Гидроэнергетика СССР - Задачи эксплуатации гидроузлов

Глава девятнадцатая
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛОВ
19.1. Задачи эксплуатации

Основной задачей, которая решается при управлении водным режимом гидроэнергетического узла с водохранилищем, является обеспечение наиболее полного использования энергии водотока и установленной мощности гидроэлектростанции при оптимальном для энергосистемы участии ГЭС в покрытии графика нагрузки.
При комплексном водопользовании водный режим гидроэнергетического узла учитывает потребности неэнергетического водопользования и водопотребления (водного транспорта, орошения, рыбного хозяйства, водоснабжения, борьбы с наводнениями) и условия охраны природы.
Противоречивость требований к водному режиму гидроузлов со стороны различных водопользователей общеизвестна. В качестве документа, увязывающего все противоречия по водохранилищу комплексного водопользования, выступают «Основные положения правил использования водных ресурсов водохранилища», которые разрабатываются проектной организацией для каждого водохранилища, регулирующего в той или иной мере сток реки (годовой, сезонный, суточный режимы регулирования) в интересах нескольких водопользователей, включая и энергетику. Основные положения, устанавливающие наиболее важные конкретные показатели режима работы гидроузла и водохранилища в течение всего водохозяйственного года, согласовываются всеми участниками водохозяйственного комплекса и утверждаются министерствами мелиорации и водного хозяйства союзных республик или СССР (в зависимости от значения водохранилища для народного хозяйства). Соблюдение требований этого документа юридически обязательно для всех организаций, в том или ином виде использующих комплексные гидроузлы и водохранилища.
Специальный документ «Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ СССР» регламентирует содержание Основных положений, имея целью придать последним законченный конкретный вид. В частности, в Основных положениях должны содержаться следующие сведения: данные о располагаемых гидроресурсах; характеристики гидроэнергоузла, каждого из водопользователей, водохранилища; диспетчерские графики сработки и наполнения водохранилища в различные периоды года и при различной водности; правила пропуска паводков (высоких вод) и др.
Основные положения являются документом динамичным, что обусловливается изменением с течением времени состава водопользователей и их требований. Так, принятый первоначально в качестве оптимального транспортно-энергетический режим использования водных ресурсов Волжских (имени В. И. Ленина и XXII съезда КПСС) гидроузлов в последующем был изменен и в настоящее время сочетает требования энергетики, рыбного хозяйства, ирригации и судоходства. Этот пример свидетельствует о необходимости и целесообразности регулярного пересмотра «Основных положений правил использования водных ресурсов водохранилищ».
Режим работы гидроэлектростанций в составе комплексных гидроузлов во многом зависит от режима неэнергетического водопотребления и водопользования. Однако основное требование к режиму работы ГЭС — обеспечить ее оптимальное участие в графике нагрузки энергосистемы в условиях согласованных ограничений — действует постоянно. Для того чтобы это требование выполнялось, необходимо соблюдение ряда условий, что является важнейшей задачей эксплуатационного персонала гидроэлектростанций и энергоуправлений (энергообъединений).

К этим условиям относятся.

1. обеспечение высокой маневренности гидроэнергетического оборудования. Это условие является наиболее важным, оно выдвигает повышенные требования к надежности основного и вспомогательного технологического оборудования:    гидротурбинам, гидрогенераторам;
2. системам охлаждения, технического водоснабжения, снабжения сжатым воздухом; средствам автоматического управления и контроля и другим;
3. сохранение регулирующего объема водохранилищ и бассейнов. Следует учитывать, что наибольший эффект в энергосистеме создают гидроэлектростанции, работающие на зарегулированном стоке, в то же время выполнению этого условия препятствует заиление водохранилищ, борьба с которым ведется с помощью режимных мероприятий, а также путем периодических промывов водохранилищ;
4. обеспечение надежности гидротехнических сооружений. Значение этого требования определяется тем, что состояние гидротехнических сооружений в ряде случаев может оказывать прямое влияние на режим работы гидроэлектростанции, при этом причинами ограничений режима ГЭС могут быть повреждение облицовок и покрытий откосов плотин и каналов, размыв дна и повреждение креплений в нижнем бьефе, повреждение противофильтрационных устройств и другие;
5. применение рациональных методов управления режимом водопотребления гидроэлектростанций. Применение таких методов требует выбора объективных критериев оптимизации режима работы ГЭС в энергосистеме, разработки соответствующих алгоритмов и программ для управления режимами ГЭС при помощи средств вычислительной техники. Необходимо заметить, что для оптимизации режима работы ГЭС необходимо содержание в надежном состоянии не только сооружений самой гидроэлектростанции, но и сооружений всех остальных водопользователей и водопотребителей во избежание дополнительных ограничений, создаваемых ими;
6. обеспечение экономичности гидроэлектростанции. Выполнение этого условия требует решения вопросов, связанных с оптимизацией внутристанционных режимов:      оптимального распределения нагрузки между гидроагрегатами с наивысшим к. и. д. гидроэлектростанции в целом, оптимальной настройки комбинаторной связи у поворотнолопастных гидротурбин, внедрения режима синхронного компенсатора, снижения потерь в водоподводящих и водоотводящих трактах и других.

Успешное выполнение перечисленных условий на эксплуатируемой гидроэлектростанции зависит, помимо деятельности эксплуатационного персонала, также и от технического уровня проекта, качества и надежности установленного оборудования и возведенных гидротехнических сооружений, выбора средств управления, организации ремонтного обслуживания и др. Совокупность перечисленных факторов определяет технический уровень эксплуатации.
Технический уровень эксплуатации гидроэлектростанций характеризуется определенной системой показателей, среди которых наиболее важными являются (помимо установленной мощности ГЭС и суммарной годовой выработки электроэнергии): структура находящихся в эксплуатации гидроэлектростанций, продолжительность (число часов) использования установленной мощности в году, производственная себестоимость электроэнергии, надежность гидроагрегатов (готовность к несению нагрузки), производительность труда. В табл. 19.1 приведены перечисленные средние по отрасли показатели за период с 1965 по 1980 г.
Структура гидроэлектростанций постоянно улучшается: если число средних и крупных ГЭС увеличивается за счет ввода новых гидроэлектростанций, то число мелких ГЭС (менее 5 МВт) снижается за счет вывода их из эксплуатации. Следствием последнего фактора является то, что общее число гидроэлектростанций также постепенно уменьшается. Вывод из эксплуатации мелких ГЭС объясняется уменьшением их эффективности вследствие уменьшения водного стока малых рек, износа оборудования и повреждения гидросооружений, низкого уровня автоматизации и высокой потребности в ручном труде, а также снижением роли малых ГЭС в электроснабжении района при слиянии и укрупнении энергосистем.

Таблица 19.1. Показатели технического уровня эксплуатации гидроэлектростанции Минэнерго СССР (на конец года)

Таким образом, если за 1966—1979 гг. число крупных и средних ГЭС (более 100 тыс. кВт) возросло с 37 до 65, то общее число ГЭС сократилось с 630 до 372. Конечно, решение вопроса о малых ГЭС в части вывода их из эксплуатации является в какой-то мере спорным, если учесть, что во многих зарубежных странах морально и физически изношенные малые ГЭС реконструируются и остаются в работе. Однако для нашей страны со сравнительно небольшим использованием гидроэнергетического потенциала капиталовложения в гидроэнергетику на нынешнем этапе, очевидно, целесообразнее использовать в целях строительства новых мощных гидроэлектростанций (ГЭС и ГАЭС). В настоящее время в отдельных районах использование гидроресурсов малых рек может оказаться эффективным.
Среднегодовое число часов использования установленной мощности гидроэлектростанций, превысившее в 1970 г. 4 тыс. ч, затем резко снизилось. Этот показатель является в СССР более низким, чем в США, Канаде, Японии, Норвегии, Швеции, где использование мощности достигает 4,5—5 тыс. ч. В то же время по отдельным отечественным гидроэлектростанциям число часов использования установленной мощности значительно превышает среднее: Братская, Волжская имени В. И. Ленина и др. Значение числа часов использования установленной мощности определяется главным образом режимом работы ГЭС в энергосистеме и задачами, которые решает данная станция в электроснабжении. Так, поскольку энергия Братской ГЭС предназначена для снабжения энергоемких производств, гидроэлектростанция работает в полупиковой и отчасти базисной зоне графика нагрузки энергосистемы. В то же время крупные гидроэлектростанции, расположенные в европейской части СССР, как правило, предназначены для покрытия пиков графика нагрузки, тогда как базисная часть графика занята тепловыми и атомными электростанциями. Тенденция к использованию высокоманевренных свойств гидроэлектростанций для покрытия ими пиков нагрузки приведет, по-видимому, и в дальнейшем к некоторому снижению показателя числа часов использования. Следует заметить, что в 70-х годах снижение этого показателя отчасти объясняется маловодьем рек в большинстве районов страны, а также сниженной располагаемой мощностью на новых крупных ГЭС, работавших в период освоения при напорах ниже расчетных.
Себестоимость электроэнергии на гидроэлектростанциях уже в течение ряда лет находится на одном и том же уровне. Для ее снижения необходимо осуществление серьезных мероприятий по повышению эффективности и надежности основного оборудования. Заметим, что речь идет о снижении лишь той доли себестоимости, которая определяется текущими эксплуатационными затратами, при этом необходимо иметь в виду, что в структуре себестоимости электроэнергии на ГЭС до 70% составляют амортизационные отчисления (реновация, капитальный ремонт), которые слабо связаны с уровнем технической эксплуатации каждой отдельно взятой гидроэлектростанции.
Коэффициент готовности, характеризующий общий уровень надежности оборудования, на протяжении рассматриваемого периода практически стабилен, изменяясь в незначительных пределах. Его значение при этом остается ниже, чем на гидроэлектростанциях передовых зарубежных стран, что указывает, в первую очередь, на необходимость существенного расширения работ по модернизации находящегося в эксплуатации основного оборудования, повышению его надежности, маневренности, износостойкости.

Рис. 19.1. Рост производительности тру да на гидроэлектростанциях.
1 — удельная численность промышленно-производственного персонала; 2 — установленная мощность гидроэлектростанций.

Динамика удельной численности промышленно-производственного персонала свидетельствует о широком масштабе проводимых на электростанциях мероприятий по повышению производительности труда. Можно видеть (рис. 19.1), что если за 1966—1980 гг. установленная мощность гидроэлектростанций выросла почти в 2,5 раза, то удельная численность промышленно-производственного персонала сократилась также более чем в 2 раза. Такое соотношение указывает на то, что производительность труда при эксплуатации гидроэлектростанций за указанный ряд лет выросла более чем в 2 раза, т. е. ввод новых ГЭС практически не сопровождается увеличением суммарной численности персонала, занятого на эксплуатации.