Глава 9

ВОДНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

9.1. Гидроэнергетический потенциал рек

Гидроэлектростанции строятся для использования гидроэнергетического потенциала рек. Этот потенциал, являясь одним из важнейших природных ресурсов каждой страны, подчас определяет энергетическую, а значит и экономическую независимость государства. Особенно важен гидроэнергетический потенциал для стран с ограниченными запасами углеводородного топлива. В то же время уровень использования гидроэнергетического потенциала рек и доля мощности ГЭС в электроэнергетическом балансе страны характеризуют надежность обеспечения электроэнергией населения, промышленности и других отраслей хозяйства [5].

Подавляющее число стран мира собственными силами или при помощи специализированных фирм других стран определило гидроэнергетический потенциал своих рек. Общепринятыми являются две категории гидроэнергетического потенциала – валовый и технический.

Валовый гидроэнергетический потенциал – это сумма произведений среднего многолетнего расхода воды рек и (или) их участков на перепад отметок уровня воды между границами этих участков. Средняя годовая мощность водотока или его участка протяженностью L, на котором падение уровня воды составляет H, а средний годовой расход воды (среднее из его значений в начале и конце участка) равен Q, может быть определена как

,

(9.1)

где Q измеряется в м³/с, а H – в м. Энергия водотока, в данном случае ее годовое количество, определяется как произведение мощности N в кВт на время T в часах:

.

(9.2)

Технический гидроэнергетический потенциал – это часть гидроэнергетического потенциала, которую можно использовать, построив технически возможные ГЭС. В его пределах выделяется экономический гидроэнергетический потенциал – это часть технического гидроэнергетического потенциала, использование которой при современных или предполагаемых в обозримой перспективе технических средствах является экономически обоснованным. Именно экономический гидроэнергетический потенциал характеризует реальные гидроэнергетические ресурсы страны, к освоению которых следует стремиться.

В мировой иерархии стран с выдающимися запасами гидроэнергии Россия занимает пятое место. Ее экономический гидроэнергетический потенциал, определенный еще в первой половине 1960-х годов, составляет 852 млрд кВт·ч [30]. Большая часть этих ресурсов находится в восточных районах страны (табл.9.1).

Таблица 9.1

Гидроэнергетический потенциал некоторых рек России

Современная годовая выработка электроэнергии на ГЭС России составляет около 170 млрд кВт·ч или 20% экономического потенциала. При этом на европейской территории страны используется около 50% экономического потенциала, а на азиатской территории после ввода в эксплуатацию строящихся ГЭС, в первую очередь Богучанской на Ангаре, эта величина достигнет 20%.

При наличии в составе гидроузла ГЭС водохозяйственные расчеты выполняются вместе с водноэнергетическими. Под ними понимают совокупность операций, выполняемых для расчетов мощности и выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях и гидроаккумулирующих станциях (ГАЭС) [4].

Отличием водноэнергетических расчетов от водохозяйственных является то, что задачей расчетов обычно является определение не гарантированного расхода воды, а гарантированной мощности. Эта мощность зависит от расхода воды, подаваемой в нижний бьеф гидроузла, и от напора воды. Напор воды представляет разность уровней воды в верхнем и нижнем бьефах гидроузла.

Также как и в водохозяйственных расчетах, в водноэнергетических расчетах стремятся обеспечить энергоотдачу с заданной надежностью p и минимизировать глубину и продолжительность перебоев. Задачей водноэнергетических расчетов является достижение максимума годовой выработки электроэнергии, то есть сведение к минимуму объема холостых, помимо турбин сбросов воды в многоводные периоды года.

В отличие от водохранилищ не энергетического назначения (водоснабжение, ирригация, противопаводковый эффект) сработка водохранилищ гидроузлов с ГЭС производится не до УМО, определенного расчетами его заиления, а существенно меньше. Это связано с тем, что при значительном уменьшении напора КПД турбин ухудшается, а при падении напора более чем на 30% от расчетного для турбин ГЭС перестают функционировать. Так, например, глубина сработки водохранилища Братской ГЭС принята равной 10 м. При этом полезный объем водохранилища составляет всего 48 км³, а неиспользуемый объем 121 км³, в то время как для аккумуляции наносов в течение 200 лет требуется объем всего 14 км³ [5].