На основе приведенных выше исходных принципиальных технико-экономических положений, понятий основных параметров и обеспеченности работы ГЭС нетрудно вывести расчетное уравнение для определения их оптимальных величин.
В работе гидроэлектростанции принципиально следует различать два режима: незарегулированный и зарегулированный. При этом нами условно понимается: под незарегулированной гидростанцией — ГЭС, работающая при естественном режиме, а также при суточном и недельном зарегулировании водотока; под зарегулированной гидростанцией — ГЭС, работающая при сезонно-годовом и многолетнем зарегулировании стока.
В первом случае основным и решающим параметром ГЭС является мощность, а обеспеченность ее определяется по продолжительности среднесуточных мощностей ГЭС. Во втором случае таким параметром ГЭС является выработка ее, а обеспеченность последней определяется по кривой обеспеченности сезонных или годовых стоков.
Расчетные соотношения нами даются отдельно для каждого из этих видов режимов работы ГЭС.
А. Расчетные соотношения при незарегулированном режиме водотока
В этом случае, как указано выше, обеспеченности двух основных производственных показателей ГЭС — выработки и мощности — не одинаковы, и они взаимно не могут быть трансформированы, поэтому каждый из них, вообще говоря, должен определяться самостоятельно.
Задача достижения минимума суммы трудовых затрат по энергосистеме в целом делает необходимым наибольшее участие ГЭС в покрытии максимума графика нагрузки. Это условие при незарегулированном стоке может быть обеспечено только в том случае, если ГЭС будет иметь суточное регулирование. Таким образом, как общее положение следует рассматривать два подслучая режима работы ГЭС при незарегулированном стоке, а именно:
а) гидростанция работает при естественном режиме водотока,
б) гидростанция работает при наличии суточного недельного регулирования стока.
При выводе искомого расчетного уравнения следует рассматривать каждый случай в отдельности. Это обусловлено прежде всего тем, что роль ГЭС в покрытии графика нагрузки в обоих случаях различна, в частности, если есть суточное регулирование, то она в маловодные периоды снимает пик суточного графика нагрузки и соответственно уменьшает мощность параллельно работающих тепловых электростанций энергосистемы, а в первом случае гидроэлектростанция не располагает такими возможностями и будет находиться в базисной части графика нагрузки. Такие различия в роли ГЭС в покрытии графика нагрузки и режиме ее работы обусловливают необходимость своеобразного подхода к соответствующим расчетам. Так, например, в первом случае расчет обеспеченности работы гидростанции производится по кривой продолжительности мгновенных нагрузок энергосистемы; при. наличии суточного регулирования необходимо учитывать коэффициент преобразования суточно зарегулированной мощности ГЭС в располагаемую рабочую, участвующую в покрытии пика графика нагрузки.
Выполнение второй задачи, стоящей перед каждой ГЭС, а именно — обеспечение максимальной выработки энергии, требует наличия свободной мощности (сверх обеспеченной), которая могла бы быть использована для выработки дополнительной электроэнергии в периоды, когда это представляется возможным по режиму водотока. Размер этой дополнительной выработки зависит от уровня утилизируемых водных ресурсов, и он не может быть гарантирован потребителям. Поэтому мощность ГЭС, предназначенная для этой цели, требует дублирования такой же мощности на ТЭС. Данная негарантированная мощность оказывает двоякое влияние на величину общих народнохозяйственных издержек энергосистемы по обеспечению планового уровня производства электроэнергии. С одной стороны, она приводит к увеличению общей суммы капитальных затрат на развитие мощности ГЭС, а с другой — в многолетнем разрезе уменьшает производство электроэнергии на тепловых электростанциях, что даст экономию топлива.
При незарегулированном стоке дублированная мощность почти всегда может иметь место и является неотъемлемой частью установленной мощности и, кроме того, она оказывает известное влияние на экономику производства электроэнергии в энергосистеме, следовательно, и на обеспеченность работы ГЭС.
Анализ условий и режим работы ГЭС с обеспеченной (гарантированной) и дублированной мощностями, а также характер их влияния на структуру и экономику энергосистемы приводят к целесообразности рассмотрения каждой из них в отдельности.
Таким образом, при незарегулированном стоке подлежат самостоятельным расчетам:
1. Обеспеченная мощность без учета дублированной мощности, т. е. когда Nry = Nrо или Nry = γcNго.
1Г 2. Дублированная мощность Nдуб =Nry — Νго или Nдyб =Nry- γсNго·
3. Обеспеченная мощность с учетом дублированной мощности, т. е. когда Nгу > γс Nго.
Предварительно следует задаваться некоторой величиной отношения установленной мощности (несколько выше обеспеченной) к максимальной ординате графика нагрузки, т. е, затем
по этому значению хгу при известном коэффициенте
плотности годового графика нагрузки τ, по указанным выше графикам или по соответствующей формуле (82) определяется значение τну. Подставляя это значение τну в равенство (150), находят р (Nгу). Данная величина должна быть проконтролирована ее значением, определяемым по кривой продолжительности среднесуточной мощности по водотоку. В случае несовпадения расчет повторяется при новом значении -τгу и продолжается до тех пор, пока не получится соответствующее тождество.
Уравнения 148, 149, 150, 138 и 142 являются расчетными для определения обеспеченности работы ГЭС при незарегулированном режиме водотока и дают ее значения по экономическим критериям, т. е. полученные значения обеспеченности и сами параметры ГЭС являются экономически целесообразными. Однако они справедливы и могут иметь место только при условии, когда нет ограничений со стороны водноэнергетических факторов.
Гидрологический режим водотока внутри года сильно меняется, следовательно, последнее условие не всегда и не во всех диапазонах мощности может иметь место. Поэтому реальными являются те величины обеспеченной и установленной мощности, которые могут иметь место и по условиям гидрологического режима водотока. Таким образом, расчеты по установлению оптимальных параметров ГЭС и их обеспеченности при совершенно незарегулированном к суточном зарегулированном стоке производятся подбором.
Порядок расчета рекомендуется следующий (рис. 29):
Рис. 29. Схема расчета обеспеченностей установленной и гарантированной мощностей при незарегулированном стоке.
1. По уравнению (138, 142 или 148, 149) (в зависимости от режима водотока и соотношений между Nгу и Nго) строится кривая экономически допустимой гарантированной мощности (на схеме кривая а), затем эта кривая накладывается на кривую продолжительности среднесуточной мощности (на схеме кривая с).
Пересечение этих двух кривых (на схеме точка В) дает искомую величину гарантированной мощности ГЭС и ее продолжительности.
2. По уравнению (150) строится кривая обеспеченности экономически допустимой величины установленной мощности (на схеме кривая б). Эта кривая затем накладывается на кривую продолжительности среднесуточной мощности, и точка пересечения их (на схеме точка А) дает искомую величину установленной мощности ГЭС (без резерва) и ее обеспеченности.
В применении описанной выше методики к сложной гидроэлектроэнергетической системе (ГЭЭС), в особенности когда она связана с комплексной водохозяйственной системой, основным осложнением являются водноэнергетические балансовые расчеты. При этом необходимо различать следующие случаи таких расчетов.
а) Для определения мощности дублирующей ТЭС в незарегулированной ГЭЭС необходимо построение кривой продолжительности избытков и дефицитов среднесуточных мощностей всей системы ГЭС.
б) Для определения установленной мощности ГЭС, работающей на естественном режиме стока в незарегулированной системе, необходимо построение ряда кривых продолжительности избытков и дефицитов среднесуточных мощностей всей системы гидроэлектростанции для различных уровней установленной мощности проектируемой ГЭС.
в) Для определения гарантированной отдачи регулирующей ГЭС, могущей участвовать совместно с другими гидроэлектрическими станциями в зарегулировании системы, необходимо составление ряда балансовых разностей среднемесячных мощностей: для всех незарегулированных ГЭС. При этом расчеты регулирования стока должны производиться по суммарной энергетической емкости всего регулирующего каскада (или каскадов) ГЭС.
г) Для определения установленной мощности ГЭС на естественном режиме стока, работающей в зарегулированной системе, необходимо составление нескольких рядов балансовых разностей среднемесячных мощностей для различных уровней установленной мощности проектируемой ГЭС.
Дальнейшее применение изложенной выше методики к ГЭЭС ничем не отличается от способов применения ее к расчетам отдельных ГЭС, при учете, разумеется, энергоэкономических условий по ГЭЭС в целом. Структура указанных выше расчетных соотношений и принятая размерность позволяют применять эти соотношения не только для отдельных ГЭС, но и для гидроэнергетических систем в делом.
Опыт расчетов, ведущихся в институтах энергетики АН КазССР и АН УзССР по ГЭЭС в бассейнах рек Зеравшана, Сыр-Дарьи, Или, Иртыша, подтверждает справедливость этого положения.
* * *
Описанная выше схема расчетного обоснования норм проектной обеспеченности, которую можно назвать методом расчетных схематических моделей, является в настоящее время, по-видимому, наиболее совершенным приемом, посредством которого следует разработать сетку нормативов расчетной обеспеченности для широкого диапазона водноэнергетических и энергоэкономических условий. Это, разумеется, не исключает необходимости дальнейших исследований в области выявления более строгих расчетных моделей и методов их практического применения.
Особо следует отметить необходимость дальнейших исследований в области нормирования расчетной обеспеченности для сложной гидроэнергетической системы в целом.
