Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Гідроелектростанції входять до складу гідровузлів. Гідровузол – комплекс гідротехнічних споруд, що забезпечують використання водних ресурсів для одержання електричної енергії, водопостачання, зрошення, а також захист від повеней, поліпшення умов судноплавства, рибництва, рекреації та ін. 

Склад і призначення споруд ГЕС. Якщо основним завданням створення гідровузла є одержання електроенергії, то його звичайно називають ГЕС або гідроенергетичним об'єктом. У комплексі споруджень гідровузла виділяють основні й допоміжні споруди. Для забезпечення проведення будівельно-монтажних робіт у період будівництва зводять тимчасові споруди.

Основні споруди залежно від виконуваних функцій підрозділяють на:

Водопідпірні та водоскидні споруди, призначені залежно від схеми ГЕС для створення водоймища, усього або частини напору ГЕС, пропуску в нижній б'єф експлуатаційних витрат, у тому числі паводкових (що включають греблі і водоскиди різних типів), а також для скидання льоду, шуги, промиву наносів (що включають для цих цілей у ряді випадків спеціальні пристрої). На багатоводних ріках максимальні паводкові витрати можуть досягати 100 тис.м3/с і більше. Так, на найбільшій у світі ГЕС «Три ущелини» на р. Янцзи (Китай) споруди гідровузла розраховані на пропуск при ФПР максимального розрахункового паводка 102,5 тис.м3/с, на Чебоксарській ГЕС на Волзі максимальна розрахункова витрата забезпеченістю 0,01% становить 48 тис.м3/с, на Дніпрогесі – 25,9 тис.м3/с.

Енергетичні споруди, призначені для вироблення електроенергії та видачі її в енергосистему, водоприймачі, водоводи, що підводять воду з верхнього б'єфа до гідротурбін у будинку ГЕС і відводять воду від будинку ГЕС у нижній б'єф; будинки ГЕС із енергетичним устаткуванням (гідротурбіни, гідрогенератори, трансформатори й ін.), механічним, підйомно-транспортним, допоміжним устаткуванням, системою керування; відкриті (ВРП) або закриті (ЗРП) розподільчі пристрої для прийому та видачі електроенергії в енергосистему, а також аварійного відключення ЛЕП.

Судноплавні й лісосплавні споруди, призначені для пропуску суден, плотів через гідровузол, що включають шлюзи, суднопідйомники з підхідними й відвідними каналами, плотоходи та ін.

Водозабори для зрошення, водопостачання, що забезпечують необхідну подачу води й включають водоприймачі, насосні станції та ін.

Рибопропускні й рибозахисні споруди, призначені для пропуску прохідних порід риби до нерестовищ у верхньому б'єфі та у зворотному напрямку, що включають рибоходи і рибопідіймачі.

Транспортні споруди, призначені для зв'язку споруд гідровузла між собою, а також для проходу через них автомобільних і залізничних доріг, що включають мости, шосейні та залізничні дороги та ін.

Залежно від природних умов ділянки розміщення гідровузла (гідрологічних, топографічних, геологічних, кліматичних), схеми створення напору, типу ГЕС частина основних споруд гідровузла може бути суміщена одна з одною (наприклад водозливні будинки ГЕС, де будинок ГЕС сполучений з водоскидом).

Допоміжні споруди призначені для забезпечення необхідних умов нормальної експлуатації гідровузла й роботи обслуговуючого персоналу та включають адміністративно-побутові будинки, системи водопостачання, каналізації та ін.

Тимчасові споруди, необхідні для виконання будівельно-монтажних робіт, можна розбити на дві групи.

До першої групи відносяться споруди, що забезпечують пропуск витрат ріки під час будівництва в обхід котлованів і споруд, які будуються, і захист їх від затоплення, що включають будівельні канали, водоводи, тунелі, перемички, системи водозниження та ін.

До другої групи відносяться підсобні виробничі підприємства, що включають бетонні заводи зі складами цементу, заповнювачів для бетону, арматурні, деревообробні та механічні цехи, бази механізації і автотранспорту, склади, тимчасові дороги, системи тимчасового електропостачання, зв'язку, водопостачання та ін.

У багатьох випадках частину тимчасових споруд після завершення будівництва використовують у період експлуатації ГЕС. Так, зі споруд першої групи будівельні канали й тунелі можуть входити повністю або частково до складу водоскидів або водоводів ГЕС, а перемички до складу гребель.

Споруди другої групи повністю або частково можуть використовуватися як початкова інфраструктура територіально-виробничих комплексів, що базуються на ГЕС.

Для забезпечення надійної і довговічної роботи ГЕС в експлуатаційних умовах з врахуванням комплексного використання, досягнення максимального економічного ефекту за рахунок зниження вартості, скорочення термінів будівництва і прискорення впровадження в дію гідроагрегатів важливе значення має вибір раціонального компонування та типів споруд, виходячи із природних умов, параметрів водоймища та ГЕС, режимів експлуатації.

З огляду на тривалі строки будівництва великих ГЕС, що досягають 5–10 років, звичайно передбачається зведення споруд і введення гідроагрегатів в експлуатацію чергами при недобудованих спорудах, знижених напорах, завдяки чому підвищується економічна ефективність.

ГЕС і ГАЕС підрозділяють:

За способом створення напору, виходячи з принципових схем використання гідравлічної енергії на ГЕС, розміщення будинку ГЕС у складі споруд: ГЕС із русловими будинками; ГЕС із пригребельними будинками; дериваційні ГЕС.

За встановленою потужністю (для ГАЕС по потужності в генераторному режимі) на: потужні – більше 1000 МВт, середньої потужності – від 30 до 1000 МВт, малої потужності – менше 30 МВт.

За напором (максимальним): високонапірні – більше 300 м, середньонапірні – від 30–50 до 300 м, низьконапірні – менше 30–50 м.

ГЕС із русловими будинками звичайно застосовуються на рівнинних ріках на м'яких і скельних основах при напорах до 50 м і характеризуються тим, що будинки ГЕС входять до складу напірного фронту та сприймають тиск води з боку верхнього б'єфа. У комплекс споруд ГЕС звичайно входять бетонні споруди, що включають будинок ГЕС, водозливну греблю та судноплавний шлюз, і земляні греблі, що утворюють більшу частину напірного фронту. У багатьох випадках руслові будинки ГЕС виконуються сполученими з водоскидами. Застосування сполучених руслових будинків на Київській, Канівській, Дністровській (Україна), Плявинській (Латвія), Саратовській (Росія) ГЕС і ряді інших дозволило відмовитися від водозливних бетонних гребель, скоротити фронт бетонних споруд і одержати значну економію.

На вибір загального компонування споруд ГЕС із русловими будинками, застосовуваних на багатоводних ріках, де розрахункові паводкові витрати в період будівництва можуть досягати 10–20 тис.м3/с, суттєво впливає схема пропуску витрат ріки в період будівництва.

Залежно від розташування бетонних споруд ГЕС розрізняють наступні компонування (мал. 4.1):

Берегове та заплавне компонування. Такі компонування відрізняються тим, що основні бетонні споруди (будинок ГЕС, водозливна гребля й ін.) розміщуються поза руслом ріки, їх котлован захищається перемичками, і в період їх будівництва пропуск будівельних витрат, включаючи паводки, здійснюється по руслу ріки. Коли бетонні споруди зведені, русло перекривається глухою греблею, найчастіше земляною, і витрати ріки пропускаються через бетонні  споруди. При береговому компонуванні висота перемичок менше, а при розташуванні котловану в межах ділянки берега, не затоплюваного паводками будівельного періоду, взагалі відпадає необхідність у влаштуванні перемичок. Істотним недоліком берегового компонування є необхідність виконання великих обсягів земляних робіт в котловані, а також у підвідних і відвідних каналах. При заплавному компонуванні котлован бетонних споруд розміщується в заплаві ближче до русла, що приводить, з одного боку, до збільшення висоти перемичок, що обгороджують котлован, а, з другої, – до зменшення обсягів робіт по виїмці грунту.
Мал. 4.1. Компонування ГЕС із русловими будинками: а – берегова; б – заплавна; в – руслова; г – змішана

Руслове компонування. При такому компонуванні бетонні споруди розміщуються в руслі ріки. При цьому застосовуються наступні схеми їх зведення:

• В одному котловані, обгородженому перемичками, із пропуском будівельних витрат через виконаний у березі канал.

• У дві (рідко в три) черги, коли частина русла відгороджується перемичками й у ній зводять бетонні споруди 1-ї черги, а через іншу частину русла пропускають будівельні витрати. Коли споруди 1-ї черги зведені, через них пропускаються витрати ріки, а інша частина русла захищається перемичками й зводяться бетонні споруди 2-ї черги.

Змішане компонування. При такому компонуванні бетонні споруди розміщуються частково в руслі та на березі (у заплаві) або в руслі на всій його ширині та частково на березі (у заплаві).

Вибір варіанта компонування ГЕС у кожному конкретному випадку визначається природними умовами ділянки розташування ГЕС, забезпеченням сприятливих умов експлуатації, скороченням строків будівництва, вартості гідровузла й здійснюється на підставі техніко-економічного зіставлення варіантів.

Як приклад на мал. 4.2 наведене компонування Київської ГЕС. До складу бетонних споруд, розташованих на правому березі, входять: русловий будинок ГЕС із 20 горизонтальними капсульними гідроагрегатами сумарною встановленою потужністю 360 МВт із середньорічним виробленням електроенергії 0,64 млрд. кВт·год, суміщений з поверхневими водоскидами, однокамерний шлюз. Руслова гребля і лівобережна дамба мають загальну довжину близько 54 км. Максимальний напір ГЕС 11,8 м, розрахунковий – 7,7 м. Розрахункова максимальна паводкова витрата, що пропускається через споруди ГЕС, становить 14,8 тис.м3/с. При цьому питома витрата на водобої становить 90 м3/с. В умовах піщаної основи для забезпечення надійної роботи руслового будинку ГЕС передбачені протифільтраційні заходи, що включають глинистий понур, шпунтову завісу під фундаментною плитою будинку ГЕС, за якою виконано дренаж, з'єднаний з нижнім б'єфом. Для недопущення небезпечних розмивів дна при роботі ГЕС і пропуску паводків у нижньому б'єфі виконане кріплення, що включає водобій і рисберму із залізобетонних плит товщиною від 2,5 до 1,5 м і ковша, заповненого кам'яним накидом, який при утворенні воронки розмиву запобігає подальшому розмиву.

Мал. 4.2 (а). Київська ГЕС: план

Мал. 4.2 (б). Київська ГЕС: поперечний розріз по будинку ГЕС

У комплекс споруд входить Київська ГАЕС, розташована на березі Київського водоймища в 3,5 км від ГЕС.

ГЕС із пригребельними будинками споруджуються на рівнинних і гірських ріках, переважно на скельній основі при напорах від 30 до 300 м і характеризуються тим, що будинок ГЕС розміщується за греблею.

Від типу, висоти й інших параметрів греблі, природних умов створу залежать довжина напірних водоводів і компонування будинку ГЕС.

В умовах рівнинних рік компонування ГЕС із пригребельними будинками аналогічні компонуванням з русловими будинками і відрізняються від них тим, що перед будинком знаходиться бетонна гребля з водоприймачем і напірними водоводами (станційна гребля), відділена від будинку ГЕС деформаційним швом. Цікавим прикладом такого компонування є Дніпрогес (мал. 4.3).

Після будівництва Кременчуцької ГЕС із водоймищем корисною ємністю 9 км3, що забезпечує сезонне регулювання стоку Дніпра, розрахункова максимальна паводкова витрата Дніпрогесу в умовах зрегульованого стоку знизилася з 40 до 25,9 тис.м3/с, завдяки чому звільнилася частина водозливних отворів греблі, що дозволило використовувати їх як водоприймальні отвори другого будинку ГЕС загальною потужністю 888 МВт і збільшити загальну потужність Дніпрогесу до 1595 МВт. До кожної турбіни вода подається із двох отворів двома залізобетонними напірними трубопроводами, що опираються на греблю й відокремлені деформаційним швом від будинку ГЕС.

При більш високих напорах звичайно в умовах гірських рік компонування ГЕС із бетонними греблями й греблями із ґрунтових матеріалів мають особливості.

а

б  в

 Мал. 4.3. Дніпрогес: а – план; б, в – машинний зал відповідно ГЕС-1 і ГЕС-2; 1 – будинок ГЕС-1; 2 – гравітаційна гребля; 3 – будинок ГЕС-2; 4 – шлюз

Компонування з бетонними греблями, як правило, виконуються русловими або змішаними з розміщенням будинку ГЕС за гравітаційною, контрфорсною або арочною греблями й характеризуються розташуванням напірних водоводів у тілі греблі, на її верховій або низовій гранях (мал. 4.4). До складу гідровузла входять станційна гребля із пригребельним будинком ГЕС, водоскидна гребля й глухі греблі, які можуть бути бетонними та із грунтових матеріалів.

У вузьких створах виникають труднощі з розміщенням будинку ГЕС і водоскиду. У цих випадках водоскид може бути виконаний окремо на березі (наприклад Чиркейська ГЕС) або у вигляді поверхневого водоскиду, розташованого на перекритті пригребельного будинку ГЕС (наприклад Токтогульська ГЕС). Вкрай рідко машинний зал ГЕС розташовують у тілі греблі (наприклад ГЕС Монтейнар у Франції, де машинний зал з чотирма гідроагрегатами загальною потужністю 320 МВт розміщується в порожнині всередині арочно-гравітаційної греблі висотою 153 м і довжиною по гребеню 210 м, а поверхневий водоскид на низовій грані греблі). Такі вбудовані будинки, розташовані в середині бетонної греблі (див. мал. 4.4, г), становлять окрему групу й умовно відносяться до пригребельних будинків.

а б

в г

Мал. 4.4. Компонування ГЕС із пригребельними будинками й бетонними греблями:

а – руслове компонування – ГЕС «Три ущелини»: 1 – водозливна гребля; 2 – лівобережна й правобережна станційні греблі й будинки ГЕС; 3 – суднопідіймач; 4 – двонитковий шлюз;

б – змішане компонування – ГЕС Ітайпу: 1 – лівобережна гребля із ґрунтових матеріалів; 2 – канал для пропуску будівельних витрат; 3 – тимчасовий водоскид; 4 – низова перемичка; 5 – будинок ГЕС; 6 – верхова перемичка; 7 і 8 – бетонна гребля; 9 – водоскид; 10 – правобережна гребля із ґрунтових матеріалів;

в – варіанти розташування напірних водоводів ГЕС із пригребельним будинком;
г – варіант із вбудованим будинком

а

б

Мал. 4.5. Красноярська ГЕС:
а – план; б – поперечний розріз станційної греблі й будинку ГЕС;
1 – будинок ГЕС; 2 – станційна гребля; 3 – водозливна гребля; 4–7 – глухі греблі; 8 – монтажний майданчик; 9 і 10 – верховий і низовий судноплавні шляхи; 11 – поворотний пристрій; 12 – суднова камера; 13 – хвилезахисна стінка

У відносно широких створах будівництво звичайно ведеться у дві черги зі зведенням у першу чергу бетонної водоскидної греблі (або частини греблі) та пропуском будівельних витрат через стиснуте русло ріки, а після його перекриття в другу чергу – через водоскидні отвори у зведеній водоскидній греблі й завершенням будівництва споруд ГЕС.

У вузьких створах для пропуску будівельних витрат виконується будівельний тунель, який в умовах експлуатації може використовуватися для влаштування паводкового водоскиду.

Прикладами ГЕС із пригребельним будинком у відносно широкому створі є найбільша у світі ГЕС «Три ущелини» потужністю 18,2 млн. кВт (див. мал. 4,4, а), ГЕС Ітайпу потужністю 12,6 млн. кВт·год, (див. мал. 4,4, б), Саяно-Шушенська ГЕС потужністю 6.4 млн. кВт, Красноярська ГЕС потужністю 6 млн. кВт із середньорічним виробленням електроенергії 20,4 млрд. кВт·год. До складу споруд Красноярської ГЕС входять гравітаційна гребля довжиною 1065 м і максимальною висотою 125 м (мал. 4.5), що складається зі станційної й глухих гребель, водозливної греблі, що забезпечує пропуск паводкової витрати 14,6 тис.м3/с (з врахуванням трансформації паводка у водоймище при форсуванні рівня), а також суднопідіймач.

а

Мал. 4.6. Чиркейська ГЕС: а – поперечний розріз; б – план; 1 – гребля; 2 – водоприймач; 3 – напірні водоводи; 4 – будинок ГЕС; 5 – під'їзний тунель; 6 – експлуатаційний водоскид, сполучений з будівельним тунелем

б

Прикладом ГЕС із пригребельним будинком у вузькому створі є Чиркейська ГЕС потужністю 1,0 млн.кВт із арочною греблею довжиною по гребеню 333 м і максимальною висотою 233 м та з дворядним розташуванням гідроагрегатів у будинку (мал. 4.6). На лівому березі виконаний тунельний експлуатаційний водоскид, розрахований на пропуск паводкової витрати 3,5 тис.м3/с.

На Токтогульській ГЕС потужністю 1,2 млн. кВт із пригребельним будинком у вузькому створі з дворядним розташуванням гідроагрегатів у будинку ГЕС і гравітаційною греблею максимальною висотою 216 м у тілі греблі розміщено напірні водоводи ГЕС і глибинний водоскид, а на низовій грані греблі поверхневий водоскид (мал. 4.7).

У вузьких створах з бетонними греблями й із ґрунтових матеріалів можуть застосовуватися компонування з береговим і підземним будинком ГЕС.

Основні компонування ГЕС із греблями із ґрунтових матеріалів наведені на мал. 4.8. При цьому будинок ГЕС може розміщатися безпосередньо за греблею (а) або застосовуються найбільше часто використовувані компонування з береговим (б) і підземним (в) будинком ГЕС.

Для компонувань ГЕС із греблями із ґрунтових матеріалів характерне берегове розміщення експлуатаційних водоскидів для пропуску паводкових витрат: у вигляді берегового поверхневого водоскиду з швидкотоком або тунельного водоскиду. Для пропуску будівельних витрат використовуються будівельні тунелі.

Комплекс гідроенергетичних споруд, що включає водоприймач, водоводи, будинок ГЕС, виконані поза греблею, називають напірно-станційним вузлом (НСВ) ГЕС.

Мал. 4.7. Токтогульська ГЕС. Поперечний розріз: 1 – границя укріпної цементації основи; 2 – цементаційна завіса; 3 – турбінний трубопровід; 4 – водоскид; 5 – будинок ГЕС

Прикладом високонапірної ГЕС із пригребельним будинком і греблею із ґрунтових матеріалів є Нурекська ГЕС потужністю 2,7 млн. кВт із середньорічним виробленням електроенергії 11.2 млрд. кВт·год (мал. 4.9). До турбін вода підводиться від водоприймачів баштового типу напірними тунелями. Для прискорення введення в експлуатацію ГЕС перші три гідроагрегати задіяли при зниженому напорі, коли гребля була зведена тільки на висоту 143 м (при проектній висоті 300 м), для чого були виконані тимчасовий водоприймач і тунель. У період будівництва пропуск витрат ріки здійснювався через три яруси будівельних тунелів, розташованих на лівому березі.

Мал. 4.8. Компонування ГЕС із пригребельниими будинками й із греблями із ґрунтових матеріалів: а – з розміщенням будинку ГЕС за греблею з підведенням води до нього від баштового водоприймача напірними водоводами в основі греблі (звичайно розташованими в залізобетонній галереї); б – з розміщенням будинку ГЕС на березі й підведенням води до нього від берегового водоприймача напірними тунелями; в – з підземним будинком ГЕС із підвідними і відвідними напірними тунелями

а	Мал. 4.9. Нурекська ГЕС: а – план; б – поздовжній розріз по напірному тракту ГЕС; 1 – глибинний оголовок водоскиду; 2 – поверхневий оголовок водоскиду; 3 – тунель паводкового водоскиду; 4 і 5 – будівельні тунелі третього й другого ярусу; 6 – ВРП 220 кВ; 7 – будинок ГЕС; 8 – ВРП 500 кВ; 9 – приміщення розвилок; 10 – аварійний затвор; 11 – водоприймач; 12 і 13 – тимчасовий тунель і водоприймач
б

Паводкові витрати в експлуатаційний період (максимальна витрата 5.4 тис.м3/с із забезпеченістю 0,01%) пропускаються через тунельний водоскид, з'єднаний з кінцевою ділянкою будівельного тунелю третього ярусу.

Дериваційні ГЕС застосовуються при широкому діапазоні напорів, починаючи від декількох метрів на малих ГЕС і до 2000 м (ГЕС Райссек в Австрії має напір 1767 м), і будуються звичайно в передгірних і гірських районах.

На мал. 4.10 наведені поздовжні розрізи щодо споруд дериваційної ГЕС із безнапірною й напірною деривацією.

ГЕС із безнапірною деривацією може застосовуватися при незначних коливаннях рівня води у водоймищі. На таких ГЕС із водоприймача вода подається в дериваційний канал, що проходить берегом (при відповідних топографічних і геологічних умовах), або в безнапірний дериваційний тунель.

ГЕС із напірною деривацією застосовується як при великих, так і при незначних коливаннях рівня води у водоймищі. На таких ГЕС із водоприймача вода подається в напірний дериваційний трубопровід, розташований на поверхні, або в напірний дериваційний тунель.

Споруди дериваційної ГЕС, а також ГЕС із гребельно-дериваційною (комбінованою) схемою, коли напір створюється греблею й деривацією (див. 2.4), включають:

Головний вузол, призначений для створення підпору в річці й спрямування потоку в деривацію, а також очищення води від наносів, сміття, у ряді випадків від льоду, шуги, складається із греблі, водоскиду, водоприймача, відстійника, промивних і льодоскидних споруд.

а	Мал. 4.10. Схеми дериваційної ГЕС: а – з безнапірною деривацією; б – з напірною деривацією; 1– водоприймач; 2 – безнапірний тунель; 3 – напірний тунель; 4 – зрівнювальний резервуар; 5 – напірний трубопровід; 6 – будинок ГЕС; 7 – аванкамера
б

Головні вузли з низьконапірними греблями, що споруджуються звичайно на гірських ріках, мають водоймища з обмеженим обсягом, у зв'язку із чим передбачаються заходи для запобігання їх заповнення наносами. Для цього в складі гідровузла водоскидна бетонна гребля, обладнана затворами, виконується з низьким порогом і достатньою шириною водоскидного фронту, що забезпечує при пропуску паводкових витрат промив наносів. При великій кількості у воді зважених наносів, які можуть призвести до швидкого стирання проточної частини гідротурбін, влаштовуються відстійники у вигляді камери, в якій при зменшенні швидкості потоку зважені частки осідають на дно, а потім видаляються.

Гребля Інгурської ГЕС

Глуха частина греблі може виконуватися бетонною або із ґрунтових матеріалів. Водоприймач може бути сполучений із греблею або виконаний на березі.

Водоймища звичайно здійснюють добове регулювання й характеризуються невеликою глибиною спрацювання, що дозволяє виконати як безнапірну, так і напірну деривацію.

Головні вузли із греблями середнього і високого напору характеризуються великим обсягом водоймища (з можливістю осадження наносів у межах мертвого обсягу) і значним спрацюванням водоймища при здійсненні сезонного або багаторічного регулювання стоку. У зв'язку з цим водоприймачі виконуються глибинними, а деривація – напірною.

Греблі можуть виконуватися бетонними (гравітаційними, контрфорсними, арочними) із пристроєм у них водоскиду та у багатьох випадках водоприймача ГЕС, а також з місцевих матеріалів з розміщенням водоскиду й водоприймача поза тілом греблі.

Дериваційні водоводи та споруди на їх трасі (деривація), що здійснюють підведення води до станційного вузла, поділяються на напірні (тунелі, трубопроводи) і безнапірні (канали, тунелі), по трасі яких можуть влаштовуватися водоскиди, дюкери й інші споруди.

Станційний вузол включає при безнапірній деривації напірний басейн із аванкамерою, водоприймачем, аварійним водоскидом і незалежно від типу деривації загальні споруди: турбінні напірні водоводи, при необхідності зі зрівноваженим резервуаром, будинок ГЕС, відвідні водоводи у вигляді каналу або тунелю (напірного або безнапірного), розподільчий пристрій.

 

Мал. 4.11. Інгурська ГЕС. Поздовжній розріз по спорудах ГЕС: 1 – шахта затворів; 2 – напірний тунель; 3 – зрівнювальний резервуар; 4 – приміщення затворів; 5 – тунельні турбінні водоводи; 6 – підземний будинок ГЕС; 7 – ВРП; 8 – безнапірний відвідний тунель

У складі станційного вузла будинки ГЕС виконуються береговими відкритими, підземними й рідше напівпідземними.

Характерним прикладом гребельно-дериваційної ГЕС є Інгурська ГЕС (Грузія) потужністю 1,3 млн.кВт (мал. 4.11), до складу головного вузла якої входить арочна гребля висотою 271 м з паводковим водоскидом, розрахованим на витрату 1900 м3/с. Водоймище має корисний обсяг 0,68 км3 при глибині спрацювання 70 м. Від глибинного водоприймача, розрахованого на витрату 450 м3/с, починається дериваційний напірний тунель діаметром 9,5 м і довжиною 15,3 км. До складу станційного вузла ГЕС входять зрівнювальний резервуар шахтного типу, приміщення дискових затворів, тунельні турбінні водоводи, підземний будинок ГЕС, відвідний безнапірний тунель і відвідний канал загальною довжиною 3,2 км.

Сумарний статичний напір Інгурської ГЕС, рівний 409,5 м, утворюється з напорів, створюваних греблею (226 м) і деривацією (183,5 м). Розрахунковий напір дорівнює 325 м, а середньорічне вироблення електроенергії – 5.4 млрд. кВт·год.

Типи будинків ГЕС і їх основні елементи. Будинок ГЕС являє собою гідротехнічну споруду, в якій за допомогою гідросилового, електричного, гідромеханічного, допоміжного устаткування, систем керування механічна енергія води перетворюється в електроенергію, що передається в енергосистему споживачам. При цьому повинні бути забезпечені надійна робота, міцність і стійкість будинку ГЕС при дії зовнішніх навантажень (гідростатичного й гідродинамічного тиску, фільтраційного тиску, температурних, сейсмічних впливів та ін.), а також навантажень від роботи технологічного устаткування.

Тип і конструктивні рішення будинків ГЕС визначаються загальним компонуванням споруд ГЕС і основним енергетичним устаткуванням. Залежно від напору та умов роботи в будинках ГЕС встановлюються поворотно-лопатеві, осьові, радіально-осьові, діагональні та ковшові турбіни.

Нижню частину будинку, де розміщується проточний тракт, включаючи спіральну камеру, відсмоктувальну трубу, турбінне устаткування й ряд технологічних систем, називають агрегатною частиною, а верхня частина будинку з верхньою будовою, де розміщується машинний зал з гідрогенераторами й крановим устаткуванням, а також силові трансформатори, кранове устаткування водоприймача (у руслових будинках), ремонтних затворів відсмоктувальних труб та інше технологічне устаткування, – надагрегатною частиною.

На конструкцію та розміри будинку ГЕС у плані й по висоті, заглиблення в основу суттєво впливають габарити гідроагрегата, спіральної (турбінної) камери та відсмоктувальної труби, заглиблення осі робочого колеса гідротурбіни під рівень нижнього б'єфа, кількість гідроагрегатів. Як правило, у будинку ГЕС встановлюються два гідроагрегати й більше (наприклад у будинку Саратовської ГЕС – 23 гідроагрегати, Канівської ГЕС – 24 гідроагрегати), рідко – один гідроагрегат, тому що при його ремонті ГЕС повністю припиняє роботу.

Мал. 4.12. Схеми агрегатної частини будинків ГЕС (I–VII): 1 – труба відсмоктувальна; 2 – роздільний бичок між агрегатними блоками; 3 – гідрогенератор; 4 – машинний зал; 5 – підкранові шляхи; 6 – напірні водоскиди; 7 – камера відвідна; 8 – капсульний гідроагрегат

 Мал. 4.13. Русловий будинок Головної ГЕС. Поперечний розріз: 1 – донний водоскид; 2 – високий водоприймач

Мал. 4.14. Русловий будинок Плявинської ГЕС. Поперечний розріз: 1 – затвор водоскиду; 2 – паз аварійно-ремонтного затвора водоприймача; 3 – паз грат; 4 – паз ремонтного затвора відсмоктувальної труби; 5 – трансформатор; 6 – автодорога

До складу будинку ГЕС входить монтажний майданчик, на якому виконується монтаж гідроагрегатів і їх ремонт у період експлуатації. На монтажному майданчику також розміщається частина допоміжних систем.

Багатоагрегатні будинки ГЕС, що мають значну довжину, діляться на окремі секції деформаційними швами: температурно-осадовими при м'якій основі, температурними - при скельній основі. Так, будинок Волзької ГЕС потужністю 2530 МВт із 22 гідроагрегатами розділений на секції довжиною 60 м, у кожній з яких розміщуються по два агрегатні блоки з поворотно-лопатевими турбінами з діаметром робочого колеса 9,3 м (при розрахунковому напорі 19 м і потужністю 115 МВт).

Блок монтажного майданчика від будинку також відділяється швом.

Агрегатна частина будинку ГЕС характеризується значною масивністю. Вона сприймає гідростатичний і гідродинамічний тиск у проточній частині, навантаження від устаткування та вищерозташованих конструкцій будинку та передає їх на основу. Геологічні умови значно впливають на конструкцію агрегатної частини будинку. Так, при скельній основі вона суттєво полегшується. В агрегатній частині будинку розміщуються системи технічного водопостачання, осушення проточної частини, дренажу будинку й ін.

Конструкція агрегатної частини залежить від типу будинку ГЕС.

Відповідно до типів ГЕС розрізняють:

Руслові будинки ГЕС, які входять до складу напірного фронту й сприймають напір з боку верхнього б'єфа. У руслових будинках з напором до 50 м можуть застосовуватися поворотно-лопатеві турбіни, а при напорі більше 30 м – радіально-осьові.
Мал. 4.15. Пригребельний будинок Зейської ГЕС. Поперечний розріз: 1 – трубопровід; 2 – підвищувальний трансформатор; 3 – вісь шляхів прокатки трансформатора; 4 – кабельні галереї; 5 – козловий кран; 6 – мостовий кран машинного залу

Пригребельні будинки, що розташовуються за греблею, сприймають напір з боку верхнього б'єфа. Підведення води до них здійснюється турбінними водоводами. У пригребельних будинках з напором від 30 до 300 м застосовуються в основному радіально-осьові турбіни, а також у певних умовах високонапірні поворотно-лопатеві (наприклад на ГЕС Орлик при діапазоні напорів 45–71 м і потужності агрегату 90 МВт) і діагональні (наприклад Зейська ГЕС при діапазоні напорів 78,5–97 м і потужності агрегату 215 МВт).

Мал. 4.16. Русловий будинок Дубоссарської ГЕС. Поперечний розріз: 1 – водоскид; 2 – дренаж; 3 – металевий шпунт; 4 – понур

Берегові будинки, які використовуються при гребельній і дериваційній схемах ГЕС, практично не відрізняються від пригребельних будинків.

Підземні будинки, які також застосовуються при гребельній і дериваційній схемах ГЕС, мають відвідні тунелі (напірні або безнапірні). У будинках дериваційних ГЕС із більшими напорами використовуються радіально-осьові турбіни до напору 600 м і ковшові турбіни починаючи з напорів 500 м і вище.

Усі наведені типи будинків застосовуються як у схемах ГЕС, так і ГАЕС.

Основні схеми агрегатної частини будинків ГЕС (крім підземних будинків ГЕС) представлені на мал. 4.12.

На схемах I і II наведені агрегатні частини низьконапірного руслового будинку ГЕС із вертикальними гідроагрегатами та вигнутими відсмоктувальними трубами відповідно несуміщеного і суміщеного типу із глибинними водоскидними водоводами, а на схемах IV і V – з горизонтальними й похилими гідроагрегатами суміщеного типу з поверхневим водоскидом.

На схемі III наведена агрегатна частина пригребельного або дериваційного будинку ГЕС із металевою турбінною (спіральною) камерою круглого перетину.

На схемі VII показана агрегатна частина дериваційної ГЕС із гідроагрегатами малої потужності із застосуванням вертикальних конічних, а також розтрубних відсмоктувальних труб. При цьому для відводу води виконується відвідний канал прямокутного перетину.

На схемі VI наведена агрегатна частина дериваційної ГЕС із ковшовими (активними) гідротурбінами, яка відрізняється відсутністю турбінних камер звичайного типу і відсмоктувальних труб, завдяки чому агрегатна частина значно спрощується.

Параметри надагрегатної частини будинку ГЕС залежать від конструкції й розмірів верхньої будови.

При верхній будові закритого типу з високим машинним залом у межах будинку ГЕС і монтажного майданчика забезпечуються при різних кліматичних умовах найбільш сприятливі умови експлуатації, монтажу й ремонту основного устаткування. При цьому висота й ширина машзалу визначаються як умовами розміщення в ньому устаткування, так і доставки його кранами машзалу в агрегатний блок або на монтажний майданчик при монтажі або ремонті основного устаткування.

Верхня будова складається з несучого каркаса у вигляді системи колон, на які опираються підкранові балки й ферми перекриття, стін, плит і покрівлі перекриття.

Більшість будинків ГЕС виконуються з високим машинним залом (мал. 4.13 – 4.15).

При верхній будові напіввідкритого типу зі зниженим машинним залом у межах будинку ГЕС і монтажного майданчика основне устаткування розміщується в машинному залі, крім основного крана великої вантажопідйомності, винесеного за його межі. При монтажі та ремонті складання й розбирання гідроагрегатів виконуються через знімне перекриття над кожним гідроагрегатом (у вигляді знімних кришок) за допомогою зовнішнього козлового крана. На великих ГЕС у більшості випадків у зниженому машинному залі встановлюється кран зменшеної вантажопідйомності, за допомогою якого виконуються монтажні й ремонтні роботи, що не вимагають використання основного крана (мал. 4.16–4.18).

При верхній будові відкритого типу без машинного залу гідрогенератор розташовується під знімною кришкою, а решта устаткування в технологічних приміщеннях агрегатної частини будинку ГЕС і монтажного майданчика. Монтажні й ремонтні роботи виконуються за допомогою зовнішнього крана. З огляду на ускладнення умов експлуатації, монтажу й ремонту гідроагрегатів такий тип верхньої будови застосовується вкрай рідко.

Руслові будинки ГЕС (мал. 4.19). На руслові будинки ГЕС діють ті ж навантаження, що й на бетонні греблі, й до них висуваються ті ж вимоги щодо міцності, стійкості, фільтраційних умов в основі, які забезпечуються при відповідних габаритах будинку, протифільтраційних і дренажних пристроях в основі.

Руслові будинки поділяються на несуміщені й суміщені з водоскидом.

У зв'язку з тим, що потік, який надходить у відвідний канал від несуміщеного й особливо суміщеного будинку, має надлишкову кінетичну енергію, для недопущення розмиву в відвідному каналі виконується кріплення (див. мал. 4.2).

а

б

Мал. 4.17. Русловий водозливний будинок з горизонтальними капсульними гідроагрегатами Київської ГЕС: а – поперечний розріз; б – машинний зал; 1 – козловий кран; 2 – капсульний гідроагрегат; 3 – паз сміттєзатримуючих ґрат

Сполучення будинку ГЕС із пов'язаною з ним земляною греблею або з берегом здійснюється за допомогою сполучаючих устоїв у вигляді підпірних стінок (гравітаційних, кутових, контрфорсних, коміркових та інших типів).

У руслових будинках несуміщеного типу з вертикальними гідроагрегатами проточна частина включає водоприймач, спіральну камеру в основному таврового перетину й відсмоктувальну трубу, від розмірів яких залежать розміри агрегатного блоку. При цьому ширина блоку з поворотно-лопатевою турбіною може скласти 2,6–3,2 діаметра робочого колеса турбіни (D1). Розміри водоприймача визначаються необхідним заглибленням під РМО, забезпеченням сприятливих гідравлічних умов на вході й при сполученні зі спіральною камерою, допустимими швидкостями потоку на гратах (що звичайно складають 0,8–1,2 м/с), розміщенням грат, аварійно-ремонтного й ремонтного затворів, пази яких можуть бути сполучені з пазами ґрат. На вхідній ділянці водоприймача, як правило, виконується розтруб із забральною стінкою, чим досягається плавне підведення води.

Мал. 4.18. Пригребельний будинок Нурекської ГЕС. Поперечний розріз: 1 – гідрогенератор; 2 – радіально-осьова турбіна; 3 – кульовий затвор; 4 – система спорожнювання турбінного трубопроводу; 5 – козловий кран; 6 – знімна кришка машзалу; 7 – мостовий кран машзалу; 8 – кран для обслуговування кульових затворів; 9 – колектор, що відводить системи опорожнення проточного тракту; 10 – знімна кришка; 11 – система техводопостачання гідроагрегата; 12 – головний підвищувальний трансформатор

Заглиблення будинку ГЕС під рівень нижнього б'єфа залежить від необхідного заглиблення осі робочого колеса під рівень нижнього б'єфа (висоти відсмоктування) і розмірів відсмоктувальної труби, а також інженерно-геологічних умов основи.

Головні підвищувальні трансформатори встановлюються на перекритті над технологічними приміщеннями з боку нижнього б'єфа.

Руслові будинки суміщеного типу, в яких, крім турбінних водоводів, розміщуються також водоскиди, можуть бути виконані: • з донними водоскидами, розташованими нижче спіральної камери над відсмоктувальними трубами – Волгоградська, Новосибірська, Каховська ГЕС (мал. 4.19, б);

• з донними водоскидами й високим водоприймачем турбінних водоводів – Чебоксарська, Головна ГЕС (див. мал. 4.13);

• із глибинними водоскидами, розташованими вище спіральної камери ( між нею й генератором) – Іркутська, Саратовська, Дубосарська ГЕС (див. мал. 4.16);

• водозливні з вертикальними гідроагрегатами – Павловська, Плявинська, Дністровська ГЕС (див. мал. 4.14);

• водозливні з горизонтальними гідроагрегатами – Київська, Канівська ГЕС (див. мал. 4.17);

• бичкові з розміщенням гідроагрегатів у бичках водозливної греблі – Орточальська (Грузія), Уелло (США).

Будинки суміщеного типу дозволяють суттєво скоротити довжину водозливних гребель або взагалі відмовитися від них, що особливо важливо при зведенні ГЕС на м'яких основах і забезпечує зниження вартості будівництва. Так, на Новосибірській ГЕС довжина водозливної греблі скоротилася на 50%. На Іркутській, Павловській, Плявинській, Дністровській ГЕС пропускна здатність водоскидів будинку ГЕС забезпечує пропуск розрахункової паводкової витрати без водозливних гребель.

У суміщених будинках ГЕС водоприймач включає турбінний водоприймач і водоприймальну частину водоскидів.

До недоліків таких будинків можна віднести ускладнення конструкції, значні додаткові гідродинамічні навантаження при роботі водоскидів, ускладнення умов експлуатації.

У будинках суміщеного типу з горизонтальними капсульними агрегатами, які застосовуються при низьких напорах (до 25 м), завдяки відсутності спіральної камери й використанню прямоосної конічної відсмоктувальної труби, досягаються значне зменшення ширини агрегатного блоку й підвищення закладення підошви будинку. Крім того, поліпшення геометрії й гідравлічних умов проточного тракту, включаючи підвідну частину без спіральної камери складної конфігурації й заміну вигнутої відсмоктувальної труби прямоосною конічною, що володіє більш високими енергетичними показниками, дозволяє знизити втрати напору, збільшити на 20–30% пропускну здатність горизонтального агрегату й відповідно при тій же потужності зменшити діаметр робочого колеса. У цілому застосування горизонтальних капсульних агрегатів у порівнянні з вертикальними скорочує ширину агрегатного блоку на величину до 35%, підвищує к.к.д. на 2–4%.

а

б

Мал. 4.19. Руслові будинки. Поперечні розрізи й види з нижнього б'єфа: а – Кременчуцької і б – Каховської ГЕС: 1 – фундаментна плита; 2 – металевий шпунт; 3 – донний водоскид

Поверхневий водозлив забезпечує сприятливі умови пропуску повені, дозволяє в багатьох випадках відмовитися від будівництва водозливної греблі. У таких будинках металева капсула з гідрогенератором розміщується в проточній частині будинку з боку верхнього б'єфа. Доступ у капсулу здійснюється через спеціальні порожнини у вертикальному бичку. Монтаж і демонтаж гідроагрегата виконуються за допомогою мостового крана, який розміщується в машинному залі під водозливом, і зовнішнім козловим краном через люки зі знімними кришками в порозі водозливу (див. мал. 4.17).

До недоліків таких будинків можна віднести значні гідродинамічні навантаження при пропуску паводків, ускладнення умов експлуатації.

На ряді малих ГЕС генератор розміщується відкрито в машзалі, вісь гідроагрегата виконується похило, а підведення води до турбіни здійснюється водоводом, що проходить під генератором (див. мал. 4.12, схема V).

Руслові будинки бичкового типу застосовуються вкрай рідко, в основному на ріках, що несуть велику кількість наносів, забезпечуючи сприятливі умови пропуску через водозливні прольоти льоду, наносів і повеневих витрат. На ГЕС бичкового типу Уеллс (США) потужністю 870 МВт із напором 30 м у бичках греблі встановлено 10 гідроагрегатів, розрахункова паводкова витрата становить 33,4 тис.м3/с. До недоліків таких ГЕС можна віднести відсутність загального машинного залу, подовження технологічних комунікацій і в цілому ускладнення умов експлуатації.

Пригребельні будинки ГЕС. У пригребельних будинках ГЕС вода підводиться до турбін по турбінним водоводам (металевим або сталезалізобетонним), що проходять в основному в тілі або на низовій грані бетонних гребель, з розміщенням водоприймача на верховій грані гребель, будинком ГЕС, що безпосередньо примикає до греблі, й окремим швом (див. мал. 4.3, 4.5–4.7). При прямолінійних у плані греблях будинок ГЕС також прямолінійний, при його розташуванні за арочними або арочно-гравітаційними греблями будинок ГЕС може мати в плані прямолінійний або криволінійний абрис по дузі, відповідний абрису низової грані греблі.

Для забезпечення плавного підведення води від турбінного водовода до спіральної камери перед нею звичайно виконується горизонтальна ділянка водовода довжиною (4–6) D1, у межах якого влаштовуються технологічні приміщення з розміщенням на верхньому перекритті підвищувальних трансформаторів (див. мал. 4.5).

При греблях з місцевих матеріалів вода підводиться до турбін по турбінним водоводам, що проходять через тіло греблі або в обхід її у вигляді тунелів або відкритих водоводів, з окремим водоприймачем у верхньому б'єфі й з розміщенням будинку ГЕС на деякій відстані від греблі.

На відміну від руслових пригребельні будинки не сприймають напір верхнього б'єфа, а тиск, переданий на них через турбінні водоводи, невеликий, що дозволяє полегшити конструкцію будинку.

Спіральні камери таких будинків мають круглий перетин і виконуються металевими або сталезалізобетонними з металевим облицюванням.

Ширина агрегатного блоку з вертикальними радіально-осьовими (або діагональними) гідротурбінами визначається розмірами турбінної (спіральної) камери й становить не менше 4D1 (діаметрів робочого колеса).

Характерним прикладом пригребельного будинку є будинок Красноярської ГЕС загальною довжиною разом з монтажним майданчиком 428,5 м, де встановлено 12 гідроагрегатів сумарною потужністю 6 млн. кВт (див. мал. 4.5). У стаціонарній греблі виконаний водоприймач із 24 водозабірними отворами. Вода підводиться до агрегату по двом сталезалізобетонним водоводам діаметром 7,5 м.

На Чиркейській ГЕС із арочною греблею, зведеною у вузькій ущелині, зменшення довжини пригребельного будинку досягається дворядним розташуванням гідроагрегатів (див. мал. 4.6). Два машзали обслуговуються одним мостовим краном, який по підкранових коліях у монтажному майданчику переводиться з одного машзала в другий. Розміщення відсмоктувальних труб у два яруси приводить до додаткового заглиблення будинку ГЕС.

При розміщенні споруд ГЕС у вузькій ущелині, де складно виконати берегові водоскиди, водоскиди проходять у тілі греблі, на її низовій грані й на перекритті будинку. Таке компонування виконане на Токтогульській ГЕС із дворядним розташуванням агрегатів у будинку ГЕС (див. мал. 4.7). При цьому підвищувальні трансформатори розміщуються в закритому приміщенні. При такому компонуванні потік, проходячи по водоскиду, носком-трампліном відкидається від будинку ГЕС на значну відстань, а гасіння енергії в основному відбувається за рахунок аерації потоку.

Характерним прикладом пригребельного будинку, розташованого за греблею з місцевих матеріалів, з підведенням води тунелями є будинок Нурекської ГЕС (див. мал. 4.9, 4.18). У будинку ГЕС встановлено 9 агрегатів потужністю по 300 МВт із максимальним напором 275 м. Підведення води здійснюється трьома тунелями діаметром 9 м з поділом кожного на 3 турбінних водовода. Будинок виконаний зі зниженим машзалом й знімними кришками в перекритті над гідроагрегатами та монтажним майданчиком. У машзалі та у приміщенні затворів для обслуговування й ремонту устаткування встановлені мостові крани, а для монтажу та повного демонтажу гідроагрегата й кульового затвора використовується козловий кран.

Будинки дериваційних ГЕС із радіально-осьовими турбінами практично не відрізняються від пригребельних будинків. При установці ковшових турбін змінюється конструкція агрегатної частини будинку ГЕС. Замість турбінної камери виконується напірний розподільний трубопровід у вигляді металевого кожуха, на якому кріпляться сопла турбіни з механізмами регулювання витрати, а вода від турбіни відводиться по безнапірному лоткові. Залежно від потужності гідротурбіни та кількості сопел вісь гідроагрегата може розташовуватися вертикально або горизонтально. Завдяки тому, що в ковшових турбінах робоче колесо розташовується вище максимального рівня нижнього б'єфа, при їх установці суттєво зменшується заглиблення будинку.

У будинках високонапірних дериваційних ГЕС при великій довжині або розгалуженні напірних водоводів перед турбінами встановлюються залежно від напору й діаметра дискові або кульові затвори ( при напорах більше 600 м тільки кульові), що дозволяє перекрити трубопроводи й зупинити гідроагрегат в аварійній ситуації у випадку відмови напрямного апарата, а також при нормальній експлуатації та проведенні ремонтних робіт.

Останнім часом замість передтурбінних затворів застосовуються вбудовані кільцеві затвори, розташовані між статорними колонами та лопатками напрямного апарата, що дозволяє зменшити габарити будинку, масу і вартість устаткування.

Підземні будинки ГЕС. В останні десятиліття значний розвиток одержало будівництво підземних будинків ГЕС. З них найбільш великі побудовані в Канаді: Черчилл-Фолс потужністю 5225 МВт із напором 320 м, Міка – 2610 МВт із напором 183 м. З підземними будинками виконані Інгурська ГЕС потужністю 1300 МВт у Грузії (мал. 4.20), Верхнетуломська – 248 МВт і УстьХантайська – 441 МВт у Росії та ін.

У підземних будинках проведення будівельних робіт не залежить від кліматичних умов, що має важливе значення при будівництві в північних регіонах із суворою зимою або в тропіках із тривалим сезоном дощів. Підземні будинки також застосовуються в тих випадках, коли через несприятливі природні умови в ущелині (крутих зсувонебезпечних схилах, високому рівні води при пропуску паводка), а також велике заглиблення осі робочого колеса турбіни під рівень нижнього б'єфа будівництво відкритих будинків може призвести до порушення стійкості берегових схилів, до різкого збільшення обсягів робіт.

До недоліків підземних будинків можна віднести: у випадку несприятливих інженерно-геологічних умов значне ускладнення виробництва підземних робіт; ускладнення умов експлуатації у зв'язку з подовженням технологічних комунікацій, більш складними схемами видачі потужності; збільшення витрат електроенергії на власні потреби, що викликане необхідністю постійної вентиляції приміщень, їх освітлення та ін.

Мал. 4.20. Підземний будинок Інгурської ГЕС. Поперечний розріз: 1 – підземний будинок; 2 – приміщення ремонтних затворів відсмоктувальних труб

Розміри і компонування підземних будинків ГЕС залежать у першу чергу від параметрів і розміщення гідросилового, електричного та гідромеханічного устаткування. На великих ГЕС, де розміри машинних залів досягають більших розмірів (проліт до 30 м і більше), у машинному залі звичайно розміщують основне гідросилове устаткування, яке обслуговується мостовими кранами, а передтурбінні затвори виконуються в окремому приміщенні, розташованому на деякій відстані від машзалу. При довгих відвідних тунелях ремонтні затвори нижнього б'єфа та обслуговуючі їх механізми для перекриття відсмоктувальних труб також розміщуються в окремо розташованому приміщенні. При великій кількості агрегатів виконують кілька відвідних тунелів, найчастіше безнапірних або напірних (при більших коливаннях рівнів нижнього б'єфа) зі зрівнювальним резервуаром. При коротких тунелях, що відводять воду окремо від кожного агрегату, затвори нижнього б'єфа встановлюються у вихідних порталах тунелів.

Одним з важливих факторів, що визначають компонування будинків підземних ГЕС, є вибір схеми розміщення головних підвищувальних трансформаторів: в окремому підземному приміщенні (ГЕС Кариба в Зімбабве, ГЕС Ялі у В'єтнамі), у розширеному підземному машзалі (ГЕС Тимет I і II в Австралії), відкрито на поверхні землі на майданчиках ВРП (Борисоглібська, Інгурська).

Відкрите розташування трансформаторів використовується в основному при неглибокому розміщенні підземного будинку (на глибині до 200–300 м) і сприятливих топографічних і геологічних умовах майданчика. При цьому токопроводи від генераторів до трансформаторів, що мають значну довжину, прокладаються в спеціальних галереях і шахтах з виконанням спеціальних заходів відводу тепла у зв'язку з великим тепловиділенням токопроводами.

Передача електроенергії на ВРП й ЗРП від головних трансформаторів при їх підземному розташуванні здійснюється при напрузі 110–500 кВ маслонаповненими кабелями із проведенням спеціальних заходів щодо відводу тепла, а останнім часом також елегазовими токопроводами.

У підземних будинках передбачаються монтажні майданчики, які в більшості випадків є продовженням машзалу і розташовуються, як правило, у його торці й з'єднуються із поверхнею землі за допомогою транспортних тунелів і вантажних шахт.

Для відводу тепла та вентиляції підземних приміщень в будинках ГЕС встановлюються вентилятори і кондиціонери.

Конструкції машзалів залежать від інженерно-геологічних умов. У більшості машзалів виконується несучий звід кругового обрису зі збільшенням товщини залізобетонного оздоблення біля п'ят. У досить міцних породах стіни кріпляться набризкбетоном, а в менш міцних влаштовується суцільне бетонне або залізобетонне облицювання товщиною до 0,5 м зі зміцненням анкерами, у зонах ослаблених порід – із проведенням укріпної цементації, а в ряді випадків передбачаються дренажні заходи.

У підземному будинку Інгурської ГЕС довжиною 145,5 м, прогоном 21,2 м і висотою виломки 53,7 м встановлено 5 гідроагрегатів. Вода підводиться до агрегатів турбінними водоводами, розташованими в плані під кутом до поздовжньої осі агрегатів, що дозволило розмістити передтурбінні затвори в межах машзалу, практично без збільшення його прольоту (див. мал. 4.20). Вода відводиться безнапірним тунелем.

Напівпідземні будинки ГЕС. При сприятливих інженерно-геологічних і топографічних умовах і великих коливаннях рівня нижнього б'єфа можуть виконуватися напівпідземні будинки, розташовані в траншейних виробках, причому верхні будови машзалів можуть влаштовуватися на поверхні землі. Можливі рішення напівпідземних будинків з розміщенням одного або декількох агрегатів в окремих шахтах, над якими на поверхні землі зводиться верхня будова машзалу, як на Дністровській ГАЕС.

Напівпідземний будинок Вілюйської ГЕС потужністю 648 МВт, виконаний в траншейній виробці глибиною 60 м, повністю розміщується під поверхнею землі (мал. 4.21). Мал. 4.21. Напівпідземний будинок Вілюйської ГЕС. Поперечний розріз

Мал. 4.22. Егорликська дериваційна ГЕС. Загальний вигляд

Будинки малих ГЕС. До малих відносяться ГЕС потужністю до 10–30 МВт. Поряд з використанням гідроенергетичних ресурсів великих річок на середніх і великих ГЕС, які в більшості випадків вимагають створення великих водоймищ і працюють в об'єднаних енергосистемах, широкий розвиток у світі одержали малі ГЕС. Такі ГЕС використовують гідроенергетичний потенціал малих рік, припливів, скидних каналів і роблять вкрай обмежений вплив на навколишнє середовище. Вони можуть видавати електроенергію в енергосистему або працювати на конкретного споживача, що особливо важливо для віддалених районів, де немає розвинутої мережі електропередач.

Малі ГЕС, як і великі, поділяються на ГЕС із русловими та пригребельними будинками й дериваційні.

На малих ГЕС для спрощення конструкцій у будинках з установленням вертикальних гідроагрегатів можуть застосовуватися прямоосні конічні відсмоктувальні труби, широке використання знаходять горизонтальні агрегати, включаючи капсульні, а також з похилим розташуванням осі агрегату (див. мал. 4.12, схеми IV, V, VII).

На с. 283 (фото) і мал. 4.22 наведені дериваційні ГЕС – Теребля-Рикська потужністю 27 МВт із напором 215 м і Егорликська потужністю 30 МВт із напором 32 м.