Подземные энергетические комплексы

1.6. Подземные энергетические комплексы

1.6.1. Объекты атомной энергетики

Первая подземная атомная электростанция (ПАЭС) в мире была построена в СССР в 1954 г. в районе г. Красноярска, причем эта стан­ция эксплуатируется до настоящего времени.

Главные преимущества подземных станций:

- повышенная безопасность по фактору внешних воздействий;

- повышенная безопасность по фактору аварийности. Типы подземных атомных станций.

1. Особо малые необслуживаемые, саморегулируемые (тип «Елена), (рис. 1.6.1), предназначаемые для обеспечения тепловой энер­гией поселков городского типа.

2. Малые обслуживаемые (тип «Рута») с реактором тепловой мощностью 20 МВт.

3. Средние (тип «Кобра», рис. 1.6.2) с реактором тепловой мощностью 405 МВт.

4. Крупные (рис. 1.6.3) с размещением реакторов в четырех камерах с габаритами 300×20×60 м.

5. Особо крупные (перспективные, размещаемые в шахтных ко­лодцах диаметром 150 м и с высотой 250 м).

Современные технические достижения - реакторы на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением на основе системы «свинец - висмут» - позволяют не только скомпоновать в подземной пространстве предельно безопасную АЭС, но и реализовать принцип единства могильника радиоактивных отходов и долговременного хра­нилища ОЯТ (отработанного ядерного топлива). Последнее исключает необходимость выдачи на поверхность каких-либо опасных веществ их транспортировку к местам переработки и захоронения.

1.6.2. Подземные гидроэлектростанции (ГЭС)

К настоящему времени мощность подземных гидроэлектро­станций составляет около 1/6 от мощности всех гидроэнергетических объектов мира. В нашей стране построено около 40 гидроэлектростан­ций с тоннельной деривацией, в том числе более 10 подземных ГЭС. Комплекс подземных выработок и камер ГЭС включает ряд весьма разнообразных подземных объектов, отличающихся формами, сече­ниями, протяженностью, пространственным расположением. Вместе с тем, подземные ГЭС содержат общие компоновочные элементы, к числу которых относятся головные сооружения верхнего бьефа с во­дозаборами, напорные (деривационные) тоннели, уравнительные шахты и резервуары, машинные залы с турбинами, водоотводящие тонне­ли нижнего бьефа.

Схема подземной ГЭС показана на рис. 1.6.4. Конструкция водо­забора тоннельного типа приведена на рис. 1.6.5. Схема уравнитель­ной шахты изображена на рис. 1.6.6. Обделки безнапорных и напор­ных тоннелей и конструкция машинного зала показаны на рис. 1.6.7, 1.6.8, 1.6.9.

1.6.3. Гидроаккумулирующие (ГАЭС) и воздушно-гидроаккумулнрующие (ВГАЭС) электростанции

Назначение ГАЭС и ВГАЭС - аккумуляция энергии в ночное время в период действия пониженных тарифов на электроэнергию снабжение энергией потребителей в дневное время.

Схемы ГАЭС и ВГАЭС приведены на рис. 1.6.10. 1.6.11:

1.6.4. Гидротехнические тоннели

Гидротехнические тоннели делятся на тоннели, обслуживающие гидроэлектростанции, и тоннели-водоводы. Последние предназначаются для водоснабжения крупных городов, ирригации засушливых земель, переброски стока или отвода воды.

Гидротехнические тоннели также подразделяются:

- на основные, предназначенные для постоянного пропуска во­ды при эксплуатации гидроэлектростанций, мелиоративных систем и систем водоснабжения;

-  второстепенные, предназначенные для периодического про­пуска воды при опорожнении и промыве водоемов и водоводов, а так­же для сброса воды;

-   временные, предназначенные для пропуска воды в период строительства или ремонта гидротехнических сооружений.

В зависимости от гидравлического режима гидротехнические тоннели делятся:

- на напорные, работающие при избыточном внутреннем давле­нии воды в сравнении с атмосферным;

- безнапорные, работающие при неполном наполнении.

По виду обделок или их отсутствию различают:

- выравнивающие (ненесущие), обеспечивающие улучшение гидравлических характеристик тоннеля, предотвращение выветрива­ния и размыва вмещающих пород;

- несущие, обеспечивающие восприятие нагрузок:

- тоннели без обделки (прокладываемые в слаботрещиноватых скальных неразмываемых или в вечномерзлых породах).

Безнапорным тоннелям, испытывающим горное давление, и на­порным тоннелям придается круговое очертание. В местах примыка­ния тоннелей к камерам и на участках, где возможно смешение эле­ментов тоннеля, следует устраивать деформационные швы, преду­сматривая установку в швах диафрагм, шпонок или других уплотните­лей. Тоннели-водоводы целесообразно разделять на отсеки (рис. 1.6.12).

При ревизиях и полном перекрытии одного отсека в межень возможен пропуск воды по другому отсеку. Для регулирования подачи воды в отсеки на входе тоннеля предусматривается установка специальных затворов.

Уклоны тоннелей-водоводов принимаются постоянными в пре­делах 0,0015÷0,0050. Размеры тоннелей-водоводов, определяющие их пропускную способность, назначаются в зависимости от ожидаемых расходов воды. Диаметр или пролет тоннеля допускается принимать от 2 до 6 м - через 0,5 м, свыше 6 м - через 1 м длины.

Пропускная способность тоннелей водоводов может изменяться в широких пределах и достигать нескольких сотен кубических метров в секунду.