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

Итак, связь ординат кривой обеспеченности, которую далее мы будем обозначать р{х), с ординатами функции распределения F(x) определяется следующим выраже­ нием (см. приложение) :

X

В гидрологии сущность кривой обеспеченности обыч­ но объясняют, вводя понятие .о кривой продолжительно­ сти, под которой понимают ряд наблюденных за неко­ торое время значений расходов воды (стока) в реке, но расположенных не в календарном порядке, как это име­ ет место в гидрографе, а в порядке их убывания. В этом

продолжительности расходов для этого года. Таким же образом можно построить кривые для любого интервала

принимается за 100%, или за 1,0, то получим кривую обеспеченности.

Само собой разумеется, что кривая обеспеченности (продолжительности) не может дать представления о по­ следовательности чередования и тем более' о календар­ ных датах появления тех или других величин расходов. Она отражает лишь определенную закономерность, яроявляющуюся в наблюденном ряде случайных величин расходов. Для многолетнего ряда эта закономерность заключается .в том, что каждому значению среднегодо­ вого расхода соответствует определенная вероятность ее появления.

В практических расчетах иногда используются много­ летние кривые обеспеченности фазово-однородных зна­ чений расхода (стока), например максимальных расхо­ дов за весенний паводок, или меженных стоков, и т: п. Такие значения расхода (стока), взятые из каждого года многолетнего периода, составят свои особые ряды слу­ чайных величин.

Если предполагать известным закон распределения вероятностей речного стока, то кривая обеспеченности,

29

построенная по такому закону, носит название теорети­ ческой. В СССР в качестве такой кривой длительное время принимается гамма-распределение, называемое также распределением Пирсона I I I типа.

Уравнение этой кривой обычно имеет вид [Л. 9]:

коэффициенты по формуле

п

(1-26)

Cs по формуле (1-26) может быть определен при условии, что число членов ряда п^ІОО лет. Для подав-

21

ляющего числа наших рек такого ряда наблюдений не имеется. Поэтому обычно значение Cs принимается крат­ ным значению Сѵ, т. е.

Для построения кривых обеспеченности необходимо вычислить ее ординаты при различных значениях обес­ печенности р, %. Это осуществляется с помощью специ­ альной таблицы, составленной вначале Фостером и уточ­ ненной и расширенной впоследствии Рыбкиным

Для анализа соответствия теоретической кривой обес­ печенности фактическим данным на теоретическую кри­ вую обеспеченности .наносятся точки, соответствующие фактическому ряду наблюдений, причем обеспеченность определяется по формуле

широко используется в гидрологических расчетах. Одна­ ко она имеет определенные недостатки, в силу чего ее применение в ряде случаев ограничено. К числу таких недостатков следует отнести прежде всего то, что она ограничена только с одной стороны, и при малых зна­ чениях обеспеченности, приближающихся к нулю, зна­ чение ординат кривой стремится к бесконечности. Это противоречит физике явлений, так как расход воды в ре­ ке не может быть бесконечно большим. Вторым недо­ статком является то, что при С 5 <2С„ ординаты кривой для больших значений обеспеченности становятся отри­ цательными, что также приводит к абсурду, так как реч­ ной сток по своей природе не может быть отрицатель­ ным.

1 См., например, Никитин С. Н. Основы инженерной гидрологии рек. М.—Л., Госэнергоиздат, 1952.

22

имеются и Другие недостатки, которые в совокупно­

годового стока (логарифмически-нормальный, С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля и др.). Описание их дается в спе­ циальной литературе (см., например, [Л. 9, 20]) и здесь не приводится.

1-4. Понятие о б энергетической системе

Современные электростанции никогда не работают изолированно друг от друга, а определенным образом объединяются для совместной работы. При этом режим работы каждой зависит от режима работы других элек­ тростанций. Чтобы представить себе задачи и условия воднознергетического регулирования речного стока водо­ хранилищами ГЭС, остановимся сначала на некоторых

(выработки) электроэнергии, осуществляемый на элек­ тростанциях.

Вторая стадия включает в себя процесс передачи и распределения электроэнергии. Этот процесс осущест­ вляется с помощью линий электропередачи (ЛЭП), рас­ пределительных сетей и подстанций.

Третьей стадией процесса электроэнергетического производства является потребление электроэнергии, т. е. преобразование ее в другие виды энергии. Этот процесс осуществляется непосредственно приемниками (потреби­ телями) электроэнергии.

Совокупность электрических станций, подстанций и потребителей электроэнергии, связанных между собой линиями электрической передачи и электрическими се­ тями, носит название электроэнергетической системы. Если при этом на части электростанций производится и тепловая энергия (ТЭЦ), которая по тепловым сетям передается потребителям тепла, то совокупность таких элементов .называют энергетической системой (энергоси­ стемой) .

23

Сумма потребностей в энергии всех потребителей энергосистемы в данный момент времени является ее на­ грузкой.

Создание энергетических систем продиктовано техни­ ко-экономическими соображениями. Объединение в еди­ ную систему потребителей, имеющих различный харак­ тер спроса на электроэнергию (промышленность, быт, транспорт), улучшает использование установленной мощности каждой электростанции. График суммарной нагрузки системы становится в этом случае менее пико­ вым, что при снижении суммарного максимума нагрузки системы сравнительно с суммой максимумов отдельных районов потребления дает уменьшение капитальных вло­ жений при строительстве новых электростанций и сни­ жает себестоимость электроэнергии существующих элек­ тростанций.

Объединение потребителей влечет за собой также уменьшение относительных колебаний суммарной на­ грузки системы, обусловленных несовпадением по вре­ мени толчков (пиков) нагрузки отдельных мощных по­ требителей (электропоезда, электропечи я т. п.), что в свою очередь облегчает эксплуатацию системы (под­ держание на необходимом уровне частоты и напряже­ ния) .

Объединение тепло- и гидроэлектростанций создает более благоприятные условия для'использования энерго­ ресурсов, а также ремонта оборудования на тепловых станциях, так как он в этом случае может быть проведен в периоды повышенной приточности на ГЭС.

Чрезвычайно важным обстоятельством является и то, что создание энергосистем наряду с улучшением эконо­ мических показателей обеспечивает надежность и бес­ перебойность энергоснабжения, а также устойчивость качественных показателей энергии. Создается возмож­ ность уменьшения необходимого общего резерва мощно­ сти и энергии.

Технико-экономические показатели энергосистем улучшаются при объединении их в системы более круп­ ного масштаба. Причем чем большее отличие по своим характеристикам имеют отдельные системы, тем боль­ ший энергоэкономический эффект, получается при их объединении.

В настоящее время в СССР уже функционирует ряд объединенных энергетических систем (ОЭС), вырабаты-

24

вающих свыше 90% электроэнергии. Завершается объ­ единение их в единую энергетическую систему (ЕЭС)

образом отличается от любого другого процесса произ­ водства. Это отличие состоит .в том, что осущест­ вляется одновременный цикл производства, распределе­ ния и потребления энергии. Отсюда следует, что никакое изменение выработки электроэнергии не может быть со­ вершено без соответствующего количественного изме­ нения спроса на нее со стороны потребителей и готовно­ сти ЛЭП и распределительных сетей довести электро­ энергию до потребителей. При соответствующей готовно­ сти ЛЭП и распределительных, сетей изменение произ­ водства может осуществляться лишь в той мере, в ка­ кой изменяется спрос, одновременно с ним и автомати­ чески. Энергия, произведенная в системе, равна энергии, потребленной в ней (разумеется, с учетом потерь). Ма­ лейшая несогласованность в процессах производства, распределения и потребления немедленно и при том зна­ чительно отражается на работе всей системы, наносит нередко серьезный ущерб народному хозяйству. Всякое временное снижение потребления энергии потребителями ухудшает возможность полного использования оборудо­ вания станций в этот период. Поэтому одной из .важней­ ших задач эксплуатации энергосистемы является опти­ мальное согласование режимов работы всех ее элемен­ тов. .

'2. Энергетическая система создает условия для ши­ рокого внедрения средств автоматизации во все стадии электроэнергетического процесса, позволяет полностью автоматизировать отдельные электростанции (в первую очередь ГЭС) и подстанции, а также управление режи­ мом работы всей энергосистемы. Автоматизация энерго­ систем будет и впредь непрерывно совершенствоваться. Этому способствует как всевозрастающие требования, предъявляемые к системе, в частности повышение на­ дежности энергоснабжения и четкости управления быстропротекающими процессами, так и бурное развитие и совершенствование самих средств автоматизации, и уп­ равления,

25

3.Энергетическая система в общем случае потребля­ ет все возможные к использованию виды энергетических ресурсов.

4.Энергетическая система может снабжать электро­ энергией все без исключения отрасли народного хозяй­ ства; она обеспечивает его непрерывное .развитие.

5.Энергетическая система обладает разнообразным составом источников генерирования электроэнергии.

6.Энергетическая система функционирует непрерыв­ но, а отдельные элементы, ее составляющие, могут быть временно или постоянно выведены из работы.

7.Энергетическая система включает в себя разнооб­

разную и весьма разветвленную транспортную систему в виде линий электропередачи и распределительных се­ тей.

8. Энергетическая система динамична во времени и

впространстве.

9.Наконец, нельзя не отметить особенность энерге­ тических систем, связанную с планированием энергопро­ изводства. При планировании нельзя ориентироваться, как в других отраслях промышленности, только на по­

жим потребления энергии -во времени. Кроме того, долж­ ны соблюдаться как опережающее развитие энергоси­ стем, так и известная гармоничность всех ее звеньев.

Перечень особенностей энергетических систем, раз­ умеется, этим не исчерпывается, но приведенных доста­ точно для того, чтобы утверждать, что энергетическая система имеет все основные признаки большой киберне­ тической системы со всеми вытекающими отсюда труд­ ностями и особенностями оптимального управления.

В самом деле, как и всякая .кибернетическая система, энергетическая система всегда имеет алгоритм управле­ ния; всегда есть взаимодействие элементов системы с внешней средой; всегда имеется необходимость орга­ низации оптимальных режимов и управления ими — при­ ема информации, обработки, отбора и передачи ее с уче­ том принципов обратной связи.

Электроэнергетические системы, несмотря на одно­ типность большого количества характерных черт, все же в ряде случаев существенно отличаются друг от друга. В связи с этим их обычно классифицируют по следую­ щим основным признакам:

26

по виду используемых энергоресурсов; •по составу потребителей электроэнергии;

по географическому распределению электростанций и потребителей энергии.

По виду используемых энергоресурсов системы де­ лятся на следующие типы:

системы, состоящие из тепловых электростанций (по­ требляющие энергию топлива) ;

системы, состоящие из гидроэлектростанций, исполь­ зующие знергоресурсы водотоков;

системы смешанного типа (гидротепловые), состоя­ щие из гидравлических и тепловых электростанций (включая атомные, дизельные и газотурбинные).*

В настоящее время практически уже нет энергоси­ стем первых двух типов. Что касается смешанных сисистем, то в них все большее значение будут приобре­ тать атомные электростанции. В директивах XXIV съез­ да КПСС предусмотрено ввести в действие в следующей пятилетке АЭС суммарной мощностью 6—8 млн. кет. Приобретают также определенное значение электростан­ ции, предназначенные для снятия пиков нагрузки.

Вместе с тем ъ большинстве эксплуатируемых ныне систем атомные и различные пиковые электростанции не играют сколько-нибудь заметной роли. Наиболее ти­ пичной эксплуатируемой энергосистемой в настоящее время является такая, которая состоит лишь из «клас­ сических» тепловых (КЭС и ТЭЦ) и различных -гидрав­ лических электростанций.

По составу потребителей электроэнергии энергетиче­ ские системы делятся на системы, имеющие в своем со­ ставе глазным образом:

потребителей с осветительной и бытовой нагрузкой; двигатели промышленных предприятий; двигатели электротяги;

электропечи; потребителей смешанного типа.

По третьему признаку, т. е. по географическому рас­ пределению электростанций и потребителей, системы разделяются на:

концентрированные, не имеющие дальних линий элек­ тропередачи;

протяженные, отличающиеся наличием дальних линий электропередачи и сильноразвитых сетей.

27