Технологии гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников
Гидравлическое аккумулирование осуществлются двумя способами:
1. Использованием аккумулирующих способностей водохранилища ГЭС
2. Использованием обратимых режимов ГАЭС илиГЭС-ГАЭС
При использовании аккумулирующих способностей
водохранилища ГЭС с помощью регулирования модности ГЭС происходит перераспределение водного потока во времени, при этом водохранилище ГЭС является аккумулятором энергии - накапливая ресурс (вода) обладающий потенциальной энергией.
В период малых нагрузок агрегаты ГЭС работают с
незначительной мощностью, и происходит накопление воды в водохранилище, повышая напор и аккумулируя потенциальную энергию.
С наступлением пиков нагрузки агрегаты станциЗ включаются на полную мощность. В маловодный период расходуется вода, аккумулированная при многоводном и т.д. Однако водохранилище в качестве аккумулятора энергии, возможно, использовать не только для ГЭС, но и для других станций, например станций на ВИЭ, в которых проблема аккумулирования стоит наиболее остро. В этом случае ГЭС и станция на ВИЭ работают параллельно (рис. 4.17). Станция ВИЭ разгружает агрегаты ГЭС и экономит воду в водохранилище, создавая дополнительную, так называемую дублирующую емкость (Удубл).
Такой энергокомплекс позволяет без потерь запасать выработанную станцией ВИЭ электрическую энергию в виде потенциальной энергии воды в водохранилище и в необходимое время преобразовать ее обратно через агрегаты ГЭС.
Таким образом, не происходит двойного преобразования энергии ВИЭ, что обуславливает высокую эффективность аккумулирования энергии -92-95% Время хранения запасенной энергии практически неограниченно, так как потери связаны только с испарением воды с поверхности водохранилища и ее фильтрацией через грунт, которые являются общими для энергокомплекса. Методика определения параметров ВЭС и ГЭС, как аккумулятора энергии, приведена в 5.1.
Поэтому при благоприятных гидро и топогеологических условиях водохранилище ГЭС при параллельной работе в энергокомплексе с другими станциями, является идеальным источником аккумулирования энергии.
Наиболее выгодно создавать такие энергокомплексы на базе уже существующих ГЭС и водохранилищ, где нет необходимости дополнительного затопления территорий. Однако при этом емкость водохранилища накладывает ограничения на режим работы всего энергокомплекса.
Небольшие реки малопригодны для регулирования мощности в крупной энергосистеме, так как в период малых нагрузок они не успевают заполнить водохранилище. Задача покрытия пиков и выравнивания графиков нагрузки крупной энергосистемы решают гидроаккумулирующие электростанции.
Заряд ГАЭС представляет собой подъем воды гидромашинами с электрическим приводом из нижнего в верхнее водохранилище. Такой режим работы происходит во время снижения электропотребления ночью, в выходные и праздничные дни, а также в сезонном интервале времени. При разряде, происходящем в часы максимума нагрузки, аварии на других станциях или электрических сетях энергосистемы, потенциальная энергия поднятой воды преобразуется в электрическую. При этом вода срабатывается из верхнего в нижний резервуар, т. е. пропускается через турбины или обратимые гидромашины, которые работают совместно с реверсивными электромашинами, генерирующими электрический ток, как и на обычных гидроэлектростанциях. Таким образом, гидроаккумуляторы при заряде работают как насосные станции, а при разряде — в качестве гидроэлектростанций.
Несмотря на многообразие условий строительства и эксплуатации ГАЭС их можно классифицировать по следующим основным признакам:
1. по возможности использования речного стока для выработки электроэнергии совместно с гидроаккумулированием;
2. по продолжительности одного цикла заряда —разряда ГАЭС на всю полезную вместимость резервуаров;
3. по типу основного гидроэнергетического оборудования.
По возможности использования речного стока ГАЭС разделяются на совмещенные и несовмещенные с гидроэлектростанциями. Если источником энергии, получаемой при заряде ГАЭС, являются только другие станции, то такие ГАЭС являются несовмещенными с гидроэлектростанциями. Естественная приточность воды в верхний резервуар этих ГАЭС практически отсутствует, а высота подъема и высота сработки воды из одного в другой резервуар одинаковы. Такие станции иногда называются ГАЭС чистого аккумулирования, а также полного аккумулирования.
При совмещенном или «неполном» гидроаккумулировании к воде, перекачиваемой из нижнего в верхний резервуар, добавляется речной сток, который увеличивает энергию разряда на выработку электроэнергии обычной ГЭС. Верхним резервуаром в этом случае водохранилище может быть в виде подпертого бьефа или озера, которое также регулирует сток, а нижний резервуар создается в нижнем бьефе путем его подпора нижележащей ступенью ГЭС или специально созданной плотиной. Такие совмещенные установки называются ГАЭС смешанного типа, или ГЭС - ГАЭС.
Совмещенное гидроаккумулирование с увеличением используемого расхода воды применяется главным образом при высоконапорных приплотинных и деривационных схемах концентрации напора.
Стремление к увеличению напора ГАЭС несовмещенного аккумулирования привело к разработке схем шахтного типа с подземным размещением не только машинного зала, но и нижнего резервуара, располагаемого в скальных породах на глубине 500— 1000 м и более. При этом нижний резервуар намечается выполнить в виде системы продольных и поперечных галерей, а для верхнего резервуара использовать существующий водоем, который может служить также прудом - охладителем тепловой или атомной электростанции. (Рис 4.18)
По длительности цикла гидроаккумулирования, определяемого временем полной сработки и наполнения полезного объема резервуаров, ГАЭС разделяются на станции суточного, недельного и сезонно-годового аккумулирования. Целесообразность применения этих циклов зависит от вместимости резервуаров, степени неравномерности суточной, недельной и сезонной нагрузок и технико-экономических показателей гидроаккумулирования каждого цикла.
Для ГАЭС несовмещенного гидроаккумулирования с искусственно создаваемыми резервуарами характерно суточное аккумулирование, которое иногда сочетается с его недельным циклом.
Кроме суточного и недельного гидроаккумулирования имеется возможность его применения более длительно — сезонный цикл. Это соответствует случаю, когда значительное затопление основного русла реки для создания водохранилища ограничивается местными условиями. При этом возможно создание сравнительно небольшого речного водохранилища и вблизи него надпойменного или верхового бассейна сезонного аккумулирования. Заполнение этого бассейна производится во время половодья, а сработка — в межень. При этом подача воды для заполнения бассейна может вестись на меньшем напоре, чем ее сработка при разряде ГЭС-ГАЭС. На рисунке 4.19 изображена схема использования аккумулирования энергии ВЭС в энергокомплексе с ГАЭС. Более подроробно о работе энергокомплекса ВЭС-ГАЭС написано в 5.2
Сооружение ГАЭС возможно при наличии соответствующих топографических и геологических условий» так как требуется отвод значительных площадей для сооружения водохранилищ.
ГАЭС в современных условиях работы энергетических систем играют исключительную роль по обеспечению их надежной и экономичной работы.