ПРИЛОЖЕНИЕ II
ОСНОВЫ ОТБОРА РАСЧЕТНЫХ ПЕРИОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАБЛЮДЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ
Отбор расчетных периодов производится: 1) в целях уменьшения объема вычислительных работ, 2) по условию задачи, когда она должна решаться в некоторой определенной гидрологической обстановке.
Если оценивается гарантированная отдача ГЭС при заданной емкости водохранилища, то в качестве гидрологической основы используется стоковый ряд, длина которого определяется необходимой точностью расчета.
При любой расчетной обеспеченности гарантированной отдачи размер ее может быть определен только в расчетные маловодные периоды, в течение которых для получения гарантированной (или гарантированной и сниженной) отдачи срабатывается вся полезная емкость водохранилища. Расчеты, выполненные по всем остальным периодам (не маловодным), при решении рассматриваемой задачи использованы быть не могут и их выполнение следует рассматривать как нерациональное. Задача определения гарантированной отдачи гидроузла по группе маловодных периодов будет решена правильно, если предварительно будет выполнен отбор периодов расчетной обеспеченности.
Для реализации найденной гарантированной отдачи гидроузлов в условиях эксплуатации, как известно, строится соответствующая зона на диспетчерском графике работы гидроузла. Построение зоны гарантированной отдачи можно выполнить, использовав уровни воды в водохранилище, имеющие место только в те периоды, в условиях которых для получения гарантированной отдачи потребовалось сработать всю полезную емкость водохранилищ. Следовательно, из всего искусственного ряда необходимо отобрать указанные периоды, а затем построить зону гарантированной отдачи на диспетчерском графике. В данном случае задача не может быть решена без предварительного отбора периодов.
Для оценки среднемноголетней выработки энергии гидроузла после определения величины гарантированной отдачи и построения зоны гарантированной отдачи на диспетчерском графике расчет, как правило, выполняется в следующем порядке; 1) определяются правила распределения избытков; 2) выполняются расчеты регулирования отдачи по всему имеющемуся или отобранному более короткому ряду периодов и подсчитывается среднемноголетняя выработка энергии. Правила распределения избытков могут быть построены по принципу равномерного распределения избытков или на основании расчетов оптимизации (см. выше).
Для обеспечения равномерного распределения избытков отдачи в течение межени границы зон повышенной (против гарантированной) отдачи должны быть построены в определенных гидрологических условиях, а именно в тех, в которых была построена верхняя граница зоны гарантированной отдачи. Таким образом, в этой задаче отбор расчетных периодов необходим для ее правильного решения.
Предположим, что правила распределения избытков строятся на основании расчетов оптимизации отдачи, которые выполняются по всему искусственному ряду периодов без предварительного отбора. При построении правил распределения избытков потребуется анализ полученных режимов, определение повторяемости каждого из них, установление характерных режимов для тех или иных гидрологических условий и т. д. Для решения этих вопросов требуется произвести сопоставление периодов регулирования, т. е. в конечном итоге отбор характерных периодов. Если правила распределения избытков строятся на основании расчетов оптимизации, но без анализа связи полученного режима с водностью периода, путем выделения зон близких режимов на поле диспетчерского графика, то предварительный отбор периодов не обязателен и нужен только для экономии времени расчета. Определение выработки энергии по построенному диспетчерскому графику также может быть выполнено без предварительного отбора периодов. Однако предварительно выполненный отбор периодов позволил бы вместо длительного ряда (1000 или несколько тысяч лет) использовать более короткий репрезентативный ряд периодов регулирования, т. е. сократил бы в несколько раз объем вычислений.
Результаты изложенного могут быть сведены в следующую таблицу:
Задача | Значение отбора расчетных периодов регулирования |
Определение гарантированной мощности | Обеспечение правильного решения Обеспечение правильного решения В зависимости от метода обеспечение правильного решения или сокращение объема работ |
Отбор расчетных гидрологических периодов производится из всего имеющегося наблюденного или искусственного ряда. Для этого из ряда выделяется некоторая представительная совокупность периодов регулирования. Продолжительность каждого перйода в статической задаче определяется только временем, в течение которого протекает цикл регулирования от начальной отметки воды в водохранилище до НПУ.
В динамической задаче учитывается непрерывное изменение состава гидроэлектростанций и предъявляемых к ним требований в соответствии с намечаемым планом развития энергетической и водохозяйственной систем. Разбивка исходного ряда на расчетные гидрологические периоды ограничивается дополнительным условием: каждый расчетный период не должен быть короче, чем рассматриваемый период развития системы. Так же, как и в статической задаче, расчетный период регулирования должен заканчиваться моментом заполнения до НПУ всех водохранилищ-компенсаторов, в частном случае в конце Тр, в общем — за его пределами.
Совокупность периодов регулирования, из которой производится отбор расчетных периодов, должна быть достаточно большой для надежного определения обеспеченности гарантированной отдачи и отражать все возможные сочетания годовых стоков во времени и в створах ГЭС.
При совместной работе ГЭС в энергосистемах совокупность гидрологических периодов регулирования, выраженных в величинах речного стока или расходах, заменяется совокупностью периодов, выраженных в величинах суммарной потенциальной энергии в створах ГЭС. Суммарная потенциальная энергия в створах ГЭС представляет собой энергию, которую предстоит зарегулировать при помощи имеющихся в системе водохранилищ. В динамической задаче независимо от гидрологических условий суммарная потенциальная энергия возрастает по мере ввода в эксплуатацию новых гидроузлов.
При наличии некоторой совокупности гидрологических периодов или совокупности периодов эквивалентных энергетических величин отбор расчетных периодов регулирования может производиться следующим образом.
Сначала для каждого из периодов регулирования производится оценка величины отдачи ГЭС по годовым интервалам времени. При этом в качестве заданного рассматривается предельно допустимое значение имеющейся емкости водохранилища, а также принятый для данной системы алгоритм нарастания гарантированной отдачи- гидроузлов в течение периода развития системы.
Режим работы гидроузлов подчиняется простейшему диспетчерскому правилу: например, до заполнения суммарной многолетней емкости водохранилищ отдача не превышает гарантированную, после заполнения — равна суммарной величине притока к створам гидроузлов. Предельно допустимое значение полезной емкости может быть использовано в расчетном периоде регулирования, соответствующем принятой для каждого года или всего периода расчетной обеспеченности. В периоды регулирования, соответствующие обеспеченности большей, чем расчетная, емкость водохранилища также используется полностью, но отдача становится меньше гарантированной. В периоды регулирования, соответствующие обеспеченности меньшей, чем расчетная, полезная емкость используется частично, отдача превышает гарантированную [Л. 21].
Непосредственно отбор характерных гидрологических периодов производится в следующем порядке: 1) принимается алгоритм изменения величины гарантированной мощности по годам периода регулирования; 2) выполняются водноэнергетические расчеты совместной работы ГЭС по всей совокупности периодов регулирования, по годовым интервалам и по указанным выше простейшим диспетчерским правилам. Периоды регулирования представляют собой n-летки различной продолжительности. Наименьшая длина n-летки определяется расчетным периодом развития системы Тр.
В результате расчетов регулирования, выполненных по указанным выше правилам, для каждого периода регулирования будут получены суммарные зарегулированные отдачи гидроузлов и величины использованных емкостей водохранилищ.
На основании полученных данных по всем периодам регулирования строятся: 1) кривые обеспеченности зарегулированных отдач гидроузлов, суммарных за Тр; 2) хронологические графики максимальных за период регулирования относительных объемов сработки водохранилищ.
Кривая обеспеченности отдач гидроузлов системы при длине периода развития 1 год показана на рис. 1. Там же нанесен график суммарных емкостей водохранилищ гидроузлов, израсходованных для получения этих отдач. При обеспеченности отдачи гидроузлов больше 65% величина ее не превышает гарантированную, а емкость возрастает от величины, необходимой для сезонного регулирования, до предельного значения, т. е. до полного объема. При обеспеченности отдачи меньше 65% величина ее больше гарантированной, а емкость не превышает сезонную (т. е. многолетняя емкость равна нулю).
Рис. 1. Кривые обеспеченности отдачи и сработанных емкостей водохранилища (расчетный период развития системы Тр=1 год).
Кривая обеспеченности отдач гидроузлов, приведенная на рис. 1, дает представление о водности периодов регулирования при обеспеченности их менее 65%; график емкостей позволяет сравнить периоды регулирования в диапазоне обеспеченностей от 65 до 97%. Так, в. наиболее маловодный период используется полезная емкость 59 км3, в период обеспеченности 90% — 35 км3. Приведенный на рис. 1 график построен для условий бесперебойной отдачи гидроузлов по некоторой рассматриваемой совокупности периодов. При меньшей обеспеченности отдачи (например, при 90%) вся полезная емкость должна быть израсходована в расчетный период регулирования обеспеченности 90%. В периоды регулирования, имеющие обеспеченность более 90% при той же емкости, отдача была бы меньше гарантированной, т. е. сниженной.
На рис. 2 представлены график обеспеченности отдач ГЭС за период развития энергосистемы продолжительностью 15 лет и график обеспеченности максимальных значений сработанного в каждом периоде регулирования суммарного объема водохранилищ. На рис. 2 отдачи ГЭС представлены в виде суммарных выработок всех ГЭС за период развития системы Тр.
Рис. 2. Кривые обеспеченности суммарных за расчетный период развития системы отдач гидроэлектростанций (а) и максимальных за период регулирования сработанных объемов водохранилища (б).
Цифры над линиями означают первый год периода развития системы (из ряда наблюдений).
Отдача за время, проходящее между Тр и сроком заполнения водохранилищ-компенсаторов до НПУ, в представляемую характеристику не включена.
Суммарные максимально использованные емкости водохранилищ в целях обеспечения сопоставимости их в динамической задаче представлены в относительных единицах, т. е. в долях от суммарной многолетней емкости водохранилищ, выраженной в энергетических единицах. Для построения графиков относительной емкости водохранилищ для каждого периода регулирования вычисляется максимальное за период отношение сработанной емкости к суммарной многолетней емкости водохранилищ того же года Тр.
После построения кривых обеспеченности отдач ГЭС и соответствующих им кривых обеспеченности сработанных емкостей может быть произведен собственно отбор расчетных периодов. Так, в качестве маловодных периодов с обеспеченностью около 95% для Тр=15 лет (рис. 2) нужно рассмотреть периоды, начинающиеся с 1909, 1915 и 1916 гг.: обеспеченность зарегулированной отдачи ГЭС в указанные периоды равна соответственно 93, 95 и 98%. Кроме того, целесообразно исследовать также период, начинающийся с 1914 г., в гидрологических условиях которого обеспеченность отдачи ГЭС была равна всего лишь 88%, но для получения гарантированной отдачи здесь потребовалось использовать всю многолетнюю емкость водохранилищ.
В качестве средневодных расчетных периодов можно рассмотреть периоды, начинающиеся с 1941, 1919, 1942 и 1918 гг., как близкие к обеспеченности 50%.
По каждому из выбранных расчетных периодов (различной водности) дополнительно исследуются и такие показатели: длина периода сработки; длина всего периода регулирования; характеристика зарегулированной и потенциальной энергии в виде хронологических графиков или интегральных кривых суммарной потенциальной и зарегулированной энергии в створах ГЭС за годы расчетного периода. На основании указанных дополнительных характеристик можно судить о структуре близких по обеспеченности периодов, о гидрологической обстановке во время наполнения тех или иных водохранилищ, о целесообразности задания тех или иных диспетчерских правил работы ГЭС (в детальном расчете режима совместной эксплуатации ГЭС в энергосистеме).
