Гидро расчеты сельских ГЭС - Выбор энергетической схемы гидроузла

Глава X
РАСЧЕТЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА

При водноэнергетических расчетах определяются основные параметры гидроустановки: расчетные расходы и напор, мощность ГЭС и отдельных агрегатов, устанавливается режим работы ГЭС для обеспечения покрытия графиков нагрузки, а также производится подсчет экономической эффективности гидростанции. При определении указанных параметров необходимо предварительно установить наиболее выгодную энергетическую схему гидроузла, выбрать оптимальную отметку НПГ и высоту сливной призмы водохранилища, установить режим работы водохранилища и т. п.
Однако все перечисленные элементы расчета находятся во взаимной связи, поэтому задача решается путем последовательного уточнения принятых параметров гидростанции.
Ниже излагается методика расчетов в той последовательности и объеме, которые приняты при проектировании сельских ГЭС.

§ 45. Выбор энергетической схемы гидроузла
Выбор створа ГЭС является весьма важным с точки зрения компоновки гидроузла и установления типов сооружений и в значительной мере определяется схемой энергетического использования участка реки, намеченного для строительства ГЭС.
Характер схемы энергетического использования существенно сказывается на энергоэкономической эффективности гидростанции и нередко является решающим при выборе створа ГЭС. Поэтому при рассмотрении участка реки необходимо в первую очередь исходить из условия наилучшего использования мощности водотока и затем — из условий удобства размещения сооружений гидроузла.
В процессе полевых изысканий выбор створа ГЭС не всегда может быть сделан удачно с точки зрения энергетики. Ввиду этого при анализе полевых материалов следует обращать самое серьезное внимание на выявление возможностей создания дополнительных регулирующих водохранилищ в бассейне, увеличения стока в створе ГЭС путем переброски части стока с соседних водосборов и т. д.
Рассмотрение различных схем позволяет выявить наилучшее решение, которое не всегда бывает очевидным при изысканиях. Выбор той или иной энергетической схемы гидроузла производится в результате предварительных проработок водноэнергетических вопросов с оценкой затрат на строительство ГЭС, суммарной выработки электроэнергии и ее распределения в течение года, степени покрытия графиков энергопотребления, себестоимости энергии и т. п. Иногда при некотором удорожании гидроузла достигается значительное улучшение энергоэкономических показателей и экономической эффективности ГЭС в целом.
Разумеется, решение в каждом отдельном случае принимается, исходя из конкретных гидрологических, топографических, инженерногеологических и других условий. Вместе с тем при выборе энергетической схемы гидроузла необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. Необходимо выявить и рассмотреть все возможности для повышения степени зарегулированности стока путем создания водохранилищ за счет использования озер, болот и естественных впадин в районе расположения гидроузла, а также устройством регулирующих водохранилищ на реке и ее притоках выше створа ГЭС.
2. При наличии возможностей переброски части стока с соседнего водосбора в используемую реку следует тщательно их проанализировать и установить целесообразность проведения этого мероприятия.
3. При выборе створа следует добиваться создания возможно наибольшего напора ГЭС путем использования порогов, спрямления меандр и назначения наивысшей, возможной в данных условиях, отметки НПГ.

В качестве примера, характеризующего возможные подходы к выбору проектных параметров ГЭС, рассмотрим результаты выбора створов гидростанций, указанных на схеме (рис. 85a).
Полевые обследования р. Лесной, произведенные с целью разработки схемы энергетического использования реки для электрификации сельского хозяйства прилегающих районов, выявили возможность создания ряда мелких гидростанций с весьма низкими техникоэкономическими показателями (см. табл. 115). Все эти мелкие гидростанции, располагаемые в виде каскада с приплотинными водохранилищами для суточного регулирования стока, не смогли бы обеспечить расчетную выработку электроэнергии в периоды зимней и летней межени из-за дефицита расхода и имели бы почти месячные простои в паводковые периоды года из-за дефицита напора. При таких параметрах проектируемых ГЭС одновременно с их строительством потребовалось бы создание теплового резерва мощностью, равной мощности ГЭС. Это подтверждается произведенными расчетами, согласно которым мощность тепловых станций составляет около 60% суммарной мощности системы, а выработка электроэнергии ГЭС — около 70—75% потребного количества.

Рис. 85. Схема узла сооружений ГЭС.
1 — здание ГЭС, 2 — плотина, 3 — соединительный канал, 4 — дамбы, 5 — озеро.

Из указанных в табл. 115 ступеней каскада две ГЭС № 1 и № 3 уже построены, причем установленная мощность ГЭС № 3 снижена  до 167 кВт. Результаты расчетов вызвали необходимость в изменении принятой схемы использования реки и в отыскании возможностей для повышения эффективности проектируемых ГЭС.
При анализе топографических материалов и в результате дополнительно проведенных полевых изысканий наметилось решение задачи путем создания водохранилища с сезонным регулированием стока.
Наиболее удовлетворяющим поставленной задаче оказался участок реки в створе ГЭС № 6 (рис. 85 б). Благоприятные топографические условия на правом берегу реки, имеющем большую низину, позволили использовать ее для создания водохранилища без значительных затоплений ценных сельскохозяйственных угодий и селений. Затопление болот и озера в низине с устройством земляных дамб в пониженных местах по контуру водохранилища дало возможность получить полезную емкость около 40 млн. м³, что обеспечивает сезонное регулирование стока.

Таблица 115
Основные характеристики каскада ГЭС

Наличие такого водохранилища повлекло изменение компоновки узла сооружений ГЭС и отказ от принятой ранее приплотинной схемы. Это позволило повысить напор ГЭС с 4,0 до 9,0 м, что гарантирует безостановочную ее работу со значительными мощностями и в паводки. Расчетный расход в связи с созданием водохранилища повысился до 15,6 м³/сек. и установленная мощность возросла со 193 до 1200 кВт.
Выработка электроэнергии ГЭС при новой схеме гидроузла увеличивается от 738 до 4753 тыс. кВт-ч в средний год. Выбранная энергетическая схема гидроузла создает условия для круглогодичной работы гидростанции без простоев и с высокой эффективностью. Кроме того, создание водохранилища обеспечивает регулирование стока р. Лесной ниже створа ГЭС и существенное повышение выработки нижележащими гидростанциями.
В результате устройства водохранилища с сезонным регулированием стока мощность ГЭС № 6 и выработка электроэнергии возрастают настолько, что эта ГЭС может заменить четыре запроектированные гидростанции каскада, имея более выгодные энергоэкономические показатели.
Приведенный пример показывает, насколько важно тщательное изучение материалов изысканий с выявлением всех возможностей улучшения энергетической схемы гидроузла.