С научной точки зрения

8 февраля в России ежегодно отмечается День науки, который был в 1999 году учрежден президентом страны. «Вестник» поговорил с представителями научно-проектного комплекса РусГидро о том, какие внедренные за последние 50 лет инновации оказали наибольшее влияние на гидроэнергетику.

Владимир Штильман.jpgВладимир Штильман, ­директор по научной деятельности АО «ВНИИГ им. Б. Е. Веде­неева»:

– За последние полвека большой прорыв наблюдается в применении новых материалов для гидротехнического строительства. Например, были разработаны и внедрены самоуплотняющиеся бетонные смеси (СУБ), способные растекаться при укладке в конструкцию без вибропроработки. Наряду с высокой прочностью СУБ обладают высокой эксплуатационной долговечностью и стойкостью к трещинам. Такие смеси были применены, например, на строительстве Зарамаг­ской ГЭС. На основе СУБ разработан высокопрочный легкий бетон, способный снизить массу строительных конструкций без потери несущей способности и других эксплуатационных характеристик, а также разработана и внедрена технология скоростного бетонирования. 

Разработанная во ВНИИГ информационно-диагностическая система DEDALUS позволяет осуществлять мониторинг гидротехнических сооружений (ГТС) на основе автоматического сбора и обработки данных инструментальных измерений и визуальных наблюдений. DEDALUS является частью автоматизированной системы диагностического контроля (АСДК), в составе которой применены инновационные решения по включению волоконно-оптических датчиков и аппаратно-программных средств опроса и обработки оптических сигналов. 

Создание систем для автоматизации сейсмологических и сейсмометрических наблюдений – еще одна важная разработка. Так, созданная во ВНИИГ автоматизированная система сейсмометрического контроля (АССК) сегодня внедрена на большинстве крупных ГЭС РусГидро. 

Применение геосинтетических материалов (изделий из синтетических или природных полимеров, или неорганических веществ) в гидротехническом строительстве помогло снизить фильтрационные потери, повысить допустимые скорости воды и защитить русла каналов от размыва и зарастания. Из последних разработок – противофильтрационный элемент из глиноцементобетона, возведенный сразу на всю высоту плотины. Такое решение было применено при строительстве Нижне-­Бурейской ГЭС. 

Большим достижением отечественной науки является строительство крупных гидроузлов на вечной мерзлоте. Наш институт изучал мерзлые грунты, подбирал строительные материалы, разрабатывал технологии зимнего бетонирования. 

ТОП-10 инноваций гидроэнергетики

1.png

Новые технологии строительства гидротехнических сооружений: самоуплотняющиеся бетонные смеси, укатанный бетон, литой бетон. Применение: укатанный бетон – Бурейская ГЭС.

2.png

Новые противофильтрационные элементы: глиноцементобетон на всю высоту плотины («стена в грунте»), полимерные геомембраны, железобетонные и асфальтобетонные экраны. Применение: «стена в грунте» – Нижне-Бурейская ГЭС; геомембраны – Зарагижская ГЭС.

3.png

Новая конструкция рабочего колеса поворотно-лопастных турбин, исключающая протечки масла.

4.png

Новая конструкция радиально-осевых гидротурбин, повышающая КПД.

5.png

Конструкции водосброса, которые позволяют гасить энергию потока воды: ступенчатый и вихревой. Применение: Богучанская ГЭС, Рогунская ГЭС.

6.png

Новые термостойкие материалы изоляции обмоток современных гидрогенераторов, повышающие их мощность.

7.png

Новые системы контроля и диагностики, автоматизация всех процессов на ГЭС.

8.png

Системы сейсмометрического контроля.

9.png

Комплектные распредустройства с элегазовой изоляцией.

10.png

Фазоповоротный трансформатор.


Перечень составлен редакцией «ВР» по итогам комментариев ученых институтов и может быть не исчерпывающим.

Юркевич_Ленгидропроект.jpgБорис Юркевич, главный инженер АО «Ленгидропроект»: 

– Большим прорывом стала технология строительства плотин из укатанного бетона, внедренная нами на Бурейской ГЭС. Речь идет о бетоне с пониженным содержанием цемента и специальными добавками. Его использование позволяет увеличить скорость строительства: сокращаются опалубочные работы, исключается вибрирование. Широкое применение получил и литой бетон с высоким содержанием цемента и добавками, обеспечивающими пластичность при укладке. Это позволяет подавать его в блоки бетонирования с помощью насосов. Вибрирование в этом случае также не требуется. Сегодня бетон вообще выигрывает конкуренцию у других стройматериалов. При его производстве можно «запрограммировать» необходимые технологические параметры благодаря использованию современных добавок – и полимерных, и тех, которые называют нанодобавками.

Отечественные производители разработали новую конструкцию рабочего колеса поворотно-лопастных турбин, исключающую протечку масла. Серьезные изменения произошли и в конструкции радиально-осевых гидротурбин. Теперь они обладают существенно более высоким КПД, имеют большую мощность при тех же габаритах. Замена турбин на действующих ГЭС позволяет повысит их мощность на 5–10% и КПД на 5–12%. Новые термостойкие материалы, применяемые для изоляции обмоток современных гидрогенераторов, в большинстве случаев также позволяют повысить мощность.

Большой прогресс достигнут в разработке электротехнических устройств. Начали применяться элегазовые трансформаторы, имеющие меньшие габариты и не содержащие масла, силовые выключатели и комплектные распределительные устройства (КРУЭ). Первое в нашей стране КРУЭ 500 кВ было установлено на Бурейской ГЭС. Здесь же для выдачи мощности от здания ГЭС до КРУЭ впервые были применены сухие кабели из сшитого полиэтилена на напряжение 500 кВ.

Наличие систем контроля и диагностики – еще одна характерная черта современных гидротехнических объектов. Это относится и к сооружениям, и к оборудованию станций. Так, в теле плотины ­Саяно-Шушенской ГЭС насчитывается более 10 тыс. датчиков, информация с которых передается в единый центр, анализируется и выстраивается в графики. Внедрение таких автоматизированных систем контроля и диагностики обеспечивается бурным развитием современных компьютерных технологий, которые используются и в гидро­технике, позволяя в разы увеличивать производительность. Сегодня все технологические процессы на ГЭС автоматизированы, и роль сотрудников сводится к отслеживанию информации по режиму работы. 

Волынчиков Александр Николаевич.jpgАлександр Волынчиков, главный инженер АО «Институт Гидропроект»:

– Наш институт для проекта Богучанской ГЭС впервые в России разработал и внедрил новую конструкцию водосброса с гашением энергии на водосливной грани. Совместно с ВНИИГ им. Веденеева разработали методологию обоснования параметров нового водосброса и успешно провели его испытания. Это решение позволило значительно уменьшить размеры водобойного колодца, размещаемого за водосливом, а также сократить количество укладываемого бетона. В связи с этим более чем на семь месяцев сократились сроки пуска первых трех агрегатов, что дало дополнительный экономический эффект. Впервые в мире для высоконапорных гидроузлов с расходами, превышающими 1000 ­м³/сек, был разработан и успешно внедрен на ГЭС «Тери» и Рогунской ГЭС вихревой водо­сброс с закрученным движением потока. Он гасит значительную часть энергии по­тока (до 80% кинетической энергии) внутри сооружения за счет введения в трассу участков с закрученным течением воды. Это позволяет на коротком участке снизить скорость потока до безопасных значений как на отводящих участках водовода, так и в нижнем бьефе. Данный тип водосброса расширяет область использования высоких напоров до 200–250 м при проектировании и строительстве водосбросных сооружений. Может использоваться при создании как строительных, так и эксплуатационных водо­сбросных сооружений с поверхностным или глубинным водозабором, с вертикальной или наклонной шахтой. А сброс больших масс воды происходит практически с бытовыми скоростями, что повышает экологическую безопасность гидроузла.

В 2019 году на Волжской ГЭС впервые был применен не имеющий аналогов в России фазоповоротный трансформатор (ФПТ). Установка выдает в энергосистему больше мощности в условиях сетевых ограничений, помогает избежать дополнительного дорогостоящего сетевого строительства и уменьшить потери электроэнергии.

Моими коллегами разработан уникальный расчетно-диагностический комплекс для оценки фактического технического состояния и безопасности гидротехнических сооружений (ГТС), который мониторит состояние сооружений не только по данным контрольно-измерительной аппаратуры, но и с учетом внешних нагрузок и воздействий. Это позволяет не просто устранять последствия, а опережать их возникновение при минимальных трудозатратах.

Кстати

При создании проекта подъема здания Загорской ГАЭС-2 специалистами «Института Гидропроект» были разработаны три уникальные технологии: 

  • технология управляемого компенсационного нагнетания предполагает инъекции в грунт специальных строительных смесей, в результате достигается упрочнение основания гидротехнического сооружения (ГТС). У данной технологии аналогов в мире нет;
  • технология усиления с помощью армирования углепластиком, примененная впервые в России, позволяет восстановить несущую способность железобетонных конструкций, получивших непроектные нагрузки при эксплуатации и/или строительстве; 
  • технология подводной инъекции уплотняющихся и упрочняющихся составов позволяет выполнять модификацию грунта под водой на глубине около 40 м.