Энергетические и экономическое значение применения гидроаккумулирования на примере Загорской гаэс.

Загорская ГАЭС является важным структурным элементом системы энергоснабжения Московского региона и энергосистемы Центра России, выполняя ряд важных общесистемных функций:

• Потребление электроэнергии в период провалов нагрузки и её выработка в период пиков потребления. Суточный график нагрузки энергосистемы отличается хорошо выраженными утренними и вечерними пиками и глубоким провалом в ночное время. При этом в энергосистеме московского региона преобладают маломаневренные (неспособные к быстрому изменению мощности) ТЭЦ и ГРЭС. В связи с этим для прохождения ночного провала Системному оператору приходится прибегать к разгрузке тепловых электростанций, что, учитывая их конструктивные особенности, приводит к нерациональному расходу топлива и повышенному износу оборудования. Также активно используются масштабные перетоки мощности из энергосистемы Центра в энергосистему Урала и обратно, что приводит к потерям электроэнергии и повышает риск аварий. Загорская ГАЭС, потребляя избыточную электроэнергию в ночные часы и вырабатывая её в пиковое время, существенно облегчает работу энергосистемы и повышает её эффективность, даже учитывая неизбежные потери электроэнергии при гидроаккумулировании (КПД гидроаккумулирования Загорской ГАЭС составляет 73% ). В то же время в энергосистеме Центра в настоящее время сохраняются ночные избытки мощности в количестве 2—3 ГВт, что с учётом реализуемой масштабной программы строительства маломаневренных АЭС указывает на необходимость строительства новых ГАЭС.

• Парирование различных проблем в энергосистеме, в том числе аварийных. Высокая маневренность ГАЭС (агрегаты которой имеют возможность изменения мощности в течение нескольких минут, а в ряде случаев — и менее чем за минуту) позволяет использовать их для оперативного реагирования на различные возмущения в энергосистеме. Фактически Загорская ГАЭС используется Системным оператором как оперативный быстровводимый резерв мощности, в связи с чем число пусков гидроагрегатов станции может доходить до 30-ти в сутки и нескольких сотен в месяц. Таким образом, снижается риск возникновения крупной системной аварии

• Повышение качества энергоснабжения путём потребления избыточной реактивной мощности. С целью снижения реактивной мощности (приводящей к повышению напряжения выше нормативных значений) гидроагрегаты Загорской ГАЭС активно используются для работы в режиме синхронного компенсатора. При этом из камеры рабочего колеса сжатым воздухом вытесняется вода, а гидроагрегат начинает работать как электродвигатель, потребляя реактивную мощность. Так, в конце 1990-х годов практически ежесуточно в режиме синхронного компенсатора работали 1—3 гидроагрегата ГАЭС, а суммарное время работы всех гидроагрегатов в этом режиме достигало 10 000 часов в год.

Крупные насосные станции-потребители-регуляторы электроэнергии

Насосные станции, перекачивающие воду с низких отметок на более высокие, могут быть использованы для перераспределения электроэнергии во времени. Эти схемы применяются главным образом в условиях горного рельефа, как правило, при высоте подъема воды меньшей напора турбин, срабатывающих эту воду.

Не меньшее значение для регулирования нагрузки могут иметь существующие и намечаемые к строительству крупные насосные станции для переброски стока и подачи воды на орошение. Ряд станций, построенных на таких каналах, как Иртыш — Караганда общей мощностью агрегатов 350 МВт, Днепр — Донбасс, мощностью 250 МВт, Каршинский мощностью 450 МВт, могут быть использованы в качестве потребителей — регуляторов электроэнергии. Этот режим работы характеризуется тем, что в часы ночного и дневного провалов нагрузки все насосы включены в работу, а во время прохождения максимумов нагрузки часть агрегатов или вся насосная станция останавливаются.

Особенно выгоден такой режим в осенне-зимний период, когда сокращается количество перебрасываемого стока и подаваемой воды для орошения и облегчается прохождение ночного минимума нагрузки за счет увеличения потребления электроэнергии. Это сокращает необходимость остановки и глубокой разгрузки тепловых агрегатов и приводит к экономии топлива и издержек на их ремонт.

Проектирование новых крупных насосных станций должно вестись с учетом их более полного использования в качестве потребителей — регуляторов энергии. Для этого требуется увеличение числа насосных агрегатов, вместимости водохранилищ краткосрочного регулирования стока, пропускной способности магистральных каналов, а в некоторых случаях и замены части насосных агрегатов на обратимые гидромашины. На низконапорных насосных станциях возможно использование капсульных обратимых агрегатов с подачей воды 150 м³/с и более. Эти агрегаты разрабатываются на основе существующих капсульных турбин с диаметром рабочего колеса до 6—7,5 м.

Увеличение капиталовложений в насосные станции, работающие как потребители — регуляторы и аккумуляторы электроэнергии, оправдывается не только указанными выше эксплуатационными преимуществами, но и улучшением структуры генерирующих мощностей энергосистем с заменой тепловых пиковых и полупиковых мощностей и увеличением базовых электростанций, в том числе АЭС.

Окончательный выбор режима работы насосных станций и связанных с ним параметров сооружений должен производиться на основе технико-экономического сопоставления всех возможных вариантов режима.