книги из ГПНТБ / Обрезков, В. И. Гидроэлектрические станции в электроэнергетических системах

чения энергоресурса (воды или топлива). По данным (Л. 49] необходимая величина народнохозяйственного ре­ зерва обычно составляет не менее 1—2% установленной мощности системы при среднегодовом росте электропотреблеиия порядка 10% и возможном перевыполнении плана на 10—20%.

Практически этот вид резерва специально не уста­ навливается, а обеспечивается соответствующим опере­ жением развития энергосистем (ввода новых мощнос­ тей) по сравнению с плановым развитием промышлен­ ного потребления электроэнергии.

Таким образом, суммарная величина необходимого резерва мощности в энергосистеме без учета народно­ хозяйственного резерва должна составлять:

Ре з е р в э н е р г и и

Всмешанных (гидротепловых) энергосистемах наря­ ду с резервом мощности нередко возникает необходи­ мость обеспечения резерва энергии. Этот резерв преду­ сматривается для компенсации аварийного снижения выработки электростанций с ограниченными энергоре­ сурсами. Такими электростанциями могут быть как гид­ равлические, имеющие заданную величину используемо­ го стока, так и тепловые, топливные ресурсы которых ограничены по какому-либо их виду. Ограничения по

топливу могут возникнуть также и в случае перебоев в его подвозе. Для устранения подобных явлений на ТЭС должен иметься соответствующий запас топлива, а на ГЭС запас воды в водохранилище.

Таким образом, резерв энергии сводится к резерву энергоресурсов — топлива и воды. При этом, само собой разумеется, должна иметься резервная мощность, спо­ собная эти ресурсы использовать.

Создание в необходимом размере резерва энергоре­ сурса имеет некоторые особенности, вытекающие из сле­

ций (только ТЭС или только ГЭС), практически не тре­ бует резерва энергоресурса. Действительно, в случае "выхода из строя агрегата ТЭС при замене его резервным

181

расход топлива в системе практически не изменится. Точно так же и замена аварийного агрегата ГЭС другим однотипным гидроагрегатом не повлечет за собой види­

простаивающих агрегатов ГЭС. В этом смысле резервная мощность ТЭС является более полноценной, чем на ГЭС, так как она практически всегда обеспечена энергоресур­ сом — топливом и может выполнять функцию системного резерва.

3. В отличие от этого резервная мощность ГЭС мо­ жет быть использована только при наличии соответст­ вующего дополнительного объема воды в ее водохрани­ лище.

Все это приводит к мысли о том, что целесообразно всю резервную мощность системы устанавливать на ТЭС, благодаря чему вопрос о резерве энергии сам собой от­ пал бы. Однако это далеко не так вследствие того, что дополнительные агрегаты ГЭС значительно дешевле дополнительных агрегатов ТЭС, и установка резервной мощности только на ТЭС экономически может быть не оправдана. Оптимальное решение о размещении резер­ ва должно быть найдено расчетом на основе получения минимума народнохозяйственных затрат.

Рассмотрим условия обеспечения системы резервом энергии, сосредоточиваемым на ГЭС. Резервный энерго­ ресурс может быть обеспечен на ГЭС:

путем выделения из полезного объема водохранили­ ща специального резервного объема и поддержания его постоянным в течение всего периода регулирования;

путем использования части полезной емкости водо­ хранилища с последующим восстановлением ее.

В первом случае ввиду того, что резервный объем исключается из регулируемой емкости, рабочая мощ­ ность ГЭС будет снижена. Поэтому такой способ резер­ вирования энергоресурса на ГЭС в ряде случаев являет­ ся неоправданным.

рывно меняется, следовательно, будут различны возмож­ ности временного использования водохранилища для

182

аварийной сработки. При наполненном водохранилище эти возможности достаточно велики, а по мере сработки они будут непрерывно убывать до тех пор, пока при полной сработке не перестанут существовать вовсе.

Кроме того, ограничения могут наложить и неэнерге­ тические участники комплекса. Так, по условиям судо­

аварийного наполнения водохранилища может быть су­ щественно ограничена или даже полностью исключена. Аналогичные ограничения могут накладываться и други­ ми водопотребителями и водопользователями, располо­ женными в нижнем бьефе ГЭС. При этом некоторые участники комплекса налагают ограничения в летний период, другие в зимний. Наконец, ограничения могут быть вызваны и техническими особенностями гидротех­ нических сооружений ГЭС.

Условия, обеспечивающие возможность восстановле­ ния аварийно сработанного водохранилища, являются, таким образом, достаточно сложными. Вместе с тем ясно, что это восстановление может быть осуществлено

в том режиме, который был предназначен для ГЭС. Все эти факторы в совокупности определяют возможный объем накопления резервного энергоресурса на ГЭС.

Таким образом, размер резерва энергоресурса ГЭС должен определяться с учетом как предельной величи­ ны аварийной сработки водохранилища, так и возмож­

Одной цз основных особенностей электроэнергетиче­ ского производства, как уже было отмечено, является то обстоятельство, что электроэнергия не может быть вы­ работана в отрыве от ее потребления. В настоящее вре­ мя техника еще не располагает экономически целесооб­ разными и технически приемлемыми средствами акку-

183

ліулііровапия электроэнергии в необходимых масштабах (за исключением ГАЭС). Поэтому как в каждые от­ дельные моменты времени, так и за любой период дол­ жен соблюдаться баланс между спросом на электро­ энергию со стороны потребителей и выработкой ее на электростанциях. Этот баланс, естественно, должен быть обеспечен как по мощности, так и по выработке элек­ троэнергии.

Баланс мощности сводится к тому, что в любой мо­ мент времени t генерирующая мощность всех электро­ станций должна равняться суммарной нагрузке потре­

объединенного узла потребителей (понизительной под­

лированием режима системы, и всякое нарушение его может привести к тяжелым системным авариям. Рассмо­

название рабочей мощности и обозначается Л/р а б.с Ма­ ксимальная величина Л ^ ' ^ , как правило, не может быть равной (и тем более больше) установленной мощ­ ности, что обусловливается необходимостью резервиро­ вания части мощности на тот случай, когда по какимлибо причинам величина ее не сможет быть отдана по­ требителю (аварии, ремонт и т. д.).

Таким образом, минимально необходимая величина установленной мощности электрических станций энерго­ системы должна определяться суммой максимально

1 Здесь и далее рассматривается баланс лишь активной мощ­ ности.

184

ее величина определяются энергоэкономическими расче­

ции могут быть случаи, когда часть ее мощности в дан­ ное время не может быть использована. Сюда относятся прежде всего случаи, когда часть оборудования находит­ ся в плановом или аварийном ремонте. Кроме того, для ГЭС это положение может иметь место, как это было отмечено в § 4-1, вследствие того, что при определенных гидрологических условиях и положении уровня верхнего бьефа гидростанция не может выдать необходимую мощ­ ность из-за нехватки напора или расхода. Такое же положение может возникнуть и при значительном повы- к шении уровня нижнего бьефа. Для ТЭС такое явление может возникнуть вследствие отсутствия топлива или плохого его качества. Эту часть мощности называют свя­

фициента мощности cos ср. В этом случае свободные ге­ нераторы работают как синхронные электродвигатели, вращая в' воздухе (или в воде) рабочие колеса своих турбин.

Та часть установленной мощности, которая может быть использована в данный момент, носит название располагаемой мощности Npacn.

Наконец, вследствие разности между располагаемой и используемой в данный момент мощности в системе образуется так называемая свободная мощность NCnoe-

На основе (4-10), если учитывать (4-9), полная уста­ новленная мощность энергосистемы, состоящей из ГЭС и ТЭС, определится равенством

Л у о т . , = N ; 2 + ^ „ 3 . + л / д у б . г + л г к ; + л / р е з . Т ) (4-і 2)

J86

где

Для того чтобы составить баланс мощности за не- • который период времени, его представляют в графиче­ ской форме. Обычно такие графики составляются для отдельных суток или для целого года. В последнем слу­ чае на график наносятся лишь максимальные за каж­ дые сутки мощности.

Рис. 4-2. Годовой баланс мощности энерго­

системы.

Построение графиком баланса мощности энергоси­ стемы является одной из наиболее важных задач при определении режимов работы электростанций, а также и при выборе их основных энергетических параметров.

На рис. 4-2 представлен типовой график, отражаю­ щий годовой баланс мощностиэнергосистемы, при от­ сутствии ремонтного резерва и прироста мощности си­ стемы в году.

Очевидно, что суточный баланс мощности энергоси­ стемы, являющийся основой всех энергетических расче­ тов, будет одновременно являться и суточным балансом энергии, так как балансы энергии и мощности системы тесно связаны между собой. Нельзя изменить баланс энергии, не изменяя баланса рабочих мощностей, и на-

187

оборот. Это значит, что эти балансы нельзя составлять независимо друг от друга.

Годовой баланс энергии системы может быть пред­ ставлен в такой же форме, как суточный. Однако для этого потребовалось бы соединить последовательно 365 суточных графиков, что привело бы к невозможности его использования. Поэтому годовой баланс энергии строит­ ся в виде графика изменения среднесуточных мощно­

стей (рис. 4-3). Так как

В предшествующих рассуждениях не учитывалось то обстоятельство, что потребитель электроэнергии всегда получит ее меньше, чем выработано на электростанциях. Это совершенно очевидный факт, так как при передаче часть ее будет неизбежно потеряна. Поэтому если выпол­ ненные нами балансовые соотношения относить к потре­ бителю, то они должны быть дополнены значениями со­ ответствующих потерь электроэнергии в ЛЭП.

Режимы энергетической системы, основанные на рас­ смотренных выше балансовых соотношениях и отражаю­ щие распределение нагрузки между отдельными электро­ станциями с учетом их режимных особенностей, должны удовлетворять определенным требованиям. Эти требова-

188

ИМЯ вытекают нз необходимости такого удовлетворения

потребителей электроэнергией и такого обеспечения не­ энергетических участников эиерговодохозяйственного комплекса водой, при которых народное хозяйство полу­ чит наибольший экономический эффект.

Исходя из этого основные требования к системе сво­ дятся к необходимости обеспечить:

бесперебойное электроснабжение потребителей как по количеству электроэнергии, так и по мощности;

надежность электроснабжения, т. е. гарантировать сохранение бесперебойности при всех возможных обстоя­ тельствах;

должное качество энергии; наибольшую экономичность режима.

Неудовлетворение потребителей по энергии и мощно­ сти в современных условиях означает нарушение равен­ ства между вырабатываемой электроэнергией и потреб­ ляемой, т. е. нарушение рассмотренных выше балансовых соотношений, и приводит, как правило, к тяжким послед­ ствиям, граничащим в отдельных случаях с катастрофи­ ческими.

Вопросы бесперебойности и надежности электроснаб­ жения решаются с позиций интересов всего народного хозяйства, т. е. экономически. Такой подход означает, что уровень надежности и бесперебойности должен быть эко­ номически обоснован. Вовсе необязательно иметь такой уровень надежности, который гарантировал бы полную бесперебойность электроснабжения. В системе всегда найдутся потребители, которые, недополучая электро­ энергию, создадут для народного хозяйства ущерб, не перекрывающий тех затрат, которые следует вложить на повышение надежности, чтобы его избежать. Поэтому повышение уровня надежности сверх некоторого оптиму­ ма экономически является неоправданным.

Требование обеспечения надлежащего качества энер­ гии означает необходимость поддержания нормальных параметров энергии, отпускаемой потребителям. Этими параметрами являются напряжение и частота в электри­ ческой части системы; давление пара в магистралях, от которых питаются потребители пара; температура воды в теплофикационных магистралях.

Экономичность режима работы энергосистемы являет­ ся одним из важнейших требований. Достижение наивыс­ шего ее ур_овня предполагает, разумеется, сохранение

189