Теоретические основы ИВЭ. Аддитивная модель процесса получения, преобразования, распределения и использования гидроэнергии. Основные схемы использования гидроэнергии.

Имеются три основные схемы создания сосредоточенного напора ГЭС:

1) плотинная схема, когда напор создается плотиной;

2) деривационная схема, когда напор создается преимущественно посред­ством деривации, осуществляемой в виде канала, туннеля или трубопровода;

3) плотинно-деривационная схема, когда напор создается и плотиной,
и деривацией.

Плотины имеются во всех трех схемах. Плотины могут быть земляные (рис. 1, а), каменно-набросные (рис. 1, б), бетонные и железобетонные (рис. 1, в).

Рис. 1. Поперечные профили плотин: а — земляных; б — каменно-набросных; в — бе­тонных

/ — плотина с ядром; // — плотина с экраном; /// — плотина с диафрагмой; IV — гравитационная глухая; V — гравитационная водосливная; VI — контрфорсная; VII — арочная; VIII — многоарочная 1 — ядро из местных материалов (глина, суглинок, лёсс); 2— зуб; 3— крепление верхового откоса; 4 — экран; 5 — экран с понуром; 6 — диафрагма; 7 — цементационная завеса; 8 — каменная наброска; 9 — обратный фильтр; 10 — берма; 11 — железобетонный экран; 12 — подэкрановая каменная кладка; 13 — затвор; 14 — козловый экран; 15 — водослив; 16 — плита; 17 — контрфорсы; 18 — распорные балки; 19 — арка

Земляные плотины строятся высотой до 200 м, а каменно-набросные до 300 м. Каменно-набросные и земляные плотины имеют ширину по основанию больше высоты. Крутизну откосов обычно обозначают 1:3, 1 : 2,5 и т. д. Это значит, что горизонтальная проекция откоса соответственно в 3 или 2,5 раза больше его высоты. Бетонные гравитационные плотины, устойчивость которых обеспечивается их массой, строятся на слабом основании (глина, песок) высотой до 40 м, а на прочном скальном основании — до 300 м.

Железобетонная контрофорсная плотина может быть построена высо­той до 100 м. Одноарочные плотины строятся только в узких глубоких кань­онах с прочными скальными берегами, на которые передается нагрузка от плотины. Такие плотины обычно делаются железобетонными и могут дости­гать высоты 300м.

В многоарочных железобетонных плотинах нагрузка через арки пере­дается на контрфорсы, и через них на основание. Такие плотины строятся высотой до 100—150 м.

Рис. 1. Поперечные профили плотин: а — земляных; б — каменно-набросных; в — бе­тонных

А. Плотинная схема

Плотинная схема (см. рис. 2) осуществляется преимущественно при боль­ших расходах воды и малых уклонах ее свободной поверхности. Посредством плотины, построенной в пункте В, создается перепад Н_о, а подпор воды рас­пространяется вверх по реке до пункта А. Разность уровней воды в пунктах A и В равна Н_о + h. Часть общего падения реки h будет потеряна при движе­нии воды в верхнем бьефе. В плотинной схеме в зависимости от величины напора гидроэлектростанция может быть русловой или приплотинной.

Русловой называется такая гидростанция, у которой здание ГЭС наряду с плотиной входит в состав сооружений, создающих напор (см. рис. 3). Здание ГЭС в этом случае воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа и должно удовлетворять условию устойчивости, как и плотина. Русловая ГЭС может быть построена при сравнительно небольшом напоре.

При средних и больших напорах строят приплотинную ГЭС, здание кото­рой располагается за плотиной и не воспринимает полного давления воды (см. рис. 4). Подвод воды к турбинам такой ГЭС осуществляется трубопроводами, размещаемыми в теле или поверх бетонной плотины, под земляной плотиной или туннелями, прокладываемыми в обход плотины.