автореферат диссертации по энергетике, 05.14.10, диссертация на тему:Модернизация гидроэнергетических установок и использование возобновляющих источников энергии и энергообеспечении (на примере РеспубликиКазахстан)

На правах рукописи

'а %€>&д

КАРИЕВ Данияр Аблакимулы

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЁОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИИ (на примере Республики

Казахстан)

Специальности:

05.14.10 - Гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки 05.14.16 - Технические средства и методы защиты окружающей среды (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени доктора технических паук

Саикт-Петербург 1999

Работа выполнена в Санкт- Петербургском государственном техническом университете

Научный консультант:

член корр. РАН, д.т.н., профессор Васильев Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Виссарионов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор Арефьев Николай Викторович

доктор технических наук, профессор Бальзанников Михаил Иванович

Ведущая организация - ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"

Защита состоится "<£ / " М&Рта. 2999 г. в 4 С час, на заседании диссертационного совета Д 063.38.09 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, гидрокорпус, ауд. 411 ПГК.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке СПбГТУ

Автореферат разослан " № " срр^АДиЛ 2В&9 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., профессор В.Т. Орлов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Казахстан располагает огромным потенциалом гидроэнергетических ресурсов, оцениваемых примерно в 198,6 млрд. кВт.ч электроэнергии в год, из которых в настоящее время используется около 26 %. Значительная часть запасов гидравлической энергии (83,3 %) находится в Восточно-Казахстанском, Юго-Восточном и Южно-Казахстанском регионах и гидроэнергетическое строительство в здесь в перспективе должно получить большое развитие.

Важнейшими проблемами для энергетики Казахстана является покрытие пиковых нагрузок, повышение экологической безопасности, надежности и живучести энергосистем. Возможность ГЭС работать в режимах переменных нагрузок позволяет использовать их в оперативном управлении режимами энергосистем всех уровней и включать их в комплексы противоаварийной автоматики и системы регулирования частоты и мощности. Эколого-экономическая эффективность энергосистем достигается выработкой на ГЭС дешевой электроэнергии и снижением удельных расходов топлива на ТЭС.

Экономия природных энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки в регионах Республики Казахстан является важной и весьма актуальной проблемой. Весомый вклад в решение этой проблемы может внести формирование благоприятной структуры топливно-энергетического баланса на основе использования экологически безопасных возобновляющихся источников энергии (ВИЭ) и, в первую очередь, гидравлической энергии.

В связи с тяжелым финансовым положением в электроэнергетической отрасли, первоочередными задачами являются: а) наращивание мощностей путем модернизации; б) восстановления и реконструкции действующих энергетических установок; в) широкое вовлечение в топливно-энергетический баланс ВИЭ; г) введение государственной политики энергоресурсосбережения и снижение энергоемкости внутреннего валового продукта.

В числе гидроэнергетических установок много насосных станции. Насосные станции (НС) различного народохозяйственного назначения, являются крупнейшими потребителями электроэнергии, поэтому совершенствование элементов проточной части с целью повышения эффективности работы и снижения энергопотребления, использование их в режиме потребителя-регулятора имеет огромный экономический и топливный эффект в масштабах страны и способствует улучшению экологической обстановки в регионах.

Работа согласуется с основными положениями "Концепции электроэнергетической программы Республики Казахстан", "Концепции экологической безопасности Республики Казахстан", решениями Международного энергетического агентства (МЭА) и др.

Цель диссертационной работы состоит в том, чтобы на основе анализа и обобщений дать рекомендации по теории и методам эффективного использования ГЭУ в энергосистемах и. конструктивных решений при проектировании ГЭУ, улучшения экологической обстановки в регионах Казахстана.

Для достижения поставленной цели проведен анализ современного состояния электроэнергетики Казахстана, дана оценка технических ресурсос традиционных и возобновляющихся источников энергии, обобщены у классифицированы направления наращивания мощностей и технически« средства и методы защиты окружающей среды на ГЭУ.

Конкретно выполнены:

- анализ современного состояния действующего оборудования ГЭС 1 НС и влияния энергетических объектов на окружающую природную среду;

1 ' - разработка комплексного подхода к использованию природньк энергетических ресурсов и охране окружающей природной среды;

- разработка технически« решения для повышения экологической ] энергетической эффективности, долговечности и надежности ГЭУ;

- разработка методов эколого-экономического обоснования мероприятий по модернизации и реконструкции ГЭУ Казахстана;

- выбор алгоритма и методики обоснования основных параметров новых технических решений.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

- разработана методика эколого-экономического обоснования модернизации ГЭУ на основе предложенных автором технических решений;

- предложены и сформулированы основные направления наращивания мощностей на основе модернизации и реконструкции действующих ГЭУ;

- разработан комплексный методологический подход к повышению эффективности ГЭУ на основе модернизации, внедрения новых технических решений и энергосбережения, а также к системе защиты окружающей среды;

- даны технические решения по элементам ГЭУ, обеспечивающие повышение КПД и эффективную защиту окружающей среды;

- впервые получены лабораторным путем энергогидравлические характеристики новых технических решений по элементам проточной части.

Личный вклад автора заключается в обобщении и классификации, разработке алгоритмов и методик оптимизации параметров при реконструкции и модернизации ГЭУ, конкретизации средств и методов защиты окружающей среды, в разработке новых технических решений по элементам и способам регулирования ГЭУ, а также в проведении энергогидравлических исследований элементов проточного тракта ГЭУ;

Практическая значимость работы для Республики Казахстан и стран СНГ состоит в формулировании технических предложений по: 1 Использованию энергии малых водотоков; 2) строительству новых, восстановлению и реконструкции малых ГЭС; разработке практических рекомендаций по выбору технических решений в проектах ГЭУ и системе защиты окружающей природной среды.

Использование разработанных автором методик и рекомендаций позволит повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность

5

гидроэнергетических установок, способствовать сохранению, рационалыюму и экономному использованию энергетических ресурсов, снижению антропогенного воздействия на окружающую среду.

Ряд разделов диссертационной работы внедрен в организациях и на действующих ГЭУ, а также в учебном процессе высших учебных заведений стран СНГ.

На защиту выносятся:

- классификация основных направлений наращивания генерирующие мощностей в современных экономических условиях;

классификация мероприятий по модернизации и реконструкцш гидроэнергетических установок, технических средств и методов защить окружающей среды;

- новые технические решения по основным элементам и способа;, управления режимами работы ГЭУ, установки и устройства, предложенньи автором для повышения энергетической эффективности энергоресурсосбережения и улучшения экологической обстановки в регионах;

- методики эколого-экономического обоснования модернизации ] реконструкции гидроэнергетических установок;

- результаты энергогидравлических исследований новых технически решений по основным элементам ГЭУ.

Достоверность результатов и основных выводов подтверждаете использованием научно-обоснованных и широко апробированных методи расчетов и энергогидравлических исследований элементов проточной част ГЭУ, удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальны данных с результатам исследований отечественных и зарубежных авторов.

Реализация работы. Основные результаты научных исследований был использованы в конструкторских разработках проточной части ГЭУ в П' "Кировский завод" и АО "Химпром" (г. Тараз); в СП "Мекамиди-Интеграци* при реконструкции малых ГЭС Жамбылской области; Союзо промышленников и предпринимателей Казахстана, при разработ!

6

предложений по привлечению инвестиций в строительство новых, восстановление и реконструкцию малых ГЭС; Чу-Таласским БВО при разработке мероприятий по охране и рациональному использованию малых рек и ручьев Жамбылской области. Это нашло отражение в публикациях автора.

Большинство результатов теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе кафедры гидроэнергетики Таразского государственного университета и кафедры возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики (ВИЭГ) СПбГТУ при изучении специальных курсов и нашло отражение в учебных пособиях, составленных автором.

Апробация результатов исследований выполнена в виде докладов на Международных, Всесоюзных, республиканских, областных и городских научно-технических конференциях и совещаниях: Международная научно-практическая конференция "Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы" (г.Тараз, 1999г.), Республиканская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы в экологии и природопользовании" (г. Кзыл-Орда, 1996 г.), Всесоюзное научно-техническое совещание "Будущее гидроэнергетики. Основные направления создания ГЭС нового поколения" (Дивногорск, 1991 г.), Республиканская конференция "Вклад молодых ученых в ускорение экономического развития агропромышленного комплекса" (Волгоград, 1988 г.), научно-технические конференции Джамбулского гидромелиоративно-строительного института (1986 - 97 г.г.), Таразского государственного университета (1997 - 99 г.г.), НТС инженерно-мелиоративного факультета ДГМСИ (1993 - 96 г.г.), научные семинары кафедр ВИЭГ СПбГТУ и Гидроэнергетики (КИОВР) ДГМСИ -ТарГУ.

Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы в 36 печатных работах, включая 9 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, , 45 рисунков, 18 таблиц, списка литературы из 259 наименований и приложений. Общий объем 275 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи диссертации, обоснована новизна исследований и практической значимости работы и ее апробации.

В первой главе рассмотрены особенности развития энергетики Республики Казахстан, проведен анализ современного состояния гидроэнергетического потенциала, уровень его использования и обеспеченность электропотребления в Казахстане. Рассмотрены экологические аспекты рационального использования энергетических ресурсов и энергоресурсосбережения, проанализировано влияние традиционных энергетических установок на окружающую природную среду.

Большой вклад в формирование и развитие энергетики Казахстана внесли КазНИИЭ, КазНИПИЭ, КазЭнергосетьпроект, Алматыгидропроект. КазНИИВХ, АИЭиС, КазГТУ, и др.

Энергетика Казахстана развивается в основном на основе богатых местных органических топливных и гидроэнергетических ресурсов. Здес! сосредоточено около 0,5 % мировых балансовых запасов органического топлива или около 30 млрд. т.у.т. На базе топливно-энергетических ресурсог республики в перспективе можно построить электростанции суммарное мощностью более 40 млн. кВт с ежегодной выработкой до 300 млрд. кВтл электроэнергии.

Большое значение имеют запасы водной энергии. По их величине Казахстан уступает в СНГ лишь России и Таджикистану. Гидроэнергетические потенциал рек оценивается в 198,6 млрд. кВт.ч электроэнергии в год, и: которого в настоящее время используется около 26 %.

Электроэнергетика Казахстана характеризуется следующими показателями:

- установленная мощность составляет около 18 млн. кВт в том числе ТЭС - 15,6 млн. кВт, ГЭС -2,01 млн. кВт и АЭС - 0,17 млн. кВт;

- годовая выработка электроэнергии около 67 млрд. кВт.ч.

Существующие мощности собственных электростанций недостаточны

для полного удовлетворения потребности в электроэнергии. Из-за отставания развития электроэнергетики, разрыв между потребностью и собственным производством в 1990 году составлял 17,4 млрд. кВт.ч. В результате снижения спроса на электроэнергию сальдовый дефицит в Казахстане снизился в 1991 году до 15,5 млрд. кВт.ч, в 1992 г. - до 13,2, а в 1995 году - до 10,5 млрд. кВт.ч.

Как отмечалось на международном конгрессе энергетиков в г. Алматы в 1998 году, к 2005 году из-за исчерпания ресурса из работы могут быть выведены около 70 турбин мощностью 5,6 млн. кВт и до 2010 года еще 35 турбин мощностью 3,9 млн. кВт. При установленной мощности существующих электростанций около 18 млн. кВт потеря 9,5 млн. кВт с выработкой электроэнергии около 50 млрд. кВт.ч в год является недопустимым.

Наименее капиталоемкими и быстровыполнимыми являются мероприятия по восстановлению производства электроэнергии на основе модернизации и реконструкции действующих электростанций, а также поиска рациональных и экономичных проектных и конструкторских решений.

Резкое изменение энергетической ситуации в мире привело к значительному сокращению использования минеральных топливных ресурсов для выработки электроэнергии, повышение интереса к использованию возобновляемых источников энергии и, главным образом, гидроэнергетических ресурсов.

Гидроэнергетические ресурсы Республики Казахстан наиболее активно изучались в 60-е годы КазНИИЭнергетики под руководством академика Ш.Ч. Чокина. В исследованиях приняли участие ученые Мельникова В.П., Кадырбаев А.К., Вдовица А.И., Жмыхова М.Я., Бусалаев И.В., Баишев Б.Б.,

9

Павленко В.П., Паутов, A.C. Андреев A.B. и другие. Разведанные запасы гидравлической энергии распределены на территории PK весьма неравномерно - в Восточно-Казахстанском регионе 72,06 млрд. кВт.ч или 41,8 %, Юго-Восточном - 71,56 млрд. кВт.ч или 41,5 %, Южно-Казахстанском - 23,2 млрд. кВт.ч или 13,4 % и в Западном - 2,8 млрд. кВт.ч или 1,6 %. Имеется . техническая возможность строительства ГЭС с ежегодной выработкой электроэнергии около 27 млрд. кВт.ч и гидроэнергетическое строительство в , рерспективе должно получить большое развитие.

Интенсивное использование гидроэнергетического потенциала рек бывшего СССР дало толчок ускоренному развитию гидроэнергетики, как отрасли науки, где важное место отводилось разработке теоретических основ и методов обоснования параметров и режимов работы ГЭУ. Здесь следует отметить научные труды В.Г. Айвазьяна, В.В. Болотова, Б.Е. Веденеева, Ф.Ф. Губина, H.A. Картвелишвили, A.A. Морозова, П.С. Непорожнего, Д.С. Щавелева, Б.Л. Эрлихмана, а также плодотворно работающих в настоящее время Н.В. Арефьева, Ю.С. Васильева, В Л. Виссарионова, П.П. Долгова, С.Б. Елаховского, В .Я. Карелина, Н.К. Малинина, Л.П. Михайлова, А.Ш. Резниковского, A.B. Тананаева, М.Г. Тягунова, М.П. Федорова, Ш.Ч. Чокина, Б.Л, Эрлихмана и многих других. Из зарубежных ученых следует отметить вклад в развитие гидроэнергетики Е. Мошони, И. Маниака, Т. Вернадского, Л. Вотрубу, П. Габриэля и других.

Развитие энергетических и водохозяйственных систем, расширение .функций гидроэнергетических установок - ГЭС, ГАЭС и НС - потребовало разработки новых методов обоснования параметров и режимов их работы с учетом комплексного и рационального использования водно-земельных ресурсов и охраны окружающей среды. В этом направлении значительный вклад внесли А.Б. Авакян, Н.В. Арефьев, H.H. Аршеневский, Ю.С. Васильев, А.Л. Великанов, С.А. Вендров, Г.В. Воропаев, В.В. Елистратов, Н.В. Зарубаев, ¡Л.А. Кароль, Г.А. Претро, Б.А. Соколов, М.П. Федоров, Н.И. Хрисанов, Ш.Ч. Чокин, Д.С. Щавелев и другие.

ю

В связи с проблемами в топливно-энергетических комплексах стран СНГ, в том числе и Казахстана, растущей самостоятельности республик и отдельных регионов, большое значение придается развитию малой энергетики, использующей возобновляющиеся источники энергии: энергию малых рек и водотоков, ветра, солнечного излучения, геотермальных вод, морских волн и биомассы. Преимущество отдается использованию гидроэнергетического потенциала малых рек из-за низкой капиталоемкости, экологической чистоты, короткого инвестиционного цикла.

Большой вклад в развитие малой гидроэнергетики и использованию других нетрадиционных источников энергии внесли ученые: Ю.С. Васильев, В.И. Виссарионов, В.В. Волшаник, В.В. Зубарев, М.И. Бальзанников, В.В. Елистратов, Г.И. Денисенко, В.Я. Карелин, В.А. Коробков, Л.П. Михайлов, В.И. Обрезков, А.М. Тамадаев, М.П. Федоров, Б.Н. Фельдман, III.Ч. Чокин, И .Я. Шефтер и другие.

На реках и водотоках Казахстана можно построить большое количество малых ГЭС. Общая их мощность может достигнуть 5-6 млн. кВт с годовой выработкой электроэнергии около 20-30 млрд. кВт.ч. Кроме этого, целесообразно использовать энергию сбрасываемую вхолостую на каналах и водохранилищах неэнергетического назначения. По данным Каз. филиала Гидропроекта (Алматыгидропроекта) в Казахстане эксплуатируется 130, строится 4 и запроектировано 7 водохранилищ неэнергетического назначения. Из них 51 водохранилище отвечает требованиям для создания малых ГЭС. Технический потенциал по предварительным расчетам составляет 516,4 млн. кВт.ч. Выявлено 20 сосредоточенных перепадов на 9 каналах, которые можно использовать в целях гидроэнергетики. Технический потенциал этого вида энергии оценивается в 208,6 млн. кВт.ч.

Принятие государственной программы развития малой гидроэнергетики позволит внедрить в производство высокоэффективный и экологически безопасный источник энергии.

и

В диссертации отмечается что, являясь крупнейшим производителем и экспортером топливно-энергетических ресурсов, Казахстан все в большой степени начинает ощущать тенденции сокращения запасов энергоносителей. Наблюдается рост противоречий между потребностями в энергетических ресурсах и структурой потребления с одной стороны и возможностями природной среды с другой. Одной из причин снижения запасов энергоносителей является существовавший в стране хозяйственный механизм и высокая энергоемкость экономики, а также экспортная политика, носившая вынужденный характер и стимулирующая увеличение объемов вовлечения ресурсов в экспортно-импортный оборот. Сокращение запасов усугубляется нерациональным и некомплексным использованием энергетических ресурсов в условиях уменьшения их добычи.

Интенсивность потребления энергетических ресурсов в Казахстане многократно превышает аналогичный показатель в зарубежных странах и экономия топливно-энергетических ресурсов становится одним из важнейших направлений перевода экономики на путь интенсивного развития и рационального природопользования. В настоящее время около 87 % всего количества электроэнергии производится тепловыми станциями, которые работают в основном на угле. При этом полезно используется лишь 30-40 % тепловой энергии, остальная часть рассеивается в окружающей природной среде с дымовыми газами, выбросами тепла, подогретой водой. Немаловажное значение в экономии энергетических ресурсов играет снижение удельного расхода топлива на производство электроэнергии.

Основными направлениями экономии энергетических ресурсов являются: совершенствование технологических процессов, совершенствование оборудования, снижение прямых потерь топливно-энергетических ресурсов, структурные изменения в производимой продукции, улучшение качества топлива и энергии, организационно-технические мероприятия. Проведение этих мероприятий вызывается как необходимостью экономии энергетических ресурсов, так и возможностью учета вопросов охраны природной среды при

12

решении энергетических проблем. Большое значение имеет также замена ископаемых энергетических ресурсов возобновляющимися источниками энергии, так как они являются экологически чистыми и практически неисчерпаемыми.

Для повышения эффективности природопользования важен поиск альтернативных энергоресурсосберегающих вариантов решения проблем энергетики. Наряду с вовлечением в энергетический баланс возобновляющихся источников энергии, большой природоохранный эффект может дать и энергоресурсосбережение и, в частности, экономия электроэнергии. В этом отношении в республике имеются огромные резервы.

По данным Международного энергетического агенства (МЭА) удельная электроемкость ВВП в 1995 году составила: в России - 2,47 кВт.ч / $ США, в Казахстане - 3,34 кВт.ч /$, когда в США этот показатель составил - 0,44; в Турции-0,37; в Англии-0,27; в Японии - 0,17 кВт.ч / $.

В условиях намечающегося подъема уровня промышленного производства и отсутствия вводимых новых энергетических мощностей, дефицит энергоснабжения отраслей народного хозяйства будет возрастать. Интенсивное энергосбережение реально позволит снизить темпы роста энергопотребления и уменьшить объемы ввода новых энергомощностей. Таким образом, энергосбережение наряду с модернизацией и реконструкцией способствует развитию топливных отраслей и электроэнергетики и экономики страны в целом. При этом обеспечиваются:

достижение экономии электроэнергии, органического топлива, средств, а также снижение уровня энергопотребления;

улучшение экологической обстановки в регионах страны; реальные возможности внедрения новых энергосберегающих технологий и технических решений, достижений науки и техники;

получение или экономия дополнительных денежных средств.

Насосные станции являются крупнейшими потребителями электроэнергии и проблема ее экономии на них имеет большое

13

народнохозяйственное значение. Большинство насосных установок отличает их неэффективная работа из-за несовершенства конструктивных элементов, применения неэкономичных способов регулирования, морального и физического старения основного оборудования, кавитационного и гидроабразивного износа элементов проточной части и т.д. Из этого следует, что совершенствование конструктивных узлов НС, оптимизация режимов их работы и автоматизация технологического процесса ведет к повышению эффективной работы гидроагрегатов и, соответственно, к экономии потребляемой электроэнергии и энергетических ресурсов, тем самым предотвращая загрязнение окружающей природной среды в регионах и в масштабах страны. Энергосбережение, в свою очередь, сокращая объемы потребления электроэнергии, способствует уменьшению объемов ввода новых мощностей, а это имеет важное значение для страны с экономикой, переживающей кризис переходного этапа.

Тепловые, атомные электростанции и отчасти крупные ГЭС, оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду. При этом тепловая энергетика вносит значительный вклад в нарушение дисбаланса установившихся в биосфере процессов переноса веществ и энергии, что с увеличением масштабов производства энергии на базе органического топлива может привести к глобальным экологическим последствиям для всей нашей планеты.

В Казахстане основной вклад в загрязнение окружающей среды вносят 7 ТЭС Павлодар-Экибастузского региона, а также имеющиеся во всех областях республики 37 ГРЭС и ТЭЦ разных уровней. Не решены вопросы утилизации золошламовых отходов ТЭС и очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, нефтепродукты и другие токсичные компоненты, концентрации которых многократно превышают предельно-допустимые.

Анализ влияния крупных водохранилищ на окружающую среду показал, что имеется тенденция к снижению их негативного воздействия, что вызвано ужесточением экологических требований и, прежде всего, реконструкции'

14

действующих ГЭС и водохранилищ. В частности, средняя землеемкость гидроузлов с 0,18 га/кВт (до 1965 г.) снизилась до 0,065 га/кВт (1975-80) и менее. В связи с этим, по мнению автора, необходимо продолжать работы по модернизации и реконструкции ГЭС, с использованием систем обвалования земель (СОЗ) в нижнем и верхнем бьефах гидроузлов.

На основе выполненного анализа в заключение главы автором сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе проанализировано современное состояние оборудования действующих ГЭУ (ГЭС, НС и малых ГЭС) стран СНГ и Казахстана. Отмечается неудовлетворительное состояние оборудования ГЭУ, проработавших более 30 и даже более 50 лет без основательной реконструкции. В результате интенсивной эксплуатации основное энергетическое и вспомогательное оборудование, системы защиты физически изношены и морально устарели, этим вызваны более половины аварий и отказов на ГЭУ. Отмечены характерные виды отказов и аварий.

Комплексными исследованиями состояния ГЭС занимаются ОРГРЭС, ПО «Союзтехэнерго», Гидропроект, ВНИИГ, НПО ЦКТИ, ЛенГидропроект, КазНИИЭнергетики и другие.

Вопросам эксплуатационной надежности ГЭС, их модернизации и реконструкции посвящены работы А.Г.Василевского, В.И. Виссарионова, А.Ф. Дмитрухина, В.В. Елистратова, В.М. Зотова, В.И. Платова, С.И. Поташника B.C. Серкова, A.A. Сотникова и других.

Комплексные исследования насосных станций, интенсивность которых пришлась на 80-е - начало 90-х годов, проводились учеными ряда организаций - ВНИИГидромаш, ВНИИГиМ, Гидропроект, Уралгидромаш, КазНИИЭнергетики, САНИИРИ, МИСИ, ЛПИ и других.

К закономерным отказам насосных гидроагрегатов относятся выход из строя рабочих колес из-за кавитационного и гидроабразивного износа, а также их трения о внутреннюю поверхность камеры, что иногда приводит к обрыву лопастей и аварии с поломкой корпусных частей насоса. Эксплуатационная

15

надежность гидроагрегата зависит также от состояния выправляющего аппарата, износа посадочного места, и вкладышей подшипников насоса, недостатки конструкций клапанов срыва вакуума. Значительные проблемы при эксплуатации доставляет привод разворота лопастей рабочего колеса, утечка масла из подшипников и механизма разворота. Это привело на ряде станций к отказу от механизма разворота лопастей и переводу рабочих колес в пропеллерный режим.

Развитию малой гидроэнергетики большое внимание уделялось в конце 80-х годов. Институтом Гидропроект под руководством Л.П. Михайлова проводились обследования действующих и списанных малых ГЭС на территории бывшего СССР и оценка их технического состояния.

Каз. филиалом Гидропроекта, а позже КазНИИЭнергетики также были обследованы ранее построенные малые ГЭС. В работе принимали участие Амиров К.А., Баишев Б.Б., Капитонова Н.П., Паутов Н.П., Тамадаев А.М и другие. Были выявлены 21 действующих малых ГЭС суммарной мощностью 106,6 МВт и среднемноголетней выработкой электроэнергии 426,1 млн. кВт.ч, а также 63 ранее списанных и законсервированных малых ГЭС. Автором выполнены обследования малых ГЭС Жамбылской и части малых ГЭС ЮжноКазахстанской области.

Все действующие малые ГЭС нуждаются в реконструкции и модернизации. Из числа списанных малых ГЭС, 32 станции можно в кратчайшие сроки ввести в эксплуатацию после реконструкции с заменой оборудования и восстановительного ремонта ГТС, а по остальным 31 списанным и частично разрушенным станциям необходимо проведение подробных технико-экономических проработок, пересмотреть схемы использования водной энергии с учетом их объединения между собой или включения в состав намечаемых к строительству малых ГЭС.

В диссертации обобщены результаты опроса специалистов по вопросам воздействия ГЭУ на окружающую природную среду, проведенные при непосредственном участии автора. В частности, для ГЭС Казахстана, наиболее

16

часто встречающимися экологическими факторами являются (в порядке убывания): а) переработка берегов; б) выбросы турбинного и трансформаторного масла; в) накопление промышленных стоков; г) изменение флоры; е) поступление нефтепродуктов со сточными водами; ж) затопление земель; з) подтопление участков; и) эвтрофирование.

По результатам анкетирования насосных станций канала Иртыш-Караганда можно выделить следующие вопросы:

1) При проведении реконструкции первоочередными задачами являются -реконструкция и ремонт сороудерживающих решеток; строительство новых и реконструкция существующих очистных сооружений; для эффективного управления качеством необходимо создание в кратчайшие сроки экологического мониторинга; внедрение новых методов очистки воды в водохранилище; создание рыбозащитных сооружений и формирование рыбоводных зон;

2) При модернизации и реконструкции гидросилового оборудования необходимо устранить протечку масла из подшипников, механизма разворота лопастей и других частей путем замены на более совершенные конструкции и разработки.

По прогнозу специалистов потребление энергии в Казахстане к 2010 году должно достигнуть уровня 1990 года, т.е. около 105 млрд. кВт.ч в год и к этому времени из-за достижения предельного срока службы из работы должны быть выведены 105 агрегатов генерирующих мощности, если своевременно не будут проведены мероприятия по модернизации и реконструкции действующих энергетических установок. Поэтому, принимая во внимание тяжелое экономическое положение в Казахстане и финансовое состояние электроэнергетической отрасли, по мнению автора, приоритетными направлениями должны стать:

модернизация, реконструкция и восстановление действующих энергоустановок;

завершение гидроэнергетических объектов высокой готовности;

17

государственная политика энергосбережения во всех звеньях народного хозяйства;

максимально возможное вовлечение в энергетический баланс гидравлических и нетрадиционных энергоустановок малой мощности, не использующих органическое топливо.

Необходимость наращивания мощностей на ГЭС не вызывает сомнений из-за экономической эффективности, экологической безопасности и высокой маневренности. На основе анализа гидроэнергетического потенциала рек Казахстана, состояния оборудования ГЭУ и их функций в энергосистеме (ЭЭС), автор считает целесообразным выделить основные направления наращивания мощностей на ГЭС, осуществляемые с целью обеспечения эффективности, высокой надежности и живучести ЭЭС, экологической безопасности энергокомплексов, а также экономии и рационального использования энергетических ресурсов и представить их в виде классификации, приведенной на рис.1. Классификация составлена с учетом реалий настоящего времени и позволит облегчить выбор дальнейшего развития и совершенствования ЭЭС и, в частности отрасли «Гидроэлектроэнергетика», занимающей особое положение в ЭЭС всех уровней и активизирует работу по наращиванию мощностей с учетом экологических требований. При этом выбор направлений, в первую очередь, зависит от финансовых возможностей национальной энергосистемы, региональных энергораспредлительных компаний, производителей электроэнергии и других механизмов инвестирования (госкредит, займы отечественных и зарубежных инвесторов). Затем на выбор направления развития мощностей будет влиять состояние оборудования и срок их службы, моральное старение систем автоматизации технологического процесса, наличие на местах гидроэнергетических ресурсов, а также государственная политика энергосбережения.

В третьей главе изложены результаты анализа методических основ экономической эффективности модернизации и реконструкции ГЭУ, рассмотрены методы обоснования модернизации и реконструкции при

18

Направления наращивания маневренных мощностей

Рис. 1. Классификация основных направлений наращивания мощностей ГЭУ

достижении предельного срока службы и при ускоренной реконструкции. Основу этих методик составляют методы общей и сравнительной эффективности и принципы сравнения альтернативных вариантов. Основными критериями выбора наиболее эффективного варианта принимаются минимум суммарных приведенных затрат, срок окупаемости дополнительных капиталовложений и коэффициент сравнительной эффективности.

В Казахстане, как и в других странах СНГ, назрела необходимость создания системы регионального использования природных ресурсов и комплексного подхода к защите окружающей среды от антропогенного воздействия. С этой целью в программах должны быть предусмотрены меры по совершенствованию технологических процессов, улучшению характеристик оборудования, качества сырья, топлива, материалов и санитарной очистки и утилизации отходов производств. При таком подходе мероприятия по модернизации и реконструкции, внедрение новых технических решений и использование возобновляющихся источников энергии рассматриваются нами как технические средства и методы защиты окружающей среды.

Крупные промышленные объекты представляют собой природно-технические системы (ПТС), надежность которых рассматривается в двух аспектах: техническая, относящаяся только к техническим объектам и экологическая - надежность этих объектов в отношении природной среды, в комплексе с которой они функционируют. Технические отказы ГЭУ могут повлечь за собой экологические отказы ПТС, поэтому модернизация и реконструкция повысит надежность действующих ГЭУ и, следовательно, повысит экологическую безопасность, как отдельных объектов, так и ПТС в целом. Необходимость учета этих вопросов, рассматривали в своих трудах Н.В. Арефьев, Б.Л. Бабурин, Ю.С. Васильев, Б.В. Воробьев, C.B. Гуськов, И.А. Заир-Бек, П.М. Нестеров, В.Р. Окороков, М.В. Семенов, В.А. Солнышков, М.П. Федоров, Н.И. Хрисанов, И.И. Файн, Б.П. Эрлихман и др.

Автором составлена классификация мероприятий по реконструкции и Модернизации ГЭУ, которая упрощает выбор технических средств и методов

20

защиты окружающей среды в зависимости от требований, предъявляемых к ГЭУ или качеству природной среды, а также от целесообразного в данных условиях направления наращивания мощности ГЭУ (рис. 2).

Эколого-экономическую эффективность внедрения новых технических решений при модернизации ГЭУ рекомендуется определять по величине предотвращенного годового экономического ущерба от загрязнения окружающей природной среды (водоема, атмосферы и др.) вредными веществами следующим образом.

Величина предотвращенного годового экономического ущерба от загрязнения, загрязнения водоисточника нефтепродуктами (турбинным и трансформаторным маслами) или атмосферного воздуха альтернативным объектом определяется по формуле:

Па>в — У а,в 1 ~ Уа,и2 * (1 )

где Уа,в1, Уа,в2 - расчетная величина ущерба до осуществления и остаточный ущерб после модернизации.

Экономическая оценка ущерба У, от сброса загрязняющих веществ в водоем определяется по формуле:

У»=у*ак*М, (2)

где у - константа, определяющая удельный ущерб от загрязнения, (ден.ед/усл.т); сгк - безразмерная константа, характеризующая состояние водотока; М - приведенная масса годового сброса загрязняющих веществ, (усл.т/год);

Экономическая оценка предотвращенного ущерба от загрязнения

атмосферы альтернативным объектом определяется по формуле:

Уа = у*0*РМ, (3)

где: ст - безразмерная константа, учитывающая географическое

положение местности; { - безразмерная величина, учитывающая характер

рассеяния примеси в атмосфере.

Полный экономический эффект модернизации, как природоохранного

мероприятия, определяется по формуле:

21

Рэ = 2Па,в+ДО, (4)

где ДБ - годовой прирост доходов от повышения эффективности работы ГЭУ после модернизации.

Годовой прирост доходов определяется по формуле:

ДБ = Е(1)*г)-2<Н*71, (5)

где (И, сУ - количество товарной продукции (эл.энергии, перекачиваемой воды, топлива) 1-го вида, получаемой и реализуемой до и после осуществления модернизации (1 = 1,2,3...т); ^ = 1,2,3...п); п, г] - стоимость продукции.

Общая зколого-экономическая эффективность модернизации или реконструкции ГЭУ определяется по формуле:

Эг.,= (Р,-Ирег.)/КрС1 (6)

где Ире1(, Крех - ежегодные эксплуатационные издержки после модернизации или реконструкции и капиталовложения в модернизацию или реконструкцию.

Значение Эрек сравнивается с нормативами, приводимыми в отраслевых инструкциях и фактически достигнутыми показателями за предшествующий период по аналогичным мероприятиям, например, с нормативным коэффициентом сравнительной эффективности Ед, коэффициентом дисконтирования или коэффициентом рентабельности Я, если к примеру Эрек > Ен = 0,12, то делается вывод, что модернизация ГЭУ (или отдельного элемента) и внедрение нового технического решения по элементам ГЭУ являются экономически эффективными средствами защиты окружающей среды.

Эколого-экономическую эффективность строительства, восстановления или реконструкции малой ГЭС также предлагается определять по величине предотвращенного экономического ущерба от загрязнения окружающей среды альтернативным источником, при сжигании сэкономленного малой ГЭС топлива, по формуле:

Эмгэс ~ — ^мгэс) / Кмгэс ) (7 )

где Рэ - полный экономический эффект малой ГЭС, предотвращающей ущерб от загрязнения окружающей среды; ИМП1С - ежегодные эксплуатационные издержки; Кмгэс - капиталовложения в малую ГЭС.

Полный годовой предотвращенный эффект малой ГЭС определяется по формуле:

Рэ = Уа + ДО (8)

где Уа - величина годового ущерба , от выбросов вредных веществ в атмосферу альтернативным источником, ДО - годовой прирост доходов, например, от экономии органического топлива.

Значение Эмгэс также сравнивается с нормативными коэффициентами или коэффициентом дисконтирования и делается вывод об эколого-экономической эффективности восстановления или строительства малой ГЭС.

В четвертой главе отмечается, что постоянный прогресс в проектировании, изготовлении и совершенствовании новых гидромашин, элементов проточной части, вспомогательного оборудования и средств автоматизации технологического процесса определяет моральное старение действующего оборудования, что наряду с физическим старением и усиливающимися экологическими требованиями приводит к необходимости его модернизации. Основная цель модернизации - это повышение надежности, экономичности, увеличение срока службы основного оборудования путем своевременного приведения его в соответствие с современными требованиями эксплуатации и достижениями науки и техники с учетом экологических требований.

В диссертации рассмотрены элементы основного гидросилового

оборудования, которые подлежат постоянному совершенствованию, их влияние

на энергоэкономические показатели гидроагрегатов ГЭУ, в том числе насосных

станций. Составлена классификация сооружений, конструктивных узлов и

элементов, позволяющая облегчить выбор конкретных элементов для

дальнейшего совершенствования и выделения перспективных направлений

реконструкции и модернизации ГЭУ. Например, для повышения

24

эффективности и надежности гидроагрегатов насосной станции необходимо в первую очередь, усовершенствование таких элементов проточной части, как подводящее устройство (ПУ), рабочее колесо, камера рабочего колеса, выправляющий аппарат и отвод от насоса.

В диссертации приведено краткое описание новых технических решений по основным элементам проточной части ГЭУ, разработанных при непосредственном. участии автора. ' Разработки велись по следующим направлениям: 1) совершенствование конструкций основных элементов ГЭУ с целью расширения их функциональных возможностей; 2) новые технические решения, предотвращающие кавитационный и гидроабразивный износ элементов проточной части; 3) новые технические решения по управлению режимами работы ГЭУ и автоматизации технологического процесса; 4) защита окружающей природной среды от техногенного воздействия.

В связи несовершенством механизма разворота лопастей рабочего колеса гидромашины, на ряде станций вынуждены были отказаться от регулирования разворотом лопастей и перевести такие рабочие колеса в пропеллерный режим. В связи с этим, возникает проблема расширения их функциональных возможностей. Разработанные при непосредственном участии автора технические решения посвящены решению этих проблем как, например, подводящее устройство лопастных насосов, которое позволяет изменять закрутку потока перед рабочим колесом и регулировать режимы работы гидроагрегата в широких пределах, а также повышает кавитационные качества насоса. Рекомендуется использовать в центробежных, осевых и диагональных насосах и обратимых гидромашинах. На рис. За приведена схема ПУ, отличающаяся простотой конструкции, практически не создающей дополнительных гидравлических потерь на всасывающей линии насоса. Основными элементами ПУ являются: всасывающий патрубок 1 и охватывающая ее камера 2, сообщённая с всасывающим патрубком посредством винтовой прорези 3 и зоной нагнетания насоса, при этом винтовая прорезь может быть выполнена как в направлении вращения рабочего колеса,

25

Рис. За. Схема подводящего устройства

Рис. 36. Характеристики блока ГЭУ в насосном и турбинном режимах с принудительной закруткой потока 26

так и в противоположном направлении. Дополнительно устройство содержит трубопровод 6 с регулирующим вентилем 7. При работе насоса, поток поступает во всасывающую трубу и, приобретая за счет струи, вытекающей из винтовой прорези, вращательное движение, устремляется к рабочему колесу. Вращательное движение может создаваться как в направлении вращения рабочего колеса (положительное), так и. в обратном направлении (отрицательное). Регулирование вращательного движения потока осуществляется за счет интенсивности струи, вытекающей через прорезь. Интенсивность струи регулируется с помощью вентиля 7, за счет изменения давления в камере 2. Устройство для закрутки потока в ГТУ для удобства названо системой комбинированного регулирования (СКР). Автором были проведены экспериментальные исследования модели данного ПУ, выявлены конструктивные параметры винтовой прорези и разработана методика выбора основных параметров СКР. Конструкция ПУ применима как в горизонтальных, так и в вертикальных гидроагрегатах и может быть использована при реконструкции ГЭУ, особенно когда поворотно-лопастные колеса заменяются на пропеллерные и возникает необходимость расширения функциональных возможностей последних и увеличения зоны их оптимальной работы, а также для предотвращения кавитационного износа элементов проточной части гидроагрегата.

Особую значимость данная конструкция ПУ приобретает при использовании ее в обратимых гидромашинах ГАЭС. Повышение эффективности работы ГЭУ достигается как в насосном, так и в турбинных режимах. Экспериментальные исследования модельного блока НС в турбинных режимах, показали, что мощность агрегата при положительной закрутке потока за рабочим колесом увеличивается примерно на 3 % (рис. 36). В работе даны также характеристики других технических решений, позволяющих управлять работой гидроагрегата.

Преждевременный износ гидротурбины или насоса вызывается кавитацией или абразивным воздействием взвешенных наносов.

27

Гидроабразивный износ в основном зависит от содержания в воде наносов, относительной скорости в гидромашине и показателя абразивной изнашиваемости материала, из которого изготовлены элементы проточной части. Основной мерой борьбы с гидроабразивным износом, конечно, является предотвращение попадания наносов в проточную часть. При непосредственном участии автора разработаны и защищены охранными документами ряд новых технических решений, предотвращающих попадание твердых частиц на рабочие органы гидроагрегата. Например, разработано подводящее устройство насоса (рис. 4), целью которой является задержание донных наносов потоконаправляющим элементом 3, выполненным в виде горизонтальной пластины и установленным под всасывающим патрубком 4 с зазором относительно днища камеры 2 и ее боковой стенки 6, противолежащей входному сечению конфузора 1. Пластина может быть выполнена с перфорацией. При работе насоса, вода вместе наносами из входного конфузора поступает в камеру, где она направляется пластиной по двум направлениям. При этом донные слои с наносами попадают под него, а чистые поступают во всасывающий патрубок. Донные наносы, осевшие под горизонтальной пластиной 3, попадают в галерею 7 и далее дополнительным насосом 8 отводятся в напорную линию 9 или в сбросной канал. Применение данного технического решения позволит увеличить межремонтный период и ресурс гидромашины. Простота конструкции позволяет их широкое применение при реконструкции и модернизации ГЭУ без особых затрат материальных и трудовых ресурсов. В работе приведено также описание ряда других технических решений по этому направлению.

На основе экспериментальных исследований предложенных автором технических решений, были разработаны способы регулирования режимов работы гидроэнергетической установки и устройства по автоматизации технологического процесса на ГЭУ. В работе приводится подробное описание этих разработок. Например, способ регулирования лопастного насоса (рис. 5), разработан на основе лабораторных испытаний модели ПУ, приведенной на

28

б)

Рис.5. Способ регулирования насоса 29

рис. За. Способ регулирования заключается в том, что предварительно снимают зависимости КПД насоса от расхода при различных значениях давления в камере закручивающего устройства (рис. 5а), измеряют расход насоса, а требуемую величину давления определяется по указанным на рис. 56 зависимостям из условия получения максимального КПД при измеренном значении расхода. При этом достигается повышение КПД на нерасчетных режимах (в области пониженных или повышенных расходов) и расширение зоны оптимальной работы насосной установки. Это техническое предложение можно использовать в обратимых машинах ГАЭС.

Автоматизированная система комбинированного управления насосной установкой (АСКУ НУ), разработанная при непосредственном участии автора, позволяет повысить эффективность работы и точность обеспечения оптимального режима работы ГЭУ, путем автоматического изменения закрутки потока перед рабочим колесом, в случаях отклонения расхода от значений, заданных эксплуатационным режимом. На рис. б приведена принципиальная схема АСКУ НУ, которая содержит датчик 1 в напорной линии 2, подключенный к блоку 3 сравнения расхода и связанный с последним в виде блока 4 анализа рассогласований по комбинаторным зависимостям давления и КПД от расхода, управляющие выходы которого связаны с блоками 15 и 6 управления приводом (не изображен) лопастного насоса 7 и механизма 8 регулирования вентиля 9 перепуска потока го напорной линии 2 в закручивающее устройство 10, установленное во всасывающей линии 11. В устройстве 10 установлен датчик (не изображен) давления, соединенный с входом элемента 12 блокирования выходов блока 4, к входу которого подключен один выход блока 13 вычисления и сравнения КПД, вход последнего соединен с датчиком 1 через блок 3, а другой выход через компаратор 14 с блоком 15. На рис. 7 приведены комбинаторные зависимости анализируемых и сравниваемых параметров насосной установки. Кривая 1 -зависимость КПД от расхода насоса без закрутки потока, кривая 2 - та же зависимость при положительной закрутке, а кривая 3 - при отрицательной

30

Рис. 6. Принципиальная схема автоматической системы комбинированного управления насосной установкой

Рис. 7. Комбинаторные зависимости сравниваемых параметров насосной установки

закрутке потока перед рабочим колесом. Кривая 4 - зависимость давления в закручивающем устройстве. Эффективность АСКУ НУ повышается при неожиданных изменениях режима работы насосной установки, вследствие воздействия внешних факторов (изменение уровня воды в НБ, засорение водоприемника, пуск соседних НС и др.) В этих случаях предложенная система автоматически подстраивается и поддерживает оптимальный режим работы ГЭУ при сложившихся обстоятельствах. В случае использования АСКУ НУ в насосных установках с входным направляющим аппаратом (ВНА), блок 4 управляет приводом разворота лопаток ВНА, блок 12 измеряет и контролирует угол разворота лопаток ВНА - о^. Комбинаторные зависимости анализируемых параметров снимаются для различных углов разворота лопаток ВНА - а,.

Сооружение насосных станций различного назначения в составе водозаборного сооружения, здания НС и напорного трубопровода, как и всякое техногенное вторжение в окружающую природную среду, оказывает на нее воздействие, как положительное, так и отрицательное. Например, строительство водозаборного сооружения может вызвать необратимые изменения в перераспределении скоростей и русловых процессов, что в свою очередь повлечет за собой нарушение сложившихся трофических цепей и в результате - изменение видового состава ихтиофауны, вплоть до полного исчезновения отдельных видов.

При непосредственном участии автора разработано и защищено охранным документом рыбозащитное устройство водозаборного сооружения, позволяющее повысить эффективность рыбозащиты при заборе воды из верхних, более чистых и теплых слоев в любое время суток. На рис. 8 приведено рыбозащитное устройство (РЗУ), отличающееся от существующих конструкций тем, что снабжено эластичным гофрированным водоводом 8 и неподвижной вертикальной штангой 5, соосно закрепленной с вертикальным патрубком 6, а перфорированный барабан 1 с поплавком 2 жестко закреплен на валу 3 крыльчатки 4, служащей приводом вращения барабана. Вал выполнен

Рис. 8. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения

полым и насажен с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения на неподвижную штангу, а перфорированный барабан сообщен с патрубком посредством эластичного гофрированного водовода, один конец которого герметично прикреплен к торцу патрубка, а другой конец снабжен поплавком 11 и цилиндрическим кольцом 10, которое введено в нижнюю часть перфорированного барабана.

При движении воды, крыльчатка приводит во вращение барабан, что отпугивает рыбу и предотвращает его засорение мусором. При колебаниях уровня воды вращающийся перфорированный барабан перемещается по штанге, обеспечивая постоянный забор воды из верхних более чистых и теплых слоев водоисточника, не оказывая при этом влияния на рыб и, особенно, молодь рыбы. Это предложение рекомендуется использовать при эксплуатации

водозаборных сооружений насосных станций и водовыпусков водохранилищных гидроузлов.

В пятой главе приводится краткая характеристика, созданных и модернизированных при непосредственном участии автора, экспериментальных установок, рассмотрены теоретические подходы при моделировании элементов проточной части гидроэнергетической установки. Дано краткое описание исследованных моделей ПУ, приводится методика обоснования и расчетов основных параметров новой конструкции ПУ с системой комбинированного регулирования режимом работы гидромашины.

В работе выполнен анализ условий моделирования проточной части ГЭУ, выбраны основные критерии подобия гидродинамических явлений с учетом рекомендаций и выводов, изложенных в трудах А.П. Зегжды, И.И. Леви, A.A. Ломакина, В.М. Лятхера, A.A. Морозова, И.Л. Повха, A.M. Прудовского, К. Пфлейдерера, А.И. Степанова, A.M. Чистякова и др. Обработка экспериментальных данных производилась с использованием ПЭВМ.

В диссертации выполнено обобщение результатов энергогидравлических исследований физических моделей элементов проточной части ГЭУ, разработанных при непосредственном участии автора, проведен анализ влияния различных типов и модификаций ПУ на энергоэкономические показатели модельного блока ГЭУ, сформулированы выводы по главе.

В частности, направляющая решетка, используемая для выравнивания

потока перед рабочим колесом, привела к увеличению коэффициента

гидравлического сопротивления с = 0,17 до = 44, а также к снижению

КПД блока ГЭУ при малых расходах и в зоне оптимума на 1,5-2 %, но при

больших расходах КПД повышается на 4-5 %. Применение предложенной

автором системы комбинированного регулирования (СКР) позволило

расширить область оптимальных работ блока ГЭУ в 1,4 раза. Положительная

закрутка потока с помощью СКР приводит к улучшению энергетических

показателей блока ГЭУ: при малых расходах КПД увеличивается на 6-7 %, в

зоне оптимума сохраняются достаточно высокие значения, а при больших

34

расходах КПД уменьшается на 2-4 %. Отрицательная закрутка потока вызывает улучшение энергетических показателей блока ГЭУ в зоне оптимума и при больших расходах. КПД блока ГЭУ увеличивается, в зоне оптимума на 1-1,5 %, при больших подачах до 4-5 %, а при малых расходах энергетические показатели блока практически не изменяются. Дополнительного сопротивления в проточном тракте СКР практически не создает.

В шестой главе приводятся результаты практического использования разработанных методов, новых конструктивных решений по элементам ГЭУ. Даны рекомендации по использованию новых технических решений при строительстве и реконструкции ГЭУ и область использования этих решений.

Предложения и разработки по восстановлению, реконструкции и модернизации малых ГЭС в Южных регионах Казахстана, выполненные автором, использованы при составлении пакета инвестиционных предложений и включены в государственный инвестиционный портфель. В работе приведены примеры эколого-экономического обоснования строительства малой ГЭС при существующем Тасоткельском водохранилище мелиоративного назначения, восстановления, реконструкции и модернизации малых ГЭС Жамбылской и Южно-Казахстанской областей и реконструкции Меркенских ГЭС-1 и ГЭС-2 в Жамбылской области.

Основные результаты диссертационной работы

Модернизация гидроэнергетических установок и использование возобновляющихся источников энергии является важной научной и народнохозяйственной проблемой, имеющей практическое значение.

Основные выводы по диссертационной работе:

1) Показана необходимость и целесообразность модернизации и реконструкции ГЭУ (ГЭС, НС, малые ГЭС) для повышения эффективности и надежности энергоснабжения и улучшения экологической обстановки в регионах Республики Казахстан.

2) Выявлены основные направления наращивания мощностей высокоманевренных и экологически безопасных ГЭУ, составлена классификация с целью облегчения выбора направлений в зависимости от предъявляемых требований, в том числе и экологических и финансово-экономического положения отрасли.

3) Рассмотрены перспективы широкого использования возобновляющихся источников энергии и показано, что наиболее целесообразным в современных экономических условиях является широкое вовлечение в топливно-экономический баланс страны энергии малых водотоков, в том числе гидроузлов и гидротехнических сооружений неэнергетического назначения, а также восстановление и реконструкция малых ГЭС.

4) Разработаны:

- комплексный методологический подход к системе охраны окружающей

среды при эксплуатации, реконструкции и модернизации ГЭУ;

- методика технико-экономического обоснования основных параметров конструктивных элементов ГЭУ, разработанных и предложенных автором;

методика эколого-экономического обоснования модернизации, реконструкции и восстановления малых ГЭС;

- методика эколого-экономического обоснования новых технических решений по элементам ГЭУ, направленных на повышение надежности и долговечности оборудования;

5) Разработаны новые конструкции элементов ГЭУ, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения и патентами и направленные на: а) расширение функциональных возможностей гидроагрегатов; б) повышение надежности и долговечности основных элементов проточной части ГЭУ; в) совершенствование способов регулирования режимов работы ГЭУ и автоматизацию процесса управления работой ГЭУ; г) защиту окружающей среды и улучшение экологической обстановки на объекте и в регионе. Разработанные технические решения рекомендуется использовать при

36

проведении мероприятий по модернизации и реконструкции ГЭУ с целью повышения их эффективной работы и экологической надежности.

6) Использование полученных результатов позволило обоснованно производить эколого-экономические расчеты по выбору параметров элементов ГЭУ и оптимальных режимов их работы.

7) Практические результаты исследований реализованы в 9 авторских свидетельствах на изобретение, в предложениях по привлечению инвестиций в модернизацию и восстановление малых ГЭС Казахстана. Результаты работы внедрены в ряде организаций и в высших учебных заведениях.

Задачами дальнейших исследований являются вопросы широкого вовлечения в топливно-энергетический баланс страны энергии ветра, солнца и биомассы, ресурсы которых составляют огромный потенциал, использование которого способствует предотвращению экологического кризиса в стране и в мире в целом, а также разработка методов эколого-экономического обоснования энергокомплексов в составе энергоустановок на базе НВИЭ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах автора:

1. Новый способ регулирования подачи насосов мелиоративных насосных станций и устройство для его осуществления / Тезисы докл. научн.-техн. конф. - Волгоград, 1988. (в соавторстве).

2. Водохозяйственные и водно-энергетические расчеты ГЭС на ЭВМ. Препринт. - Джамбул, 1988. - 37 с.

3. Расчет эксплуатационных характеристик ГЭС на ЭВМ. Препринт. -Джамбул, 1988. - 27 с.

4. Результаты исследования патрубков спиральных всасывающих труб / В сб. « Совершенствование конструкций и методов расчета гидротехнических сооружений оросительных систем». - ТИИИМСХ, 1988 (в соавторстве).

5. Подводящее устройство насоса. A.C. СССР № 1448115. Б.И„ 1988, № 48 (в соавторстве)

6. Всасывающая труба лопастного насоса. A.C. СССР № 15504372, Б.И., 1989, № З2.(в соавторстве)

7. Всасывающая труба насоса. A.C. СССР № 1492094. Б.И., 1989, № 25 (в соавторстве).

8. Устройство автоматического регулирования режима работы гидроциклона. A.C. СССР№ 1558498. Б.И., 1989, № 15 (в соавторстве).

9. Подводящее устройство насоса. - ЦНТИ, Джамбул, 1989. (в соавторстве).

10. Насосная установка. A.C. СССР № 1513209. Б.И., 1990 (в соавторстве).

11. Результаты исследования закрученного движения жидкости в модели подводящего устройства / Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш, № 622-ТМ-90,1990.

12. Исследование влияния циркуляции потока перед рабочим колесом на энергетические показатели осевого насоса И Изв.вузов.. .Энергетика, 1990, № 7, с. 112-116 (в соавторстве).

13. Результаты энергогидравлических исследований новой конструкции подводящего устройства НС с вертикальными агрегатами // Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн.совещ. "Будущее гидроэнергетики. Основные направления создания гидроэлектростанций нового поколения". - Л..- ВНИИГ, 1991. - С. 128 (в соавторстве).

14. Способ регулирования режима работы насоса. A.C. СССР № 1724946. Б.И., 1991 (в соавторстве).

15. Способ регулирования лопастного насоса. A.C. СССР № 1710848. Б.И., 1991, № (в соавторстве).

16. Энергетические параметры модельного насосного блока с малогабаритным подводом // Энергетическое строительство. - 1991, № 11 (в соавторстве).

17. Энергетические исследования блока НС с осевым насосом и кольцевым подводом // Гидротехническое строительство. - 1991, № 11 (в соавторстве).

18. Реконструкция стенда для исследования блоков насосных установок с вертикальными агрегатами / Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш, № 807-ТМ, 1992 (в соавторстве).

19. Модификации подводящих устройств и их влияние на энергетические показатели насосного блока / Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш, № 806-ТМ, 1992 (в соавторстве).

20. Результаты энергогидравлических исследований модельного блока с подводами кольцевого типа / Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш, № 805-ТМ, 1992 (в соавторстве)

21. Энергетические исследования насосного блока с различными типами малогабаритных коленных подводов // Изв. вузов...Энергетика.-1992, № 2. С. 75-78 (в соавторстве).

22. Автоматическая система комбинированного управления насосной установкой. Патент на изобретение РФ № 1779794,1992 (в соавторстве).

23. Способы повышения эффективности гидроэнергетических установок / Сб. научн. тр. ЖГМСИ, 1995 (в соавторстве).

24. Гидродинамические исследования мелиоративных насосных станций с различными подводами / Сб. научн. тр. ЖГМСИ. - Жамбыл, 1995 (в соавторстве).

25. Энергетические характеристики блока мелиоративной насосной станции в турбинных режимах / Сб. науч. тр. ЖГМСИ. - Жамбыл, 1995 (в соавторстве).

26. Рыбозащитное устройство водозаборных сооружений. - ЦНТИ, Жамбыл, 1996. (в соавтростве).

27. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения. Патент на изобретение РФ № 2067641, 1996 (в соавторстве).

28. Гидравлические исследования элементов подводящих устройств крупных насосных станций мелиоративных систем / Сб. научндр. "Актуальные проблемы в экологии и природопользовании" КПТИ. - Кзыл-Орда, 1996 (в соавторстве).

29. Гидравлические исследования подводящего устройства с горизонтальной полкой крупных насосных станций мелиоративных систем / Сб. научн. тр. КПТИ. - Кзыл-Орда, 1996 г. (в соавторстве).

30. Конструирование узла регуляторов. Препринт. - Тараз, 1996. - 28 с. (в соавторстве).

31. Лабораторный практикум по комплексному использованию и охране водных ресурсов (на каз. яз.). - Тараз, 1997. (в соавторстве).

32. Влияние условий подвода жидкости на режим работы насосной установки / Сб. научн. тр. ЖГМСИ. - Тараз, 1998 (в соавторстве).

33. Перспективы развития гидротурбиностроения и экологические проблемы гидроэнергетики / Мат. междунар. научно-практ. конф. "Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы". - Тараз, 1999 (в соавторстве).

34. Некоторые проблемы энергомашиностроения (на примере реконструкции Меркенских малых ГЭС) / Мат. междунар. научно-практ. конфер. "Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы". - Тараз, 1999.

35. Модернизация - одно из важнейших направлений повышения надежности и экономической эффективности ГЭУ / Мат. междунар. научн,-практ. конф. "Машиностроение в условиях рыночной экономики.. Проблемы и перспективы". - Тараз, 1999 (в соавторстве).

36. Экологические последствия развития электроэнергетики // Гидрометеорология и экология 1999, № 1 (в соавторстве).

Публикации, выполненные в соавторстве: 32,33 - с Ю.С. Васильевым; 13,22 - с Ю.С. Васильевым и С.Г. Беляевым; 12, 15 - с С.Г. Беляевым; 14 - с С.Г. Беляевым и A.M. Маковским; 16,17,18,19,20,21 - с С.Г. Беляевым, Т.С. Ишангалиевым и Д.Е. Куклиным; 1,4,5,6,7,10,23,24,25 - с H.A. Ходанковым, Т.С. Ишангалиевым, A.B. Левановым; 8-е A.A. Абдурамановым и С.С. Сейтасановым; 9-е H.A. Ходанковым, A.B. Левановым, В.В. Афанасьевым; 26,27 - с H.A. Ходанковым и Б.Т. Жирентаевым; 28-е H.A. Ходанковым; 29 -с Ходанковым и С. Турганбаевым; 30-е Ш.А. Тулегеновым; 31-е А.К. Заурбековым и Т.С. Ишангалиевым; 35, 36 -е H.A. Ходанковым, Т.С. Ишангалиевым, К. Сыпайбековым.