Глава 8
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И РЕЖИМНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЭУ С ВОДОХРАНИЛИЩАМИ РАЗНОГО ВИДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Современное народное хозяйство характеризуется резким увеличением потребностей в воде для удовлетворения различных нужд. Вода нужна промышленности и сельскому хозяйству, водному транспорту и рыбному хозяйству, энергетике и коммунальнобытовому хозяйству и т. д. В настоящее время ни одна отрасль не может развиваться без пресной воды как промышленного сырья или компонента технологического процесса.
Однако объем пресной воды на Земле ограничен. Еще совсем недавно подобной проблемы не существовало, так как общий объем потребностей в воде не превышал се естественных запасов в любой стране. В настоящее время многие страны ощущают дефицит водных ресурсов, который возникает не только из-за роста потребностей в воде, но и из-за неравномерного распределения ее во времени и по территории разных стран, не совпадающего с графиками потребностей в ней разных отраслей хозяйства. Для иллюстрации можно привести следующие данные по нашей стране: с 1913 по 1968 г. население страны выросло в 1,5 раза, а потребление воды — в 5 раз. Большинство рек нашей страны снегового питания; во время весеннего половодья за 1,5—3 мес проходит до 60—95% годового стока. Особо следует отметить крайнюю неравномерность распределения речного стока по территории СССР. Если в РСФСР он в среднем в 1,7 раз выше, чем по всей стране в целом, то, например, в Туркмении — в 100 раз ниже. Весьма характерным является и существенная неравномерность годового стока в многолетнем разрезе. Все это обусловливает необходимость перераспределения речного стока по территории страны и во времени. Это можно осуществить путем создания искусственных водохранилищ, которые накапливают избыточный речной сток в периоды, когда он превышает потребности в воде, и отдают накопленную воду в периоды повышенного спроса на нее.
Таким образом, регулирование стока — процесс перераспределения его во времени и пространстве. Это перераспределение осуществляется в настоящее время в условиях комплексного использования и охраны водных ресурсов в рамках ВХС. В состав ВХС входят водотоки с расположенными на них водохранилищами, а также водопользователи в виде различных отраслей народного хозяйства, потребляющие речной сток рассматриваемого региона. Каждый водопользователь предъявляет свои требования к режиму речного стока. В условиях дефицита водных ресурсов это приводит к необходимости решения так называемых векторных задач теории оптимального управления, когда поведение ВХС определяется не одним, а несколькими критериями оптимальности, сопоставление которых между собой представляет значительные методические трудности.
Здесь же будут рассмотрены энергетические и режимные особенности, которые присущи ГЭУ с водохранилищами разного вида регулирования стока.
ГЭС с водохранилищами разного вида регулирования стока будут иметь различные технико-экономические показатели по эффективности использования расхода напора водотока и подведенной энергии. Они будут нести разные функции в ВХС и, в частности, одном из основных ее компонентов — электроэнергетической системе. От правильного учета энергетических и режимных особенностей ГЭС с водохранилищами разного вида регулирования стока во многом зависит и эффективность работы всей электроэнергетической системы в целом.
ГАЭС могут выполнять роль потребителя-регулятора и источника пиковой мощности, перераспределяя во времени нагрузку системы Рс(t) с помощью изменения объемов воды, аккумулированной в его водохранилищах. ПЭС с помощью объема воды, аккумулированной в бассейне, также могут перераспределять во времени 
. При этом ПЭС могут играть роль потребителя-регулятора и источника пиковой мощности.
8.2. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА
Электроэнергетическое производство обладает следующими особенностями, присущими только этой отрасли: 1) одновременность процессов производства, распределения и потребления электроэнергии при заданном се количестве и качестве, для чего необходимо знать требования потребителя к режиму работы электростанций как источников энергии;
- относительная быстрота протекания технологических процессов в электроэнергетике, характеризующаяся в переходных и аварийных режимах сотыми и тысячными долями секунды, что требует автоматизации процессов управления в энергетике;
- тесная связь электроэнергетики с народным хозяйством, что предъявляет к ней особые требования: надежность технологического цикла, определяемого особенностями производства любого вида электростанций; бесперебойность снабжения энергией потребителей, обеспечивающаяся резервами мощности разного вида; качество энергии и экономичность режима производства энергии.
Рис. 8.1. Современные требования к режиму водопотребления в водохозяйственной системе
Потребителей энергии, предъявляющих разные требования к ее количеству во времени, можно разделить на три основные категории: постоянные (промышленность), сезонные (орошение, торфоразработка) и переменные в течение суток — недели (коммунально-бытовое хозяйство, транспорт). В настоящее время большая часть потребителей и производителей электроэнергии в нашей стране объединены в электроэнергетические системы, под которыми понимают совокупность звеньев цепочки получения, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Поскольку на ТЭЦ или AТЭЦ производится и тепловая энергия, подобная система называется энергетической. Основные характеристики системы — графики нагрузки, или графики изменения потребностей в энергии по времени Рс(t), которые обычно делятся на суточные (рис. 8.1, а), недельные (рис. 8.1, б) и годовые (рис. 8.1, а). В расчетах режимов энергосистемы графики нагрузки обычно представляются непрерывной или ступенчатой кривой. Как правило, используются два вида графиков нагрузки — регулярные, или плановые, и нерегулярные, или неплановые.
Базисная зона нагрузки характеризуется постоянной нагрузкой в течение суток, что экономически наиболее выгодно для КЭС, ТЭЦ и АЭС. Полупиковая зона занимает 14—16 ч суток. В таком режиме могут работать как ГЭУ, так и КЭС с маневренным оборудованием. В пиковой зоне наиболее эффективно размещать ГЭУ и в некоторых случаях газотурбинные и специальные пиковые станции.
Для обеспечения бесперебойности электроснабжения энергосистема должна располагать резервами по мощности и энергии: аварийным, нагрузочным, ремонтным и народнохозяйственным, что могут обеспечить не все виды ГЭС с водохранилищем.
В качестве относительных показателей графика нагрузки используются следующие.
По назначению принято различать два вида регулирования стока: водохозяйственное и его особый случай — водноэнергетическое. Водохозяйственное регулирование стока перераспределяет сток или расход реки во времени и пространстве для удовлетворения нужд неэнергетических участков ВХС. Водноэнергетическое регулирование предназначено для перераспределения стока в энергетических целях и отличается от водохозяйственного необходимостью одновременного учета изменения расходов и напоров во времени и большей сложностью расчетов. Для водохранилищ водохозяйственного назначения характерны, как правило, равномерные режимы попусков во времени
и значительные изменения уровней верхнего бьефа. Диапазон изменения напора в створе может достигать 80—90 %.
превышает суток-недели) и длительное регулирование (Трсг более сезона, года или нескольких лет).
Каждый из перечисленных видов регулирования стока обладает своими энергетическими и режимными особенностями, рассмотренными ниже.
