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

исправленная интегральная кривая служит для даль­ нейших расчетов регулирования с помощью этого водо­ хранилища.

Компенсирующее регулирование. Как уже- отмечалось, иногда регулирующее водохранилище располагают на значительном расстоянии от ГЭС выше по течению реки. Подача воды-к ГЭС осуществляется в этом случае пу­ тем неравномерных попусков из регулирующего водо­ хранилища в дополнение к незарегулированному стоку с площади бассейна между створами водохранилищакомпенсатора и водохранилища (или водоприемного сооружения) ГЭС. Подобного рода попуски позволяют получить необходимый режим притока к ГЭС.

Расчет компенсирующего регулирования при проек­ тировании обычно сводится к определению зарегулиро­ ванного расхода воды для ГЭС (в общем случае в функ­ ции времени) и необходимого для этой цели объема водохранилища. При заданном объеме водохранилища (условие эксплуатации) расчету подлежит величина попусков из водохранилища для обеспечения заданного (или определяемого по условиям оптимизации) режима ГЭС.

В том и другом случае расчет вручную может быть осуществлен табличным способом или графически с по­ мощью интегральной кривой стока. Рассмотрим послед­ ний способ для упрощенного случая: годичного регули­ рования на постоянную максимально возможную отдачу

му компенсирующего регулирования Ѵком, строятся вспо­

100

лит (см. § 2-3) искомый зарегулированный расход в ство­ ре ГЭС. Расстояние между кривой 2 и линией Qp e r в лю­ бой момент времени t будет определять объем воды, накопленной в верховом водохранилище. Откладывая

Эта кривая будет интегральной кривой зарегулирован­ ного стока в створе компенсирующего водохранилища. В точке d это водохранилище будет, очевидно, пол­ ностью опорожнено (момента) .

Для периода наполнения водохранилища проведем касательную e'g' к интегральной кривой стока, направ­ ление которой соответствует значению пропускной' спо -- собности турбин ГЭС. Перенесем эту линию для проме­

101

В более сложных случаях, когда, например, требует­ ся провести энергетическое регулирование, при котором режим рассматриваемой ГЭС должен обеспечить наи­ больший энергоэкономический эффект для системы (пе­ ременная отдача), и если при этом учитываются все режимные ограничения, расчет вручную практически невозможен. В этом случае необходимо использовать ЭВМ; тогда расчет по существу не будет отличаться от обычного расчета каскадного регулирования при нали­ чии двух, как правило, существенно отличающихся друг от друга емкостей водохранилищ.

На практике встречается не только годичное, но и многолетнее компенсирующее регулирование, которое можно себе представить как частный случай регулиро­ вания на переменную по годам отдачу (по расходу или по выработке электроэнергии). При этом величина по­

характер процесса стока, что само по себе уже требует использования вычислительных машин.

Расчет в этом случае по существу сведется опятьтаки к расчету каскадного регулирования. Отличитель­ ной особенностью при этом будет наличие водохрани­ лища многолетнего регулирования с вытекающей отсюда

Отсутствие достаточно надежного долгосрочного гид­ рологического прогноза затрудняет планирование ис­ пользования речного стока с наибольшей энергоэконо-

102

мической эффективностью для энергосистемы. В самом деле, если неизвестен будущий режим стока, то тем са­ мым становится неизвестной и возможность ГЭС в обес­ печении оптимального, т. е. экономически и энергети­ чески наиболее эффективного, режима всей энергосисте­ мы на этот период. Назначив для ГЭС неоправданно высокие мощности в период сработки, можно прежде­ временно сработать водохранилище в случае, если дей­ ствительный естественный сток окажется небольшим, и тогда гидростанция не сможет выдать необходимые для потребителей мощность и энергию в осенне-зимний пе­ риод, т. е. тогда, когда спрос на электроэнергию осо­ бенно высок, и народному хозяйству будет нанесен экономический ущерб.

Если, наоборот, в начале маловодного периода на­ значить слишком малые мощности ГЭС, то в этом слу­ чае, когда предстоящий сток будет больше того, на который мы ориентировались, он может быть недоис­ пользован. Это неизбежно приведет к последующим сбросам излишков воды, а следовательно, к потере энер­ гии на ГЭС и излишнему расходованию топлива на тепловых электростанциях, что опять-таки нанесет ущерб народному хозяйству.

Такие же ошибки возможны и в период наполнения водохранилища. Можно или преждевременно заполнить водохранилище или вовсе его не заполнить. В первом случае сток не будет экономично использован (за счет неоправданного сброса излишков воды), во втором— может нарушиться энергетический баланс системы в осенне-зимний период, так как рассматриваемое водо­ хранилище к этому времени не будет располагать долж­ ным запасом воды.

Таким образом, назначение для ГЭС необоснованно­ го (ошибочного) режима работы может привести к не­ достаточно эффективной или убыточной для народного хозяйства эксплуатации системы. Ясно, что и то и дру­ гое недопустимо.

Чтобы избежать этих последствий, нужно, во-первых, правильно рассчитать режим водохранилища в некото­ рых расчетных условиях. В этих условиях или, как го­ ворят, в условиях расчетной обеспеченности ГЭС долж­ ны гарантироваться необходимое ее участие в покрытии графика нагрузки системы и выработка соответствую­ щего количества электроэнергии і . Во-вторых, правильно

J03

использовать избыточную (по сравнению с расчетными условиями) приточность. Это достигается с помощью так называемого диспетчерского регулирования, которое представляет собой совокупность правил и рекоменда­ ций по использованию прогнозируемого или имеющегося стока. Такое регулирование позволяет если не пол­ ностью, то в значительной мере устранить ошибки в назначении режима работы ГЭС на период регулиро­ вания.

Рассмотрим этот вопрос для условий годичного ре­ гулирования, когда основная исходная информация (прогнозируемый сток и график нагрузки системы) за­ дана в детерминированной форме.

Для того чтобы составить правила диспетчерского регулирования, рассмотрим сначала маловодный год, соответствующий принятой расчетной обеспеченности с меженным стоком при известных гидрографе и графи­ ке обеспеченных среднесуточных мощностей ГЭС, с ко­ торыми она должна работать по условиям энергетиче­ ского баланса системы2 . Используя один из известных методов расчета энергетического регулирования (таб­ личный, планшетка Мастицкого или с помощью ЭВМ), всегда можно определить соответствующий режим ра­ боты ее водохранилища, т. е. кривую 2 d . G ( 0 - Рассмотрим этот вопрос раздельно для периода сработкп и периода наполнения водохранилища. Такое разделение является несколько условным, но вполне допустимым, поскольку в данном случае оптимизация режима здесь не произ­ водится и считается, что за период сработки водохрани­ лища ГЭС может использовать весь бытовой сток плюс объем водохранилища, заключенный между отметками НПУ и УМО.

лища), вследствие чего расчет следует проводить ходом назад, т. е. идти от конца сработки к началу. Однако сейчас имеется много приемов, позволяющих избежать расчетов неудобным «ходом назад». Многие из этих

1 Выбор значения расчетной обеспеченности представляет само­ стоятельную проблему, которая здесь не рассматривается.

2 В случае, если иапор ГЭС 'мало 'изменяется, вместо указаииого графика мощностей ГЭС может быть использован график зарегули­ рованного расхода. Это иногда является более удобным при расчете комплексного использования водотока,

Ю4

Приемов легко осуществляются при использовании ЭВМ. В результате расчета получим кривую / сработки водо­ хранилища г в . б (0 на рис. 2-\7,а. Далее возьмем другой, близкий к расчетной обеспеченности, год, но с другим внутригодовым распределением стока и меженным сто­ ком Wi. Для того чтобы он соответствовал обеспечен­ ному, умножим расходы каждого месяца на отношения объемов Wpaci/^i- Проведя для этого года такую же

процедуру расчета регулирования, как и в предыдущем случае, получим кривую сработки водохранилища 2. Так как гидрограф в этом случае отличается от расчетного (предыдущего), то период сработки (моменты начала и конца) в общем случае будет другим, что отражается кривой 2.

Проведя серию таких расчетов, получим соответ­ ствующее количество кривых сработки, отличающихся друг от друга как по конфигурации, так и .моментам на­ чала и конца сработки.

Теперь проведем еще одну кривую, огибающую по­ лученные кривые сверху справа (эта кривая на рис. 2-\7,а проведена более жирной линией и обозначена цифрой 3). Она показывает, какой минимальный запас воды должен сохраняться в водохранилище в каждый момент времени всего периода сработки для того, чтобы рассматривае­ мая ГЭС в любом году могла работать без нарушения энергетического баланса системы. Исключение могут составлять лишь годы, которые будут выходить за пре­ делы расчетной обеспеченности и которые уже не смо­ гут обеспечить нормальную работу энергетической си­ стемы.

105

Эта огибающая кривая носит название верхней диспетчерской линии сработки водохранилища или верх­ ней противоперебойной линии. С помощью этой кривой при известной на данный момент времени отметке гв .б всегда можно определить наличие и величину избыточ­ ного объема воды в водохранилище. Очевидно, только при наличии такого объема можно увеличить мощность ГЭС сверх обеспеченной без опасения нарушить нор­ мальную работу системы впоследствии.

Если во время паводка при относительно большом водохранилище годичного регулирования будут завы­ шены (против обеспеченного значения) мощности, то это может привести к тому, что паводочного стока мало­ водного года не хватит для заполнения водохранилища до НПУ. В результате возникает опасность срыва нор­ мальной работы энергетической системы в следующий за паводком маловодный сезон. Поэтому в этих случаях также необходимо иметь определенные правила, кото­ рые позволили бы назначать повышенные мощности ГЭС без опасения того, что это в дальнейшем нарушит требуемый режим системы. Такие правила разрабаты­ ваются так же, как и для периода сработки.

Пусть для года расчетной обеспеченности, заданного момента начала наполнения водохранилища и извест­ ного гидрографа половодья покрытие графика нагрузки с одновременным заполнением водохранилища осущест­ вляется по кривой / ' (рис. 2-17,6). Для другого гидро­ графа, близкого к расчетной обеспеченности и приве­ денного к нему (аналогично тому, как это делалось при сработке), кривая наполнения водохранилища будет другой, например кривая 2'. Проведя серию подобных расчетов наполнения водохранилища, получим ряд кри­ вых, каждая из которых будет соответствовать условиям расчетной обеспеченности. Если на этом графике про­ вести огибающую (слева сверху), то она представит собой верхнюю диспетчерскую линию наполнения водо­ хранилища (кривая 3' на рис. 2-17,6).

Эта кривая, так же как и в случае сработки, пока­ зывает возможность увеличения мощности ГЭС сверх обеспеченной. В самом деле, если в каком-либо более многоводном (чем расчетный) году уровень воды в во­ дохранилище в некоторый момент времени окажется выше диспетчерской линии, то это значит, что есть избы­ ток воды, который можно использовать для увеличения

106

с конца сработки водохранилища, а с конца его напол­ нения, т. е. так же, как и при сработке ходом назад. В этом случае момент конца наполнения водохранилища должен быть, разумеется, известным.

Рассмотрим теперь зоны, которые расположены сле­ ва от верхней диспетчерской линии сработки водохрани­ лища 3 на рис. 2-17,а и справа от верхней линии напол­ нения водохранилища 3' на рис. 2-17,6. Примем в ка­ честве нижних границ этих зон огибающие слевч снизу у кривых сработки и справа снизу у кривых наполнения. Так как любая из кривых, заключенных в этих зонах, строилась при соблюдении условий расчетной обеспечен­ ности (в том числе и обеспеченного графика нагрузки ГЭС), то зоны, занимаемые кривыми сработки и кри­ выми наполнения, есть зоны обеспеченной работы ("га­ рантированного режима) ГЭС. При этом левая (нижняя) огибающая, обозначенная цифрой 4 (рис. 2-17,я), носит название нижней диспетчерской линии сработки водо­ хранилища, а правая нижняя — 4' — нижней диспетчер­ ской линии наполнения водохранилища или соответст­ венно нижней и верхней противоперебойных линий.

Обе полученные диспетчерские линии показывают, в каких случаях мощность ГЭС должна быть уменьшена по сравнению с гарантированной. Это, очевидно, долж­ но осуществляться в тех случаях, когда в рассматри­ ваемый момент времени сработки или наполнения водо­ хранилища уровень воды в нем оказывается лежащим ниже соответствующих диспетчерских отметок, опреде­ ляемых полученными нижними противоперебойными диспетчерскими линиями.

Определение режима ГЭС в условиях крайнего ма­ ловодья, т. е. в годы, выходящие за расчетную обеспе­ ченность, представляет особую задачу, связанную с уче­ том наносимого при этом народному хозяйству ущерба. Решение этой задачи в методическом отношении из-за трудностей определения ущербов еще недостаточно от­ работано.

В годы с избыточной приточностью возникает задача наиболее эффективного ее использования, например

107

чертеже, то получим полный диспетчерский график регу­ лирования водохранилища (рис. 2-18). При этом взаи­ морасположение кривых будет, очевидно, определяться относительным объемом водохранилища годичного 'регу­ лирования. Если этот объем невелик, то диспетчерские линии в своей нижней части будут иметь разрыв во вре­ мени между концом сработки, определяемым прогивоперебойной линией, и началом наполнения водохрани­ лища, определяемым верхней кривой наполнения. Это значит, что во время разрыва указанных диспетчерских кривых ГЭС может работать только на бытовом стоке при неизменной отметке верхнего бьефа, соответствую­ щей отметке сработки водохранилища. Используемый в этих условиях бытовой сток носит название транзит­ ного, т. е. иезадерживающегося в водохранилище.

Таким образом, для одиночного водохранилища всю площадь диспетчерского графика годичного регулиро­

ГЭС во время опорожнения водохранилища. Она огра­

(избыточной приточности) в период сработки водохра­ нилища. Она ограничивается сверху противосбросовой

ГЭС работает при полной пропускной способности тур­ бин в период паводка, но без холостых сбросов воды, ограничена противоперебойной линией 3' и противосбро­ совой линией 5'. З о н а V, в которой ГЭС работает при полной пропускной способности турбин и при наличии

ребоев), лежащая ниже нижних диспетчерских линий. Само собой разумеется, что деление диспетчерского графика на указанные зоны является достаточно условным, как условны и сами кривые, изображенные на рис. 2-18. Нередко диспетчерские графики в зависимости от характера и назначения гидроузла делятся на другие зоны, определяющие, например, зоны обеспеченной ра-

109