Гидроаккумулирующие электростанции

УДК 621.311.214. 
ББК 31.57. 
М91 
Рецензенты: 
доктор технических наук М.Г. Тягунов, 
профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ МЭИ; 
кандидат технических наук В.В. Берлин, 
профессор кафедры гидравлики и гидротехнического строительства НИУ МГСУ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Муравьев, Олег Алексеевич. 
М91  
Гидроаккумулирующие электростанции [Электронный ресурс] : [учебное пособие 
для обучающихся по направлениям подготовки 08.04.01 Строительство, 08.05.01 
Строительство уникальных зданий и сооружений] / О.А. Муравьев ; Министерство 
науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет, кафедра гидравлики  
и гидротехнического строительства. — Электрон. дан. и прогр. (9 Мб). — Москва : 
Издательство МИСИ – МГСУ, 2023. — URL: http://lib.mgsu.ru. — Загл. с титул. экрана. 
ISBN 978-5-7264-3361-5 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3362-2 (локальное) 
 
В учебном пособии изложены теоретические и практические вопросы проектирования 
и обоснования конструкций гидросооружений гидроаккумулирующих электростанций. 
Рассмотрены вопросы водно-энергетического и экономического обоснования, определения 
параметров основного оборудования. Учебное пособие содержит большое количество 
иллюстративного и справочного материала, который позволяет использовать его при курсовом 
и дипломном проектировании. 
Для обучающихся по направлениям подготовки 08.04.01 Строительство, 08.05.01 
Строительство уникальных зданий и сооружений. 
 
 
Учебное электронное издание 
 
 
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2023 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Учебное электронное издание 
 
 
 
Муравьев Олег Алексеевич 
 
ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
Редактор Т.Н. Донина 
Корректор В.К. Чупрова 
Компьютерная правка и верстка О.В. Суховой 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2010, ПО Adobe Acrobat 
 
Подписано к использованию 14.12.2023. Объем данных 9 Мб. 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет». 
129337, Москва, Ярославское ш., 26. 
 
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95. 
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 
 
 

Оглавление 
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................................... 6 
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЭС ........................................................................................................................ 7 
1.1. Классификация по схеме аккумулирования ...................................................................................... 7 
1.2. Классификация по длительности цикла аккумулирования .............................................................. 7 
1.3. Классификация по схеме концентрации напора ................................................................................ 8 
2. ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ГАЭС .................................................................................... 13 
2.1. Основные положения, исходные данные ......................................................................................... 13 
2.2. Определение полезного объема бассейнов ГАЭС .......................................................................... 13 
2.3. КПД цикла аккумулирования ............................................................................................................ 15 
2.4. Параметры ГАЭС по результатам водно-энергетических расчетов .............................................. 15 
2.5. Режимный график работы ГАЭС ...................................................................................................... 16 
3. ОБРАТИМЫЕ ГИДРОМАШИНЫ ГАЭС ................................................................................................ 18 
3.1. Классификация ................................................................................................................................... 18 
3.2. Методика подбора обратимых гидромашин с использованием обобщенных 
эмпирических зависимостей ............................................................................................................. 22 
3.3. Подбор обратимых гидромашин по четырехквадрантным универсальным характеристикам .......... 24 
3.4. Влияние характеристик обратимых гидромашин на выбор диапазона рабочих напоров ГАЭС ......... 28 
4. КОНСТРУКЦИИ И КОМПОНОВКИ СООРУЖЕНИЙ ГАЭС .............................................................. 29 
4.1. Верхние бассейны .............................................................................................................................. 29 
4.2. Водоприемники-водовыпуски верхних бассейнов ......................................................................... 33 
4.3. Водоприемники-водовыпуски нижних бассейнов .......................................................................... 35 
4.4. Водоводы ГАЭС ................................................................................................................................. 38 
4.4.1. Компоновка, классификация .................................................................................................. 38 
4.4.2. Верховые деривационные водоводы ..................................................................................... 38 
4.4.3. Верховые станционные водоводы .......................................................................................... 39 
4.4.4. Низовые водоводы ГАЭС ....................................................................................................... 44 
4.5. Здания ГАЭС....................................................................................................................................... 46 
4.5.1. Наземные здания ГАЭС .......................................................................................................... 46 
4.5.2. Подземные здания ГАЭС ........................................................................................................ 51 
4.5.3. Полуподземные здания ГАЭС ................................................................................................ 56 
4.6. Нижние бассейны ГАЭС .................................................................................................................... 57 
 

5. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ГАЭС ........................................................................................................ 59 
5.1. Виды переходных процессов ГАЭС с обратимыми двухмашинными гидроагрегатами ............... 59 
5.2. Пуски обратимых агрегатов в насосный режим работы................................................................. 60 
5.3. Сбросы нагрузки ................................................................................................................................. 61 
5.4. Процессы потери привода ................................................................................................................. 64 
5.5. Перевод обратимых агрегатов ГАЭС из одного режима работы в другой ................................... 65 
6. ПРИНЦИПЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ 
И ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЭС ................................................................................................................... 67 
6.1. Основные положения методики ........................................................................................................ 67 
6.2. Определение составляющих затрат по ГАЭС ................................................................................. 67 
6.3. Определение затрат по альтернативному варианту ГТУ ............................................................... 68 
6.4. Пример расчета экономической эффективности ГАЭС ................................................................. 69 
6.5. Технико-экономическое обоснование максимальной скорости 
в энергетическом водоводе ГАЭС ................................................................................................... 73 
6.6. Определение составляющих суммарных затрат при расчете экономически 
наивыгоднейшей скорости в водоводе ГАЭС ................................................................................. 74 
6.6.1. Затраты по энергетическому водоводу ГАЭС ...................................................................... 74 
6.6.2. Затраты по заменяющей ГТУ и ее топливной базе .............................................................. 74 
6.6.3. Затраты по топливной базе ТЭС ............................................................................................ 74 
6.7. Пример расчета экономической скорости в напорном водоводе ГАЭС ....................................... 75 
Заключение...................................................................................................................................................... 77 
Контрольные вопросы .................................................................................................................................... 77 
Библиографический список ........................................................................................................................... 78 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — это специальный тип гидроэлектростанции, работающей как в режиме генерации, так и в режиме потребления электроэнергии. 
Основное назначение — уменьшение неравномерности графика нагрузки энергосистемы 
за счет потребления энергии в часы минимума нагрузок и выдачи ее в часы максимального 
энергопотребления.  
При проектировании и эксплуатации ГАЭС решается большой комплекс вопросов, многие 
из которых схожи с решаемыми для речных ГЭС. В то же время имеется и специфика, которая 
присуща только этому особому типу гидроэнергетических установок. 
Учебное пособие состоит из шести глав. В главе 1 дана общая классификация ГАЭС, 
показаны состав и компоновки основных сооружений. В главе 2 представлена методика водноэнергетических расчетов. Глава 3 посвящена основному гидроэнергетическому оборудованию. 
В главе 4 дано описание подходов к проектированию отдельных гидросооружений ГАЭС. 
В главе 5 представлены классификация и описания переходных процессов. В главе 6 приведены 
методики экономического обоснования. 
В учебном пособии даны практические примеры расчетов, а также справочный материал, 
позволяющий использовать его при выполнении курсовых и дипломных проектов. 
 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЭС 
1.1. Классификация по схеме аккумулирования 
Схема аккумулирования определяется условиями заполнения верхнего бассейна, обеспечивающего запас потенциальной энергии ГАЭС. По этому показателю различают:   
– ГАЭС простого аккумулирования (далее — ГАЭС), характерным признаком которой 
является отсутствие притока воды в верхний бассейн. Потери воды на испарение и фильтрацию 
компенсируются притоком в нижний бассейн; 
– ГЭС – ГАЭС, имеющие приточность в верхний бассейн, достаточную для того, чтобы, 
срабатывая его в турбинном режиме, давать существенную дополнительную выработку энергии. 
ГЭС – ГАЭС имеют в составе основного оборудования как турбинные гидроагрегаты, так и 
обратимые или насосные. Необходимым для таких станций является наличие в нижнем бьефе 
бассейна с объемом воды, достаточным для обеспечения работы в насосном режиме. 
На ГАЭС простого аккумулирования выработка в режиме разряда (турбинном) на 25…30 % 
меньше, чем при работе в режиме заряда (насосном). На ГЭС – ГАЭС выработка в режиме разряда 
больше, чем в режиме заряда, и она зависит от объема притока в верхний бассейн.  
1.2. Классификация по длительности цикла аккумулирования 
Под циклом аккумулирования понимают период, за который происходят полная сработка 
и наполнение бассейна ГАЭС. По длительности цикла различают ГАЭС с суточным и недельным 
циклом аккумулирования.  
На рис. 1.1 показан режим работы ГАЭС с суточным циклом аккумулирования. Режим 
заряда продолжается обычно в течение 5…6 ч ночного периода, а режим разряда — в течение 
3…5 ч в вечерний период максимальных нагрузок потребителей. Время работы ГАЭС изменяется 
в течение года в соответствии с трансформацией графиков нагрузки энергосистемы. 
На рис. 1.1, б показан режим работы ГАЭС с недельным циклом аккумулирования. 
Дополнительный заряд — потребление энергии происходят в два выходных дня, его энергия 
распределяется между пиковыми периодами пяти рабочих суток. 
 
 
а 
 
 
 
 
 
 
   б 
Рис. 1.1. Работа ГАЭС в графике нагрузки энергосистемы: 
а  с суточным циклом аккумулирования; б  с недельным циклом аккумулирования 

1.3. Классификация по схеме концентрации напора 
На ГАЭС могут быть реализованы все известные схемы концентрации (создания) напора: 
деривационная, плотинная и комбинированная. 
Деривационная схема получила наибольшее распространение. Напор создается за счет 
естественного перепада высот на местности между верхним и нижним бассейнами, которые 
связаны напорными водоводами. Состав сооружений для варианта с наземным расположением 
основных сооружений представлен на рис. 1.2. 
 
 
 
Рис. 1.2. Схема сооружений ГАЭС простого аккумулирования с наземным расположением сооружений 
 
В наземном варианте два бассейна, верхний и нижний, соединены открытыми напорными 
водоводами. Здание ГАЭС расположено в примыкании к нижнему бассейну. Низовой водоприемник-водовыпуск входит в состав здания ГАЭС, верховой — размещен в примыкании 
к верхнему бассейну.  
Верхний бассейн обычно выполняется в виде искусственной емкости, образованной выемкой 
и ограждающими невысокими грунтовыми плотинами. Основание верхнего бассейна «чистой» 
ГАЭС тщательно изолируется для исключения фильтрации.  
Нижний бассейн обычно образуется на небольшом водотоке. В этом случае в состав 
сооружений нижнего бассейна входят: глухая (бетонная или грунтовая) плотина; водосливная 
плотина с донными отверстиями для промыва наносов; рыбопропускное сооружение (при 
необходимости). Приточность в нижний бассейн используется для обеспечения первичного 
наполнения верхнего бассейна, а также восполнения потерь воды на испарение и фильтрацию.  
Состав сооружений ГЭС – ГАЭС с подземным расположением основных сооружений 
показан на рис. 1.3. Конструкция верхнего и нижнего бассейнов та же, что и в наземном варианте. 
Здание ГАЭС — подземного типа в виде двух (реже – трех) параллельных выработок. В выработке, 
ближней к верхнему бассейну, располагаются аварийно-ремонтные затворы; в средней выработке — 
гидроагрегаты и проточная часть обратимых гидромашин (турбинные камеры и отсасывающие 
трубы), краны машзала, системы и хозяйства, электрическая часть генераторного напряжения; 
в выработке со стороны нижнего бассейна — ремонтные затворы отсасывающих труб.  

 
 
Рис. 1.3. ГЭС − ГАЭС с подземным расположением сооружений: 
а  план; б  разрез по напорному тракту; 1  верховой бассейн; 2  водоприемник-водовыпуск; 3  помещение затворов; 4  плотина верхнего бассейна;  
5 — верховой деривационный водовод; 6  подходная штольня; 7  уравнительный резервуар; 8  верховой станционный водовод; 9  подземное здание;  
10  транспортный туннель; 11  низовой водовод; 12  нижний бассейн; 13  водосливная плотина; 14  ОРУ 
б 
 
а