Гидроэнергетика
Устранение фильтрационных потоков на гидротехнических сооружениях (ГЭС, плотинах, дамбах).
Проблема: значительная изношенность бетонных конструкций вследствие возраста сооружений, сложные гидрогеологические условия грунтов и пород, наличие фильтрационных окон по примыканию плотин, течи в температурных и технологических швах зданий ГЭС, наличие вод прорыва в теле плотин и дамб с давлением свыше 20 Атм, подтопление прилегающих к плотине территорий вследствие наполнения водой верхнего бьефа, работа ГЭС с потерей мощности.
Фильтрационные «проскоки» и фильтрационные «окна», возникающие в районах верхнего бьефа плотин отрицательно влияют не только на устойчивость сооружений и чревато техногенными катастрофами,
но и не позволяют эффективно отбирать проектную мощность гидроэлектростанций, выраженную в потере мегаватт электроэнергии. Поднятие воды в верхнем бьефе подтопляет прилегающие территории и зоны примыкания плотины, ослабляя грунты и повышая риск развития техногенных аварийных ситуаций.
Существующее решение: создание экрана по методу «стена в грунте» и инъектирование цементных растворов во вмещающие породы по примыканию – малоэффективно и полностью не устраняет течи; обмазочная гидроизоляция бетонных конструкций недолговечна и низкоэффективна во времени; устранение вод прорыва – нерешенная задача; использование для создания экранов импортных смол высокозатратно и низкоэффективно. Все применяемые методы не рассчитаны, в массе своей, на сейсмоопасность, динамические и температурные нагрузки.
Краткое описание предлагаемой технологии.
Новая технология применима для устранения зон фильтрации и укрепления пород путём инъектирования специальных композитов, гарантирует быстрое и надёжное возведение гидроизоляционных завес как в скальных породах со сложной системой трещиноватости, так и в плотных и рыхлых осадочных отложениях, техногенных грунтах различного происхождения. В результате чего:
- значительно повышаетсяустойчивость к размыву гидротехнических сооружений и береговых откосов
- обеспечивается надёжность и безопасность дальнейшей эксплуатации объектов за счёт снижения вероятности возникновения опасных аварийных ситуаций, способных вызвать катастрофические последствия;
- существенно снижаются экономические затраты на осушение, устранение водопритоков, а также поддержание экологического равновесия землеотводов.
Гидроизоляционные композиты - инновационная разработка отечественных специалистов, предназначенная для инженерной гидрозащиты зданий и сооружений. Представляют собой тонкодисперсный порошок, обладающий гидроизолирующими и укрепляющими грунт свойствами. В высокопроницаемых грунтах смесь обладает свойством «самозалечивания». Смеси экологически безопасны для человека и окружающей среды.
Технология применима для решения задач, возникающих при эксплуатации сооружений в сложных геологических и гидрогеологических условиях, а также с целью предупреждения и устранения непредсказуемых последствий, связанных с водопритоками, тектоническими нарушениями и выщелачиванием горных массивов.
Разработка имеет положительный опыт применения технологии на ряде крупных предприятий.
При избыточном обводнении рабочего пространства оснований объёмных строительных и линейных сооружений, горных выработок, а также др. объектов, традиционно, в строительной, энергетической и горнодобывающей отраслях промышленности, используются методы цементной изоляции, или методы отведения (сброса) поступающих вод на нижележащие уровни в том числе, в подземные горизонты, понижение уровня подземных и грунтовых вод и комбинация этих методов.
Наиболее простым, технически подготовленным, экологически безопасным, технически и экономически оправданным и эффективным является инновационный способ гидроизоляции с использованием вязкоупругой полимер-минеральной композиции, водные суспензии которой, с расчетной концентрацией активного вещества, закачиваются в дренируемую зону, где при контакте с подступающими водами происходит связывание вод с многократным увеличением объема активного вещества и последующей кольматацией (закупоркой) пор (трещин) порового или трещинного водопроводящего массива.
Увеличение объема закачиваемой полимер-минеральной композиции с учетом водопоглощения (связывания подземных или грунтовых вод) в дренируемой зоне достигает 5?25 кратного значения, и зависит только от уровня минерализации подземных или грунтовых вод (вод прорыва).
Композиция закачивается в зону нарушений в виде суспензии. При закачке композиции в зону нарушений, представленной неконсолидированными отложениями (пески, песчано-гравистые отложения и т.п.) или поровым коллектором (алевролиты, песчаники и т.п.) наблюдается сопутствующий изоляции эффект упрочнения основания (рост модуля упругости в 1,5-4 раза). Что обеспечивается стабилизацией неконсолидированных отложений и(или) пор порового коллектора и возникающим при этом увеличении несущей способности основания за счет синергетического эффекта (Ксин.=1,5?3,6), величина которого зависит от конкретных геолого-технических условий и состава грунтов основания.
Отличительная особенность данной технологии от основанной на использовании цементных композиций, заключается в пластичном состоянии новообразований в зоне нарушений, способных к "самозалечиванию", образующихся в результате последующих деформаций трещин (взрывов, тектонических подвижек и др.), поступающими порциями вод (вод прорыва). Кроме того, цементные композиции не способны обеспечить надежную и долговечную завесу из-за особенностей процесса гидратации — продолжительностью и условиями его протекания (нестабильностью заданного при цементировании в/ц отношения). Это приводит к многократному увеличению расхода цемента без гарантии качества цементирования, нарушенного пространства.
Данная технология успешно применяется и при изоляции "нулевых" (подземных) резервуаров для хранения жидких углеводородов и др.
Технология прошла успешную апробацию:
– на Коашвинском карьере Восточного рудника ОАО "Апатит" (2005-2009 годы);
– при сооружении противофильтрационных завес на шахте № 607 тоннельного коллектора от территории "Северной долины" до шахты № 335 тоннельного канализационного коллектора «Комендантский аэродром»;
– при сооружении противофильтрационной завесы на объекте "Подводный переход под Сайменским каналом" с устранением водопритока дебитом 150 м3/час при строительстве тоннеля Северо-Европейского газопровода на участке Грязовец-Выборг;
– при ликвидации зоны катастрофического поглощения реагентом ЛП-1 и полимерцементным тампонирующим составом на скважине № 166ГР куст 2 Талаканского месторождения (2007 г.);
– при гидроизоляции с применением тампонажной смеси ЛП "нулевых" мазутных емкостей инв. №№ 29624, 29626, 29627 и 29628 ОАО "Ковдорский ГОК (2007 г.),
- при устранении высоконапорной аварийной течи из шва бетонного тела плотины на Бурейской ГЭС (2005г) и др.
Стоимость композиции подготовленной к закачке непосредственно на устье инъекционной скважины ниже стоимости применяемых для устройства фильтрационных завес тампонажных цементов в 1,5-2 раза (из 1 т. тампонажного цемента можно приготовить 0,65?0,75 м3 цементного раствора с В/Ц=0,5?0,6; а из 1 тн. концентрированного композита – порядка 10-15 тн. рабочего раствора).
Однако эффективность работ при устройстве фильтрационных завес на основе полимер-минеральной композиции и тампонажного цемента не сопоставима. При использовании цементных композиций для гидроизоляционных работ расход цемента кратно выше. При этом цементный камень, получаемый при гидратации в условиях повышенного обводнения в поровом (трещинном) пространстве, отличается крайне низким качеством за счет вымывания: низкими прочностными свойствами и высоким коэффициентом фильтрации — 3?5 и более м/сут.
Существенным преимуществом является и то, что значительно сокращается количество и частота инъекционных скважин в отличие от традиционного «цементирования». Радиус распространения композиции в два-пять раз больше, чем при инъектировании цементами.
Таким образом, инновационный способ создания противофильтрационных завес на основе полимер-минеральной вязкоупругой композиции в настоящее время наиболее приемлем при предупреждении и ликвидации обводнений рабочего пространства горных выработок, оснований объёмных строительных и линейных сооружений, а также др. объектов на транспорте, в горной, строительной и других отраслях промышленности.
Результат предлагаемой технологии: восстановление гидроизоляционных свойств грунтовых массивов и бетона, восстановление гидроизоляции пород в зонах примыкания, отсутствие подтопления прилегающих территорий, возможность значительного повышения уровня воды в верхнем бьефе плотины без риска возникновения аварийных ситуаций, работа ГЭС на полную мощность, отсутствие протечек не менее 10 лет, сейсмоустойчивость внутригрунтового экрана, способность экрана к самозалечиванию, возможность устранения вод прорыва с давлением свыше 20 Атм и расходом свыше 150 м3/час .
Справка
В настоящее время на территории России работают 102 гидростанции мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России составляет примерно 45 млн кВт (5 место в мире), а выработка порядка 165 млрд кВт·ч/год (также 5 место) — в общем объеме производства электроэнергии в России доля ГЭС не превышает 21%.
При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место в мире (порядка 852 млрд кВт·ч, после Китая), однако, по степени их освоения — 20% — уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам.
Для дальнейшего освоения гидропотенциала России и развития отечественной гидроэнергетики, фактически находившейся в состоянии стагнации на протяжении 90-х годов прошлого века, в ходе процесса реформирования российской электроэнергетики в декабре 2004 г. была создана Федеральная гидрогенерирующая компания (ОАО «ГидроОГК»). Приоритетными задачами ОАО «ГидроОГК», которые поставило государство перед компанией при ее учреждении, являются обеспечение надежной и безопасной эксплуатации действующих ГЭС, завершение существующих строек, а также проектирование и сооружение новых гидростанций.
С учетом крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС компания объединяет более 70 объектов возобновляемой энергетики, в том числе 9 станций Волжско-Камского каскада общей установленной мощностью более 10 273 МВт, первенца большой гидроэнергетики на Дальнем Востоке Зейскую ГЭС (1 330 МВт), Бурейскую ГЭС (2 010 МВт), Новосибирскую ГЭС (460 МВт) и несколько десятков гидростанций на Северном Кавказе. Также в состав РусГидро входят геотермальные станции на Камчатке и высокоманевренные мощности Загорской гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) в Московской области, используемые для выравнивания суточной неравномерности графика электрической нагрузки в ОЭС Центра.
В 2011 г. в Группу РусГидро вошло ЗАО «Международная энергетическая корпорация», основным активом которой является Севан-Разданский каскад ГЭС в Республике Армения — 7 станций совокупной установленной мощностью 561 МВт.
В 2011 году ПАО «РусГидро» государством был передан 69,3-процентный пакет акций ПАО «РАО Энергетические системы Востока», в состав которого входят такие дальневосточные энергокомпании, как ОАО «Дальневосточная энергетическая компания», АО «Дальневосточная генерирующая компания», АО «Дальневосточная распределительная сетевая компания», ПАО АК «Якутскэнерго», ПАО «Камчатскэнерго», ПАО «Магаданэнерго», ОАО «Сахалинэнерго», ПАО «Передвижная энергетика» и другие. Установленная электрическая мощность электростанций дальневосточных энергокомпаний, входящих в состав ПАО «РАО ЭС Востока», составляет 8 982 МВт; тепловая мощность - 17 947 Гкал/час; протяженность электрических сетей всех классов напряжения более 102 тыс. км.
Энергетическая стратегия РФ до 2020 года предполагает увеличение потребления электроэнергии, в том числе в связи с планами ускоренного освоения природных ресурсов Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока, Европейского Севера и Прикаспийского региона.
Разработанный топливно-энергетический баланс страны предусматривает совершенствование структуры производства электроэнергии, включая более полное использование потенциала гидроэнергетики, прежде всего в результате завершения строительства ранее начатых объектов.
Планируется также рост экспорта энергоресурсов при безусловном удовлетворении внутренних потребностей.
Из Энергетической стратегии РФ до 2020
Стратегическими целями развития электроэнергетики являются:
- надежное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией;
- сохранение целостности и развитие единой энергетической системы страны, ее интеграция с другими энергообъединениями на Евразийском континенте;
- повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;
- снижение вредного воздействия на окружающую среду и приближение к европейским экологическим нормам.
Российская Федерация обладает значительным гидроэнергетическим потенциалом и возможностями для дальнейшего развития ГЭС. Сегодня по установленной мощности и объему выработки российская энергетика занимает четвертое место в мире.
Преимущества гидроэнергетики:
- ГЭС являются ключевым элементом обеспечения системной надежности единой энергетической системы страны.
- Отсутствие топливной составляющей в производстве электроэнергии ГЭС способствует снижению зависимости стоимости электроэнергии от изменения стоимости органического топлива.
- Для производства электроэнергии ГЭС используют возобновляемые источники энергии, что способствует глобальным усилиям в борьбе за сокращение выбросов парниковых газов.
Государственная политика в сфере использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на период до 2030 года предусматривает принятие мер по поддержке данного направления и созданию благоприятных условий для привлечения инвестиций. Объявлен плановый показатель производства электроэнергии на базе ВИЭ к 2030 году не менее 80–100 млрд кВт*ч в год.