
- •Глава 1 5
- •Глава 1
- •1.1. Мировые и отечественные водные ресурсы
- •1.2. Использование водных ресурсов
- •Глава 2
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Регулирование речного стока водохранилищами
- •2.3. Переброска речного стока
- •Глава 3
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Основные водопользователи
- •3.3. Расчетная обеспеченность
- •3.4. Виды регулирования речного стока
- •Глава 4
- •4.1. Характерные уровни и объемы водохранилища
- •4.2. Верхний и нижний бьефы гидроузла
- •4.3. Водный баланс водохранилища
- •4.4. Потери воды из водохранилища
- •Глава 5
- •5.1. Расчетные характеристики водного режима реки
- •5.2. Распределение вероятностей расчетных характеристик водного режима
- •5.3. Многолетние колебания расчетных характеристик водного режима
- •5.4. Внутригодовое распределение речного стока
- •5.5. Моделирование внутригодового распределения речного стока
- •Глава 6
- •6.1. Принципы сезонного регулирования речного стока
- •6.2. Учет потерь воды из водохранилища
- •6.3. Календарный метод расчета полезного объема водохранилища сезонного регулирования
- •6.4. Обобщенный метод расчета полезного объема водохранилища сезонного регулирования
- •6.5. Обобщенный метод расчета сезонной составляющей полезного объема водохранилища многолетнего регулирования
- •Глава 7
- •7.1. Принципы многолетнего регулирования речного стока
- •7.2. Параметры многолетнего регулирования
- •7.3. Календарный метод расчета параметров водохранилища многолетнего регулирования
- •7.4. Обобщенный метод расчета параметров водохранилища многолетнего регулирования
- •7.5. Обобщенная водохозяйственная характеристика водохранилища
- •Глава 8
- •8.1. Расчетная обеспеченность стока высоких половодий и паводков
- •8.2. Исходные данные для расчета пропуска высоких половодий и паводков через гидроузел
- •8.3. Кривые динамических объемов водохранилища
- •8.4. Расчетный гидрограф высокого половодья или паводка
- •8.5. Пропуск расчетного половодья или паводка
- •8.6. Каскадное регулирование стока высоких половодий и паводков
- •Глава 9
- •9.1. Гидроэнергетический потенциал рек
- •9.2. Водноэнергетические показатели гидроэнергетических установок
- •Глава 10
- •10.1. Диспетчерский график режима работы водохранилища
- •10.2. Построение и использование диспетчерского графика
- •Глава 11
- •11.1. Специфика каскадного регулирования
- •11.2. Водноэнергетический эффект от каскадного регулирования
- •Глава 12
- •12.1. Цели составления водохозяйственных балансов
- •12.2. Составляющие водохозяйственного баланса
- •12.3. Анализ водохозяйственного баланса
11.2. Водноэнергетический эффект от каскадного регулирования
При вхождении каскада ГЭС в единую энергетическую систему его отдача определяется суммой мощностей всех всходящих в него ГЭС. Расчеты электрической компенсации в каскадах ГЭС, как и компенсации дефицитов воды у потребителей, выполняются по фактическим рядам стока и с применением обобщений. Но вместо расходов воды и объемов водохранилищ учитываются их эквиваленты – мощности и выработка электроэнергии. В каскаде из трех ГЭС, где водохранилище А служит компенсатором системы, а в водохранилищах Б и В поддерживаются более высокие уровни воды, наибольшая выработка электроэнергии на каскаде ГЭС может быть достигнута при выполнении следующих условий:
1) транзитный сток из водохранилища А, а также сток с частных водосборов установок Б и В будет проходить при высоких напорах на этих двух ГЭС;
2) высокий уровень воды в водохранилища Б дает выигрыш в напоре больший, чем потеря его в пункте А (из-за подпора от Б).
Общее увеличение напоров при высоких уровнях на ГЭС Б и В повышает энергетическую эффективность транзитного стока из водохранилища А. Однако чем меньше ежегодная сработка двух нижних водохранилищ, тем больше потери воды на холостые сбросы воды в период повышенного притока. Но при сравнительно глубоком регулировании стока на всех ГЭС для данного каскада более выгодным оказывается по возможности длительное сохранение высоких уровней водоемов Б и В. Сработка их намечается лишь в размере, необходимом для регулирования собственного притока в маловодном году. Остальная часть их объема используется для многолетнего регулирования и срабатывается только по исчерпании всего полезного объема водохранилища А [5].
Очередность опорожнения и наполнения водохранилищ определяется в зависимости от места ГЭС в каскаде. В период опорожнения данный вопрос должен рассматриваться каждый раз, когда на ГЭС хотя бы в течение части этого периода имеется свободная мощность сверх гарантированной. Если каждая из установок участвует в покрытии графика нагрузок полной мощностью, возможность маневрирования отпадает. Сработка водохранилищ каскада ГЭС назначается в такой последовательности, чтобы сумма обеспеченных мощностей и выработки электроэнергии по каскаду была наибольшей. В общем случае опорожнение выгодно начинать с верхнего водохранилища и переходить последовательно к нижележащим установкам, тогда весь транзитный сток и расходы за счет сработки водохранилищ проходят по каскаду при повышенных напорах. Совсем иное положение будет в случае, если сработка начнется с нижнего водохранилища. При такой схеме расходы за счет последующей сработки всех верхних водохранилищ проходят через нижерасположенные установки при пониженных напорах [21].
Наполнение также выгодно начинать с верхних водохранилищ, последовательно переходя на нижние. При этом транзитный сток после их заполнения будет проходить через них при максимальных напорах. За счет дополнительного притока с собственных водосборов водохранилища, расположенные ниже, будут заполняться одновременно с водохранилищами, расположенными выше.
Последовательность наполнения, начиная с нижнего водохранилища, приводит к тому, что весь сток проходит через вышележащие ГЭС при пониженном напоре. В случае большого дополнительного притока с собственного водосбора нижнего водохранилища часть притока (после заполнения водохранилища), когда он превышает пропускную способность турбин нижней ГЭС, должна быть сброшена вхолостую через водослив.
Оптимальная последовательность опорожнения и наполнения водохранилищ зависит от соотношения полезных объемов и напоров отдельных ступеней каскада. В результате, окончательные правила опорожнения и наполнения каскада водохранилищ могут быть установлены только после тщательного анализа расчетов по очевидным вариантам последовательности сработки и наполнения водоемов [21].
Наибольший эффект в энергетическом использовании реки каскадом ГЭС достигается при создании крупного водохранилища-регулятора на верхнем участке реки. Поэтому в первую очередь открывается возможность размещения крупного регулятора стока выше всех или большинства основных ступеней каскада, с которого должна начинаться сработка всех водохранилищ каскада [4].
Каскадное использование водных ресурсов реки способствует повышению его эффективности, но при этом энергетически может оказаться менее эффективным, чем использование всего водного и энергетического потенциала реки на одной ГЭС. Однако большая концентрация напора, особенно на равнинных реках, влечет за собой значительные затопления земель. Межбассейновое компенсирующее регулирование стока, возможное в случае электрического объединения ГЭС, расположенных в различных речных бассейнах, позволяет получить водноэнергетический эффект, который заключается в повышении их суммарной минимальной и иногда суммарной средней годовой выработки электроэнергии. Увеличение гарантированной мощности и минимальной годовой выработки электроэнергии значительно повышает надежность энергоснабжения, упрощает вопросы планирования и резервирования выработки электроэнергии в системе, экономит топливо на тепловых электростанциях и дает возможность увеличить участие ГЭС в покрытии максимума нагрузки энергосистемы. Например, компенсированный режим регулирования стока рр. Ангары и Енисея был предусмотрен при проектировании Братской и Красноярской ГЭС (компенсатор – Братское водохранилище), благодаря чему оказалось возможным увеличить их суммарную гарантированную мощность более чем на 10% по сравнению с той, которая достигалась бы при их изолированной работе, и заметно увеличить суммарную установленную мощность ГЭС. Широкие возможности открываются при проведении межбассейнового компенсированного регулирования относительно слабо зарегулированной энергоотдачи ГЭС европейской территории России крупными водохранилищами, расположенными на реках Сибири (табл. 11.2) [5].
Таблица 11.2
Гарантированные мощности энергосистем Европейской части России и Сибири
Водноэнергетический эффект создания каскадов и объединений ГЭС в энергосистемы является результатом несовпадения фаз колебаний стока используемых рек или одной реки в разных створах и увеличения возможностей регулирования стока, которое позволяет сглаживать колебания суммарной энергоотдачи ГЭС. Крупные ГЭС с большими водохранилищами могут быть использованы как компенсаторы колебаний выработки электроэнергии остальных ГЭС. Они коренным образом перераспределяют отдачу на своих установках, приспособляя ее к неравномерной отдаче слабо регулируемых ГЭС. Например, провал выработки электроэнергии на ГЭС при очень низком стоке на реке без регулирования возмещается усиленной сработкой водохранилища регулирующей ГЭС на второй реке. И наоборот, значительный приток к первой ГЭС дает возможность снизить отдачу второй, иначе говоря, перейти к наполнению водоема-регулятора. Такое взаимодействие разных установок позволяет нерегулярно получаемый повышенный сток или мощности первой ГЭС перевести в категорию гарантированных, в чем и проявляется эффект от компенсирующего регулирования.
Новая ГЭС может влиять на водноэнергетические показатели существующих или ранее спроектированных ГЭС, подпирая нижний бьеф и уменьшая энергоотдачу вышерасположенной ГЭС; увеличивая энергоотдачу всех нижерасположенных ГЭС или единовременно уменьшая энергоотдачу нижерасположенных ГЭС в период первоначального заполнения мертвого объема нового водохранилища [5].