Гидроэнергетика СССР - Современное состояние гидроэнергетики

Глава пятая
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА СССР
Современное состояние гидроэнергетики

Уровень развития гидроэнергетики в 10-й пятилетке

Таблица 5.1. Установленная мощность и выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях

Советский Союз занимает одно из ведущих мест в мировой гидроэнергетике (табл. 5.1). На отечественных ГЭС вырабатывается около 10% всей гидроэнергии, в то время как в производстве электроэнергии на всех видах электростанций доля СССР составляет 16% мирового производства.
Гидроэнергетике принадлежит заметная роль в электроэнергетике страны как по установленной мощности гидроэлектростанций, так и по размерам вырабатываемой ими электроэнергии (см. табл. 1.3). В послевоенный период темпы развития гидроэнергетики резко возросли (рис. 5.1), причем одновременно возрастал ее удельный вес.
Начиная примерно с 1965 г. доля гидроэлектростанций по мощности стабилизировалась на уровне 18—19% при постепенном снижении аналогичного показателя по выработке электроэнергии ГЭС до 12—13%. Кривая 1 на рис. 5.1,а, характеризующая изменения удельного веса ГЭС в общей мощности электростанций страны, отражает тенденции формирования структуры генерирующих мощностей электростанций нашей страны, а также частично неравномерность ежегодных вводов мощностей как на гидравлических, так и на тепловых электростанциях.

Рис. 5.1. Изменение удельного веса гидроэлектростанций СССР в электробалансе страны по мощности (а) и выработке (б).
1 — установленная мощность и выработка ГЭС; 2 — удельный вес ГЭС в суммарной мощности и выработке электростанций СССР.

Кривая 2 на рис. 5.1,б, характеризующая долю участия ГЭС в общей выработке электроэнергии в стране, отражает кроме указанных факторов изменения водности в различные годы (так, маловодье семидесятых годов обусловило резкое снижение доли ГЭС в общей выработке электроэнергии). Соответственно число часов использования среднегодовой установленной мощности на гидроэлектростанциях по стране в целом колеблется из года в год, проявляя некоторую тенденцию к снижению (табл. 5.2).
Следует отметить, что гидроэнергостроительство в СССР ориентируется на каскадное использование водотоков (табл. 5.3 и 5.4). Это обеспечивает наиболее полное использование водных ресурсов рек, улучшает технико-экономические показатели ГЭС и их эксплуатационные характеристики, создает условия для ускорения транспортной реконструкции водных путей.

Таблица 5.2. Число часов использования установленной мощности ГЭС

Таблица 5.3. Основные каскады гидроэлектростанций европейской территории СССР и Кавказа (по состоянию на начало 1981 г.)

*1 Камская и Боткинская ГЭС и 4 агрегата Нижнекамской ГЭС.
*2 12 агрегатов Нижнекамской ГЭС.
*3 Каскад ГЭС Средней и Нижней Волги без Переволокской ГЭС.
*4 Весь каскад, за исключением 17 агрегатов Чебоксарской ГЭС.
*5 Еще не введенные 17 агрегатов Чебоксарской ГЭС.
*6 Днепрогскач ГЭС имени В. И. Ленина и Днепрогэс II считаются за одну ступень.
*7 Гуматские 1 и 2, Рионская, Варцихские 1, 2, 3.

Таблица 5.4. Основные каскады гидроэлектростанций восточных районов СССР

*2 В том числе Иркутская, Братская—18 агрегатов по 250 МВт, Усть-Илимская—16 агрегатов по 240 МВт
*2 Богучанская и 2 агрегата на Усть-Илимской ГЭС.
*3 В том числе Красноярская и 5 агрегатов на Саяно-Шушенской ГЭС.
*4 Невведенные агрегаты Саяно-Шушенской и Майнская ГЭС.
*5 Первая очередь Шульбинской ГЭС.
*6 В том числе Рогунская и Байпазинская ГЭС.
*7 Все ГЭС па пограничном между СССР и Афганистаном участке реки. Мощность и выработка показаны полные, без выделения доли СССР.
*8 Невведенные агрегаты Газалкентской ГЭС.

Характеристика промышленно-производственных основных фондов гидроэнергетики

В промышленно-производственных фондах электроэнергетики на долю гидроэлектростанций приходится около 20%. Основной фонд советской гидроэнергетики составляют 189 гидроэлектростанций мощностью от 5 тыс. кВт и выше, суммарная мощность которых на конец 1980 г. составила 51,8 млн. кВт, т. е. более 99% установленной мощности всех гидравлических электростанций страны. Распределение этих ГЭС на группы по мощности приведено в табл. 5.5, из которой видно, что более 80% всей мощности сосредоточено на крупных гидроэлектростанциях мощностью свыше 300 тыс. кВт каждая. При этом на восточные районы страны приходится 33% всех ГЭС, а доля их в суммарной мощности составляет 55%. Самыми крупными в нашей стране (на 1.01.1981 г.) являются 20 ГЭС мощностью от 600 до 6000 МВт.
Таблица 5.5. Распределение действующих ГЭС на группы по мощности (по состоянию на 1/1 1981 г.)

Таблица 5.6. Динамика установленной мощности гидроэлектростанций СССР

1 Прочерк означает малые значения.
Таблица 5.7. Структура промышленно-производственных фондов электроэнергетики, %

Практически весь фонд гидроэлектростанций (99% общей мощности ГЭС СССР) находится в эксплуатации в системе Минэнерго СССР; степень централизации производства электроэнергии на ГЭС составляла в 1980 г. свыше 99,5%. Необходимо подчеркнуть при этом, что многие гидроэлектростанции страны являются комплексными объектами, поэтому основные фонды гидроэлектростанций, находящиеся на балансе Минэнерго СССР, фактически предназначены для решения не только энергетических, но и других народнохозяйственных задач.
Как свидетельствуют данные о распределении гидроэлектростанций по союзным республикам, приведенные в табл. 5.6, около трех четвертей всей установленной мощности ГЭС страны сосредоточено в РСФСР и на Украине, однако гидроэнергетика занимает значительное место в народном хозяйстве и ряда других союзных республик. За последние 12 лет произошло удвоение мощности действующих гидроэлектростанций, при этом средний ежегодный прирост составил 7,2%; 70% всех вводов приходилось на восточные районы.
Фонды длительного действия составляют в гидроэнергетике около 80%, а для тепловых электростанций — около 40%; на долю более быстро амортизируемых элементов (оборудование и приборы) приходится в структуре фондов ГЭС 17%, а на тепловых электростанциях 55% (табл. 5.7).

Эксплуатационные характеристики гидроэлектростанций

Преобладающая часть гидроэлектростанций работает в энергосистемах, охваченных диспетчерским управлением — это гидроэлектростанции, находящиеся в сфере действия Единой энергетической системы СССР (ЕЭС СССР) и объединенных энергосистем (ОЭС) Средней Азии и Дальнего Востока, еще не подключенных к ЕЭС СССР. Во всех энергосистемах гидроэлектростанции используются преимущественно в переменной части графика нагрузки и только в паводковые сезоны они работают в базисном режиме. Частично в базисном режиме работают также некоторые ГЭС, осуществляющие попуски воды из водохранилища для обеспечения необходимых санитарных условий или судоходных глубин на нижележащем участке реки или для других целей.
Годовая энергоотдача гидроэлектростанций в значительной степени зависит от водности года и наличия регулирующих объемов. Многоводные и маловодные периоды охватывают часто по нескольку смежных лет; четкой последовательности, однако, не наблюдается. Так, период с 1965 по 1977 г. был неблагоприятным по водности, что привело в европейской части СССР к значительной недовыработке электроэнергии в маловодные годы (1965, 1972, 1973, 1975 и 1976 г.), а заметное превышение средней расчетной выработки электроэнергии наблюдалось лишь в двух многоводных годах: 1966 и 1970 (табл. 5.8).

Таблица 5.8. Отклонение от расчетной среднемноголетней выработки по 82 ГЭС в европейской части СССР за период 1965—1975 гг.

В восточных районах страны выработка ГЭС (за основу для расчета были приняты 54 гидроэлектростанции с суммарной проектной среднемноголетней выработкой 39,4 млрд. кВт-ч) характеризовалась большей равномерностью благодаря наличию крупных водохранилищ многолетнего регулирования стока (оз. Байкал, Братского, Иркутского, Бухтарминского и др.). Особенно маловодным для восточных районов, как и для большинства речных бассейнов европейской части СССР, оказался 1975 г. Маловодье, носившее угрожающий характер, охватившее бассейны Средней Азии и частично Казахстана еще в 1974 г., продолжалось и в 1975 г., в частности для Сырдарьи водность оказалась за последние 60 лет наименьшей. В этих тяжелых условиях были использованы полностью водные ресурсы водохранилищ действующих ГЭС— Кайраккумского, Чардаринского, Чарвакского и других, а также Нурекского и Токтогульского, которые находились в начальной стадии наполнения, что позволило обеспечить водой орошаемое земледелие в республиках Средней Азии.
Важно отметить, что регулирующие возможности водохранилищ ГЭС значительно увеличиваются из пятилетия в пятилетие (табл. 5.9). Кроме того, эффект сезонного и многолетнего регулирования стока увеличивается в связи с тем, что многие гидроэлектростанции работают в каскадах. Волжско-Камский каскад ГЭС располагает полезным объемом водохранилищ с энергетическим эквивалентом примерно 10 млрд. кВт-ч, что обеспечивает сезонное регулирование.  

Таблица 5.9. Фонд регулирующих объемов гидроэлектростанций

Днепровский каскад ГЭС располагает аккумулированной энергией в 2,4 млрд. кВт-ч, что равноценно работе ГЭС каскада с установленной мощностью в течение 700 ч. Сезонные колебания в работе ГЭС по стране в целом относительно невелики, и выработка составляет осредненно за послевоенный период по кварталам года (в % от годовой выработки): I квартал — около 21%; II — 28%; III—27%; IV — 24%. В то же время сезонная неравномерность выработки ГЭС различна для отдельных районов, так же как различны и режимы работы ГЭС в энергосистемах. В некоторых энергосистемах, в частности в ОЭС Сибири, гидростанциями покрыта вся пиковая часть графика нагрузок и даже часть базисной зоны.
Гидроэлектростанции широко используются в режиме синхронного компенсатора для выработки реактивной мощности. Например, гидроэлектростанции Днепровского каскада в продолжение многих лет используются в режиме синхронного компенсатора мощностью более 2300 Мвар с выработкой 4250 млрд. кВт-ч, т. е. в течение 2200 ч в год.
Эксплуатационная надежность гидроэлектростанций весьма высока и за последнее десятилетие еще повысилась; в 10 раз снизились аварийные простои; неизменно возрастает роль ГЭС как резерва мощности энергосистем.
Использование маневренных свойств ГЭС потребовало применения быстродействующих и надежных систем автоматики для управления гидроагрегатами и для их защиты. Сейчас гидроэлектростанции являются полностью автоматизированными предприятиями, при этом автоматизированы: пуск и остановка агрегата от одного импульса с пульта управления или диспетчерского пункта энергосистемы; перевод гидроагрегата из генераторного режима в режим синхронного компенсатора и обратно; групповое регулирование частоты в энергосистеме; остановка агрегата при неисправностях; регулирование комбинаторной связи поворотно-лопастных гидротурбин по напору; регулирование нагрузки ГЭС по заданному графику или по режиму бытового притока воды (по режиму уровня); управление вспомогательным оборудованием; контроль за показателями работы ГЭС. Многие гидроэлектростанции (Плявинская, Рыбинская, Угличская и другие), а также целые каскады ГЭС (Храмский, Выгский, Чирчикский, Алмаатинский) управляются на расстоянии с использованием средств телемеханики. Дальнейшее улучшение режимов работы гидроэлектростанций связано с совершенствованием правил комплексного использования водных ресурсов водохранилищ и усилением контроля за их выполнением всеми водопользователями и водопотребителями.
Эксплуатационные показатели гидроэлектростанций Минэнерго СССР приведены в табл. 19.1. Эти данные свидетельствуют о постоянном снижении удельной численности промышленно-производственного персонала, что является следствием роста производительности труда в в гидроэнергетике. Производственная себестоимость электроэнергии на гидроэлектростанциях в целом по стране составила 0,149 коп/(кВт-ч) в 1979 г., что примерно в 5 раз ниже, чем на тепловых электростанциях [0,754 коп/(кВт-ч)]. Эта себестоимость определялась затратами на амортизацию (85%) и издержками по заработной плате (15%). Рост в отдельные годы средней себестоимости электроэнергии па ГЭС и расхода электроэнергии на собственные нужды связан прежде всего со снижением выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях из-за  маловодья. Расход электроэнергии на собственные нужды на ГЭС составляет в среднем около 0,3% против 5,7% на ТЭС, причем по отдельным ГЭС он колеблется в пределах от 0,19 до 0,54%. Данные по себестоимости электроэнергии на отдельных ГЭС разнятся довольно значительно. Наинизшую себестоимость электроэнергии, отпущенной потребителю с шин ГЭС, имеют ГЭС Ангаро-Енисейского каскада, вдвое выше она для крупных ГЭС на Волге и еще выше на других реках европейской равнины. Исключение составляет Днепрогэс имени В. И. Ленина, на которой себестоимость вырабатываемой электроэнергии имеет среднее значение между себестоимостью на Сибирских и Волжских гигантах.