Теоретические основы гидроэнергетики - ГЭС без регулирования стока и с краткосрочным регулированием

ГЭС БЕЗ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА И ГЭС С КРАТКОСРОЧНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

ГЭС без регулирования стока.

Такие ГЭС работают по режиму водотока, т. е. при=НПУ=соnst. Их режим полностью и однозначно определяется приточностью к створу ГЭС, так как
. Как правило, это низконапорные, небольшие по мощности ГЭС. Они вызывают наименьшие изменения в природе данного региона, не изменяя естественного режима водотока, если в каскаде отсутствуют ГЭС с регулированием стока.
Для рек снегового питания график работы ГЭС без регулирования, как правило, относительно равномерный во времени и соответствует базисной зоне графика нагрузки. Для рек дождевого питания режим отдачи ГЭС во времени может быть неравномерным, однако также соответствуя базисному режиму. Никакие виды резерва системы на таких ГЭС не устанавливаются. Основная задача системы регулирования ГЭС — поддержание постоянного значения НПУ во времени. Режим работы ГЭС можно считать установившимся. Возможна оптимизация внутристанционного режима ГЭС без регулирования. В целом с учетом режим этих ГЭС можно описать следующим образом:

Мощность подобных ГЭС невелика (рис. 8.2). Значительную часть года здесь возможны холостые сбросы воды. При этом мощность ГЭС будет определяться схемой создания напора и организацией пропускачерез головной узел в нижний бьеф или через деривацию и напорный бассейн в нижний бьеф для деривационных ГЭС; через водосбросы в нижний бьеф для плотинной ГЭС. Для любой схемы создания напора имеют место потери его за счет нижнего бьефа, т. е. Если пропускорганизован через деривацию и напорный бассейн, то появляются дополнительные потери напора и, следовательно, мощности и энергии, что ведет к малой энергетической эффективности данной схемы. 

Рис. 8.2. Режимы работы ГЭС без регулирования стока
Рис. 8.3. Режимы работы ГЭС суточного регулирования

В периоды пропуска максимальных расходов, когда напор может быть меньше , возможно появление связанной по напору мощности(рис. 8.2).
Это вызывает дополнительные потери мощности и энергии. В целях повышения эффективности ГЭС без регулирования стока на них иногда размещают так называемую сезонную мощность Nсез. Она обеспечена водой ограниченное время в году и влияет только на расход топлива в системе, не увеличивая вытесняющей мощности ГЭС.
ГЭС без регулирования обладают малыми КПД по энергии из- за значительных холостых сбросов
(8-5)
где — потери энергии за счет нижнего бьефа;и
— режимные потери энергии за счет холостых сбросов и наличия связанной по напору мощности.
Коэффициент использования стока для ГЭС без регулированияочень низкий; коэффициент использования напоразначителен для русловых ГЭС и несколько меньше для деривационных.

ГЭС суточного регулирования стока. Основное назначение этого вида регулирования стока — преобразовать, как правило, равномерный график приточности к створу согласно требованиям неравномерного суточного графика нагрузки. Для этого в некоторое время суток происходит накопление Wпр в водохранилище, а затем его расходование в часы пиковых нагрузок.
При равномерном графике приточности к створу ГЭС в течение года для реализации суточного регулирования достаточно иметь водохранилище в размере половины объема суточного стока. В реальных условиях этот объем может быть несколько меньше или больше. Наличие даже небольшого водохранилища увеличивает обеспеченность отдачи ГЭС в течение года. ГЭС суточного регулирования могут быть разными по способу создания напора, который, как правило, небольшой. В связи с этим невелики и затопления в верхнем бьефе таких ГЭС.

Суточное регулирование может приводить к резким колебаниям уровней верхнего и нижнего бьефов, отличающимся от естественного хода уровней водотока. Рассмотрим это на рис. 8.3, предполагая, что графики отдачи по мощности ГЭС без регулирования и суточного регулирования пропорциональны графикам расходов, т. е.. Предположим, что водохранилище ГЭС позволяет реализовать полное суточное регулирование стока, т. е. Tрег=1 сут. Это означает, что станция не работает при НПУ, а периодически наполняется до него и затем сразу срабатывается. Допустим, что в момент t0 отметка верхнего бьефа равна НПУ, т. е.. Тогда во время t0—t6 будет происходить сработка-наполнение водохранилища в соответствии с графиком, представленным в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Режимы работы ГЭС суточного регулирования

В периоды половодья повышение регулировочных возможностей низконапорных ГЭС, совмещенных с водосбросами, возможно как путем использования эффекта эжекции, так и регулированием напора. Для этого в периоды малой нагрузки системы увеличивают, а во время прохождения пиков — резко уменьшаются. При этом на небольшое время возможна некоторая форсировка уровня верхнего бьефа, а также уменьшение отметок в нижнем бьефе за счет появления неустановившегося движения воды.

Для современных объединенных энергосистем время работы ГЭС в течение суток иногда составляет 4—6 ч. При этом характерны резкие колебания нагрузки на ГЭС. В условиях, когда ГЭС работает в «импульсном» режиме, требуются специальные методы расчета режимов как в верхнем, так и в нижнем бьефах. Приемы, применяемые для расчетов медленно меняющегося гидравлического процесса, здесь становятся малоэффективными. Особенно это относится к малым ГЭС с малоинерционными бьефами.

Суточное регулирование ГАЭС.

 В отличие от ГЭС для ГАЭС несовмещенного вида может отсутствоватьв бьефах. Эти
станции имеют, как правило, высокие напоры (100 м и выше). Они способны нести функции некоторых видов резервов системы. Задача суточного регулирования ГАЭС несовмещенного вида —  перераспределение во времени энергии, запасенной в водохранилищах станции для покрытия переменного графика нагрузки системы и повышения эффективности прохождения ночного провала нагрузки ТЭС или АЭС.
Для ГАЭС совмещенного вида, где, увеличивается только объем перераспределяемой энергии во времени. Режимы работы ГАЭС суточного регулирования характеризуются значительными колебаниями уровней бьефов. В настоящее время актуальной задачей становится использование ГАЭС в качестве резерва системы по мощности без ежесуточной сработки-наполнения водохранилища.
Суточное регулирование ПЭС. Однобассейновые ПЭС без принятия специальных технических решений способны работать только в базисной части графика нагрузки системы из-за особенностей измененияво времени. Осуществление на них режима подкачки воды в бассейн позволяет использовать станцию как потребителя-регулятора, так и для повышения доли участия станции в пике графика нагрузки. 

Рис. 8.4. Суточное регулирование на ПЭС
Рис. 8.5. Недельное регулирование стока

Эффективность использования насосного режима объясняется и тем, что закачивание воды в бассейн идет на небольших напорах, а сработка — на максимально возможных в данном створе (рис. 8.4). При этом возможно получение выработки ПЭС несколько большей, чем израсходовано при насосном режиме при одинаковых объемах использования бассейна.
Режим моря (океана) для ПЭС всегда однозначно соответствует мареограмме zM(t). Режим бассейна определяется режимом работы ПЭС в энергосистеме. В течение суток для бассейна характерно наличие практически установившегося режима уровней при значительном их колебании во времени.
ГЭС недельного регулирования стока. Задача недельного регулирования стока — перераспределение во времени относительно равномерного бытового стока в соответствии с требованиями недельных графиков нагрузки (см. рис. 8.1, б).

Это необходимо учитывать при работе ГЭС в ВХС, поскольку рассмотренные виды регулирования стока обеспечивают хорошие энергетические показатели станции в течение суток, недели. Во-вторых, необходимость использования в расчетах математических моделей бьефов, учитывающих наличие в них неустановившегося движения воды (см. гл. 2). В-третьих, существенный диапазон изменения уровней
бьефов в течение суток, недели при неизменных среднемесячных напорах, поскольку цикл регулирования здесь невелик.
Эти станции имеют значительные объемы холостых сбросов в течение года, т. е. большие потери. ГАЭС недельного регулирования. Режимные особенности таких ГАЭС характеризуются возможностями перераспределения нагрузки системы в течение недели, а также использованием этих станций как надежного оперативного резерва системы. Все сказанное выше о режимах уровней и напоров высоконапорных ГЭС справедливо и для ГАЭС, но при этом должны учитываться специфические характеристики их бьефов.