Гидроаккумулирующие электростанции классифицируются по следующим признакам.
- По схемам аккумулирования:
ГАЭС простого аккумулирования, иногда их называют «чистыми» ГАЭС (рис. 7.2, 7.3, схема 1). Характерным признаком ГАЭС такого типа является отсутствие притока воды в верхний бассейн. Потери воды на испарение и фильтрацию компенсируются небольшим притоком, обычно в нижний бассейн.
ГАЭС смешанного типа, или ГЭС — ГАЭС. При этой схеме имеется приток воды в верхний бассейн, достаточный для того, чтобы, срабатывая его в турбинном режиме, давать существенную дополнительную выработку энергии (рис. 7.3, схема 2). Иными словами. ГЭС — ГАЭС — это гидроэлектростанция, имеющая в своем составе обратимые или насосные агрегаты. Необходимым для использования этой схемы является наличие в нижнем бьефе объема воды, достаточного для обеспечения работы в насосном режиме.
Рис. 7.2. Общий вид ГАЭС простого аккумулирования
Рис. 7.3. Схемы ГАЭС:
I — простого аккумулирования; II — ГЭС — ГАЭС; 3 — ГАЭС в схеме переброски стока
ГАЭС в схеме переброски стока (рис. 7.3, схема 3), или ГАЭС с неполной высотой подкачки в бассейн (канал) на водоразделе. Особенность ее состоит в расположении насосной и гидроэлектрической станций на значительном расстоянии друг от друга, в связи с чем эту схему иногда называют раздельной.
Рис. 7.4. Работа ГАЭС в графике суточной нагрузки
энергосистемы:
а —в пике; б —в полупике
Следует отметить, что основным положительным качеством ГАЭС простого аккумулирования является возможность их строительства вдали от крупных рек — в местах, где имеются перепад рельефа, обеспечивающий создание насоса и река, дающая возможность образовать водохранилище относительной небольшой вместимости, выполняющее роль нижнего бассейна (рис. 7.2). Именно в таких условиях сооружаются Загорская и для таких условий проектируются Ленинградская и Центральная ГАЭС. Они требуют гораздо меньшего отчуждения территории, чем ГЭС или ГЭС — ГАЭС, и могут быть расположены вблизи мощных ТЭС и АЭС, что снижает затраты на сооружение линий электропередачи и повышает надежность и маневренность энергосистемы.
Весьма эффективно создание энергетических комплексов, объединяющих территориально и технологически крупные ТЭС и АЭС, ГАЭС и ГЭС (см. рис. 2.4), расположенные в непосредственной близости друг от друга. Заканчивается строительство Южно-Украинского энергокомплекса на р. Южный Буг, проектируются Краснодарский энергокомплекс с ГЭС-г ГАЭС мощностью 1,3 млн. кВт и др.
- По длительности цикла аккумулирования, т. е. периоду сработки и наполнения бассейна:
ГАЭС суточного аккумулирования. По длительности работы в турбинном (генераторном) режиме их принято подразделять на пиковые, выдающие электроэнергию не более 6 ч в сутки, и полупиковые, выполняющие эту функцию за период от 6 до 16 ч (рис. 7.4), если верхняя (самая острая часть пика графика) обеспечивается за счет работы других электростанций.
Для «чистых» ГАЭС, если продолжительность турбинного режима значительно меньше, чем располагаемое время для работы в насосном режиме, мощность турбинных агрегатов должна быть больше, чем насосных. Для полупиковых ГАЭС, наоборот, мощность насосных агрегатов (необходимая для перекачки в течение оставшегося времени суток объема воды, использованного для выработки электроэнергии) может быть значительно больше, чем турбинных.
ГАЭС недельного аккумулирования. Переход от суточного цикла к недельному целесообразен, когда за счет дополнительной насосной работы агрегатов ГАЭС в выходные дни разгрузка ТЭС и АЭС может быть уменьшена, а в верхние бассейны ГАЭС заканчиваются дополнительные объемы воды, которые в рабочие дни используются для покрытия пиков графика суточной нагрузки (рис. 7.5). При этом улучшается режим работы ТЭС и АЭС, может быть увеличена установленная мощность ГАЭС и обеспечена дополнительная экономия топлива, однако недельный цикл требует соответствующего увеличения вместимости бассейнов.
Сезонный цикл аккумулирования применяется в очень редких случаях при особо благоприятных условиях создания бассейнов ГАЭС: при использовании в качестве бассейнов больших естественных водоемов или существующих водохранилищ, когда необходимые дополнительные объемы могут быть созданы без больших затрат.
Рис. 7.5. Работа ГАЭС с недельным циклом аккумулирования:
а — в графике нагрузки; б — изменение отметки уровня воды в верхнем бассейне; 1 — турбинный режим; 2 — насосный режим
Сезонный цикл позволяет в летние периоды, когда нагрузки энергосистем снижаются, дополнительно эксплуатировать ГАЭС в насосном режиме, с тем чтобы в последующий период осенне-зимних максимумов увеличить мощность и выработку ГАЭС. Такие условия работы могут планироваться за счет повышения установленной мощности ГАЭС или за счет увеличения числа часов ежесуточного использования ее мощности. Роль ГАЭС в энергосистеме при этом соответственно повышается.
- По схеме основного гидросилового оборудования:
четырехмашинная схема, имеет отдельные насосный и турбинный агрегаты, т. е. четыре машины (двигатель, насос, турбина и генератор);
трехмашинная схема, состоит из одной обратимой электромашины (т. е. двигателя-генератора) и двух гидравлических: насоса и турбины;
двухмашинная схема, имеет две обратимые машины: двигатель-генератор и обратимую гидромашину.
Особенности ГАЭС с различными схемами оборудования рассматриваются в гл. 22.
Аварийно-резервное использование ГАЭС. Во многих случаях при рассмотрении вопроса о строительстве ГАЭС возможность ее использования в аварийном резерве является решающим факторов. Так, в случае аварийной ситуации в энергосистеме при выпадении крупного генерирующего источника возможно быстрое отключение ГАЭС, работающей в насосном режиме. Это приведет к несоизмеримо меньшему ущербу, чем, например, отключение такого потребителя, как металлургический комбинат. Кроме того, в течение нескольких минут агрегаты ГАЭС могут быть переведены в турбинный режим работы и таким образом энергоснабжение не прервется. Для этого необходимы дополнительные запасы воды в верхних бассейнах ГАЭС, рассчитанные на аварийное кратковременное использование в течение 1,5 — 3 ч. Предусматривается также работа агрегатов ГАЭС «в горячем резерве», т. е. вращение включенных о сеть агрегатов в режиме синхронного компенсатора (см. гл. 12). При этом в случае возникновения аварий за несколько десятков секунд ГАЭС включается на полную мощность, компенсируя мощность, потерянную энергосистемой, и давая возможность устранить последствия аварии. Такое использование ГАЭС имеет очень большое значение, так как отпадает необходимость создания других резервных электростанций.
