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

где іѴг.о — среднесуточная мощность ГЭС.

Зададим определенную величину гп .б. Зная Л/"г, т. е. максимальное значение мощности за" сутки, а также Di и необходимые параметры нижнего бьефа и, и для низ­ конапорной ГЭС или ki, k2 для высоконапорной ГЭС, можно определить Q"a K C , ( Q ' I r ) " и а'\г. Далее исполь­ зуя структурную формулу (3-89) и характеристики для г)і, ei и Ei можно определить величину т)г.с- Зная тіг .с , определим

о

по формуле (3-128).

По значению / можно найти величину среднесуточ­ ного расхода, если пренебречь неустановившимся ре­ жимом.

Действительно, по (3-110) имеем:

Нт = Нто — uQ2 — vQT,

т. е.

В соответствии с рис. 3-9 получаем из (3-129):

тт

спост

[ QTHT0dt - J Q™KC [и (Q™KJ + uQs;aKC] it

160

т

неР

- j QT(uQl + vQr)dt

о

Взяв интеграл в (3-131) и преобразовав его, получим выражение для Qr .c :

Оімакс,з

или окончательно

Q r . c= —

(3-132)

Следует отметить, что изложенные в § 2-3 способы определения уровня верхнего бьефа табличным методом и по методу Мастицкого получаются путем упрощающих допущений из формул (3-125) и (3-128).

Действительно, примем следующие допущения:

1. Во время сработки или наполнения водохранилища

Применим к (3-134) теорему о среднем, тогда

~к -і- с"

гз.біУ^)— р ;

16?

то из формулы (3-13S) получается формула, которой пользуются в табличном методе расчета и его графиче­ ском аналоге— методе Мастицкого, т. е.

а следовательно, на величине к. п. д. турбины, а также из-за того, что в этом случае нельзя принять, что

( < ? г . с ) .

На высоконапорных ГЭС с большими потерями в под­ водящих сооружениях ошибка также будет велика за счет сильного изменения г)г при разных значениях Qi> а также за счет того, что

.н

— Z,

;в.б

Конечно, относительная ошибка в определении глу­ бины сработки по (3-136) будет больше на низконапор­ ных ГЭС, чем на высоконапорных, так как относитель­ ная величина глубины сработки на таких ГЭС больше.

Как показали расчеты, разница между глубиной сработки, полученной по формулам (3-125) и (3-136), в случае высоконапорной ГЭС может доходить до 10—15%

163

ГЛЛбА ЧЕТВЁРТАЯ

О Б Щ И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И Г Э С И Т Э С

4-1. О с н о в н ы е р е ж и м н ы е особенности современных электростанций

Графики нагрузки современных энергетических си­ стем (особенно суточные и недельные) характеризуют­ ся резко выраженной неравномерностью. Переменная часть их зимой нередко составляет 40—50% максималь­ ной нагрузки Для покрытия графика нагрузки элек­ тростанции системы должны обладать определенными

.режимными качествами. К числу их следует отнести прежде всего способность агрегатов работать в резкопеременном режиме без существенного снижения техни­ ко-экономических показателей. Кроме того, необходимо, чтобы при этом генерирующие агрегаты могли доста­ точно быстро набирать и сбрасывать нагрузку, причем без ущерба для своей «живучести», т. е. такой режим не должен приводить к преждевременному выходу из строя оборудования.

Рассмотрим, какое участие в покрытии графика на­ грузки может принять гидроэлектростанция, обладаю­ щая теми или иными возможностями регулирования в различных условиях водности. Естественно, нельзя ре­ шить этот вопрос, не зная маневренных качеств как данной электростанции, так и других электростанций, входящих в энергосистему. Поэтому рассмотрим сначала наиболее существенные особенности электростанций основных типов.

Гидроэлектростанции. Важнейшей особенностью ГЭС является изменчивость режима их работы, обусловли­ ваемая изменчивостью энергетического ресурса — речно­ го стока. Чтобы уменьшить зависимость выработки электроэнергии ГЭС от режима речного стока и при­ способить ее к потребности энергосистемы, производится, как было указано в гл. 2, регулирование стока водохра­ нилища. При этом чем больше относительная емкость водохранилища, тем большую возможность оно имеет для разностороннего (сочетание краткосрочного и дли­ тельного) регулирования стока, т. е. для повышения энергетического качества используемой воды.

1 Для объединенных энергосистем эти значения несколько выше.

164

Изменчивость естественного режима стока не являет­ ся единственной причиной переменной отдачи ГЭС. Су­ щественное значение имеет и напор, который при очень больших расходах (например, во время весеннего по­ ловодья) может за счет подъема нижнего бьефа умень­ шиться настолько, что ГЭС, несмотря на большой рас­ ход, пропускаемый ее турбинами, не будет в состоянии развивать требуемую системой мощность. Такой эффект наиболее часто наблюдается на низконапорных ГЭС. В пределе при пропуске очень больших паводков такие ГЭС некоторое время вовсе могут не работать, так как напор в этот период у них может упасть ниже минималь­ но допустимого по условиям работы гидротурбин.

Существенное влияние на изменчивость напора оказы­ вает и режим верхнего бьефа. Напор равнинных ГЭС после предпаводочной сработки водохранилища обычно

остающейся в нем воды будет снижаться. В отличие от этого потребление топлива, забираемого со склада теп­ ловыми электростанциями, не изменяет калорийности остающегося топлива. В этом состоит еще одна особен­ ность энергоресурса ГЭС.

Немаловажное значение при определении режима ра­ боты ГЭС в энергосистеме'имеет почти полное отсутст­ вие зависимости эксплуатационных издержек от самого режима работы и от количеста вырабатываемой ею за рассматриваемый период электроэнергии. Кроме того, существенным обстоятельством является и то, что экс­ плуатационные издержки на каждый выработанный ки­ ловатт-час у ГЭС в средних условиях водности в не­ сколько раз меньше, чем у ТЭС.

Гидроэлектростанция имеет высокие маневренные ка­ чества. Гидравлические турбины ГЭС очень легко вос­ принимают толчки нагрузки практически любой интен­ сивности. Время, необходимое для пуска агрегата из неподвижного состояния до набора нормального числа оборотов и включения в сеть на холостой ход, обычно не превосходит 40—50 сек. Такое же время требуется и для набора полной нагрузки. Все это позволяет легко использовать агрегаты ГЭС как для покрытия перемен­ ной части графика нагрузки, так и в качестве нагрузоч­ ного и аварийного резервов станции и системы.

165

Как показывает опыт эксплуатации, аварийность агрегатов ГЭС значительно ниже аварийности агрегатов любых других электростанций. Отсюда межремонтный период ГЭС всегда больше, чем ТЭС, и вследствие более простого оборудования меньше ремонтный простой. Все это имеет немаловажное значение для эксплуатации. Кроме того, агрегаты ГЭС в общем случае могут быть использованы в качестве синхронных компенсаторов для выработки реактивной электроэнергии.

Маневренные качества агрегатов ГЭС в свете всего сказанного выше являются весьма ценными. Однако использование их в полной мере с наибольшим энерго­ экономическим эффектом нередко ограничивается необ­ ходимостью соблюдать требования, диктуемые неэнерге­ тическими участниками комплекса, а также требо­ ваниями обеспечения условия бескавитационной работы агрегатов ГЭС.

Тепловые электростанции. Так как энергетические возможности ГЭС в первую очередь определяются гид­ рологическими условиями, то и режим работающих совместно с ними ТЭС тоже в определенной мере ста­ новится зависимым от этих условий. Задача будет за­ ключаться в том, как,эти условия наилучшим образом использовать для системы и народного хозяйства. В со­ временных мощных энергосистемах гидроэлектростанции без участия тепловых электростанций обычно не в со­ стоянии полностью снимать пиковую часть графика на­ грузки, хотя бы потому, что они не располагают для этого необходимой мощностью (тем более при наличии связанной). Следовательно, в покрытии переменной ча­ сти графика нагрузки должны участвовать, кроме ГЭС, и ТЭС. Какие ТЭС и в какой мере, очевидно, будет за­ висеть от их характеристик и параметров.

(КЭС). Они потребляют практически все виды энергети­ ческого топлива, уголь, нефть, мазут, газ, сланец, торф. Конденсационные электростанции долгое время у нас развивались по пути строительства станций с попереч­ ными связями (неблочных) сначала без промежуточного перегрева, а в 50-е годы — с ним. В это время появились и блочные схемы установки оборудования. В последние годы широкое распространение получили станции, рабо­ тающие на паре закритических параметров (240 кгс/смг

166

и 560/565 °C), позволяющие значительно повысить эко­ номические показатели КЭС. Вместе с тем чем выше параметры, тем ближе к предельно допустимым по свой­ ствам металла подходят температуры наиболее нагретых элементов блока, например, выходной части паропере­ гревателя, следовательно, тем точнее должно быть регу­ лирование во всех элементах блока.

В настоящее время КЭС практически строятся только в блочном исполнении и главным образом на закритические параметры пара. Наибольшее распространение получают блоки мощностью 300 Мет; введены в действие головные энергоблоки мощностью 500 и 800 Мет с двухвалыюй турбиной. Разрабатывается блок мощностью 1 200 Мет.

Блочные КЭС на органическом топливе, видимо, еще долгое время будут занимать в энергобалансе страны

более глубокой разгрузке требуется включение мазутных или газовых горелок (подсветка).

В настоящее время, видимо, нет возможности доста­ точно ответственно назвать пределы, характеризующие минимальные нагрузки топок котлоагрегатов. Очевидно,

167

Немаловажное значение для характеристики возмож­ ностей котлоагрегата имеет и то обстоятельство, что при чрезмерном снижении давления может произойти заброс воды в турбину — явление, совершенно недопустимое. К тяжелым авариям блока могут привести также тепло­ вые деформации отдельных его частей, возникающие в результате изменения температурного режима. Это об­ стоятельство в значительной мере сужает эксплуатаци­ онные маневренные качества энергоблоков, в особенно­ сти при работе их на закритических параметрах.

После кратковременного останова блока отдельные элементы его имеют различную температуру в резуль­ тате неодинаковых скоростей остывания. Так, в турбине возникает разность температур по толщине корпуса, ши­ рине фланцев, между вращающимися и неподвижными частями и т. п. Надежный и быстрый пуск блока может быть осуществлен лишь в том" случае, когда разность этих температур находится в определенных пределах.

Температурное состояние элементов блока опреде­ ляется длительностью нахождения его в резерве. По­ этому время пуска блока не может быть одинаковым и независимым от длительности нахождения его в нерабо­ чем состоянии. Некоторое представление о продолжи­ тельности пуска, расходе топлива при этом примени­ тельно к блоку типа К-300-240 дает табл. 4-2.

Данные этой таблицы ориентировочны. Если к ука­ занному времени пуска добавить время, необходимое для нормального останова агрегата, то нетрудно видеть, что в сумме оно может превышать длительность ночного провала нагрузки.

Конденсационные электростанции с поперечными свя­ зями по пару (неблочные) позволяют производить глу­ бокую разгрузку за счет останова части котлоагрегатов

168

к соответствующего снижения нагрузки турбин. Менее выражены у них и отмеченные выше режимные ограни­ чения, свойственные энергоблокам. Все это позволяет неблочные КЭС более гибко использовать для покрытия

Ко всему тому, что сказано о КЭС, следует добавить то немаловажное обстоятельство, что новое оборудова­ ние, вводимое в эксплуатацию, имеет пониженную об­ щую маневренность. Так, опыт эксплуатации показывает, что в течение первых 2—3 лет новое оборудование КЭС не может быть использовано для регулирования нагруз­ ки совершенно или не более чем на 10%, т. е. техниче­ ский минимум этого оборудования лежит в пределах 90%. Кроме того, топливные издержки КЭС весьма зна­ чительно зависят от режима работы.

На теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) используются тур­ бины с противодавлением, а также с отбором пара и конденсацией. Все эти турбины имеют весьма ограничен­ ные возможности регулирования. Турбины с противо­ давлением несут электрическую нагрузку, равную но­ минальной мощности, и, таким образом, в ее регулиро­ вании не участвуют. Современные мощные агрегаты с отбором пара и конденсацией при полных расчетных отборах имеют электрическую нагрузку не ниже 80% номинальной без ограничения по длительности, что и является их техническим минимумом. Так как вблизи ТЭЦ, как правило, располагается несколько тепловых потребителей с непрерывной работой, то и ее теплофи­ кационные агрегаты должны работать круглосуточно и, разумеется, в базисной части графика нагрузки. При этом они должны развивать возможный максимум элек­ трической мощности в часы пика нагрузки и допусти­ мый по тепловым нагрузкам минимум в период ее про­ вала.

Атомные электростанции. Режим работы АЭС еще более, чем на ТЭС, сказывается на себестоимости выра­ батываемой ими электроэнергии. С уменьшением значе­ ний коэффициента использования установленной (номи­ нальной) мощности Куст выработка электроэнергии так­ же уменьшается и, следовательно, себестоимость будет выше. У АЭС это связано не с топливной составляющей,

169