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

сочетанием тех влияющих па них многочисленных фак­ торов, которые будут проявляться в данных конкретных условиях. Сейчас практически уже нет возможности ре­ шать эти вопросы при ручном счете, в связи с чем ис­ пользуются методы математического программирования и ЭВМ.

Как было отмечено в § 5-3, положение ГЭС в суточ­ ном графике нагрузки при заданной величине ее средне­ суточной мощности зависит от формы указанного графи­ ка и при использовании в качестве критерия оптималь­ ности максимума вытеснения мощности всегда может быть определено или с помощью ЭВМ или приближен-

Рис. 5-6. ГЭС суточного регулирования в годо­ вом балансе мощности энергосистемы.

но по ИКН. Решив такую задачу, последовательно за каждые сутки можно построить годовой баланс рабочей мощности энергосистемы (рис. Ъ-6,а). На этом рисунке периоды от 0 до / І и от і4 до конца года соответствуют самым маловодным периодам, соответственно ГЭС в это время должна, очевидно, работать в пиковой части гра­

расходы в реке будут несколько выше, чем в предыду­ щем случае, ГЭС будет занимать промежуточное поло­ жение в суточном, а следовательно, и годовом графиках

200

Нагрузки системы. Наконоц, в период паводка — от мо­ мента t2 до момента іг— ГЭС располагается в базисной части графика и работает без регулирования. Если при этом отсутствует связанная мощность по напору, то ра­ бочая мощность ГЭС будет, как это изображено на рис. 5-6,а, равна установленной.

Представленный на рис. 5-6,а баланс мощности стро­ ился в предположении отсутствия каких-либо ограниче­ ний суточного регулирования ГЭС. В течение всего года она участвовала в покрытии графика нагрузки всей сво­ ей, мощностью (включая и резервы).

В действительности такой режим работы ГЭС, если он даже будет возможен по условиям ограничений, не может иметь места, так как при этом отсутствует всякая возможность планово-предупредительного ремонта обо­ рудования ГЭС. В силу этого приходится на врекм, не­ обходимое для ремонта, вводить ограничения суточного регулирования или даже вовсе отказываться от него, что позволит освободить часть мощности ГЭС и вывести ее в ремонт. При этом ремонт агрегатов ГЭС не может, разумеется, производиться в то время, когда ГЭС по условиям гарантии вынуждена участвовать в покрытии пика графика нагрузки максимально возможной рабочей мощностью. Не может ремонт проходить и во время паводка, так как при этом появились бы неоправданные сбросы излишков воды.

Необходимость в ограничении суточного регулирова­ ния может быть в значительной мере (если не совсем) снята, если часть установленной мощности является дуб­ лирующей. В этом случае в маловодные периоды дубли­ рующая мощность из-за недостатка воды не может быть использована, а следовательно, появляется возможность часть агрегатов вывести в ремонт.

Высокие мобильные качества гидротурбин позволяют, как мы уже отмечали, очень хорошо использовать гидро­ электростанции, имеющие возможность вести суточное регулирование для выполнения функции нагрузочного резерва. Для этого, однако, в составе установленной мощности должен быть предусмотрен соответствующий резерв (рис. 5-6,6). Вместе с тем этот резерв должен ис­ пользоваться в качестве рабочей мощности в то время, когда ГЭС работает без регулирования, т. е. во время паводка (а иногда и в полупике). Поэтому нагрузочный резерв в это время должны нести соответствующие ТЭС.

201

Так как водохранилище (или бассейн) суточного ре­ гулирования относительно мало, то в нем нет возможно­ сти выделить отдельный объем для обеспечения аварий­ ного (за исключением резерва «подхвата» нагрузки) или ремонтного резерва. В этом отношении ГЭС суточного регулирования ничем не отличается от нерегулируемой ГЭС. Однако наличие дублирующей (сезонной) мощно­ сти, как было отмечено выше, может обеспечить необхо­ димый станционный аварийный или ремонтный резерв.

Чтобы закончить рассмотрение вопроса об участии ГЭС суточного регулирования в годовом балансе мощ­ ности энергосистемы, необходимо остановиться на том случае, когда в системе имеется несколько ГЭС. Если при этом рассматриваемые ГЭС работают прн различ­ ных напорах, то, очевидно, самое верхнее положение в общем случае должна занимать при прочих равных условиях та ГЭС, которая имеет наибольший напор. Ра­ зумеется, при этом следует принимать во внимание и характеристики оборудования ГЭС, которые могут вне­ сти существенную поправку в распределение работы ГЭС по зонам исходя из располагаемых напоров. Таким образом, этот вопрос решается на основе суточной опти­ мизации режимов по одному из критериев и известных способов.

Подчеркнем, что режим ГЭС с годами изменяется, так как меняются график нагрузки системы, ее состав, струк­ тура и приточность. Только заведомо пиковые ГЭС отно­ сительно большой мощности будут в межень распола­ гаться в самой пиковой части графиков нагрузки. Роль остальных ГЭС в годовом 'балансе рабочих мощностей энергосистемы в зависимости от конкретных условий (структуры генерирующих мощностей системы, характе­ ристики оборудования ГЭС, характера водности и т. п.) может весьма значительно измениться.

5-5. О б щ и е о с н о в ы р е ж и м о в р а б о т ы Г Э С

сгодичным регулированием в энергосистеме

Вслучае, если годичное регулирование стока у дан­ ной ГЭС отсутствует, распределение годовой выработки электроэнергии по интервалам времени будет соответст­ вовать распределению бытовой приточности. Водохра­ нилища годичного регулирования позволяют распреде­ лять выработку электроэнергии ГЭС в значительной ме-

202

ре в соответствии с требованиями системы. В случае же комплексного использования речного стока годичное ре­ гулирование осуществляется таким образом, чтобы по­ лучить наибольший эффект для всего народного хо­ зяйства. Возможность той или иной степени регулирова­ ния стока определяется при этом относительным объе­ мом водохранилища. Чем больше относительный объем водохранилища, тем шире возможность регулирования, т. е. больше маневренность ГЭС в покрытии графика натрузки системы.

\u\m\N\Y\4I

Месяцы

Рис. 5-7. Характерные периоды работы ГЭС при годовом (сезонном) регулирова­ нии.

Ниже будем рассматривать только энергетическое регулирование стока, учитывая при этом потребности в воде неэнергетических компонентов комплекса путем ограничений, накладываемых на режим ГЭС.

Весь годовой цикл работы ГЭС годичного регулиро­ вания можно разбить на четыре периода (рис. 5-7). В первый период сработки водохранилища ГЭС исполь­ зует весь транзитный сток и дополнительно некоторый объем водохранилища.

В течение второго периода — периода наполнения, часть бытовой приточности остается в водохранилище,

203

ГЭС может работать с установленной мощностью. На­ оборот, чем больше объем водохранилища, тем в общем случае больший расход ттриточности должна отдавать ГЭС на заполнение водохранилища н тем с меньшей мощностью она сможет работать.

Если после заполнения водохранилища бытовой рас­ ход будет больше максимальной пропускной способно­ сти турбин ГЭС Q"aKC, то излишки воды должны неиз­ бежно сбрасываться. В этом случае наступает третий период — период холостого сброса. Он продолжается до тех пор, пока бытовой расход не станет равным макси­ мальной пропускной способности турбин. В течение все­ го периода сброса турбины ГЭС работают при полном открытии своих направляющих аппаратов. Если при этом из-за повышения уровня нижнего бьефа не произойдет уменьшение располагаемой мощности, то ГЭС будет ра­ ботать с полной установленной мощностью, включая все виды резерва в базисе графика нагрузки.

После того как период сброса закончится, наступит четвертый период. Он характеризуется тем, что в течение его ГЭС будет работать на транзитном стоке и, следо­ вательно, при неизменной отметке уровня водохранили­ ща, равной НПУ. В таком режиме водохранилище ГЭС будет работать до тех пор, пока транзитный расход бу­ дет обеспечивать требуемую из условий работы системы мощность. Затем начинается период сработки, который будет продолжаться до следующего паводка, и т. д. Все сказанное иллюстрирует рис. 5-7.

Представленная картина, конечно, является весьма общей и может изменяться в зависимости от конкретных гидрологических условий. Так, в маловодные годы во время паводка может отсутствовать период холостого сброса. В особо маловодные годы при работе ГЭС по га­ рантированному графику водохранилище может вовсе не заполняться. В многоводные годы увеличивается пе­

бытовой приточности и видом регулирования стока. Ра­ бота ГЭС с очень большой мощностью в начале этого периода может привести к тому, что водохранилище бы­ стро опорожнится и тем самым не сможет обеспечить необходимую мощность ГЭС в конце периода. Наоборот,

204

некоторая задержка сработки в начале периода позволя­ ет увеличить мощность в конце его.

Количество энергии, вырабатываемой ГЭС за период сработки, определяется величиной полезного объема во­ дохранилища, транзитным стоком, а также режимом сра­ ботки. Следовательно, это количество энергии не зависит от режима работы ГЭС до начала периода сработки и после его окончания. Такая же картина будет и на ТЭС, где количество израсходованного топлива за заданный период не зависит от режима работы ТЭС в предшест­ вующем и последующем периодах.

Однако режим регулирования за период сработки нельзя, как это было только что отмечено, считать совер­ шенно независимым от режима работы ГЭС в течение остальной части года. Это объясняется не только требо­ ванием системы в части соблюдения энергетического баланса в течение года, но и необходимостью достижения при этом наилучших экономических показателей работы системы за весь год или цикл регулирования. Таким образом, стремясь получить от ГЭС максимальную эко­ номическую эффективность, необходимо строить ее ре­ жим работы исходя из всего цикла регулирования. Чем больше относительный полезный объем водохранилища годичного регулирования, тем теснее связь режима ра­ боты ГЭС во время опорожнения водохранилища с ре­ жимом работы за оставшийся период и прежде всего период наполнения-

В тех случаях, когда относительный объем водохра­ нилища настолько велик, что холостые сбросы воды со­ вершенно отсутствуют, а период работы ГЭС на транзит­ ном стоке также отсутствует или незначителен, режим ее работы с точки зрения достижения наибольшего эко­ номического эффекта совершенно не может рассматри­ ваться раздельно по периодам.

ГЭС годичного регулирования, так же как и суточно­

и осуществляет суточное регулирование. Это особенно относится к тем системам, которые испытывают дефицит пиковой мощности. Во время наполнения место ГЭС в графике нагрузки определяется прежде всего относи­ тельным объемом водохранилища и может быть, как бы­ ло отмечено, как в верхней, так и в нижней части графи­ ка нагрузки системы.

205

В период холостых сбросов во избежание неоправ­ данной потери энергии гидроэлектростанция работает с наибольшей возможной мощностью и в связи с этим обычно располагается в базисной части графика нагруз­ ки системы. Следовательно, в'этот период режим рабо­ ты ГЭС определяется исключительно гидрологическими условиями и ие зависит от режима ее работы в после­ дующий период, т. е. ГЭС с водохранилищем годичного регулирования работает в этом случае так же, как ГЭС без регулирования. В некоторых случаях во время холо­ стых сбросов ГЭС может вести ограниченное суточное регулирование напором (см. § 1-6).

- Наконец, в период работы ГЭС на транзитном стоке ее режим не отличается от того, который бывает у ГЭС, обладающей водохранилищем суточного регулирования.

На указанные общие принципы размещения ГЭС в балансе энергосистемы в известной степени могут по­ влиять режимы бьефов. Так, при осуществлении суточ­ ного регулирования па низко- и средненапорных ГЭС нестационарный режим нижнего бьефа может сущест­ венным образом влиять на располагаемые напоры и мощность ГЭС, а следовательно, и на ее роль в покры­ тии пиков нагрузки. Определение суточных оптимальных режимов ГЭС годичного регулирования производится на основе специальных расчетов, и это обстоятельство учи­ тывается.

Снижение располагаемой мощности может произойти также и за счет сработки верхнего бьефа. В этом случае ГЭС будет вести лишь ограниченное суточное регулиро­ вание, и ее роль в снятии пиков изменится.

Таким образом, во время сработки водохранилища режим работы ГЭС определяется в первую очередь ги­ дрологическими условиями. Если при работе по гарант тированному (обеспеченному) режиму в условиях рас­

оптимизации, т. е. наивыгоднейшим участием ГЭС в по­ крытии графика нагрузки системы. При этом, разумеет­

206

будет определяться исключительно гидрологическими условиями. Если же относительный объем водохранили­ ща большой, то режим заполнения его может значитель­ но влиять на экономичность режима работы ГЭС, и тог­ да место работы ГЭС в годовом балансе мощностей си­ стемы будет определяться с учетом этого обстоятельства.

Подчеркнем еще раз условность высказанных утверж­ дений, ибо на практике могут возникнуть ситуации, ко­ торые здесь не рассматривались. Так, в частности, при комплексном использовании стока учет требования на

воду со стороны неэнергетнческнх компонентов комплек­ са, характер требований на электроэнергию н т. д. могут создать картину, существенно отличающуюся от рассмо­ тренных. Специфичным является случай, когда рассма­ триваемая ГЭС работает на две системы.

На рис. 5-8,а представлен типичный случай участия ГЭС годичного регулирования в балансе мощности энер­ госистемы, когда гидрологические условия близки к ус­ ловиям расчетной обеспеченности, а на рис. 5-8,6 — к условиям повышенной водности.

Гидроэлектростанция с водохранилищем годичного регулирования создает благоприятные условия для ис­ пользования ее мощности в качестве резервов системы. Так, любая ГЭС, мощность которой по отношению к мощ­ ности энергосистемы достаточно велика, может выпол­ нять функции нагрузочного резерва системы. Исключе-

207

нием является лишь период работы ГЭС во время павод­ ков.

Если полезный объем водохранилища годичного регу­ лирования и мощность ГЭС достаточно велики, то на ГЭС может быть установлена часть аварийного резерва системы. Для этого в водохранилище обычно предусма­ тривается специальный резервный объем. Во время па­ водков аварийная резервная мощность на ГЭС включа­ ется в рабочую, вследствие чего освобождается такая же мощность на ТЭС, на которую возлагаются функции аварийного резерва системы.

аварийный объем водохранилища может быть сработан

нецелесообразно, и поэтому ремонтный резерв, если уж он необходим, стремятся устанавливать на ТЭС. Однако решение необходимо каждый раз подтверждать соответ­ ствующими экономическими обоснованиями.

Дублирующая мощность, как было отмечено выше, может одновременно служить станционным аварийным и ремонтным резервом для самой ГЭС и несколько уменьшить общий резерв энергетической системы.

Таким образом, в вопросах размещения ремонтного резерва оборудования ТЭС и ГЭС и различных других видов резерва в годовом балансе мощности нет никаких новых вопросов по сравнению с теми, которые были рас­ смотрены в § 4-3 и отражены на рис. 4-2. Поэтому в ба­ лансах мощности, представленных выше, внимание со­ средоточено лишь на режимных вопросах, вопросы о раз­ мещении резервов и ремонтов исключены.

При назначении режимов работы ГЭС исходили из предположения, что в рассматриваемой энергосистеме имеется всего одна ГЭС годичного регулирования. Таких систем уже практически нет. Современные объединенные энергосистемы нередко насчитывают в своем составе бо­ лее десятка ГЭС, работающих, как правило, в сложных каскадах при комплексном использовании водотоков.

208

Наличие в энергосистеме нескольких ГЭС годичного (сезонного) регулирования, имеющих различные уста­ новленные мощности, напоры и ограничения режима, диктуемые неэнергетнческими компонентами комплекса, конечно, внесет определенную специфику в представлен­ ную выше картину использования стока. Вместе с тем ясно, что и в подобных случаях определение оптималь­ ного режима работы каждой ГЭС должно осуществлять­ ся и а основе суточной оптимизации режима энергосисте­ мы. При этом последняя должна, разумеется, учитывать результаты оптимизации годичного регулирования. Ины­ ми словами, на основе данных о внутригодовом опти­ мальном распределении стока производится суточная оп­ тимизация режима системы, которая и представляет оптимальные режимы гидростанций. Нетрудно предста­ вить, что подобного рода расчеты при современных к ним требованиях совершенно немыслимы без использования самых новейших средств вычислительной техники.

Многолетнее энергетическое регулирование становит­ ся необходимым в том случае, когда потребность систе­ мы в электроэнергии не удовлетворяется с необходимой степенью надежности за счет только внутригодового пе­ рераспределения стока. При многолетнем регулировании стока в маловодные годы используются запасы воды, на­ копленные в водохранилище за счет избытков стока мно­ говодных лет, и тем самым обеспечивается наиболее полное использование водных ресурсов. Благодаря этому ГЭС, работающая с многолетним регулированием, имеет возможность выравнивать выработку электроэнергии по отдельным годам независимо от их водности. Вместе с тем при многолетием регулировании речной сток, а сле­ довательно, и регулируемая энергия могут распределять­ ся в течение года в полном соответствии с потребностью энергосистемы, в том числе, конечно, и по гарантирован­ ному графику.

Очевидно, чем больше относительный объем водохра­ нилища, тем выше эффект такого регулирования, а сле­ довательно, меньше объем бесполезных сбросов воды. Обычно они или совсем отсутствуют или весьма незначи­ тельны. Ясно, что в этих условиях на ГЭС не будет ду-