Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время наука и инженерная практика продолжает вести работу по освоению и использованию природных ресурсов Крайнего Севера, Сибири и Северо-Востока, которые остаются основой экономического могущества Российского государства. Освоение указанных районов страны шло по линии создания энергопромышленных комплексов при опережающем развитии электроэнергетики. С середины шестидесятых годов развитие электроэнергетики на Крайнем Севере было направлено на использование ее главного, водного потенциала - возобновляемых природой ресурсов северных рек, что подтверждается непрерывным ростом доли потребления электроэнергии от гидроэлектростанций как следствие их строительства и ввода в эксплуатацию на реках Вилюе, Мамакан, Хантайке, Курейке, Колыме.
Россия стала седьмой страной, развивающей северное гидроэнергетическое строительство и по существу внесла на мировую карту еще три изолированных по географическим условиям энергосистемы: Норильскую, Якутскую, Магаданскую. При этом, установленные мощности ГЭС уже в первой половине девяностых годов в общем балансе энергосистем достигали пятидесяти и более процентов. К настоящему времени эти показатели выросли и продолжают повышаться. Все это показывает на тенденцию развития гидроэнергетики на Севере с последовательным вытеснением топливной составляющей, этот процесс необратимый, закономерный в энергетике всех северных стран и в России в частности. Однако в России последние годы сопровождались структурными изменениями в потреблении электроэнергии как следствие экономического кризиса. Доля промышленного потребления электроэнергии снизилась, при одновременном относительном его росте в коммунальном секторе, причем с превышением в последнем зимнего потребления над летним.
Вывод из экономического упадка северных регионов возможен, очевидно, только путем обеспечения поиска потребителей дешевой электроэнергии, вырабатываемой на основе гидроэнергетики. Например, в промышленном секторе переводом горнодобывающей техники на электропитание; в коммуншіьпом секторе - переводом на электроснабжение городов и поселков, в том числе и на обеспечение теплоснабжением. Таким
образом, перспективное развитие экономики северных регионов возможно только строительством каскадов ГЭС на северных реках. Других альтернативных экономически целесообразных и устойчивых источников повышения энерговооруженности нет. Положительным примером может служить обстановка в энергосистеме Магаданской области, где с вводом в эксплуатацию Колымской ГЭС регион почти на 90% обеспечивается энергоснабжением от гидроэнергетики. Показатель рекордный в мировой практике северного энергоснабжения. В крайне противоположных условиях находится Чукотский автономный округ, для которого энергетическая проблема может быть решена в нынешних условиях только завершением строительства Усть-Среднеканской ГЭС, второй в каскаде в верховьях р.Колымы, и ЛЭП протяженностью 1000 км. При этом строительство Усть-Среднеканской и других ГЭС на Крайнем Севере, в условиях недостаточно развитых промышленных центров или с отсутствием постоянных надежных сухопутных связей, связано, в первую очередь, с поиском оптимальных конструкционных и технологических решений для основных сооружений гидроузла. Рамки настоящей работы ограничены в этом вопросе научным обоснованием выбора конструкции и технологии возведения грунтовой плотины - сооружения в основном определяющим компоновочное решение гидроузла и являющимся наиболее материалоемким по объему в комплексе основных сооружений гидроузла.
Решение этих весьма актуальных вопросов для северного плотиностроения и, в частности, для жизнедеятельности Магаданской области и посвящена настоящая научная работа, выполненная на основе использования результатов осуществленного строительства. Работа выполнялась в соответствии с государственной программой по теме 04.02.М2 проблемы 0.55.08 "Разработать и внедрить новые технологические решения и технологию строительства гидроэлектростанций в сложных природно-климатических условиях".
Цель работы. Разработка рекомендаций по повышению энерговооруженности Крайнего Севера на основе развития гидроэнергетики и сезонного использования гидроузлов действующих ГЭС, по совершенствованию технологии строительства, в том числе и скоростного, конструкций каменно-земляных и грунтовых плотин, возводимых в суровых природно-климатических условиях Крайнего Севера.
Методической основой выполнения работы являлись:
анализ и обобщение данных энергетического производства и гидроэнергетического строительства на Крайнем Севере;
опытно-производственные исследования технологий возведения каменно-земляньгх плотин и их элементов;
- анализ и обобщение данных геотехконтроля и натурных наблюдений,
осуществленных при строительстве и эксплуатации плотины;
-анализ результатов комплекса научно-исследовательских работ, выполненных для обоснования проекта конструкции и технологии возведения, каменно-земляной плотины;
- материалы по опыту строительства и эксплуатации грунтовых плотин,
построенных в северной климатической зоне;
- технико-экономические расчетные исследования по известным
методологическим разработкам, использованные для повышения
электропотребления промышленным и коммунальным секторами Магаданской
области.
Научная новизна. На основе технико-экономического анализа, опытно-производственных исследований, обобщения и разработок, конструкционных и технологических решений получены следующие новые научные результаты:
разработана конструкция и построена каменно-земляная плотина, в суровых природно-климатических условиях, не имеющая аналогов в мировой практике плотиностроения, вмещающая временную плотину с конструкционным решением как прототип основной;
разработана и осуществлена технология скоростного строительства каменно-земляной плотины и комплекса работ по сопряжению ядра и переходных зон с основанием;
- разработана и применена методология получения естественных
месторождений кондиционных грунтовых материалов для ядра плотины, не
требующая специальных мер и затрат для обогащения и изменения влажности;
разработаны и реализованы методы складирования, хранения и укладки грунтовых смесей в тело ядра плотины, использующие для накопления тепла только солнечную радиацию и положительную температуру окружающего воздуха;
разработана и осуществлена технология возведения ядра плотины для климатических условий Крайнего Севера с сезонной укладкой грунтов в период среднесуточных положительных температур окружающего воздуха.
Личный вклад автора заключается:
в обобщении и анализе проектных, производственных и эксплуатационных данных о северном плотиностроении и разработке рекомендаций для строительства грунтовых плотин в Северной климатической зоне;
- в разработке методов и технологий скоростного строительства плотин и
их возведения;
- в выполнении технико-экономических расчетов по обоснованию
использования электроэнергии для нужд отопления в производственных и
коммунальных отраслях северных регионов РФ и Магаданской области;
- в организации и проведении опытно-производственных работ;
- в непосредственном участии внедрения разработанных методик на
строительстве плотины и ее элементов.
Практическая значимость работы состоит:
в разработке рекомендаций для строительства плотин из грунтовых материалов в северной климатической зоне по двухэтапной схеме возведения с целью ввода в кратчайшие сроки агрегатов ГЭС на промежуточных напорах;
в использовании опыта строительства плотины Колымской ГЭС для перспективного развития экономики Магаданской области путем ввода в эксплуатацию Усть-Среднеканской и других ГЭС каскада в верховьях р.Колымы;
в использовании результатов внедрения методик технико-экономического обоснования для повышения выработки электроэнергии Колымской ГЭС с целью ее реализации для нужд отопления в коммунальных и производственных отраслях Магаданской области;
- в использовании материалов исследований, конструкционных и
технологических решений для составления нормативных документов по
строительству грунтовых плотин в природно-климатических условиях
Крайнего Севера и Северо-Востока страны.
На защиту вынесены следующие материалы:
- научные обоснования методов строительства плотин из местных
материалов с применением скоростных способов возведения, осуществленных
в суровых климатических условиях Крайнего Северо-Востока в срок одного
межпаводкового периода;
- создание высотной плотины из местных материалов в климатической
зоне по суровости не имеющей аналогов в мировой практике плотиностроения,
с укладкой грунтов ядра и переходных зон (96% от общих объемов) в периоды среднесуточных положительных температур воздуха - как основного прототипа для строительства на Крайнем Севере;
- комплекс новых конструкционных и технологических решений в сопряжении плотины с основанием, обеспечивающих в один межпаводковый период открытия широкого фронта строительных работ по возведению основных сооружений гидроузла;
методология технико-экономического обоснования развития Магаданской области на основе гидроэнергетики.
Реализация работы. Результаты исследований и разработанные рекомендации используются РАО ЕС России на строительстве Усть-Среднеканской ГЭС, в ряде организаций проектного и научно-исследовательского профиля: АО "Ленгидропроект", ОАО ВНИИГ и его Сибирским отделением, АО "Гидропроект" им. А.Я.Жука и другими.
Апробация результатов диссертационной работы. Результаты выполненной работы многократно обсуждались на президиумах, рабочих и технических совещаниях комитетов по энергетике Совета Федерации и Государственной Думы РФ, Правительства РФ, РАО ЕС России, технических советах АО "Ленгидропроект", ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, на научных семинарах СПбГТУ (ЛПИ), МЭИ, СПбГАСУ (ЛИСИ). Практическим подтверждением результатов является многолетняя эксплуатация Колымской ГЭС, строительство Усть-Среднеканской ГЭС - 2-ой на каскаде в верховьях р.Колымы.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 1-ой книге, 15 статьях и докладах.
Диссертация состоит из предисловия, введения, семи глав, общих выводов, списка литературы из 183 наименований и приложений, с общим объемом ъ-?.г:.: стр., включающих ? таблиц.
