Глава VIII
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ РАБОТЫ ГЭС
Основной особенностью гидроэлектрической станции (ГЭС) является непостоянство режима ее работы, обусловленное изменчивостью во времени используемых ею энергетических ресурсов. Неограниченность определяющих эту изменчивость факторов позволяет отнести естественный режим водотоков к категории стохастических процессов. Кроме того, гидрологическому режиму рек свойственна вполне определенная периодичность смены фазовых явлений на протяжении каждого годового периода. Наряду с этим существует определенная тенденция к сохранению аномалий, которая может быть оценена цепными связями. Годовая периодичность смены фазовых явлений присуща всем рекам, так как она обусловливается движением земли вокруг солнца, и режим различных рек отличается лишь сроками и последовательностью фазовых явлений в зависимости от источников их питания. Цепные связи и цикличность различны для каждой реки, поскольку они в значительной мере зависят от естественно аккумулирующих влагу емкостей в ее бассейне (подземных емкостей, озер, болот и тому подобных).
Таким образом, изменение режима водотоков, определяющее в значительной степени характер работы ГЭС, представляет собой сложный непрерывный процесс.
На характер работы ГЭС оказывает также влияние изменение режима водотоков, вызываемое хозяйственной деятельностью человеческого общества, в частности комплексностью использования водных ресурсов. При этом нужно различать следующие формы воздействия человека на водотоки:
а) изменение развития водного хозяйства в результате расширения площадей орошения и обводнения, перебросок стока из бассейна в бассейн, массового применения мелиоративных и агротехнических мероприятий, проведения лесонасаждений, регулирования стока водохранилищами и т. п.;
б) ежегодные периодические воздействия на режим водотоков путем водоотбора из русла рек и зарегулирования их режима для других водохозяйственных целей.
Из числа этих воздействий на водотоки особенно существенным является орошение земель. Данная отрасль водного хозяйства требует осуществления водоотбора из рек в каналы и зарегулирования режима водотоков водохранилищами по графику орошения, резко отличному от графика энергетического хозяйства.
На характер работы ГЭС, кроме изменчивости режима стока (расходов воды), как указано в главах II и VI, оказывает влияние колебания напора на турбинах. Это имеет существенное значение для низконапорных ГЭС. При расчете параметров таких гидроэлектростанций необходим учет изменчивости действующего напора. Для ГЭС средних и высоких напоров, если они деривационного типа, эти колебания напоров не имеют большого значения.
Для водохранилищных ГЭС существенное значение может иметь снижение напора на турбинах при опорожненной призме слива, если глубина сработки последнего составляет значительную долю рабочего напора на ГЭС (или суммарного напора регулируемого каскада ГЭС).
Следующей, очень важной особенностью ГЭС является легкость регулирования мощности, отдаваемой работающими агрегатами, и быстрота запуска резервных машин, если имеется достаточная регулирующая емкость. Это делает целесообразным использование свободной установленной мощности гидроэлектростанции для покрытия пиковой части графика нагрузки.
В энергетических системах со значительным участием ГЭС в маловодные периоды может иметь место дефицит выработки при наличии даже достаточной располагаемой мощности генерирующих станций.
Перечисленные выше особенности ГЭС определяют основные характерные черты режима работы энергосистемы, в которых доминируют гидроэлектрические станции. Такие системы целесообразно называть гидроэлектроэнергетическими системами (ГЭЭС).
ГЭЭС мы условно, называем такую энергосистему, в которой удельный вес мощности ГЭС настолько велик, что даже в маловодные годы расчетной обеспеченности некоторый период времени ГЭС совместно с другими нерегулируемыми по электроэнергии станциями покрывает график нагрузки полностью без участия регулируемых мощностей ТЭС. Рабочая мощность последних при этом не повышает сезонной мощности ГЭС системы.
Для ГЭЭС характерны следующие особенности:
а) в особо маловодные периоды недостаток выработки энергии на ГЭС не может полностью компенсироваться использованием всех резервов мощности тепловых электрических станций. Поэтому в таких системах в эти периоды баланс энергии может достигаться лишь при некотором регулировании потребления энергии.
б) в большинстве случаев (за исключением особо многоводных периодов) покрытие пиковой части графика нагрузки может производиться за счет краткосрочного регулирования работы ГЭС (частотного, суточного и недельного).
в) в особо маловодные периоды дефицит выработки энергии в системе может иметь место при наличии свободной мощности для покрытия пика графика нагрузки;
г) в таких системах существует критический период в году, который является наиболее дефицитным по выработке энергии.
При водоэнергетических расчетах следует различать зарегулированные и незарегулированные ГЭЭС.
Зарегулированными ГЭЭС мы называем системы, в которых в пределах определенной (расчетной) обеспеченности достигается сведение баланса выработки и потребления энергии на протяжении всего годового периода путем осуществления сезонногодового или многолетнего регулирования водохранилищами.
Незарегулированными ГЭЭС мы называем системы, в которых полный баланс энергии достигается как дублирующими тепловыми электростанциями, так и регулированием потребления электроэнергии.
Понятия основных расчетных параметров ГЭС и ГЭЭС
А. По мощности
а) номинальная установленная мощность ГЭС — суммарная мощность агрегатов, соответствующая их заводским данным, а действительная установленная мощность — реально возможная мощность ГЭС при максимально реализуемых в условиях эксплуатации значений расхода и напора;
б) гарантированная мощность ГЭС — среднесуточная или среднесезонная мощность, соответствующая установленному значению расчетной обеспеченности и не требующая дублирующей мощности других электростанций;
в) располагаемая мощность ГЭС — мощность, развиваемая ею и участвующая в покрытии максимума графика нагрузки в маловодный период, соответствующий принятому уровню расчетной обеспеченности;
г) сезонная мощность ГЭС — разность между действительной установленной и гарантированной мощностью ГЭС.
В отношении ГЭЭС понятия, изложенные в пунктах «б» и «в», должны относиться к указанному выше критическому периоду работы гидроэлектроэнергетической системы.
Б. По выработке энергии
а) средняя многолетняя выработка энергии ГЭС — среднее за многолетие значение выработки ее по водотоку с учетом всего диапазона колебаний, используемых в реальных условиях расходов воды и напоров;
б) гарантированная выработка ГЭС (при полном годовом или многолетнем регулировании) —годовое значение, соответствующее принятому уровню расчетной обеспеченности и не требующее дублирующей выработки других электростанций. Для менее зарегулированных ГЭС — выработка по водотоку в пределах гарантированной мощности;
в) сезонная выработка ГЭС — значение выработки (сверх гарантированной) при данном графике нагрузки;
г) регулирующая выработка энергии ГЭС — та часть выработки, которая обеспечивает повышение гарантированной мощности ГЭЭС в критический период ее работы.
Основные экономические предпосылки расчетов параметров ГЭС и ГЭЭС
Место ГЭС в народном хозяйстве определяется главным образом следующими их энергоэкономическими особенностями:
а) Производство энергии на ГЭС характеризуется относительно низкими затратами живого труда и очень высокой структурой фондов. Это определяется, с одной стороны, высокой стоимостью гидротехнических сооружений и, с другой — возможной автоматизацией и телемеханизацией почти всех производственных процессов.
б) При правильном запроектировании ГЭС средняя производственная себестоимость электроэнергии на них является относительно весьма низкой.
в) По сравнению с большинством тепловых электростанций (за исключением, быть может, торфяных) большим преимуществом гидроэлектростанций является постоянная возобновляемость водно-энергетических ресурсов водотоков.
г) Сооружение ГЭС связано с большим техническим освоением водных ресурсов данного водотока, что создает благоприятные условия для развития других отраслей «одного хозяйства. При комплексном использовании водных ресурсов электроэнергетика, развивающаяся на базе ГЭС, обычно занимает ведущее и реконструирующее положение.
д) Отрицательной экономической особенностью ГЭС является объективная невозможность 100-процентной обеспеченности ее работы, До тех пор, пока человеческое общество не освоит управление гидрометеорологическими процессами, в природе всегда сохранится возможность наступления таких сочетаний метеорологических и гидрологических явлений, которые приведут к снижению мощности или выработки ГЭС ниже проектного уровня.
Экономические законы развития социалистического общества1, предъявляют к энергетическому хозяйству ряд требований, имеющих императивный характер, вытекающий из объективности этих законов.
К такого рода требованиям относятся следующие:
а) максимальное удовлетворение постоянно растущих потребностей всего общества в электроэнергии и во всех продуктах, производимых на базе ее использования;
б) сохранение заданного планом уровня материального баланса народного хозяйства по всем видам продукции (с включением как продукции самой системы, так и продукции производственных предприятий, питаемых от нее электроэнергией);
в) создание общегосударственного резервного фонда как в стоимостной (финансовой), так и материальной форме для компенсации недовыработки продукции в маловодные периоды ввиду объективного характера изменчивости водноэнергетических ресурсов;
г) постоянное техническое совершенствование производства, в данном случае, технический прогресс в области энергетики;
д) постоянное повышение производительности труда в электроэнергетическом производстве;
е) производство данной продукции (электроэнергии) с минимальными затратами труда.
Эти требования определяют расчетное условие — минимум суммарных трудовых затрат, или минимум народнохозяйственной себестоимости при сохранении материального баланса продукции в стране. Неучет этих требований при проектировании и эксплуатации электроэнергетических систем может привести к серьезным нарушениям условий расширенного социалистического воспроизводства.
Народнохозяйственная себестоимость продукции представляет собой себестоимость данной продукции для народного хозяйства в целом и является приближенным, практически возможным выражением суммы всех необходимых трудовых затрат социалистического общества для производства данной продукции или «общественных издержек производства» [102].
Народнохозяйственная себестоимость продукции гидроэнергетического производства, как указано нами в главе I, состоит из следующих слагающих:
а) Затраты овеществленного труда в орудиях и средствах производства, включением которых в народнохозяйственную и производственную себестоимость обеспечивается простое воспроизводство последних. В составе себестоимости продукции эти затраты учитываются в форме стоимости сырья и материалов, топлива и смазки, в форме амортизационных отчислений на сооружения, здания и оборудование и в форме издержек на производство ремонтов.
б) Затраты живого «труда для себя» состоят из заработной платы производственным рабочим, рабочим и служащим управления предприятиями и начислений на данную зарплату.
Основные положения которых применительно к рассматриваемому нами в настоящей работе вопросу изложены в главе I.
Эти две слагающие общественных издержек производства (пункты «а» и «б») составляют производственную себестоимость продукции.
в) Затраты живого труда для общества.
г) При объективно существующей изменчивости природных ресурсов, как это имеет место в гидроэнергетическом производстве, необходимы еще дополнительные затраты «труда для общества».
Вследствие стохастической изменчивости гидрологических явлений возникает неравномерность производства энергии на ГЭС и ГЭЭС в целом, связанная с недовыработкой энергии в отдельные годы или периоды. Это может приводить в эти периоды к недовыполнению плана выпуска продукции на производствах, питающихся электроэнергией от ГЭЭС. Для сохранения материального баланса в стране и для компенсации возникающих при этом непроизводительных затрат является необходимым создание общегосударственного резервного фонда в стоимостной и материальной форме. Для образования этих фондов и требуются указанные выше дополнительные затраты живого труда для общества.
Непроизводительные затраты, возникающие в результате недовыработки энергии на ГЭС, как это указано в главе IV, не могут быть отнесены ни к единовременным (капиталовложения в основные фонды), ни к ежегодным (текущим эксплуатационным) издержкам. Они являются издержками особого рода и могут учитываться лишь в форме среднего за многолетие их значения (т. е. в форме математического ожидания).
Таким образом, за основной расчетный принцип следует принять минимум суммарных трудовых .затрат для производства данной продукции. Математически он выражается для изолированной ГЭС:
или
(129)
и для ГЭЭС:
или
(130)
где Иг — ежегодные эксплуатационные издержки производства на ГЭС;
— сумма их по всем предприятиям ГЭЭС;
-принятый относительный размер отчислений на развитие
общества и на расширенное воспроизводство;
Кг— капитальные вложения в основные фонды ГЭС;
— сумма их по всем предприятиям ГЭЭС;
Е (ИУ) — математическое ожидание дополнительных трудовых затрат, возникающих в результате недовыработки энергии на ГЭС; z — рассчитываемый параметр ГЭС.
В эти соотношения не входят постоянные слагающие для различных вариантов, так как они не влияют на минимум, а в дифференциальной форме дают нулевые слагаемые. Поэтому в указанных выше соотношениях вполне закономерно применение коэффициента ε, относящегося только к дополнительным вложениям в основные фонды.
В уравнения 129 и 130 входят Е (Иу), а не
, поскольку эта величина может определяться только для системы в целом и не может относиться к отдельным ГЭС, входящим в ГЭЭС.
