2.8. Выбор числа агрегатов и оптимальной мощности гидротурбины

Выбор целесообразной мощности турбин крупной гидроэлектростанции необходимо делать с учетом выбора параметров другого оборудования ГЭС – генераторов, затворов, кранового хозяйства, трансформатора, электрооборудование и тд.

Выбор числа агрегатов делается на основе технико-экономических расчетов с учетом условий работы ГЭС в энергосистеме, сколько будут турбины работать при базовой нагрузке, сколько в пиковом режиме.

Зная установленную мощность ГЭС , задают два-три наиболее возможных варианта числа агрегатов и для каждого из них определяют мощность агрегата , мощность турбины , параметры и габариты турбины и генератора, габариты здания ГЭС, подсчитывают объем работы, капиталовложение и ежегодные затраты гидростанции, определяют выработку энергии. Только комплексное рассмотрение и анализ основных параметров и технико-экономических показателей всего оборудование гидростанции и здания ГЭС могут определить наиболее целесообразные параметры гидротурбины по изготовлению электроэнергии и минимума денежных затрат.

Стоимость турбин, генераторов и здания станции обычно возрастает с увеличением числа агрегатов. Но увеличение числа агрегатов существенным образом улучшает очертание рабочей характеристики гидростанции. КПД турбины и генератора возрастают с увеличением их мощности. Эти факторы определяют целесообразность уменьшения числа и укрупнение агрегатов.

Обычно минимальным числом агрегатов является два агрегата. Установку только одного агрегата можно допустить лишь для станции относительно небольшой мощности, которая работает в большой энергетической системе, когда остановка ГЭС не может существенным образом повлиять на работу системы и не вызовет большой потери в изготовлении энергии.

Два агрегаты могут дать хороший КПД станции лишь в случае применения турбин с очень пологой рабочей характеристикой.

Увеличить число агрегатов свыше четырех приходится:

а) если размеры рабочего колеса очень большие, что содействует неудобству при транспортировке;

б) когда большая ГЭС назначается для работы в относительно небольшой энергосистеме и поэтому, укрупнение агрегатов требует резкого увеличения резерва системы;

в) во всех других случаях, когда это экономически целесообразно.

Для сверхмощных ГЭС число агрегатов обычно определяется предельным диаметром турбины и генератора, возможностью их изготовления. Зная предельные диаметры турбины и генератора и соответствующую им предельную мощность агрегата , можно определить минимальное число агрегатов:

Обычно тщательный комплексный технико-экономический анализ при выборе оборудования ГЭС производится проектировщиками гидроэлектростанций и согласовывается с производителями оборудования.

Это особенно важно в случае применения гидротурбин предельных размеров и мощности, создание которых связано с преодолением конструктивных и технологических проблем, которые должны учитываться с вопросами изготовления электроэнергии, стоимости оборудования и сооружения здания ГЭС. Только при этом можно определить наиболее целесообразные параметры гидротурбины по изготовлению электроэнергии и минимума денежных затрат.

Рассчитывают затраты на производство: гидротурбин, генераторов, кранового оборудования, щитового оборудования, напорных трубопроводов, электрооборудование, строительную часть здания ГЭС.

Обычно эффективность нового оборудования сравнивают с принятым базисным вариантом (высококачественным). Обычно окупаемость ГЭС принимается около 8 лет.

При выборе типа гидротурбины всегда хотят брать турбину с самыми большими величинами единичных параметров и . Это позволяет при сохранении напора и мощности снизить габариты гидротурбины (диаметр ) и повысить скорость вращения.

В результате удается сократить размеры здания ГЭС и уменьшить вес и стоимость гидрогенератора. Но есть условия, которые ограничивают возможность повышения . С ростом , как правило, возрастает и коэффициент кавитации и снижается допустимая высота отсасывания , а следовательно приходится увеличивать углубление гидротурбины.

Для наземных гидроэлектростанций это приводит к увеличению глубины котлована и может вызвать значительный рост объемов и стоимости земляных и бетонных работ.

В подземных гидроэлектростанциях такое увеличение углубления часто оказывается целиком допустимым за стоимостными показателями.

Если сравнить между собой разные системы гидротурбин, тогда необходимо учитывать, что поворотно-лопастные имеют более благоприятную характеристику и по мощности и по напору.

Например, диагональные гидротурбины значительно меньше, чем радиально-осевые, снижают КПД при уменьшении нагрузки и при изменениях напора имеют более широкий регулировочный диапазон, а их работа при малых нагрузках не сопровождается настолько интенсивными нестационарными явлениями в потоке (пульсации давления).

Горизонтальные поворотно-лопастные гидротурбины с прямоосной отсасывающей трубой (капсульный гидроагрегат) имеют на 30-40% большую пропускную способность, чем вертикальные, что при той же мощности позволяет уменьшить на 15-17% диаметр гидротурбины, но при этом коэффициент кавитации у них значительно выше, что приводит к необходимости большего углубления рабочего колеса под уровень нижнего бьефа.