ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ РЕЖИМА РАБОТЫ ГЭС В СРЕДНЕМ ПО ВОДНОСТИ ГОДУ

Водно-энергетические расчеты в средних по водности условиях проводятся для оценки среднемноголетней выработки энергии ГЭС. Критерием оценки работы ГЭС в году средней водности для начальных стадий проектирования принимается максимальная выработка электроэнергии при условии вытеснения тепловых мощностей, не меньших полученных при работе ГЭС в расчетных маловодных условиях.

С учетом этого условия сработку водохранилища следует начинать как можно позже, чем в маловодном году, что приведет к увеличению напора ГЭС и выработки гидроэнергии в зимнее время.

Наполнение водохранилища следует закончить как можно раньше для увеличения напоров ГЭС и, как следствие, выработки электроэнергии.

Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в средневодном году проводятся аналогично расчетам, описанным в главе 9. При этом считаются заданным:

- приточность к створу гидроузла, соответствующая году с обеспеченностью р = 50% ;

- гарантированная мощность ГЭС и ее распределение внутри года (см. главу 9);

- обязательная предполоводная сработка водохранилища до УМО.

При расчете режима сработки в среднем по водности году необходимо рассмотреть следующие возможные варианты.

1. Работа ГЭС с мощностями, равными мощностям, принятым в маловодном году. При таком режиме начало сработки может задерживаться по сравнению смаловодными условиями, и ГЭС будет работать на повышенных напорах. Но поскольку принято условие ежегодной сработки до отметки УМО, весь накопленный запас воды сработается к началу половодья (в последнем месяце периода сработки).

2. Работа ГЭС по режиму уровня в расчетном маловодном году. При этом ход уровня воды в водохранилище будет соответствовать ходу уровня в расчетных маловодных условиях, а мощность ГЭС в среднем по водности году будет больше, чем в маловодном за счет большего притока воды вводохранилище.

3. Работа ГЭС по следующей схеме: а) среднеинтервальная мощность в первом месяце сработки водохранилища считается равной мощности ГЭС маловодного года; за счет большего, чем в маловодных условиях, притока воды, в кон­це этого месяца уровень воды в водохранилище будет выше, чем в маловодном году, и в водохранилище появится дополнительный запас воды; б) во втором месяце сработки сред­немесячная мощность ГЭС принимается равной сумме мощ­ности ГЭС в маловодном году (в этом же месяце) и мощности, которая может быть получена за счет, сработки за­пасенного в предыдущем месяце дополнительного (по срав­нению с маловодным годом) объема воды; в) порядок расчета среднемесячной мощности в третьем месяце сработки аналогичен предыдущему; для последнего месяца сработки водохранилища принимается общее для всех вариантов ус­ловие достижения отметки УМО.

По всем трем вариантам рассчитывается выработка элек­троэнергии ГЭС и выбирается вариант, обеспечивающий большую выработку.

В курсовом проекте рассматриваются два режима напол­нения водохранилища:

I режим: по уровням наполнения в маловодном году (при таком режиме мощности ГЭС в эти месяцы будут больше, чем в маловодных условиях) При этом среднемесячная мощность не может быть больше установленной, принятой в главе 10.

II режим: по мощностям в период наполнения в маловодном году (при этом уровень воды в водохранилище будет выше, чем в маловодном году, и водохранилище наполнится быстрее). Следует иметь в виду, что максимальный уровень воды в водохранилище ограничен отметкой НПУ.

По каждому режиму подсчитывается выработка ГЭС за период от начала наполнения до начала сработки и прини­мается режим наполнения с большей выработкой.

На основании проведенных расчетов строятся баланс энергии в средних условиях, а также баланс мощности энер­госистемы в средних по водности условиях. Определение рабочих мощностей выполняется по ИКН для зимних и летних суток. Кроме рабочих мощностей находится распределение резервных функций между элект­ростанциями, а также планируется ремонт оборудования ГЭС, ТЭС и АЭС.

По результатам расчетов строится также график сработ­ки и наполнения водохранилища в маловодных и средних условиях.

Выполнив водно-энергетическое регулирование и определив диапазон колебания напоров, необходимо перейти к сле­дующему этапу: выбору и обоснованию параметров турбин­ного и генераторного оборудования ГЭС.

Пример водно-энергетических расчетов режима работы ГЭС в среднем по водности году

Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в средне-водном году проводятся аналогично расчетам, описанным в главе 10.

При расчете режима сработки в среднем по водности году рассмотрены следующие возможные варианты:

1.Работа ГЭС с мощностями, принятыми в маловодном году (см. табл.13);

2.Работа ГЭС по режиму сработки расчетного маловодного года;

3.Работа ГЭС по следующей схеме:

а) среднеинтервальная мощность в первом месяце сработки водохранилища считается равной мощности ГЭС маловодного года;

б) во втором месяце сработки среднемесячная мощность принимается равной сумме мощности ГЭС в маловодном году (в этом же месяце) и мощности, которая может быть получена за счет сработки запасенного в предыдущем месяце дополнительного (по сравнению с маловодным годом) объема воды;

в) порядок расчета среднемесячной мощности в третьем месяце сработки аналогичен предыдущему; для последнего месяца сработки водохранилища принимается общее для всех вариантов условие достижение отметки УМО в конце расчетного периода.

По всем трем вариантам рассчитывается выработка электроэнергии ГЭС и выбирается вариант, обеспечивающий большую выработку. Результаты расчета сведены в табл.15. Наибольшую выработку обеспечивает вариант работы ГЭС по мощностям, принятым в маловодном году (Э=0,8815 млн.кВтч).

При расчете режима наполнения водохранилища в среднем по водности году рассматриваются два варианта:

1. По мощностям в период наполнения в маловодном году (см. табл.14).

2. По уровням наполнения в маловодном году. Результаты расчета приведены в табл.15.

По каждому режиму подсчитывается выработка ГЭС за период от начала наполнения до начала сработки и принимается режим наполнения с большей выработкой. Результаты расчета сведены в табл.15. Наибольшую выработку обеспечивает вариант работы ГЭС по мощностям в период наполнения в маловодном году (Э=1,1278 млн.кВтч).

Таблица 15

Результаты расчета выработки электроэнергии проектируемой

ГЭС при разных правилах назначения ее режима

Баланс мощности системы в средневодном году представлен в табл.16 и на рис.10. Покрытие годового графика среднемесячных нагрузок в средних по водности условиях приведено на рис.11. По результатам расчетов строится график сработки и наполнения водохранилища в маловодных и средних условиях (см. рис.12).

12. Выбор основного энергетического оборудования

Задача выбора основного энергетического оборудования состоит в определении его типов и параметров, которые при заданной исходной информации, выполнении всех требуемых ограничений с учетом целочисленности обеспечивали бы развитие энергосистемы за счет проектируемой ГЭС с минимальными затратами на строительство и максимальной прибылью при эксплуатации.

В связи с отсутствием инвестора на данном этапе критерием решения такой задачи принят минимум суммарных приведенных затрат по энергосистеме в целом.

Технико-экономическое обоснование оптимального варианта основного оборудования выполняется путем анализа всех возможных вариантов оборудования, удовлетворяющих техническим условиям и режимным требованиям проектируемого гидроэнергетического объекта.

Независимо от метода выбора основного энергетического оборудования ГЭС необходимо учитывать следующие основные положения:

1) выбранные параметры оборудования должны обеспечивать эксплуатацию агрегатов и станции в целом во всех допустимых режимах работы с наибольшим КПД;

2) необходимо стремится к выбору минимального числа агрегатов при возможно большей мощности каждого из них, что приводит к увеличению КПД реактивных гидротурбин за счет масштабного эффекта, снижению стоимости основного оборудования, сокращению сроков изготовления, монтажа и численности эксплуатационного персонала проектируемой ГЭС.

При этом существуют следующие ограничения:

- число агрегатов, устанавливаемых на ГЭС, не должно быть меньше двух, даже если вся требуемая мощность может быть реализована одним агрегатом, так как его плановый ремонт или аварийный простой приведут к прекращению работы всей станции, а при наполненном водохранилище – к необходимости холостого сброса воды и, следовательно, к общему снижению уровня надежности эксплуатации ГЭС в электроэнергетической системе;

- удовлетворение требований ВХК по минимальному расходу воды в нижнем бьефе должно сочетаться с необходимостью использования этого расхода для выработки электроэнергии, что может привести к снижению мощности агрегата, увеличению их числа или установке специального агрегата небольшой мощности;

- максимальный диаметр рабочего колеса гидротурбин должен выбираться не только исходя из возможностей его изготовления, но и с учетом условий транспортировки к месту монтажа. Ограничение по условиям доставки рабочего колеса типа РО по железной дороге соответствует диаметру, не превышающему 6,3м;

- выбор отметки высотного расположения рабочего колеса гидротурбин, особенно поворотно-лопастного и диагонального типов, должен учитывать особенности геологической характеристики основания здания ГЭС, что может привести к необходимости уменьшения заглубления рабочего колеса и подводной части здания станции, снижению мощности гидротурбин и увеличению числа агрегатов;

- число агрегатов проектируемой ГЭС, особенно при большом их числе, что характерно для низконапорных ГЭС, должно выбираться кратным двум или трем, что упрощает главную схему электрических соединений, обеспечивает взаимозаменяемость электротехнического оборудования, улучшает условия и снижает затраты при проведении его ремонта.