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

В тех случаях, когда весной производятся холостые сбросы излишков воды, потери воды на льдообразова­ ние являются безвозвратными и определяются по фор­ муле

вратные достаточно условно. В самом деле вода, поте­ рянная на льдообразование зимой, т. е. в наиболее на­

вода уже не будет иметь той ценности, которую она име­ ла бы зимой. С этой точки зрения потери воды на льдо­ образование при 'годичном регулировании являются всегда безвозвратными. Такая же картина будет наблю­ даться в последний год маловодного периода при 'Много­ летнем регулировании. Лед, который не оседает на бере­ гах, не создает потери, так как взамен его может быть использован эквивалентный объем воды, вытесняемой этим льдом из мертвого объема водохранилища.

Потери на шлюзование. Подсчет их осуществляется весьма просто. Определяется объем воды, необходимый на осуществление одного шлюзования. Зная среднее ко­ личество шлюзований в сутки, определяют потери на шлюзование за навигационный период.

Рассмотрим теперь характеристику нижнего бьефа. Уровень воды в нижнем бьефе ГЭС определяется тем расходом, который пропускается через турбины или ка­ кие-либо другие сооружения (шлюзы, водосбросы) .гид­ роэлектростанции.

При установившемся-равномерном движении уровни воды в -нижнем бьефе однозначно связаны с протекаю­ щим расходом. Эта связь обычно определяется с по­

сечіения, увеличивает смоченный периметр и шерохова­ тость русла. Поэтому при одних и тех же отметках уров­ ня зимой будет проходить расход меньше, чем летом, и зимняя кривая связи соответственно будет выше, чем летняя (рис. 1-13).

40

Связь между зимним и летним расходом обычно определяется с помощью так называемого зимнего ко­ эффициента

Величина зимнего коэффициента оказывается разной не только для разных зим, но и для отдельных ее перио­

расходом нарушается и определение того или другого требует достаточно сложных расчетов, которые сейчас проводятся почти исключительно с помощью ЭВМ.

41

і-6. Задачи и виды водноэнергетического

регулирования

Естественный сток рек в подавляющем большинстве случаев отличается крайне неравномерным (распределе­ нием как в годовом, так и в многолетием разрезе. Так, на равнинных реках в периоды весеннего половодья про­ ходит обычно до 60—70% годового стока. Значительно

.изменяется сток также и по годам.

Такое распределение стока находится в резком про­ тиворечии с режимом потребления его большинством отраслей народного хозяйства. Так, для нужд энергетики в многолетнем разрезе предпочтителен равномерный сток. В годовом разрезе гидростанции предъявляют по­ вышенный спрос на .воду в осенне-зимние месяцы, т. е. тогда, когда расходы воды в реке наименьшие. В суточ­ ном разрезе график нагрузки >ГЭС отличается значитель­ ной неравномерностью, тогда как приточность равнинных рек в течение суток обычно почта неизменна.

Такие же противоречия отмечаются и в других отрас­ лях народного хозяйства. Все это приводит к необходи­ мости перераспределения естественного (бытового) сто­ ка во времени с тем, чтобы наиболее полно удовлетво­ рить запросы потребителей. Это осуществляется с помо­ щью регулирования стока водохранилищами, в которых задерживается избыточный естественный приток в то время, 'Когда он превышает спрос потребителей, и расхо­ дуется, когда этот спрос больше притока.

Таким образом, регулированием будем называть вся­ кое перераспределение естественного стока во времени, осуществляемое водохранилищем.

Степень зарегулированное™ стока определяется отно­ сительной емкостью водохранилища или, ,как ее часто называют, коэффициентом емкости водохранилища ß. Этот коэффициент определяется отношением полезного

В современных условиях речной сток используется одновременно несколькими отраслями народного хозяй­ ства (комплексное использование стока). В связи с этим всякое гидротехническое сооружение, так или иначе свя­ занное с регулированием речного стока, имеет комплекс-

42

мое назначение. Не являются исключением и гидроэлек­ тростанции. І4х водохранилища, кроме регулирования стока для энергетических целей, обычно используются и для водохозяйственных целей — ирригации, судоходства, водоснабжения и т. п. Имеется ряд объектов, в основном преследующих водохозяйственные цели, а энергетические задачи решаются попутно.

Различают регулирование водноэнергетическое и во­ дохозяйственное. Водноэнергетическое, или, правильно говоря, энергетическое, регулирование осуществляет пе­ рераспределение стока для энергетических целей. Оно позволяет в конечном счете получить требуемый режим мощности ГЭС, а отсюда и режим выработки электро­ энергии. Мощность ГЭС является функцией не только расхода, но и напора, поэтому процесс энергетического регулирования стока связан с учетом изменения как того, так и другого. При водохозяйственном регулирова­ нии напор не является регулируемым параметром и ре­ гулируется лишь расход. В этом состоит основное отли­ чие энергетического регулирования от водохозяйствен­ ного.

Мощностной режим ГЭС и количество вырабатывае­ мой ею энергии диктуются не только спросом потреби­ телей, но и тем, насколько экономично этот спрос удов­ летворяется. В энергетической системе всегда стремятся к тому, чтобы спрос на энергию удовлетворялся с наи­ меньшими ^эксплуатационными затратами денежных и материальных средств, т. е. наиболее экономично. Элек­ тростанции, входящие в энергосистему, имеют различное генерирующее оборудование. Поэтому затраты эиергоресурса (воды, топлива) на выработку одного и того же количества электроэнергии у них будут различны, и,сле­ довательно, энергосистема всегда будет стремиться так распределить заданную суммарную нагрузку между ни­ ми, чтобы экономически это было наиболее целесооб­ разно.

Гидростанции по своим эксплуатационным качествам более приспособлены для работы в переменном режиме, чем обычные тепловые станции (см. § 4-1). Кроме того, вырабатываемая ими электроэнергия наиболее дешевая в системе. Поэтому задачей всякого распределения на­ грузки в системе является определение такого, режима работы ГЭС, который обеспечил бы наиболее экономич­ ный режим ТЭС, а следовательно, и системы в целом.

43

Но энергетические возможности ГЭС определяются тем количеством воды :и тем напором, 'Которыми она ,в дан­ ный момент располагает. Регулирование стока должно способствовать тому, чтобы эти возможности всегда со­ ответствовали требованиям энергосистемы.

Следовательно, энергетическое регулирование стока определяется оптимизацией режима энергосистемы, или, иначе, расчеты по определению оптимальных режимов энергосистемы неотделимы от расчетов по энергетиче­ скому регулированию стока водохранилищами ГЭС.

При комплексном использовании водотока, когда по­ следний используется как для энергетических, так и для неэнергетичеоких целей, осуществляется комплексное ре­ гулирование, т. е. напора и расхода для ГЭС и только расхода для других водопользователей и водопотребителей. Понятно, что и расчеты по мере перехода от водо­ хозяйственного к комплексному регулированию сущест­ венно усложняются.

Таким образом, сущность процесса энергетического регулирования заключается в том, что в некоторые пе­ риоды времени рассматриваемая ГЭС работает с рас­ ходом воды, превышающим приток, а в другие периоды времени расходует воды меньше притока. В первом слу­ чае происходит сработка водохранилища, во втором— наполнение.

Промежуток времени, от начала какого-либо одного периода сработки водохранилища до начала.следующе­ го — после очередного его заполнения — называется цик­ лом регулирования. Длительность цикла энергетического регулирования определяет его разновидности, в соответ­ ствии с чем различают краткосрочное регулирование и длительное. К первому виду обычно относят суточное и недельное регулирование, а ко второму — сезонное, го­ дичное и многолетнее. Энергоэкономическая эффектив­ ность каждого из них, разумеется, различна.

При изложении основ регулирования стока (методы расчета его приведены в гл. 2) в основном будет рассма­ триваться энергетическое регулирование. Вместе с тем, рассматривая отдельные виды регулирования, будем по мере надобности иллюстрировать их регулированием расхода.

Суточное регулирование. Как уже было сказано, есте­

44

за сутки уровень воды в нижнем бьефе при неустановив­ шемся режиме в нижнем бьефе всегда будет выше, чем при постоянном расходе, определяемом Qb (рис. 1-15,г). Кроме того, среднесуточный уровень верхнего бьефа zB.r> (рис. 1-15,в) будет всегда ниже того, при котором ГЭС работала бы, не имея регулирования, т. е. на естествен­

фа при естественном расходе.

Получающиеся потери суточного регулирования, как нетрудно видеть, зависят от величины используемого на­ пора и обычно составляют для низконапорных ГЭС ве­ личину в 3—5% суточной выработки ГЭС при ее работе на естественном расходе.

Ясно, что по мере увеличения суточного притока ре­ жим работы ГЭС будет все более выравниваться, и на­ конец может быть достигнуто такое положение, когда ГЭС все '24 ч будет работать с полной установленной мощностью. Дальнейшее увеличение притока приведет к необходимости сброса излишков воды помимо турбин, уровень нижнего бьефа при этом повысится, напор уменьшиться, а вместе с ним уменьшится и мощность ГЭС.

Объем водохранилища, необходимый для суточного регулирования, очень небольшой и обычно составляет величину около 0,5 объема суточного стока маловодного года расчетной обеспеченности.

Абсолютную величину объема водохранилища, необ­ ходимого для осуществления суточного регулирования, в каждом конкретном случае можно определить на осно­ ве сопоставления между собой графика бытовой приточиости и зарегулированных расходов (рис. 1-15,6).

Все сказанное выше относилось к равнинным рекам. Нетрудно видеть, что суть дела не изменится и для слу­ чая горных рек, суточный режим расхода которых не со­ впадает с потребностью энергетики.

До сих пор мы рассматривали случай, когда возмож-

46

ды запасается в бассейне суточного регулирования (БСР), расположенном обычно вблизи здания ГЭС, а при саморегулирующейся деривации сосредоточивается в самой деривации и в некоторых случаях в верхнем бьефе головного узла.

Недельное регулирование. В нерабочие дни недели на­ грузка потребителей электроэнергии резко падает (осо­ бенно в воскресенье). В это время гидростанция может

ниями нагрузки потребителей. Если водохранилище используется также для суточного регулирования, то бу­

гулирования, естественно, при этом не будет, так как уровень водохранилища к концу каждого рабочего дня будет ниже, чем в начале его. Продолжительность пол-

ного цикла колебаний уровня верхнего бьефа в этом слу­ чае (.рис. 1-16,0) будет равна одной неделе.

Вместе с тем годовая выработка ГЭС недельного регу­

лирования будет несколько выше (за счет некоторого уменьшения холостых сбросов) по сравнению с ГѲС су­

точного регулирования, так как водохранилище недель­ ного .регулирования больше по объему, чем суточного ре­ гулирования. Обычно считается, что при двух выходных

днях этот объем не превышает приточности за одни ма­ ловодные сутки расчетной обеспеченности.

На осуществление недельного энергетического регу­

лирования, а следовательно, и на соответствующий ре­

по условиям бескавитационного .режима работы турбин. Все они, равно как и возможные другие ограничения,

могут привести к снижению энергоэкономической эффек­ тивности ГЭС.

Таким образом, общим для краткосрочного регулиро­

вания является перераспределение сравнительно равно­ мерного суточного и недельного стока в неравномерный.

Годичное регулирование. Как уже было отмечено,

естественный гидрологический режим реки в течение года обычно отличается крайней неравномерностью стока. Эта неравномерность находится в противоречии с запросами

энзргетики, требующей повышенных и более или менее постоянных значений мощности и выработки в особенно маловодные меженные месяцы и, наоборот, пониженных значений их в более Многоводные месяцы. Это противо­

речие разрешается с помощью годичного регулирования, благодаря которому перераспределяется неравномерный в течение года сток в соответствии с требованиями энер­ гетики.

Такое регулирование путем задержания (частично

или полностью) в водохранилище па'водочных вод и использования их в течение маловодного периода позво­ ляет увеличить гарантированную мощность ГЭС и коли­ чество вырабатываемой ею энергии по сравнению с ГЭС