4.2 Гэс с годичным регулированием в балансе
ЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Участие ГЭС с годичным регулированием в балансе энергии энергетической системы определяется величиной среднесуточного расхода воды, используемого ГЭС за каждые сутки. Если в годовом цикле работы ГЭС имеются все 4 периода (рис. 11-23), то в течение двух из этих периодов — бесполезных сбросов воды и работы на транзитном стоке — суточная энергия ГЭС зависит только от гидрологического режима реки, т. е. от величины естественных расходов воды за каждые сутки. Суточная энергия ГЭС за время наполнения водохранилища при небольшом его объеме также определяется только величиной естественного притока. Во время опорожнения водохранилища естественные расходы воды дополняются попусками из водохранилища, и в это время режим работы ГЭС определяется условиями участия ее в балансе энергетической системы. На рис. 11-31 показан примерный вид годового баланса энергии для такого случая. У низконапорных ГЭС при значительном увеличении сбросных расходов воды уровень нижнего бьефа может повыситься настолько, что располагаемая мощность ГЭС уменьшается и вместе с тем уменьшается суточная энергия ГЭС. При небольшом относительном объеме водохранилища во время его наполнения и во время бесполезных сбросов воды ГЭС занимает совершенно определенное самое нижнее положение в балансе энергии энергетической системы. В период работы на транзитном стоке по мере уменьшения естественных расходов роды ГЭС постепенно занимает все более высокое положение в балансе энергии. Период опорожнения водохранилища на рис. 11-31 разделен на две части. Это объясняется только тем, что для построения годового баланса принят календарный год. В действительности же обе эти части составляют одно неразрывное целое. Такого разделения периода опорожнения водохранилища на две части можно избежать, если за начало года при построении годового баланса выбрать другой момент. В правой части графика пунктиром показан такой способ построения годового баланса. Положение ГЭС в балансе энергетической системы за каждые сутки зависит
от величины естественного расхода воды и от режима регулирования.
В годовом балансе энергии, где речь идет о средних мощностях, расположение ГЭС «вверху» или «внизу» не имеет физического смысла, на рис. 11-31 это сделано исключительно для наглядности. Даже для годовых графиков максимальных мощностей (балансы мощности) размещение какого-либо из участников покрытия нагрузки выше или ниже – фактически не имеет смысла. Только в суточных графиках мощности такое размещение логично.
Для относительно больших водохранилищ (или для относительно малого естественного стока) периоды сбросов воды и работы на транзитном стоке могут отсутствовать. Для самых больших водохранилищ, как мы уже видели ранее, режим работы ГЭС за время наполнения водохранилища и за время его опорожнения очень тесно связан. Примерный вид баланса энергии энергетической системы для такого случая изображен на рис. 11-32. Но даже самые большие водохранилища годичного регулирования не могут в очень многоводные годы регулировать весь сток.
В такие годы в отличие от показанного на рис. 11-32 годового баланса энергии ГЭС в течение всего года или некоторой его части она должна опускаться в полупиковую или даже в базовую часть графиков нагрузки энергетической системы. В различные годы в зависимости от величины естественного притока воды характер годовых балансов энергии неодинаков. Наиболее выгодный для энергетической системы режим работы ГЭС, от которого зависит участие в балансе энергетической системы, может быть найден в том случае, когда имеется достаточно надежный прогноз стока реки по крайней мере на период опорожнения водохранилища. При отсутствии такого прогноза появляется необходимость в применении особых методов регулирования, позволяющих в наибольшей степени удовлетворить обоим основным требованиям, предъявляемым энергетической системой к ГЭС, — достижения наибольшей обеспеченности в работе энергетической системы и наибольшего количества вырабатываемой ГЭС энергии. Эти методы регулирования, называемые диспетчерскими, будут подробно изложены в следующей лекции.
Если относительный объем водохранилища годичного регулирования невелик, то общий объем бесполезно сбрасываемой воды может быть очень большим. В таких случаях может оказаться выгодной установка на ГЭС дополнительной дублирующей мощности. Основной задачей дублирующей мощности, так же как и в рассмотренных выше случаях ГЭС, работающих без регулирования или только с суточным регулированием, является увеличение количества вырабатываемой ГЭС энергии, и, следовательно, экономия топлива на ТЭС энергетической системы. Так как часть избыточного паводочного стока при годичном регулировании задерживается водохранилищем, то установка на такой ГЭС дублирующей мощности дает меньший энергетический эффект, чем на ГЭС, не имеющей такого регулирования.
Работая по обеспечивающему графику, ГЭС с годичным регулированием располагается в самой верхней части графиков нагрузки энергетической системы. Однако точно по обеспечивающему графику ГЭС с годичным регулированием работает только в очень редких случаях. В большинстве случаев среднесуточная мощность ГЭС оказывается больше обеспеченной или в течение всего года, или в течение некоторой части года. Если же полезный объем водохранилища годичного регулирования относительно невелик, то вполне возможны случаи, когда во время паводка среднесуточная и пиковая мощность ГЭС больше обеспечивающей, но во время опорожнения водохранилища наступает нарушение нормальной работы энергетической системы вследствие недостатка воды. Для низконапорных ГЭС возможно обратное положение, т. е. нарушение нормальной работы энергетической системы во время паводка при среднесуточной мощности выше обеспечивающей в течение остальной части года. Таким образом, в зависимости от гидрологической характеристики каждого отдельного года ГЭС с годичным регулированием может занимать различное положение в балансе мощности энергетической системы. В период опорожнения и наполнения водохранилища положение ГЭС в годовом балансе мощности зависит также от режима регулирования. Чем меньше в каком-либо году естественный сток в реке, тем ближе в этом году режим к гарантированному режиму
работы ГЭС. Примерный вид возможного в этом случае баланса рабочей мощности энергетической системы приведен на рис. 11-33. Чем больше естественный сток в реке, тем больше различие между действительным режимом работы ГЭС и обеспечивающим. Характер годового баланса рабочей мощности энергетической системы для такого года приближается к тому, который изображен на рис. 11-34.
Более благоприятны, чем у ГЭС с суточным регулированием, возможности использования мощности ГЭС с годичным регулированием в качестве резервов энергетической системы. Имеющая большое водохранилище, ГЭС годичного регулирования может, конечно, служить нагрузочным резервом для регулирования частоты. Необходимым условием, при котором ГЭС может служить для регулирования частоты, является достаточная величина мощности ГЭС по отношению к мощности энергетической системы.
Если водохранилище годичного регулирования достаточно велико, то в нем может быть выделен некоторый резервный объем, который используется в случаях аварии на одной из электростанций энергетической системы. Для этого на ГЭС устанавливаются специальные аварийные агрегаты. На ГЭС может быть в этом случае установлен не весь аварийный резерв энергетической системы, а только часть его, величина которого зависит от объема резервной части водохранилища. Этот объем должен быть достаточен для обеспечения работы резервных агрегатов в течение нескольких суток.
В тех случаях, когда во время аварии, происшедшей в энергетической системе, аварийный резервный объем водохранилища опорожняется, он должен быть, по возможности, быстро вновь заполнен. Для этого после устранения аварии среднесуточная мощность ГЭС должна быть снижена до наименьшей возможной величины, т. е. до гарантированной мощности. Во время паводков аварийная резервная мощность на ГЭС включается на постоянную работу, вследствие чего освобождается такая же мощность на ТЭС, к которой переходят обязанности аварийного резерва энергетической системы. Это дает возможность получить экономию топлива на ТЭС. В конце маловодного сезона, перед наступлением паводка резервный аварийный объем водохранилища может быть сработан для получения дополнительной энергии и еще большей экономии топлива.
Установка на ГЭС годичного регулирования резервных ремонтных агрегатов для энергетической системы вызывает значительно большие трудности. Они появляются потому, что ремонтная резервная мощность загружена в течение более продолжительного срока, чем аварийная, и следовательно, для нее должен быть выделен в водохранилище соответственно больший объем. Поэтому ремонтный резерв, если он необходим для энергетической системы, обычно устанавливается на ТЭС.
Если на ГЭС установлена дублирующая мощность, то она может одновременно служить станционным аварийным и ремонтным резервом для самой ГЭС и несколько уменьшать общий резерв энергетической системы.