышает этот коэффициент до 2,5.

Из-за большой глубины расположения машинных залов ГАЭС с подземными бассейнами возникают также некоторые трудности с выдачей (подачей) мощности. Этот вопрос предполагается решить путем установки трансформаторов под землей (в общем помещении или в отдельной выработке) и прокладки на поверхность специальных газонаполненных высоковольтных кабелей.

В) Полуподземные здания ГАЭС

Полуподземное расположение здания ГАЭС может быть экономически эффективным в благоприятных топографических условиях, при наличии скального основания (или при устройстве шахт методом опускных колодцев) и в случаях, когда заглубление здания ГАЭС под максимальный уровень воды в нижнем бассейне не превышает 60-80 м. Основное преимущество полуподземного здания ГАЭС по сравнению с наземным заключается в отсутствии большого и трудоемкого в исполнении котлована. При необходимости установки нескольких агрегатов на полуподземной ГАЭС стремятся разместить их в отдельных колодцах, избегая подрезки склона в целях предотвращения возникновения оползня.

Примером полуподземной компоновки одноагрегатного здания является ГАЭС Родунд 11 (Австрия) мощностью 270 МВт при напоре 348 м. Агрегат ГАЭС расположен эксцентрично по отношению к шахте, что вообще характерно для подобных компоновок. Шаровой затвор установлен в общей шахте и обслуживается тем же мостовым краном, что и гидросиловое оборудование. Подошва сооружения тщательно вписана в контур скальной поверхности основания.

Два обратимых агрегата ГАЭС Фойерс (Великобритания) мощностью по 150 МВт при напоре 181 м установлены в раздельных шахтах с общим машинным залом на поверхности. В этих же шахтах размещаются затворы на подводящих водоводах. Монтажная площадка расположена в средней части машинного зала между шахтами агрегатов.

Примером многоагрегатной ГАЭС с полуподземным машинным залом является проектируемая в Югославии ГАЭС Джердап III с четырьмя агре-гата.ми мощностью по 300 МВт при напоре 400 м. Обратимые гидроагрегаты намечено установить в отдельных шахтах, пройденных в песчаниках н сланцах глубиной от поверхности расчистки 78 м. В этих же шахтах размещаются шаровые затворы. Отводящие водоводы располагаются в отдельных шахтах, примыкающих к основным (см. рис. 3-11).

На ГАЭС Лангенпроцельтен в ФРГ (напор 315 м) два обратимых гидроагрегата мощностью по 84 МВт установлены в общем машинном зале. Шаровые затворы вынесены в отдельные помещения. Отводящие водоводы выполнены в бетонном массиве здания ГАЭС. Верхнее строение машинного зала имеет пониженные габариты. Лишь на время монтажа агрегатов была предусмотрена более высокая пристройка.

Для многоагрегатных полуподземных ГАЭС может оказаться целесообразной кустовая компоновка, которая позволяет разместить несколько агрегатов в одном колодце.

4-5. НИЖНИЕ БАССЕЙНЫ

Нижние бассейны ГАЭС могут подразделяться на образованные искусственно путем подпора водотоков или озер, специально предназначенные для данной ГАЭС и на существующие естественные или искусственные водоемы (реки, озера, моря, водохранилища).

При достаточной площади существующих естественных или искусственных водоемов сооружение ГАЭС не может существенно повлиять на их уровен-ный режим. Однако режим течений и рыбохозяйственные условия могут в определенной степени измениться. Эти вопросы требуют в каждом случае специального изучения. На больших водоемах, используемых в качестве нижних бассейнов, при сильном ветре может возникать значительное волнение. В подобных случаях требуется сооружать специальные волноломы. Так, на ГАЭС Ладингтон, где нижним бассейном является оз. Мичиган, высота волн в естественном состоянии составляет 4,5 м. Для защиты от волнения построена система молов и волноломов, снижающая максимальную высоту волны в зоне ГАЭС до 1,2 м (рис. 4-45). Волнозащитные сооружения ГАЭС Ладингтон одновременно предотвращают занесение отсасывающих труб наносами.

При значительной сработке уровня водохранилища, используемого в качестве нижнего бассейна, может потребоваться устройство специальной дамбы, отделяющей нижний бассейн от основной акватории. Такое решение осуществлено на ГАЭС Кастейк, где одноименное водохранилище имеет сезонные колебания уровня до 45 м.

Если нижний бассейн создается путем подпора какого-либо водотока, то в целях сохранения земельных угодий ему обычно стремятся придать минимальные размеры. Это, в свою очередь, приводит к значительным колебаниям уровня воды в бассейне что может потребовать выполнения специальных мероприятий

Рнс. 4-45. Волнозащитные сооружения ГАЭС Ладингтон (США) на 03. Мичиган.

/ - головная часть молов; 2 - корневая часть молов; J -крепление дна прорези наброской; 4 - волнолом; 5 шпунтовая перемычка.

ДЛЯ повышения устойчивости берегов и откосов плотин из грунтовых материалов.

Гидроаккумулирующие электростанции часто сооружают на небольших водотоках. Поэтому потери воды из нижнего бассейна, хотя они и не влияют на к. п. д. установки, во многих случаях нежелательны, так как естественных ресурсов воды в меженный период может оказаться недостаточно для восполнения потерь.

Так, на ГАЭС Лангенпроцельтен нижний бассейн создан на небольшой р. Знндерсбах (см. рнс. 3-1). В связи с возможностью значительных фильтрационных потерь из бассейна, превышающих меженный сток реки, вся его площадь (150 тыс. м) покрыта асфальтобетонной облицовкой. В целях сокращения площади облицовки кроме основной построена вспомогательная плотина Шепфкопф, перекрывающая долину реки выше здания ГАЭС. Сток р. Зиндерсбах отводится по железобетонному лотку, трассированному вдоль склона, и перебрасывается в бассейн в обход вспомогательной плотины. Основная плотина выполнена из каменной наброски и рассчитана на перелив воды через гребень с расходом до 37 мс (рис. 4-46).

Рис. 4-46. Плотина нижнего бассейна ГАЭС Лангенпроцельтен (ФРГ).

/ - асфальтобетонная облицовка; 2 - упорные призмы из горной массы; J - ядро из делювиального материала; 4 - глубинный водовыпуск; 5 - смотровая галерея противо-фильтрациоиного покрытия; 6 - водосливной порог; 7 - быстроток; 8 - колодец гасителя; 9 - гравийно-галечные отложения; /О - песчаник.

Как указывалось выше, особые проблемы возникают при сооружении ГАЭС в узких долинах, сложенных нескальными грунтами.

Нижний бассейн Загорской ГАЭС будет расположен в долине р. Кунья и образован земляной намывной плотиной высотой до 27 м. В состав соору-жс}Нй входит водосброс (водовыпуск), рассчитанный на расход 160 м/с. В целях улучшения санитарного состояния прилегающей территории в зоне выклинивания подпора, созданного плотиной, хвостовая часть бассейна отгорожена дамбой с поверхностным водосбросом. Это сооружение обеспечивает постоянный уровенный режим на вышерасположенном участке реки. Для повышения устойчивости склонов долины в пределах бассейна, подверженных -переменному гидродинамическому воздействию, предусмотрено их уположение до 1:6. Для улучшения гидравлического режима намечено устройство прорезей и струенаправляющих дамб по дну бассейна.

В настоящее время проектируется несколько ГАЭС, которые должны использовать незарегулированные реки в качестве нижних бассейнов. Такое использование возможно только в случае значительных водотоков, где периодические отъемы и лопуски воды не будут оказывать заметного отрицательного

влияния, в каждом таком случае должны быть внимательно изучены изменения режима скоростей в реке, а также вопросы охраны рыбных ресурсов.

Проектируемая в Венгрии ГАЭС Предикалосек мощностью 600 мВт при напоре 500 м будет использовать в качестве нижнего бассейна р. Дунай. Турбинный расход ГАЭС составит 168 mVc, что в 6 раз меньше меженных расходов реки.

Как указывалось выше, имеются проекты высоконапорных морских ГАЭС (ГАЭС Аташика в Японии, Ай-Петринская ГАЭС в СССР). Приливные ГЭС, работающие в определенные часы в режиме гидроаккумулирования, также могут быть отнесены к морским ГАЭС. Проведенные в течение ряда лет в СССР исследования на Кислогубской ПЭС позволили разработать мероприятия, значительно снижающие агрессивное воздействие морской воды, а также меры по борьбе с обрастанием конструкций водными организмами.

Подземные бассейны ГАЭС принципиально отличаются от описанных выше нижних бассейнов, так как полностью искусственно создаются в прочных скальных породах на значительной глубине.

Объем нижнего бассейна может быть определен по формуле (1-11).

Поскольку полезный объем бассейнов, а следовательно, и объем скальной выломки обратно пропорциональны напору ГАЭС, наиболее эффективные решения достигаются при размещении подземных бассейнов на значительной глубине.

Стоимость строительства шахт и подъема породы на поверхность составляет примерно 15% общей стоимости ГАЭС с подземными бассейнами, в то время как объем и стоимость разработки породы, снижающиеся по мере заглубления бассейнов по гиперболической зависимости, формируют около 30% общих затрат.

Теоретический минимум суммарной кривой удельных капиталовложений находится в интервале напоров 1200--1500 м, что превосходит достигнутые в настоящее время возможности создания гидросилового оборудования и горных выработок большого пролета. Однако в интервале 1200-1300 м удельные показатели снижаются уже относительно мало. Поэтому оптимальная глубина заложения подземных бассейнов и ГАЭС в целом определяется напряженным состоянием породы вокруг выработок, возможностью изготовления соответствующего гидросилового оборудования, высоконапорных затворов и т. д.

Анализ перечисленных факторов показывает, что в прочных и малотрещиноватых кристаллических породах оптимальная глубина заложения подземных бассейнов составляет в настоящее время около 1200 м. При этом возможно устройство горных выработок рационального очертания с сечением площадью 600 м2 и более без бетонного крепления.

116

Плановое очертание подземных бассейнов может быть целиком подчинено требованиям производства работ и геологическим условиям. Оно может изменяться в процессе строительства по мере получения дополнительной информации о геологическом строении скального массива.

В эскизных проектировках ГАЭС с подземным бассейном, выполненных в СССР, сечение выработок принято пролетом 22 и высотой 30 м. В проектах, выполненных в Канаде, выработка принята примерно такого же сечения.

При проектировании подземного бассейна необходимо предусматривать устройство вентиляционного штрека для выпуска воздуха при заполнении и для подачи его при опорожнении бассейна.

Глава пятая

ГИДРОСИЛОВОЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

5-1. ГИДРОСИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ а) Трехмашинные агрегаты

Трехмашинная схема обеспечивает высокие энергетические и кавитационные качества и высокую маневренность оборудования. Одинаковое направление вращения агрегатов в турбинном и насосном режимах определяет оптимальное быстродействие перевода из одного режима работы в другой.

Трехмашинные агрегаты создаются как в горизонтальном, так и вертикальном исполнении. Преимуществом горизонтального расположения вала (по сравнению с вертикальным) является упрощение монтажа и демонтажа агрегата, большее удобство ремонтного и эксплуатационного обслуживания, более свободный доступ к оборудованию. При вертикальном расположении вала увеличивается заглубление насоса под уровень нижнего бьефа, что благоприятно сказывается на его кавитацнон-ных характеристиках. В.месте с тем применение в вертикальном трехмашинном агрегате ковшовой гидротурбины с расположением ее выше наивысшего уровня воды в нижнем бьефе приводит к значительному удлинению вала агрегата и соответственно увеличению габаритов машинного зала. Для сокращения вертикальных размеров агрегата на некоторых ГАЭС установлены ковшовые гидротурбины с противодавлением (ГАЭС Чиотас Пиастра).

Швейцарская фирма Эшер Висе разработала для ГАЭС Вальдек И трехмашинную схему гидроагрегата, в которой прп