Piic. 2-6, Схемы энергетических комплексов, включающих ГАЭС. J - верхний бассейн (пруд-охладитель); 2-нижний бассейн (водохранилище); 3 - верхний бассейн (водохранилище); 4 - верхний бассейн.

Особый интерес представляют ГАЭС смешанного типа в составе энергетических комплексов, включающих наряду с гидравлическими тепловые или атомные электростанции (рис. 2-6). При-

Рнс. 2-7. НС-ГАЭС Дрейкенсберг (ЮАР).

1 - плотина Стеркфонтейн; 2 - плотина Дриклуф; 3 - верховые туннельные водоводы (две нитки длиной по 3 км); 4 - верховые уравнительные шахты диаметром 13.2 м; о - подземный машзал ГАЭС; 6 - две низовые уравнительные шахты диаметром по 18 м; 7 -низовой туннельный водовод длиной 1,4 км; 8 -плотина Килберн; 9 - НС Джегер-сраст; /О-.выпуск в бассейн р. Ваал; -подводящий канал,

мером такого решения может явиться строящийся Южно-Украинский энергетический комплекс, включающий из гидроэнергетических объектов Константиновскую ГЭС - ГАЭС, остропиковую Ташлыкскую ГЭС мощностью 1800 МВт и насосную станцию, потребляющую мощность 200 МВт (см. § 1-1). 28

ГАЭС смешанного типа, объединяющие насосную и гидроак-кумулирующую станции НС - ГАЭС, могут использоваться в составе ирригационно-энергетических комплексов.

Строящаяся в ЮАР НС - ГАЭС Дрейкенсберг входит в гидротехническую систему Тугела - Ваал, которая предназначена для переброски 345 млн. м стока р. Тугела (бассейн Индийского океана) в р. Ваал (бассейн Атлантического океана). На этой переброске сооружается подземная ГАЭС с четырьмя обратимыми гидромашинами мощностью по 250 МВт в турбинном режиме. Максимальный напор НС -ГАЭС 463 м в турбинном и 473 м в насосном режиме (рис. 2-7).

2-2. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ГИДРОСИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

По количеству машин различают четырех-, трех- и двухмашинную схему агрегатов ГАЭС (рис. 2-8).

Четырехмашинные схемы (рис. 2-8,а) превосходят остальные по количеству оборудования и требуют соответственно

.5 3 7 F

Рис. 2-8. Схемы гидросилового оборудования ГАЭС.

о - четырехмашинная; б - трехмашинная с вертикальными агрегатами; в - то же с горизонтальными агрегатами; г - двухмашинная; / - электродвигатель; 2 - генератор; - обратимая электрическая машина; 4 - обратимая гидромашина; 5 - гидротурбина; 6 - насос; 7- муфта сцепления,

больших объемов машинных залов, подводящих и отводящих водоводов и т. д. Подобные схемы могут рассматриваться главным образом только при раздельном расположении насосной и турбинной частей установки. Так, Ташлыкская ГЭС и насосная станция Южно-Украинского энергетического комплекса являются по существу общей гидроаккумулирующей установкой, работающей по четырехмашинной схеме. В остальных случаях четырехмашинные схемы, как правило, не применяются и вытеснены значительно более рациональными трех- и двухмашинными схемами.

Трехмашинная схема имеет общий двигатель-генератор, турбину и насос (рис. 2-8,6), Трехмашинные агрегаты могут изготовляться как с горизонтальным, так и с вертикальным валом,

Они оборудуются либо ковшовыми, либо радиально-осевыми гидротурбинами и центробежными одно- и многоступенчатыми насосами.

Трехмашинная схема до недавнего времени была наиболее распространенной. Преимущества этой схемы: возможность подбора турбины и насоса с наиболее благоприятными энергетическими показателями; совмещение электрических машин в единый обратимый двигатель-генератор, что не связано со значительными конструктивными осложнениями; неизменность направления вращения, что облегчает смену режимов и упрощает конструкцию подпятника.

Недостатком трехмашинной схемы является высокая стоимость (по сравнению с двухмашинной) из-за наличия двух отдельных гидравлических машин (турбины и насоса) с индивидуальным подводом и отводом воды, а также отдельными запор-ны.ми устройствами.

.Кроме того, если в состав трехмашинного гидроагрегата входит вертикальная турбина ковшового типа, работающая в безнапорном режиме, и многоступенчатый центробежный насос, требующий значительного заглубления, то это может привести к необходимости устройства высоких машинных залов, что при их подземном расположении связано со значительными трудностями. Так, на ГАЭС Лаго-Делио (Италия), где установлены трехмашинные агрегаты с вертикальными ковшовыми турбинами, высота подземной выработки составила 60 м. Для уменьшения деформаций стен выработки потребовалось выполнение специальных мероприятий.

Для уменьшения общей высоты зданий ГАЭС в некоторых случаях прибегают к установке так называемых бустерных насосов, которые обеспечивают необходимый пьезометрический напор на всасе центробел\ного насоса. При.менение радиально-осевых турбин вместо ковшовых такл<е приводит к более экономичному решению здания, поскольку значительная положительная высота отсасывания улучшает работу радиально-осевых турбин. Примером такой компоновки является ГАЭС Вальдек II (ФРГ).

Вертикальные размеры здания ГАЭС еще более сокращаются при трехмашинной схеме оборудования с горизонтальными агрегатами (рис. 2-8, в), однако при этом возрастает длина машинного зала. Так, на ГАЭС Вианден I (Люксембург) для установки 9 горизонтальных агрегатов общей .мощностью 900 МВт на напор 290 м потребовался подземный машинный зал длиной 326 м.

Двухмашинную схему оборудования, при которой на ГАЭС устанавливаются гидроагрегаты, состоящие каждый из обратимой гидромашины (насосотурбины) и реверсивной электромашины, следует считать наиболее совершенной и экономичной (рис. 2:8,г). Как правило, двухмашинные обратимые агрегаты имеют вертикальное расположение вала. Работа в турбинном и насосном режимах происходит при противоположном направле-

Рис. 2-9. Сопоставление габаритов подземного машинного зала ГАЭС Ла Кош (Франция) при трехмашинной (а) и двухмашинной (б) схемах. Объемы скальной выемки соответственно составляют 34,7 и 15,2 тыс. м.

Щает конструктивную схему ГАЭС. Хотя стоимость обратимой гидромашины на 40-50% выше стоимости обычной гидротурбины тех же параметров и к. п. д. несколько снижается при работе в обоих режимах (см. § 5-1), общая стоимость ГАЭС при применении обратимых агрегатов существенно ниже.

в зависимости от диапазона используемых напоров обратимая гидромашина может быть поворотно-лопастной, радиально-осевой или диагональной. Обратимые гидроагрегаты изготавливаются на напоры до 930 м (ГАЭС Ла Кош, Франция, четыре агрегата общей мощностью 320 МВт). Имеются проектные проработки еще более высоконапорных обратимых агрегатов.

Значительно меньшая металлоемкость двухмашинной схемы по сравнению с трехмашинной, более простая эксплуатация, *1еньшие габариты машинных залов будут способствовать более широкому внедрению ГАЭС с двухмашинной схемой.

На рис 2-9 приведено сопоставление габаритов машинного зала ГАЭС Ла Кош для различных вариантов гидросилового оборудования.

2-3. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛОВ АККУМУЛИРОВАНИЯ ГАЭС

По продолжительности цикла аккумулирования ГАЭС подразделяются на ГАЭС суточного, недельного и сезонного регулирования.

В ГАЭС суточного р е гу л и р о в а н и я наполнение и сработка бассейна происходят в течение суток.

Продолжительность использования ГАЭС в суточном режиме (продолжительность периода зарядки и разрядки) определяется технико-экономическим расчетом. Ориентировочная продолжительность работы ГАЭС в турбинном режиме составляет 4-5 ч, а в насосном 6-8 ч в сутки. Вместе с тем полезная емкость бассейнов (10 млн. м) ГАЭС Лаго-Делио (Италия) обеспечивает работу ГАЭС в турбинном режиме в течение 17 ч, а ГАЭС Рэк-кун Маунтин (США) в течение 20 ч. Это вызвано стремлением использовать энергию воды, аккумулированной в верхнем бассейне ГАЭС, в качестве резерва энергетической системы.

В некоторых случаях на суточный цикл может накладываться недельный цикл аккумулирования (см. § 1-2), что требует обычно значительного увеличения емкости бассейнов.

ГАЭС сезонного аккумулирования закачивают воду в аккумулирующие бассейны в сезон малого энергопотребления или при наличии избыточных водных ресурсов (обычно летом).

Применение ГАЭС с длительным циклом регулирования мол-сет быть целесообразным в энергосистемах, в которых преобладают малозарегулированные ГЭС, а также в составе комплексных водохозяйственных схем. Для условий СССР пока не выявлены экономические предпосылки для создания ГАЭС сезонного регулирования.

2-4. КОМПОНОВКИ ОСНОВНЫХ СООРУЖЕНИЙ И КЛАССИФИНА1[ИЯ ГАЭС ПО НАПОРАМ

Взаимное расположение основных сооружений ГАЭС определяет различные компоновочные решения. Эти компоновки могут различаться по расположению здания ГАЭС (наземное, подземное и полуподземное) и водоводов (наземное и подземное), по использованию в качестве верхнего и нижнего бассейнов естественных (а также ранее созданных искусственных) водоемов или специально создаваемых водохранилищ, по схеме создания напора установки (плотинная, деривационная и смешанная), по расположению бассейнов ГАЭС (поверхностное или подземное). В зависимости от природных факторов, строительно-хозяйственных условий, требований энергосистем и т. д. в различных странах выработались характерные традиционные компоновочные решения ГАЭС. Так, в Швейцарии и Австрии распространены сложные деривационные схемы, включающие переброски стока и обычно высоконапорные ГАЭС смешанного типа (ГЭС-ГАЭС). В Японии в последние годы получают распространение мощные ГЭС - ГАЭС, расположенные в каскаде на одной реке или с переброской стока из смежного бассейна с напорами от 200 до 600 м. В США Строятся преимущественно ГАЭС чистого аккумулирования с напорами от 100 до 500 м, а также устанавливаются дополнительные обратимые гидроагрегаты на действующих гидроэлектростанциях речных каскадов. В ФРГ, Великобритании, Испании, ГДР, ПНР, Люксембурге также преобладают ГАЭС чистого аккумулирования с напорами 200-300 м и более.

По напорам ГАЭС можно условно разделить на низконапорные (до 60-80 м), средненапорные (от 80 до 200-250 м) и высоконапорные (свыше 250 м).

Напор ГАЭС существенно влияет на технико-экономические показатели, поскольку он определяет (при равной мощности и продолжительности цикла работы установки) объем используемой воды и, следовательно, полезные объемы бассейнов, диаметры водоводов, габариты оборудования и машинных залов

Низконапорные ГАЭС в СССР проектируются главным образом как ГАЭС смешанного типа (Константиновская, Унижская, Переволокская ГЭС -ГАЭС н др.).

Минимальные напоры, используемые для целей гидроаккумулирования, не превышают нескольких метров и имеют место на

С.педует иметь в виду, что напор ГАЭС (так же как и напор ГЭС) является величиной переменной и зависит от положения уровней в бассейнах, гидравлических потерь, определяемых для каждой конкретной ГАЭС расходами воды, н от режима работы ГАЭС: в турбинном режиме гидравлические потерн вычитаются из напора, а в насосном - суммируются с ним. В книге, если это не оговорено, указан максимальный статический напор ГАЭС, соответствующий заполнению верхнего и опорожнению нижнего бассейна.

2 Заказ № 1355 33-