Использование подземного пространства

Гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккуллулируюшие электростанции (ГАЭС). Часть 1

При строительстве гидроузлов широко используются подземные сооружения: гидротехнические тоннели, шахтные турбинные водоводы, уравнительные шахты и резервуары, подземные машинные залы, камеры затворов и трансформаторные, подземные бассейны ГАЭС. В настоящее время в мире построены более 400 подземных ГЭС и ГАЭС. Сравнение стоимости наземных и подземных вариантов показывает, что разница обычно не превышает ± 5^10 % [Мостков, Дмитриев, Рахманинов, 1993], однако подземная компоновка станций имеет следующие преимущества:

- компоновочные: минимальные нарушения природной среды, сокращение длины напорных водоводов, защита сооружений от неблагоприятных природно-климатических и инженерного логических явлений и процессов, удешевление эксплуатации;

- конструктивные: облегчение конструкций и снижение удельного расхода бетона за счёт использования несущей способности скального массива;

- технологические: возможность применения единых технологических схем производства работ, не зависящих от климатических условий.

В состав подземных ГЭС и ГАЭС входят:

Водоприёмник (поверхностный или глубинный). Он представляет собой напорный или безнапорный тоннель переменного сечения, проложенный в бортовом склоне водохранилища и перекрытый на входе затворами и сороудерживающими решётками (рис. 2.94). Площадь поперечного сечения водоприёмника на входе определяется допустимыми скоростями движения воды перед сороудерживающими решётками, по мере заглубления в массив площадь сечения водоприёмника плавно уменьшается до достижения площади сечения деривационного водовода.

В компоновках ГАЭС водоприёмники используются в качестве водовыпусков при работе ГАЭС в насосном режиме.

Деривационный тоннель — это протяжённый гидротехнический тоннель, предназначенный для подвода или отвода воды и создания напора на гидроагрегаты. Деривационные тоннели принято подразделять на верховые и низовые: верховые используются для подвода воды к гидроагрегатам ГЭС и ГАЭС и отвода воды в насосном режиме ГАЭС; низовые — для отвода воды в турбинном режиме и подвода ее — в насосном.

При использовании глубинного водоприёмника верховая деривация выполняется напорной и в конце сопрягается с уравнительным резервуаром (рис. 2.95). При использовании поверхностного водоприёмника (рис. 2.96) подводящий тоннель проектируется безнапорным .

Отводящая деривация также может проектироваться как напорной , так и безнапорной (см. рис. 2.95). Выбор типа отводящего тоннеля определяется диапазоном колебания уровня воды в нижнем бьефе гидроузла.

Энергетические водоводы используются для распределения водного потока от подводящего тоннеля к гидроагрегатам (рис. 2.97).

Уравнительные резервуары - это шахты, размещаемые как на подводящих, так и на отводящих деривационных водоводах для их защиты от гидравлического удара (рис. 2.98). Уравнительный резервуар заменяет собой предохранительный клапан, снижающий величину гидравлического удара при резком изменении давления в тоннеле. Причиной изменения давления может быть изменение режима работы станции, внезапная остановка турбины, различные нештатные ситуации.

Аэрационные шахты предназначены для подачи воздуха в водоводы в случае их отключения от водоприёмника (см. рис. 2.94, а), для поддержания атмосферного давления на поверхности воды при колебании уровня в уравнительном резервуаре (см. рис. 2.95), для гарантированной работы безнапорного деривационного тоннеля большой протяжённости в безнапорном режиме, для подачи чистого воздуха с поверхности в подземные машинные залы, камеры затворов, трансформаторные и пр.

Подземные низовые бассейны Г АЭС используют для создания необходимого напора и в тех случаях, когда производится отвод воды в открытый бассейн или реку. Нижний подземный бассейн представляет собой крупную камерную выработку пролётом около 20 м и высотой около 30 м, расположенную на значительной глубине (порядка 1—1,2 км) от земной поверхности (рис. 2.99), либо систему протяжённых параллельных безнапорных тоннелей, объединённых общей сборной галереей (рис. 2.100), и рассчитанных на аккумуляцию объёма воды в течение суток при работе ГАЭС в пике графика нагрузки энергосистемы. Кроме параллельных, возможны системы перекрёстных тоннелей и другие компоновочные варианты.

Строительные тоннели предназначаются для пропуска бытовых расходов реки в период строительства гидроэнергетического комплекса

Они могут проектироваться как временные, только на период строительства, так и постоянные — по окончании строительства они используются для пропуска паводка. В этом случае, после полного или частичного завершения строительства, часть строительного тоннеля включают в постоянный эксплуатационный водосброс гидроузла. Для этого напорный участок строительного тоннеля отсекают бетонной пробкой, устраивают постоянный водозабор, соединённый наклонным тоннелем с постоянным водосбросом. Начальный участок строительного тоннеля затапливается при заполнении водохранилища и в дальнейшем не используется.