Общая энергетика

Получающиеся потери суточного регулирования зависят прежде всего от величины используемого напора Чем меньше напор, тем сильнее сказываются эти потери, и для низконапорных ГЭС они доходят до 3--5% суточной выработки ГЭС при ее работе на естественном расходе.

По мере увеличения суточного притока режим работы ГЭС будет все более выравниваться и, наконец, может быть достигнуто такое положение, когда ГЭС все 24 ч будет работать с полной установленной или располагаемой мощностью, т е. в базисной части графика нагрузки. Дальнейшее увеличение бытового расхода приведет к необходимости холостого сброса излишков воды помимо турбин, уровень нижнего бьефа при этом повысится (см. рис. 10.18), напор уменьшится, а вместе с ним уменьшится и мощность ГЭС, становясь для низко- и средненапорных ГЭС значительно меньше установленной.

При осуществлении суточного регулирования могут возникнуть различного рода ограничения, накладываемые на режимы ГЭС неэнергетическими участниками комплекса. Так, например, при отсутствии подпора в нижнем бьефе со стороны нижележащей ГЭС водный транспорт может предъявить требования по обеспечению необходимых судоходных глубин в течение всех 24 ч, а также в отношении допустимых скоростей течения при подходе к шлюзам.

Аналогичные требования по поддержанию необходимых глубин могут быть предъявлены водопотребителями (ирригация, промышленное и бытовое водоснабжение). Для удовлетворения этих требований производят попуски в нижний бьеф определенных расходов воды, называемых базисными. Наконец, иногда возникают ограничения режима турбин ГЭС (обычно при небольших нагрузках) по условиям кавитации (см § 9.5), которую длительное время допускать нельзя. Ограничения при суточном регулировании иногда возникают и вследствие отсутствия достаточной емкости водохранилища.

Реализация указанных ограничений обычно приводит к снижению энергоэкономической эффективности работы ГЭС, однако при комплексном использовании водотока это снижение является вполне оправданным с точки зрения народного хозяйства в целом, так как компенсируется отдачей, получаемой от неэнергетических участников комплекса.

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

Недельное регулирование. В нерабочие дни недели нагрузка потребителей электроэнергии резко падает (особенно в воскресенье). В это время гидроэлектростанция может также снизить свою мощность до величины, меньшей той, которую она могла бы развить, работая на естественном расходе. Получающийся избыток (рис. 1021,6) может быть использован на заполнение в0до-хранилища, сработанного за время рабочих дней недели. Сказанное иллюстрирует рис. 10.21,б, где для простоты предполагается, что бытовой расход, как это обычно бывает в периоды маловодья (межень), в течение недели практически не изменяется, нагрузка потребителей системы в рабочие дни практически одинакова и в неделе имеются два выходных дня (рис. 10 21,а). Понятно, что качественно картина не изменится, если нагрузка системы в рабочие дни и приточность не будут неизменными.

Таким образом, недельное регулирование обеспечивает неравномерное потребление воды гидроэлектростанцией в течение недели в соответствии с недельными колебаниями нагрузки потребителей. Если водохранилище одновременно используется и для суточного регулирования, то в нем будет наблюдаться и суточное колебание уровней бьефов (пунктир на рис 1021,в, г). Однако замкнутого цикла суточного регулирования, естественно, при этом не будет, так как уровень водохранилища к концу каждого рабочего дня будет ниже. Продолжительность полного цикла колебаний уровня верхнего бьефа в этом случае (рис 1021,0) будет равна одной педеле

При недельном регулировании, так уке как и при суточном, имеется возможность повысить мощность ГЭС по сравнению с той, которую она могла бы развить, работая на естественном расходе. Однако получаемый в этом случае энергетическии эффект за счет работы ГЭС большую часть времени на пониженных напорах (рис 1021,<3) будет меньше, чем при суточном регулировании Вместе с тем годовая выработка ГЭС недельного регулирования будет несколько выше (за счет некоторого уменьшения холостых сбросов) по сравнению с ГЭС суточного регулирования, так как водохранилище недельного регулирования больше по объему, чем водохранилище суточного регулирования Обычно считается, что при двух выходных днях этот объем не превышает приточности за одни, принятые за расчетные маловодные сутки.

При осуществлении недельного регулирования на соответствующий режим ГЭС могут также накладываться разного рода ограничения как со стороны неэнергетических отраслей комплекса, так и по условиям бескавитационного режима работы турбин. Естественно, что все подобного рода ограничения будут снижать энергоэкономическую эффективность ГЭС

Общим для краткосрочного регулирования является перераспределение сравнительно равномерного суточного и петельного режима прп-точпости в неравномерный режим расходов ГЭС

Годичное регулирование. Естественный гидрологический годовой ре/Ким реки обычно отличается крайней неравномерностью и находится в противоречии с запросами энергетики Применяемое для снятия этого противоречия годичное регулирование путем задержания (частично пли полностью) в водохранилище вод половодья и использование их в течение маловодного периода позволяет увеличить гарантированную мощность ГЭС и количество вырабатываемой ею энергии по сравнению с ГЭС краткосрочного регулирования за счет уменьшения (или ликвидации) бесполезных сбросов вод половодья. Весь цикл регулирования при этом занимает 1 год. Если после сработки очередного наполнения водохранилища всегда имеются холостые сбросы, то регулирование называется сезонным (неполным годичным) в отличие от годичного (полного), когда в условиях расчетной обеспеченности стока сбросов нет. Как в случае сезонного регулирования, так и годичного в каждом следующем году циклы сработки и наполнения повторяются

Объем водохранилища годичного регулирования обычно составляет от 2 до 30% среднемноголетнего объема годового стока реки, т е. вгр=0,02ч0,30.

Водохранилище годичного регулирования может, как это обычно и бывает, одновременно выполнять и краткосрочное регулирование (суточное и недельное)

На рис 10 22,а представлена общая схема годичного регулирования, а на рис. 1022,6 -- сезонного (имеется период сброса излишков вод). На этих же рисунках представлены соответствующие режимы верхнего бьефа Zвб(t). Ясно, что в особо маловодные годы или при слишком больших (сверх расчетных) изъятиях вод половодья водохранилище может и не наполниться до отметки НПУ.

Нетрудно представить себе, как будет изменяться, если регулирование будет произведено не на постоянный расход QГЭС, а в соответствии с заданным графиком нагрузки ГЭС.

Многолетнее регулирование. Цикл регулирования длится несколько лет Водохранилище наполняется избыточным стоком одного пли нескольких многоводных лети опорожняется в течение ряда маловодных лет. При этом регулировании уровень водохранилища в конце маловодною года будет всегда ниже, чем в начале его Многолетнее регулирование сводится к увеличению стока маловодных лет. Особенностью этого вида регулирования является непостоянство продолжительности цикла регулирования. При неизменном потреблении воды период наполнения и период опорожнения водохранилища определяется исключительно гидрологической обстановкой каждого года Чем больше при этом относительный объем водохранилища, тем, очевидно, реже он заполняется до отметки НПУ.

При многолетнем регулировании, так же как и при годичном, имеется возможность увеличить гарантированную мощность ГЭС и вырабатываемую ею энергию (за счет практически полного устранения бесполезных сбросов во время половодий) по сравнению с ГЭС годичного регулирования и краткосрочного. Само собой разумеется, что и в этом случае водохранилище может осуществлять любое менее длительное регулирование (или сочетание их).

Считается, что для того, чтобы водохранилище ГЭС могло осуществлять многолетнее регулирование, его объем должен составлять не менее 30--50% величины среднего за многолетний период объема годового стока реки, т. е. вмр = 0,3ч0,5

На рис 1023 представлены общая схема многолетнего регулирования и график изменения уровня верхнего бьефа. Как видно из рисунка, период наполнения' в зависимости от водности лет может быть различным В начале регулирования водохранилище было заполнено в первый же год, а после сработки на это потребовалось два года (более маловодных, чем первый год).

Таким образом, при длительном регулировании уменьшается многолетняя и годичная неравномерность расхода, в то время как при краткосрочном регулировании неравномерность расхода за регулируемый период (сутки, неделя) резко возрастает.

Кроме описанных видов регулирования различают специальные виды регулирования, включая каскадное.

10.6 Каскадное и комплексное использование водных ресурсов

Развитие гидроэнергетики СССР осуществляется главным образом за счет каскадного освоения водных ресурсов. В этих условиях гидроэнергетические ресурсы отдельных рек используются не одной гидроэлектростанцией, а несколькими, последовательно расположенными друг за другом. При этом в каскаде могут быть как плотинные, так и деривационные гидроэлектростанции.

Как показывает практика, каскадные схемы позволяют полнее и экономичнее использовать энергетический потенциал реки, поскольку они, в частности, уменьшают энергетические потери водотока. Энергоэкономическая эффективность каскада при проектировании определяется количеством ступеней и месторасположением каждого гидроузла, определяющего размеры водохранилища, напора, мощности и капитальных вложений. Особое значение при этом приобретают экологические аспекты. В числе наиболее крупных объединенных каскадов страны следует отметить Лнгаро-Енисейский, в том числе завершаемая строительством Саяно-Шушенская ГЭС мощностью 6400 МВт и действующая Красноярская ГЭС 6000 МВт. Это уникальный каскад по своим энергоэкономическим показателям. Достаточно сказать, что себестоимость вырабатываемой электроэнергии на этих ГЭС составляет всего несколько сотых копейки. Вторым объединенным крупнейшим каскадом является Волжско-Камский.

Энергоэкономическая эффективность действующих каскадов при заданном естественном режиме речного стока определяется исключительно оптимальным распределением нагрузки между отдельными электростанциями системы и характером требований на воду со стороны других отраслей народного хозяйства, которые при этом должны выполнять отдельные ГЭС.

Кроме повышения энергетической эффективности каскадные схемы позволяют существенно повысить эффективность использования стока и другими отраслями народного хозяйства.

Использование водных ресурсов одновременно несколькими отраслями народного хозяйства называется комплексным Комплексное использование обеспечивает от данного гидроузла больший экономический эффект, чем использование их какой-либо одной отраслью народного хозяйства

Участники (компоненты) комплексного использования образуют водохозяйственный комплекс. Те из компонентов водохозяйственного комплекса, которые используют воду как вещество и изымают ее из данного водоисточника, называются водопотребителями. Эта вода по истечении некоторого времени, иногда достаточно длительного, может вновь поступить в водооборот, но уже в другом створе или даже в другом бассейне. При этом многие водопотребители возвращают воду существенно худшего качества. Те же участники комплекса, которые полностью или почти полностью возвращают после использования воду того же качества (например, ГЭС) или совсем ее не изымают из водотока (например, водный транспорт), называются водопользователями.

Каждый вид водопользования предъявляет свои требования к качеству воды. Наиболее разнообразные требования, диктуемые технологическими процессами производства, предъявляет промышленность. Для некоторых технологических процессов к качеству воды предъявляются более высокие требования, чем к питьевой.

Поддержание должного уровня качества воды, используемой для хозяйственно- и культурно-бытовых нужд, обеспечивается «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», разработанными Министерством здравоохранения СССР. Эти правила являются обязательными для всех видов водопотребления, и выполнение их контролируется соответствующими службами Государственного санитарного надзора СССР.

Размещено на Allbest.ru