книги из ГПНТБ / Обрезков, В. И. Гидроэлектрические станции в электроэнергетических системах

В. И. ОБРЕЗКОВ, А. М. Г О Х М А Н

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СТАНЦИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

« Э Н Е Р Г И Я *

УДК 621.311.153:621.311.21

В книге рассматриваются основные вопросы водноэнергетического

стока. В неі! также нашли отражение некоторые проблемы техникоэкономического обоснования энергетических параметров ГЭС. Рас­ сматриваются возможности использования современных средств вычис­

в области энергетики и водного хозяйства, и может быть полезна студентам и аспирантам при изучении основ гидроэнергетики.

0336-288

0 0Б1(01)-73 6 3 " 7 3

© Издательство «Энергия», 1973 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Современное развитие отечественной энергетики осу­ ществляется, как известно, преимущественно за счет

Вместе с тем наблюдается процесс непрерывного раз­ уплотнения графиков нагрузки подавляющего большин­ ства энергосистем и их объединений, 'что требует нали­ чия в их структуре генерирующих установок, способных работать в резкопеременном режиме. К числу таких установок в настоящее время относятся прежде всего ГЭС, обладающие водохранилищами с той или другой возможностью регулирования речного стока.

Вопросы рационального участия ГЭС в покрытиигра^- фика 'Потребления электроэнергии системы в.условиях комплексного использования стока ' стали особенно актуальными в связи с бурным развитием энергетики в последние ігоды. Происшедшие количественные и.каче­ ственные изменения условий производства и потребления электроэнергии потребовали пересмотра ряда длитель­ ное время считавшихся незыблнмыми положений форми­ рования структуры-энергетической системы и рациональ­ ного использования ее генерирующих источников во времени.

Вопросы повышения надежности и экономичности производства и распределения электроэнергии приобре­ ли первостепенное значение. Это находит свое отражение во всех партийных и правительственных директивах по развитию народного хозяйства последнего времени.

Учебное пособие С. Н. Никитина «Основы гидроэнер­ гетических расчетов», вышедшее в свет в 1959 -г., и моно­ графия Б. И. Никитина «Гидроэлектростанции в единой энергетической системе», опубликованная в 1960 г., по-

3

священы вопросам Использования водной энергии. Ё них большое внимание было уделено режимам ГЭС в энерге^ тической системе. Обе эти книги отражали опыт проек­ тирования и эксплуатации ГЭС, который накопился к концу 50-х годов и на основе которого шло формиро­ вание специалистов-гидроэнергетиков:

Естественно, что все вышеперечисленные положения в указанных двух книгах не могли быть поставлены и рассмотрены с позиции сегодняшнего дня, и в этом смысле эти книги в известной мере устарели. Вместе

стем общие методологические положения, высказанные

С.Н. Никитиным и Б. И. Никитиным, представляют 'не­ сомненный интерес и сегодня.

В настоящей книге в основном рассматриваются во­ просы водноэнергетического регулирования и работы ГЭС в энергетической системе, т. е. те вопросы, по ко­

вопросы, связанные с обоснованием гидроэнергетических параметров ГЭС.

При изложении некоторых разделов книги часть ма­ териала была заимствована из «Основ гидроэнергетиче­ ских расчетов» С. И. Никитина. Вместе с тем ряд реко­ мендованных им методов и способов расчета пересмо­ трен и дополнен новыми положениями, вытекающими из необходимости и возможности повышения качества рас­ четов в связи с изменившимися условиями функциони­ рования энергетических систем и появленем современных средств вычислительной техники.

При написании книги авторы не ставили перед собой в качестве основной задачи изложение рекомендуемых и используемых ныне методов расчета режимов и гидро­ энергетических параметров ГЭС, хотя создание такого пособия для проектировщиков весьма целесообразно.

расходов, который наиболее полно отвечал бы требова­ ниям водохозяйственного комплекса, т. е. О'беопечивал бы наиболее высокий народнохозяйственный эффект от использования данного стока. При этом полагали воз­ можным исключить из описания некоторые частности, которые являются или общеизвестными или не вносят принципиально нового в понимание рассматриваемого вопроса (формулы различных авторов для определения

4

Одной и той же величины, использование формул при различной исходной информации и т. п.).

Изложение книги отнюдь не исчерпывающе, рассма­ триваемые вопросы в конкретных условиях формируются гораздо сложнее и многограннее. Более того, некоторые из задач изложены лишь на уровне постановки, напри­ мер, проблема пиков и, в частности, ее раздел, касаю­ щийся энергоэкономической эффективности гидроакку­ мулирования. Эта тема, как и другие, ей подобные, должна стать предметом специального рассмотрения.

Исходя из этого настоящую книгу как по содержа­ нию, так и по трактовке отдельных вопросов можно отнести скорее к основам гидроэнергетики и, в частно­ сти, к той части их, которая связана с системной энерге­ тикой в широком понимании этого термина.

Гла.ва 3 книги написана кад. техн. наук А. М. Гохманом по материалам, разработанным им совместно с инж.

В.М. Рабинким, остальные главы — доктором техн. наук

В.И. Обрезковым (гл. 8 совместно с И. А. Жежеленко).

При написании книги "авторы использовали различ­ ные литературные источники, перечисленные в отдельном списке, ссылки на них в тексте даны в тех случаях, ког­ да из них заимствовался различного рода справочный материал или оригинальные исследования.

Авторы выряжают благодарность канд. техн. наук Л. А. Каролю, Д. О. Сейфулле и инж. В. М. Рабинкому, просмотревшим отдельные главы и сделавшим ряд цен­ ных замечаний; сотрудникам кафедры гидроэнергетики МѲИ С. Д. Киселевой іи В. Д. Шевченко за большую по­ мощь, оказанную авторам по оформлению рукописи; рецензенту доктору техн. наук Т. ' А. Филипповой и ре­ дактору канд. техн. наук Н. К ІЧалинину, замечания ко­ торых позволили улучшить содержание книги.

Все замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, изд-во «Энергия».

Авторы

ГЛАВА ПЕРВАЯ

О Б Щ И Е В О П Р О С Ы Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я Р Е Ч Н О Г О С Т О К А

1-1. Гидрологические основы гидроэнергетики

По запасам поверхностных вод Советский Союз за­ нимает первое место в мире; среднегодовой речной сток рек по данным [Л. 47] составляет более 4 300 кмъ (11% общего объема стока рек всего земного шара). Вместе с тем распределение этого стока по территории страны крайне неравномерно. Так, в бассейнах рек промышленно развитых и наиболее населенных районов формиру­ ется всего около 800 км3 стока, или немногим более 18% суммарного объема, тогда как на реки, протекающие по слабонаселенной, хозяйственно мало освоенной терри­ тории, приходится 82% стока. Речной сток СССР отли­ чается также п крайней неравномерностью как внутри года, так и в многолетнем разрезе.

Естественно, что не весь указанный речной сток мо­ жет быть использован в качестве гидроэнергетических ресурсов. Так, технический потенциал последних по дан­ ным [Л. 47] оценивается среднегодовой выработкой электроэнергии в размере 2 106 млрд. кет • ч, а экономи­ ческий—в 1 095 млрд. кет. • ч, что составляет всего 28% валового потенциала энергии крупных и средних рек. Тем не менее это громадные по своей абсолютной вели­ чине запасы. Всеускоряющееся развитие производитель­ ных сил страны создает уже сейчас острейшие проблемы в области рационального обеспечения водными ресурса­ ми отдельных регионов страны.

Изучением водоемов земной поверхности и происхо­ дящих в них процессов, а также исследованием законо­ мерностей, которыми эти процессы обусловливаются, за­ нимается наука, называемая гидрологией суши. Как и метеорология, гидрология суши входит в группу геофи-

6

Сток W — суммарный объем воды, прошедший через заданное поперечное сечение водотока от какого-либо начального момента і0 до некоторого конечного tK, изме­ ряемый обычно в м3 или км3.

При известном гидрографе сток может быть опреде­ лен по следующим формулам:

для непрерывного графика 'Q(t)

где Qi — средний расход і-то года; 31,54 - 10е —число се­ кунд, ІВ среднем по продолжительности году.

Интегральная кривая стока (ИКС) —кривая нараста­

ния величины стока во времени. Она, как мы увидим да­ лее, широко используется при расчетах регулирования стока, когда нужно знать не только величину расхода воды, но и сток, прошедший в течение рассматриваемого промежутка времени через данный створ.

8

Строить интегральную кривую стока в обычных пря­ моугольных координатах нецелесообразно, так как это при рассмотрении длительного интервала .времени при­ ведет или к громоздкости чертежа или к потере точно­ сти, если представить кривую W(i) в более мелком мас­ штабе. Исходя из .этого интегральная кривая почти исключительно строится в косоугольных координатах.

Рис. 1-2. Построение интегральной кривой стока в косоугольных ко­ ординатах.

В этом случае ее можно представить в виде некоторой разностной кривой, уравнение которой имеет вид:

для непрерывного гидрографа Q(t) (рис. 1-2,а)

где QU — некоторый условный расход, принимаемый близким к среднему расходу за весь рассматриваемый

9