8.Виды водно-энергетического регулирования стока реки.
Регулирование речного стока вдхр – это процесс перераспределения его вдхр-ми во времени и в пространстве.
Степень зарегулированности стока определяется относительной емкостью водохранилища (коэффициентом емкости β), который определяется отношением полезного объема водохранилища к среднему за многолетний период объему годового стока в створе плотины:
Водно-энергетическое регулирование осуществляет перераспределение стока для энергетических целей. Оно позволяет получить требуемый режим мощности ГЭС и режим выработки электроэнергии. Мощность ГЭС является функцией не только расхода, но и напора, поэтому процесс водно-энергетического регулирования связан с учетом того и другого.
Промежуток времени от начала какого-либо одного периода сработки водохранилища от НПУ до начала следующего после очередного его полного заполнения называется циклом регулирования. Длительность цикла регулирования определяет его разновидность, в соответствии с чем различают краткосрочное и длительное регулирование. К первому виду относят суточное и недельное регулирование, а ко второму — сезонное, годичное и многолетнее.
9. Гэс с суточным регулированием в суточном балансе мощности эс.
Объем водохранилища, необходимый для суточного регулирования, невелик. Он не должен превышать объема воды, протекающего в реке за маловодные сутки.
Количество энергии, которое может выработать ГЭС с суточным регулированием за любые сутки, определяется величиной естественного притока воды к этой ГЭС за сутки. Величину естественного расхода воды в реке мы, как это делали и раньше, будем считать неизменной. Задачей водохранилища суточного регулирования является перераспределение этого равномерного притока в соответствии с требованиями энергосистемы, т. е. в соответствии с характером суточного графика нагрузки и в зависимости от величины естественного расхода воды в реке. Отсюда следует, что величина расхода воды, используемого ГЭС с суточным регулированием, и величина мощности, развиваемой этой ГЭС в каждый момент, имеют определенную связь с тем расходом воды и с той мощностью, с которой работала ГЭС в предшествующие часы в течение данных суток и с которой она должна работать в последующие часы этих суток.
В этом проявляется одно из существенных различий между ГЭС нерегулируемой и ГЭС, работающей с суточным регулированием. Нерегулируемая ГЭС в каждый момент работает в соответствии только с величиной естественного расхода воды в реке. Поэтому для такой ГЭС знание предстоящего расхода воды не имеет существенного значения, так как режим работы нерегулируемой ГЭС независим ни от каких других условий, связанных с будущим.
Так как водохранилище суточного регулирования работает в маловодные сезоны, когда величина естественных расходов воды изменяется сравнительно медленно, то краткосрочный прогноз величины естественного расхода воды в реке с заблаговременностью в одни сутки почти всегда возможен с достаточной для практических целей точностью.
Возможность расположения ГЭС в пиковой части суточного графика нагрузки энергетической системы является одним из основных преимуществ, которое дает суточное регулирование. Такой режим работы позволяет при малой величине среднесуточного расхода воды в реке и, следовательно, при небольшом количестве суточной энергии использовать большую мощность ГЭС.
Если водохранилище ГЭС по своему объему не ограничивает возможностей суточного регулирования, то положение ГЭС в суточном графике нагрузки энергетической системы определяется двумя условиями—суточным количеством энергии ГЭС, зависящим от величины естественного расхода воды в реке за данные сутки, и наибольшей рабочей мощностью ГЭС, которая может быть определена как разность между ее установленной мощностью и резервной мощностью, если, конечно, на ГЭС имеется такая резервная мощность. Очевидно, что ГЭС должна занимать такое положение в суточном графике нагрузки, при котором полностью используется весь естественный приток воды к ней за данные сутки и полностью используется наибольшая возможная рабочая мощность ГЭС во время прохождения суточного пика нагрузки энергетической системы.
Предварительное определение количества энергии, вырабатываемой ГЭС за предстоящие сутки, может быть найдено по уравнению
(11.1)
Когда величина суточной энергии ГЭС и ее наибольшая возможная рабочая мощность известны, то для определения положения ГЭС с суточным регулированием в суточном графике нагрузки энергетической системы может быть применен следующий простой графический прием, показанный на рис. 11-13 , на котором предварительно построены суточный график нагрузки и интегральная кривая нагрузки. Слева от интегральной кривой нагрузки проведем вспомогательную кривую таким образом, чтобы все ее точки находились на одинаковом горизонтальном расстоянии, равном в принятом масштабе суточной энергии ГЭС, или сдвинем интегральную кривую нагрузки на это расстояние влево. Проведем еще одну вспомогательную кривую так, чтобы все ее точки находились на одинаковом расстоянии по вертикали, равном в принятом масштабе мощности ГЭС, от интегральной кривой нагрузки или сдвинем интегральную кривую на это расстояние вверх. Обе вспомогательные кривые пересекутся между собой. Из точки х пересечения проведем вниз вертикальную прямую до встречи с интегральной кривой нагрузки. Проведя влево две горизонтальные прямые — одну через точку пересечения вспомогательных кривых, другую через точку пересечения вертикальной прямой с интегральной кривой нагрузки, мы найдем положение ГЭС в суточном графике нагрузки энергетической системы. Из известных нам свойств интегральной кривой нагрузки следует, что при найденном нами положении ГЭС ее наибольшая рабочая мощность в течение
суток как раз равна заданной и количество вырабатываемой ГЭС в течение суток энергии также равно заданному.
Чем меньше естественный расход воды в реке и, следовательно, чем меньше суточная энергия ГЭС, тем более высокое положение она занимает в суточном графике нагрузки энергетической системы. Наоборот, по мере увеличения естественного расхода воды и суточной энергии ГЭС она все ниже опускается в суточном графике нагрузки. Это хорошо видно из графика, построенного на рис. 11-14 . На этом графике проведена вспомогательная кривая, представляющая собой интегральную кривую нагрузки, сдвинутую вверх на расстояние, равное в масштабе наибольшей возможной рабочей мощности ГЭС, т. е. равное ее установленной мощности за вычетом резервной. Если суточная энергия ГЭС равна величине Э1, то, как это следует из построенного нами графика, ГЭС должна работать в самой верхней части суточного графика нагрузки, участвуя при этом своей полной мощностью в покрытии пика нагрузки энергетической системы за данные сутки. При большей величине суточной энергии (величина Э2 на рис. 11-14) ГЭС работает в средней или полупиковой части суточного графика нагрузки. Когда суточная энергия ГЭС увеличивается до величины Э3, ГЭС занимает самое нижнее положение в этом графике. При этом возможен частичный сброс воды, если минимальная нагрузка энергетической системы за сутки меньше полной возможной рабочей мощности ГЭС. Такой случай изображен на рис. 11-14. Дальнейшее увеличение естественного расхода воды в реке приводит к необходимости бесполезных сбросов воды уже в течение целых суток. При очень малой величине естественного расхода воды в реке и соответственно при очень малой суточной энергии (меньшей величины Э1)
ГЭС уже не может использовать всю свою мощность. Если в какие-либо маловодные сутки возможная для использования мощность ГЭС оказывается меньше минимально необходимой или гарантированной мощности для данных календарных суток, наступает нарушение нормальной работы энергетической системы.
У низконапорных ГЭС сильное увеличение естественного расхода воды во время паводка может привести, как уже говорилось, к снижению располагаемой мощности ГЭС вследствие значительного повышения уровня воды в нижнем бьефе и тем самым уменьшения напора. В некоторых случаях при этом возможно суточное регулирование путем закрытия и затворов водосбросных отверстий в часы прохождения повышенных нагрузок. В этих случаях возможность суточного регулирования зависит от величины площади водохранилища и от гидравлических характеристик нижнего бьефа ГЭС.
У плотинных ГЭС в большинстве случаев достаточный для суточного регулирования объем водохранилища получается при очень небольшой разности отметок НПГ и ГМО, т. е. при неглубокой сработке водохранилища. В таких случаях возможность регулирования не ограничивается объемом водохранилища, но ограничение может быть обусловлено повышением уровней воды в нижнем бьефе ГЭС. Ограничения суточного регулирования вследствие недостаточного объема водохранилища встречаются в тех случаях, когда водохранилище создается не в русле реки, а на трассе деривации, особенно если оно представляет собой искусственный бассейн суточного регулирования. Но в этих случаях ограничения суточного регулирования не связаны с уменьшением располагаемой мощности ГЭС. Если бы ГЭС в этом случае работала без суточного регулирования, то уровень воды в ее верхнем бьефе всегда держался бы на отметке НПГ. Следовательно, ГЭС всегда работала бы при данном приточном расходе воды с наибольшим возможным напором, а потому вырабатывала бы наибольшее возможное количество энергии. При суточном регулировании уровень воды в верхнем бьефе ГЭС колеблется между отметками НПГ и ГМО и его среднее положение несколько ниже отметки НПГ. Следовательно, и среднее значение напора ГЭС также несколько меньше наибольшего возможного, а потому при суточном регулировании количество энергии, вырабатываемое ГЭС, всегда несколько меньше того, которое она могла бы выработать, работая без всякого регулирования.
Таким образом, мы приходим к выводу, что суточное регулирование всегда вызывает некоторые потери энергии или за счет снижения уровней воды в верхнем бьефе или повышения их в нижнем бьефе. Однако эти потери энергии не могут быть большими. Значительную часть годовой энергии ГЭС вырабатывает во время паводка, когда она работает в нижней части суточного графика нагрузки всей своей установленной мощностью без суточного регулирования. В остальной части года, когда ГЭС работает с суточным регулированием, естественные расходы воды в реке и суточная энергия ГЭС уменьшаются. Поэтому общие годовые потери энергии, являющиеся следствием суточного регулирования, обычно очень невелики. В большинстве случаев они составляют от 0,5 до 3% от среднегодовой выработки энергии ГЭС за многолетний период. Те очень большие преимущества суточного регулирования на ГЭС, которые получает энергетическая система, конечно, вполне оправдывают такие небольшие потери энергии.