Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

СУТОЧНЫЙ И НЕДЕЛЬНЫЙ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЭС

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При энергетическом использовании водотока режим работы ГЭС должен быть оптимальным для энергосистемы. Критерием оптимальности считается минимум приведенных затрат (см. § 6-2) по энергосистеме. При эксплуатации критерием оптимальности является минимум ежегодных издержек. Этот критерий сводится к минимуму стоимости расхода топлива в энергосистеме. При предварительном назначении режима работы ГЭС можно руководствоваться следующими условиями: 1) получение от ГЭС всей возможной выработки электроэнергии и 2) выдача в- энергосистему возможно большей мощности ГЭС при удовлетворении санитарных и природоохранных требований.

СУТОЧНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГЭС В ПЕРИОД ИЗБЫТКА ВОДЫ В РЕКЕ

Повышенный расход воды - в реке используется для наполнения водохранилища и получения возможно большей выработки энергии. При наполненном водохранилище и избытке воды в реке ГЭС должна работать круглосуточно полной установленной мощностью в базисе графика нагрузки. Для получения от ГЭС наибольшей выработки энергии для круглосуточной работы включаются и резервные агрегаты. В эти периоды увеличивается резерв мощности на ТЭС системы. При малой ночной нагрузке энергосистемы иногда ночыо снижают нагрузку ГЭС Для того, чтобы обеспечить технический минимум нагрузки КЭС. При этом приходится производить дополнительные вынужденные холостые сбросы, что влечет за собой снижение выработки энергии ГЭС.

УСЛОВИЯ СУТОЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В меженный период при круглосуточной работе на постоянном приточном расходе ГЭС может развивать сравнительно небольшую мощность. Суточное регулирование позволяет повысить участие ГЭС в покрытии максимума нагрузки системы, снизить потребность в мощности других электростанций и улучшить режим их работы. При работе с суточным регулированием ГЭС в часы пик нагрузки развивает повышенную мощность, а в часы минимальной нагрузки снижает свою мощность, иногда до нуля. Изменяют мощность ГЭС в течение суток обычно регулированием расхода воды направляющим аппаратом турбины.

Для суточного и недельного регулирования стока наиболее пригодно собственное водохранилище, если станция расположена непосредственно при плотине. В деривационной установке станция отделена от бьефа плотины деривацией. Если подвод воды к станции осуществляется напорным туннелем или трубопроводом, работающим полным сечением, то использовать для суточного регулирования даже удаленный бьеф плотины вполне возможно. При напорной деривации всякое увеличение расхода, потребляемого станцией, вызывает быстрое увеличение расхода, подаваемого из верхнего бьефа плотины. Длинный канал или безнапорный туннель затрудняют суточное регулирование бьефом плотины вследствие большого времени добёгания волны от плотины до напорного бассейна. В таких случаях строят вблизи напорного бассейна специальный бассейн суточного регулирования, который весьма выгоден при малых расходах и больших напорах, т. е. в высоконапорных установках. При суточном регулировании используется также объем воды, размещающийся между кривыми свободной поверхности воды в деривационном канале при максимальном и минимальном расходах ГЭС.

Суточное регулирование бывает неограниченным и ограниченным. Неограниченное суточное регулирование можно проводить: 1) если верхний бьеф или бассейн суточного регулирования имеют досталочно большую емкость; 2) если в нижнем бьефе могут допускаться неограниченные колебания уровня; 3) если суточный режим работы ГЭС не ограничивается особыми условиями эксплуатации ее сооружений и оборудования.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГЭС ПРИ НЕОГРАНИЧЕННОМ СУТОЧНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

1. Маловодный период

Задача суточного регулирования в период маловодья чаще всего сводится к получению ГЭС возможно большей мощности. При данном среднесуточном расходе Q0 наибольшее участие ГЭС в покрытии суточного максимума нагрузки может быть достигнуто при размещении ее выработки энергии в самой верхней части суточного графика нагрузки системы.

Обычно потери энергии при суточном регулировании не превосходят 1—3%. В предварительных расчетах эти потери не учитывают и принимают выработку энергии ГЭС при-" близительно такой же, как при равно-мерном режиме работы с постоянной мощностью в киловаттах АС = 9,81 QcHr. Суточную выработку в киловатт-часах считают равной Зс = АС 24.


Верхняя часть пика может быть занята другими гидростанциями системы, которые имеют выработку энергии Эх и работают в пике мощностью АС (рис. 5-4),. В этом случае суточную выработку энергии рассматриваемой ГЭС Эс~АС24 необходимо отложить в соответствующем масштабе вправо от точки к. Из точки а опустим вниз вертикальную прямую ab до пересечения с анализирующей кривой. Отрезок db в соответствующем масштабе дает мощность NM участия ГЭС в покрытии суточного максимума нагрузки системы. Отложив от линии вс вверх мощность АС, можем узнать добавочную мощность АС, которая получается за счет суточного регулирования. Как видно из рис. 5-4 в период от t5 до 24 ч и от 0 до о часов ГЭС не работает и весь приток воды идет на заполнение верхнего бьефа или специального бассейна суточного регулирования. В периоды от С до С и от С до 4 ГЭС работает с мощностью, превышающей бытовую мощность АС- В часы от С до С мощность ГЭС меньше бытовой мощности АС и в это время происходит частичное наполнение бьефа или бассейна.

Необходимая энергоемкость верхнего бьефа или бассейна суточного регулирования Эв в киловатт-часах определяется суммой площадей пиков С и f2, выделенных горизонтальной штриховкой, за вычетом площади f3 дневного снижения нагрузки. При Д утренняя сработка верхнего бьефа восполняется в часы дневного снижения нагрузки и энергоемкость 3Б определяется площадью одного вечернего пика.


Согласно (2-10), необходимая емкость в м3 будет 3673к

Для улучшения coscp энергосистемы агрегаты ГЭС в часы от 0 до t0 и от С до 24 ч целесообразно использовать в режиме синхронного компенсатора. При этом генератор получает энергию от системы и работает в качестве перевозбужденного синхронного двигателя, а турбина вращается вхолостую при закрытом направляющем аппарате.

Для уменьшения потерь энергии вода из камеры рабочего колеса удаляется самотеком, а при высоких уровнях НБ отжимается сжатым воздухом, получаемым от компрессоров. Работающие в режиме синхронного компенсатора агрегаты ГЭС являются резервом системы; они быстро могут быть переведены в генераторный режим.

Во все остальные часы суток от t0 до С недоиспользуемая мощность ГЭС также является быстродействующим резервом системы (см. §5-5).


В период средней или высокой межени размещение всей мощности ГЭС на пик может повлечь за собой недопустимые в данном случае холостые сбросы воды. В эти периоды режим суточного регулирования определяется по технико-экономическим соображениям, которые в условиях эксплуатации довольно часто сводятся к получению минимума стоимости топлива, расходуемого на тепловых электростанциях системы. Для получения минимума стоимости или расхода топлива требуется с возрастанием нагрузки системы увеличивать мощность всех регулируемых станций; при снижении нагрузки системы мощности этих станций надо уменьшить. В проектной практике допустимо производить разграничение режима прямыми линиями.

В условиях проектирования задача суточного регулирования в период средней и высокой межени довольно часто сводится К размещению на суточном Рис. 5-5. Суточный режим работы ГЭС в период графике всей ВОЗМОЖНОЙ выра- средней и высокой межени: а — график систем энергии ЗсЛД-24 и график ГЭС заданной мощности ГЭС ЛД.

Если верхняя часть пика занята другими гидростанциями, то мощность ЛД может быть размещена непосредственно ниже мощности ЛД этих последних ГЭС. Пользуясь анализирующей кривой, как показано стрелками на рис. 5-5, можно по известной мощности ЛД определить энергию Эп, вырабатываемую гидростанцией на пиках. Остальная часть энергии Э=ЭС — Зп = ЛД-24 — Зп является нерегулируемой и должна использоваться при работе ГЭС со среднесуточной мощностью N с, определяемой среднесуточным расходом Qc. Для размещения энергии надо построить треугольник abc, одна сторона которого ab в соответствующем масштабе равна энергии Эи а другая сторона Ьс равна мощности Nc. Перемещая треугольник по анализирующей кривой, можно найти такое положение, при котором две вершины треугольника а и с расположатся на анализирующей кривой. Тем самым будет определено место мощности Nc и энергии на суточном графике нагрузки системы. Совмещая на одном чертеже пиковый и полубазисиый режим работы ГЭС, получим суточный график работы ГЭС в системе.

СУТОЧНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГЭС ПРИ ОГРАНИЧЕННОЙ ЕМКОСТИ БЬЕФА

Суточное регулирование ограничивается вследствие малой емкости бьефа или бассейна суточного регулирования или по условиям поддержания в нижнем бьефе необходимых уровней и расходов воды для удовлетворения санитарных требований и потребностей нижерасполо- женных предприятий и населенных пунктов.


В нижнем бьефе в зимний период при резком увеличении расходов может произойти чрезмерно большое повышение уровня воды; могут быть ледяные заторы. Наличие незамерзающей полыньи в нижнем бьефе при больших морозах способствует образованию тумана. При проектировании и эксплуатации ГЭС ее суточный режим необходимо тщательно и всесторонне обосновать с учетом интересов электроэнергетической системы, а также предприятий и городов, расположенных на пойме реки ниже ГЭС.


При назначении суточного режима работы ГЭС нельзя допускать работу турбин в кавитационной зоне. Эта зона должна проходить быстро — в порядке перехода от одной бескавитационной нагрузки к другой, так же безопасной в отношении кавитации.

При недостаточной емкости водохранилища может производиться лишь частичное, т. е. ограниченное, суточное регулирование ГБ или в киловатт-часах сработке бьефа.

Допустим, что верхняя часть пика отводится другим ГЭС, которые работают с мощностью Nz и отдают в пик энергию 9Z (рис. 5-6). Отложив от точки 9Z вправо емкость бьефа Эб, можем определить, какую часть пика покроет рассматриваемая ГЭС, и узнать ее добавочную пиковую мощность Nn. Остальная энергия Эг = Nc 24 — ЭБ является нерегулируемой и может быть отдана в график при мощности Nc = 9,81 QcHr. Построим треугольник abc, одна сторона которого ab в соответствующем масштабе равна выработке, а вторая сторона Ьс—- мощности Nc. Путем перемещения этого треугольника abc можно найти такое место, при котором он касается анализирующей кривой двумя своими вершинами а и с.

Таким образом, разместим на графике всю энергию ГЭС и получим наибольшее возможное ее участие в покрытии суточного максимума нагрузки системы NM = NC + Nn. При двухтактной работе бьефа необходимо учитывать возможность повторного наполнения бьефа в период дневного снижения нагрузки, что позволяет повысить участие ГЭС в покрытии пика. Если в период дневного провала нагрузки можно накопить объем воды, израсходованный на покрытие утреннего пика нагрузки, то покрытие второго, вечернего пика можно производить всей емкостью бьефа.

СУТОЧНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГЭС ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

При комплексном использовании водных ресурсов режим работы ГЭС должен быть оптимальным для ВХК. Критерием оптимальности считается совокупный минимум приведенных затрат по водохозяйственной и энергетической системам. Необходимо учитывать, что совокупный, т. е. общий минимум затрат может не совпадать с частными минимумами затрат по каждой из двух систем в отдельности. В условиях эксплуатации критерием оптималь-ности является совокупный минимум ежегодных издержек по водохозяйственной и энергетической системам совместно.


При предварительном назначении режима молено руководствоваться следу-ющими тремя условиями: 1) удовлетворение потребностей в воде неэнергетиче-ских участников комплекса в той мере, которая определена и задана по условиям получения наибольшего эффекта от ВХК в целом; 2) возможно лучшее удовлетворение требований охраны природы и в первую очередь санитарных требова-ний; 3) получение от ГЭС наибольшей выработки энергии и выдача в энергосистему возможно большей мощности.

Ограничения суточного релсима работы ГЭС по условиям неэнергетических водопотребителей и водопользователей могут быть как по уровням, так и по рас-ходу воды. В верхнем бьефе могут быть ограничения по минимальным уровням, необходимым для судоходства, водоснабжения и т. п. Отъем воды из верхнего бьефа на орошение, водоснабжение и т. д. непосредственно влияет на выработку энергии ГЭС и при больших отъемах существенно уменьшает выработку энергии и участие ГЭС в покрытии максимума нагрузки энергосистемы.

При подпертом нижнем бьефе суточное регулирование обычно не ограничивается. Если лее нижний бьеф не подперт, то неограниченное суточное регулирование с остановкой ГЭС в ночные часы может повлечь нарушение водоснабжения расположенных ниже по течению реки промышленных предприятий и населенных пунктов, нарушение работы оросительных систем, нарушение судоходства ниже створа ГЭС. При неподпертом нижнем бьефе появляется задача экономического обоснования суточного режима работы гидроузла. Обязательным считается минимальный попуск воды через турбины ГЭС по условиям обеспечения санитарно-технических условий в нижнем бьефе гидроузла. Остальные ограничения суточного регулирования могут производиться в тех случаях, когда получаемая при этом экономия по соответствующему водопотребителю или водопользователю будет больше ущерба в энер-, гетике.

Экономически обоснованные ограничения суточного регулирования обычно сводятся к обеспечению в любое время суток минимально не-обходимого уровня, для чего надо подавать в нижний бьеф в ночные часы расход Qeаз, который должен быть не меньше необходимого санитарного попуска. Этот расход может быть разным для разных сезонов года. Он пропускается через турбины ГЭС и дает базисную мощность Лбаз = 9,8 1 Q баз-ТТг.

Суточное регулирование можно производить для среднего расхода. При достаточной емкости бьефа регулируемую суточную выработку энергии Эрег = 9,8\QHr\ размещают в пиковой части графика нагрузки, как это показано на рис. 5-7.

НЕДЕЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

Потребление электрической энергии в субботу и воскресенье обычно уменьшается (см. рис. 5-1). В эти дни целесообразно снижать нагрузку ГЭС по сравнению со ’ средненедельной нагрузкой и запасать воду в водохранилище. Накопленный объем воды можно использовать в рабочие дни недели с повышенным электропотреблением и тем самым увеличить нагрузку и выработку энергии ГЭС.

Недельное регулирование обычно проводится совместно с суточным регулированием (рис. 5-1). В ряде случаев недельное регулирование приходится ограничивать по условиям обеспечения для других во-допользователей и водопотребителей необходимых уровней и расходов воды в нижнем бьефе ГЭС.

Снижение среднесуточного расхода в субботу и воскресенье в сочетании с суточным регулированием может повлечь за собой в эти дни недопустимо большое снижение уровня воды в ночные часы суток. С другой стороны, повышение среднесуточного расхода воды в рабочие дни позволяет увеличить нагрузку ГЭС в часы пиков электрической нагрузки. Но это повлечет за собой увеличение расхода воды и повышение уровня воды в эти часы, которое может оказаться чрезмерно большим. Иногда снижение нагрузки ГЭС в субботу и воскресенье ограничивается с целью обеспечить остановку агрегатов ТЭС для текущего ремонта,

ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ СУТОЧНОМ И НЕДЕЛЬНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

При работе ГЭС на пик суточного графика нагрузки происходит снижение уровня ее верхнего бьефа, вследствие чего напор уменьшается. В период малых нагрузок происходит наполнение бьефа и уровень воды в нем возрастает, восстанавливаясь к концу наполнения. Вследствие работы ГЭС при сниженных уровнях верхнего бьефа происходит потеря выработки энергии.

Вторая причина, вызывающая уменьшение напора и потери энергии при суточном регулировании,— колебания уровня нижнего бьефа. В часы прохождения пика нагрузки через станцию пропускается расход воды, превышающий среднесуточный, что вызывает повышение уровня нижнего бьефа. В часы минимума нагрузки происходит наполнение водохранилища, расход воды через станцию уменьшается и уровень нижнего бьефа понижается ниже естественного. В часы пика при пониженном напоре через турбины проходят большие расходы воды, что вызывает потерю энергии, превышающую выигрыш энергии в час ах малых нагрузок ГЭС, когда потребляемые ею расходы, воды малы. В результате за сутки получается потеря выработки энергии. Изменение расхода воды при суточном регулировании влечет за собой увеличение потерь напора в водопроводящих сооружениях, что дает третью составляющую потерь энергии.

В отдельных случаях может быть четвертая составляющая потерь энергии, вследствие изменения коэффициента полезного действия.

Суммарные потери суточного регулирования обычно не превосходят 1—3 % суточной выработки энергии ГЭС.

Потери энергии недельного регулирования определяются теми же причинами, что и потери суточного регулирования, т. е. главным образом колебанием уровней верхнего и нижнего бьефов. На низконапорных гидроузлах с малой емкостью верхнего бьефа при недельном регулировании потери могут оказаться недопустимо большими, а на высоконапорных ГЭС может потребоваться чрезмерно дорогое увеличение бассейна суточного регулирования. Поэтому суточное регулирование в ряде случаев проводится без недельного регулирования.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики