2.2 Участие гэс в энергетическом балансе системы
Гэс без регулирования в энергетическом балансе системы
Для суточного регулирования необходимо очень небольшое водохранилище. Однако в некоторых случаях даже такое небольшое водохранилище не может быть создано. Без суточного регулирования могут работать небольшие ГЭС, расположенные на перепадах ирригационных каналов. Наконец, ограничения суточного регулирования или совершенная невозможность его может появиться по условиям работы других потребителей воды. Отказ от суточного регулирования на ГЭС вызывается, таким образом, причинами, не зависящими от самой ГЭС, т. е. не энергетическими условиями.
В течение одних суток величина естественного расхода воды в реке изменяется очень мало или совсем не изменяется. Исключения могут наблюдаться главным образом во время подъема паводков на не очень больших реках, когда нарастание расхода воды происходит очень быстро. Так как мощность нерегулируемой ГЭС в каждый момент
определяется величиной естественного расхода воды в реке, то, следовательно, мы можем считать, что мощность нерегулируемой ГЭС остается практически неизменной в течение суток.
По этой причине разделение общей нагрузки энергосистемы между ГЭС и ТЭС не представляет никаких затруднений. Вполне понятно, что всегда выгодно располагать такую ГЭС в нижней базовой части графика нагрузки энергосистемы, как это показано на рис. 11-1.(слайд 2) Если бы ГЭС была помещена не в базовой, а в пиковой части суточного графика нагрузки, то значительную часть воды, т. е. энергии, пришлось бы сбрасывать бесполезно. Количество такой бесполезно потерянной энергии в этом случае определяется величиной площади, заштрихованной на рис. 11-2. При таком распределении нагрузки между электростанциями, хотя ТЭС работает с лучшим к. п. д. и с меньшим удельным расходом топлива, но полное количество расходуемого ею топлива все же увеличивается. Когда нерегулируемая ГЭС работает в базовой части суточного графика нагрузки энергосистемы, не изменяя своей мощности в течение суток, то количество энергии, вырабатываемое ею за сутки, определяется из выражения
В тех случаях, о которых мы до сих пор говорили, среднесуточная мощность ГЭС равняется ее наибольшей суточной мощности. Но в отдельных случаях такого равенства может и не быть, Такие случаи встречаются, если нерегулируемая ГЭС имеет большую мощность по сравнению с мощностью ТЭС и притом располагаемая мощность ГЭС в некоторых сутках больше минимальной нагрузки энергосистемы за эти сутки. Такой пример изображен на рис. 11-3. (слайд 3) В этом случае некоторая часть энергии
реки теряется, так как отсутствие водохранилища делает невозможным ее использование. Количество потерянной в этом случае энергии в каждые сутки определяется величиной заштрихованной на рис. 11-3 площади.
Вследствие отсутствия регулирования располагаемая и рабочая мощность ГЭС в течение суток постоянна. Но в различные сутки в течение года и в течение нескольких лет мощность ГЭС изменяется вследствие той же самой причины — отсутствия регулирующего водохранилища в соответствии с изменениями величины естественного расхода воды в реке. Располагая нерегулируемую ГЭС в нижней части годового баланса энергии энергосистемы, так же как и в суточных балансах, мы получим график, подобный изображенному на рис. 11-4. (слайд 3) Во время паводков ГЭС работает все 24 ч в сутки своей полной установленной мощностью, в остальную же часть года располагаемая и рабочая мощность ГЭС уменьшается. Такой режим работы ГЭС возможен, если ее располагаемая мощность в любые сутки меньше наименьшей нагрузки энергосистемы за эти сутки, как показано на рис. 11-4. (слайд 2)
Для низконапорных ГЭС возможно уменьшение располагаемой и рабочей мощности во время прохождения по реке паводков, если при этом значительно повышается уровень воды в нижнем бьефе ГЭС и соответственно уменьшается действующий на ГЭС напор. В этом случае годовой баланс энергии энергосистемы получает вид, подобный изображенному на рис. 11-5. (слайд 4) Мощность некоторых ГЭС, работающих с небольшим напором,
во время даже не очень многоводных паводков уменьшается до нуля, т. е. ГЭС совершенно прекращает работу. Такой случай на рис. 11-5 (слайд 4) показан пунктиром.
В маловодные периоды и сутки, энергия, вырабатываемая нерегулируемой ГЭС, очень невелика. Так как очень часто наибольшая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с наступлением маловодного периода, то, следовательно, невелика и мощность, с которой участвует такая ГЭС в покрытии наибольшего пика нагрузки энергосистемы, т. е. ее вытесняющая мощность (рис. 11-6). Сравнительно редким исключением могут являться ГЭС, хотя и не имеющие регулирующего водохранилища, но расположенные на реках, вытекающих из больших естественных озер. Эти реки имеют очень равномерный характер внутригодового распределения стока, объясняющийся регулирующим влиянием естественного озера.
Если бы при проектировании нерегулируемой ГЭС ее установленная мощность выбиралась равной ее вытесняющей мощности, то это привело бы к тому, что в течение многоводных паводочных периодов суточная энергия такой нерегулируемой ГЭС была бы также мала, как и в течение маловодных периодов. Вследствие этого использование стока реки оказалось бы очень неполным, стоимость же энергии, вырабатываемой такой ГЭС, оказалась бы очень большой, что было бы невыгодно. При этом расход топлива на ТЭС энергосистемы должен был бы быть соответственно увеличен. Поэтому очень часто установленная мощность нерегулируемых ГЭС превышает их вытесняющую мощность. Иногда это превышение оказывается значительным по величине
Установка на ГЭС дополнительной дублирующей мощности не вызывает больших капитальных затрат, так как основные гидротехнические сооружения ГЭС — плотины и водосбросные устройства — при этом не изменяются. В то же время установка на нерегулируемой ГЭС дублирующей мощности может дать значительное увеличение количества вырабатываемой ею энергии. Вследствие этого достигается большая экономия топлива на ТЭС энергетической системы за счет работы ГЭС в течение паводочных периодов и уменьшается стоимость энергии, вырабатываемой самой ГЭС. Энергия, вырабатываемая дублирующей мощностью, установленной на ГЭС сверх вытесняющей, определяется величиной площади, заштрихованной на рис. 11-6. (слайд 4) Как видно из этого графика, каждый дополнительно устанавливаемый на ГЭС киловатт дублирующей мощности вырабатывает все меньшее и меньшее количество энергии. Этим определяется экономически выгодная величина дублирующей мощности ГЭС.
Говоря о полном балансе мощности энергетической системы, нам остается лишь рассмотреть вопрос о возможности использования мощности нерегулируемой ГЭС в качестве резервов всей системы или только в качестве станционного резерва.
Совершенно ясно, что мощность нерегулируемой ГЭС не может служить нагрузочным резервом, необходимым энергетической системе для поддержания постоянной частоты, так как нерегулируемая ГЭС всегда работает всей своей располагаемой мощностью вследствие отсутствия у нее регулирующего водохранилища. Если на нерегулируемую ГЭС возложить обязанность регулирования частоты в энергетической системе, то для этого она должна была бы иметь свободную располагаемую мощность, что было бы возможно только в том случае, если в промежутках между случайными кратковременными толчками нагрузки энергетической системы часть естественного расхода воды пропускалась бы не через турбины ГЭС, а сбрасывалась бы бесполезно. Так как такой режим работы нерегулируемой ГЭС приводил бы к излишнему расходованию топлива на ТЭС энергосистемы, то он практически никогда не применяется.
Аварийная резервная мощность энергетической системы, находящаяся на одной из электростанций, должна быть обеспечена энергией для того, чтобы в любое время она могла заменить собой 'выбывающие вследствие аварии агрегаты на каких-либо других электростанциях энергетической системы. Не имеющая никакого водохранилища ГЭС всегда работает всей своей располагаемой мощностью и не может иметь никакого запаса энергии, сохраняемого на случай аварии в энергетической системе. Следовательно, мощность нерегулируемой ГЭС не может быть использована в качестве системного аварийного резерва. Даже в тех случаях, когда на нерегулируемой ГЭС имеется дублирующая мощность, необходимость в установке специального аварийного резерва на ТЭС не отпадает, так как дублирующая мощность, может работать только в многоводные периоды, т. е. во время паводков. В этом время на ТЭС освобождается часть мощности, равная дублирующей мощности ГЭС, но в маловодные периоды дублирующая мощность ГЭС не обеспечена водой и для замены находящихся в аварийном состоянии агрегатов других электростанций не может быть поэтому использована.
Связанная вследствие недостатка воды (а не вследствие слишком малого напора) мощность ГЭС, если она не находится в плановом ремонте, может быть использована в качестве станционного аварийного резерва, т. е. для замены агрегатов, выбывших вследствие аварии на самой ГЭС. Полная замена выбывшего агрегата возможна, если величина связанной мощности ГЭС равна или больше мощности агрегата, находящегося в аварийном состоянии. Если же связанная мощность ГЭС меньше этой величины, т. е. работают все агрегаты ГЭС, но они несколько недогружены, то в случае аварии дополнительная нагрузка оставшихся агрегатов до их полной мощности все же не дает возможности полностью заменить поврежденный агрегат. В таких случаях необходимо включать дополнительно аварийный резерв, находящийся на ТЭС энергетической системы.
При наличии на нерегулируемой ГЭС дублирующей мощности станционный аварийный резерв может достигать в течение маловодных периодов большой величины. В многоводные же периоды, когда дублирующая мощность ГЭС используется для постоянной работы, такая же мощность освобождается на ТЭС. Следовательно, мы можем считать, что установка на ГЭС дублирующей мощности, которая на нерегулируемых ГЭС имеется очень часто, обеспечивает эту ГЭС аварийным резервом.
Специальная ремонтная резервная мощность необходима для энергетической системы не всегда, но лишь в тех случаях, когда величина пика нагрузки на сутки очень мало изменяется в течение года, т. е. когда ремонтная площадь в годовом балансе мощности энергетической системы недостаточна по величине. Ремонтный резерв энергетической системы должен быть обеспечен энергией, так же как и аварийный резерв. Поэтому он не может быть установлен на нерегулирующей ГЭС. Но если на этой ГЭС имеется дублирующая мощность, то в течение маловодного периода она может служить для замены тех агрегатов ГЭС, которые находятся в плановом ремонте. В многоводные же периоды, когда дублирующая мощность ГЭС работает с полной нагрузкой, соответствующая ей мощность освобождается на ТЭС. За это время
проводится плановый ремонт на ТЭС. Таким образом, дублирующая мощность нерегулируемой ГЭС выполняет одновременно двойную обязанность. Во-первых, она увеличивает количество энергии, вырабатываемой ГЭС, и тем самым приводит к экономии топлива на ТЭС энергетической системы. Во-вторых, дублирующая мощность служит резервом аварийным и ремонтным для ГЭС и уменьшает величину аварийной, резервной и ремонтной мощности энергетической системы.
Пример полного баланса мощности энергетической системы показан на рис. 11-11.