Файл: Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций.pdf

и производительность водопотребителей может воз­ растать во времениНа некотором этапе развития си­ стемы установленная мощность гидроэлектростанций уве­ личивается как за счет числа введенных гидроэлектро­ станций, так и за счет количества установленных на отдельных станциях агрегатов и повышения подпорной отметки во время начального наполнения водохранилищ.

Для использования возрастающей установленной мощости гидроэлектростанций и производительности водоиотребителей системы требуется соответствующее уве­ личение общей гарантированной отдачи системы. При наличии в системе емкостей водохранилищ, достаточных для сезонного регулирования, рост общей гарантирован­ ной отдачи гидроузлов из года в год может происходить лишь в процессе начального наполнения водохранилищ или за счет увеличения числа введенных в эксплуатацию гидроузлов. При многолетнем регулировании стока нара­ стание гарантированной отдачи внутри периода регули­ рования йз года в год возможно также и за счет изме­ нения режима сработки полезной емкости водохранилищ во время их нормальной эксплуатации. Общая гаран­ тированная энергия гидроэлектростанций, суммарная за расчетный период регулирования, при этом остается близкой к некоторой постоянной величине, изменяющей­ ся только в зависимости от режима напоров гидроэлек­ тростанций. Отыскание оптимального режима изменения гарантированной отдачи во времени и необходимого для этого режима сработки и наполнения полезной емкости водохранилищ производится. при проектировании в со­ ставе задачи оптимизации структуры водохозяйственной

иэнергетической системы.

Вусловиях эксплуатации в отличие от проектных предположений в зависимости от особенностей развития системы точного соответствия мощности гидроэлектро­ станции и производительности водопотребителей потреб­ ностям системы может и не быть, т. е. в системе появля­

ются избытки и дефициты мощности, энергии и воды. В связи с этим в эксплуатационных условиях как в пе­ риод начального наполнения водохранилищ, так и после окончания его для использования меньшей, чем проект­ ная, установленной мощности ГЭС и производительно­ сти водопотребителей и водопользователей требуются сниженные (по сравнению,с проек-тной) гарантированная отдача п полезная емкость водохранилищ. В этом слу­

70

чае часть уже созданной полезной емкости водохрани­ лищ может использоваться для перерегулирования из­ бытков речного стока и гидроэнергии. При наличии значительных избытков мощности в энергосистеме гаран­ тированная отдача ГЭС определяется максимально допу­ стимой разгрузкой других электростанций системы (КЭС,. ТЭЦ).

При наличии значительных дефицитов воды, мощно­ сти и энергии в системе возникает задача оптимального распределения этих дефицитов между отдельными водопотребителями и водопользователями, т. е. выявления оптимальных соотношений между нормальными и сни­ женными величинами гарантированных отдач системы и их обеспеченностями. Посколькупод гарантированной отдачей подразумевается отдача гидроузлов, которая может быть выдана системе с заданной обеспеченностью в многолетнем разрезе, такая отдача характеризуется как абсолютной величиной, так и надежностью (обеспе­ ченностью) .

Обеспеченность гарантированной отдачи, как извест­ но, оценивается несколькими способами: 1) по числу бесперебойных лет; 2) по продолжительности работы гид­ роузла с гарантированной отдачей в длительном гидро­ логическом ряду; 3) по отношению суммарной фактиче­ ской величины отдачи к сумме гарантированных бес­ перебойных отдач за длительный ряд лет [Л- 44, 57]. Величина отдачи, ее обеспеченность и отношение фак­ тической отдачи к гарантированной полностью характе­ ризуют гарантированную отдачу при одноступенном пла­ не регулирования стока, т. е. тогда, когда снижение отдачи за пределами заданной ее обеспеченности не ли­ митируется и соответствует бытовому притоку к водохра­ нилищу.

При двух- и многоступенном плане регулирования для полной характеристики гарантированной отдачи требуется знать величину и обеспеченность сниженной отдачи, которая выдается системе за пределами обеспе­ ченности гарантированной отдачи. Сниженная отдача обычно определяется резервами системы и чаще всего назначается при двухступенном плане регулирования бесперебойной в ряду наблюдений и с очень высокой обеспеченностью—в искусственном гидрологическом ряду большой продолжительности. Отношение сниженной от­ дачи к гарантированной при известных обеспеченностях

71

каждой из них — важнейшая характеристика отдачи гидроузла при двухступенном плане регулирования.

При наличии нескольких потребителей режим работы гидроузлов характеризуется несколькими гарантирован­ ными и сниженными отдачами и соответствующими зна­ чениями их обеспеченности.

Для существующих гидроузлов, т. е. при некоторой фиксированной величине суммарной полезной емкости их водохранилищ, увеличение гарантированной отдачи приводит к снижению се обеспеченности или к уменьше­ нию сниженной отдачи и ее обеспеченности. Снижение величины гарантированной отдачи повышает ее обеспе­ ченность и позволяет увеличить сниженную отдачу и ее обеспеченность. В эксплуатационных условиях возмож­ ность снижения гарантированной отдачи при неизменной ее обеспеченности позволяет уменьшить необходимую полезную емкость водохранилищ и тем самым несколько повысить напоры ГЭС п в ряде случаев увеличить выра­ ботку энергии на ГЭС (если это снижение емкости не приводит к увеличению вероятно тп холостых сбросов или если последнее экономически оправдано).

В том случае, когда требования водо- и энергопотребптелей в системе не достигли своего номинального зна­ чения, определенного при проектировании системы для данного состава гидроузлов в ней, водохозяйственная система является избыточной, т. е. гарантированная от­ дача гидроузлов в системе частично может не использо­ ваться. Для таких потребителей, как ирригация, это означает не только снижение по сравнению с расчетным размером нормального водозабора в ирригационную сеть, но и увеличение ее обеспеченности и размеров сни­ женной отдачи. Для таких потребителей, как гидроэнер­ гетика, в этих условиях при эксплуатации возникает и дополнительная задача оптимального использования избытков гидроэнергии, аналогичная задаче использова­ ния энергии реки в течение цикла многоводных лет. Для всех водопотребителей и водопользователей в этих усло­ виях необходимо решение задачи использования водо­ хранилищ системы для перераспределение во време­ ни не только их гарантированной отдачи, но и избытков гидроэнергии в соответствии с изменяющимися во вре­ мени требованиями водо- и энергопотребителей-

Как уже указывалось, при известных параметрах введенных в эксплуатацию гидроузлов системы физиче-

72

скай величина их гарантированной отдайи, рассматрива­ емой как объем зарегулированного стока за критиче­ ский маловодный период (которая называется гаранти­ рованной отдачей в статической задаче), определяется однозначно с помощью существующих методов по кален­

определенное при проектировании для данного состава гидроузлов, водохозяйственная система становится де­ фицитной. В такой системе удовлетворение растущих требований Ердо- и энергопотребителей с заданной на­ дежностью (обеспеченностью) становится невозможным, и до ввода новых гидроузлов возникает задача установ­ ления порядка ограничения потребителей, т. е. пересмотр величин нормального и сниженного потребления воды от­ дельными участниками комплекса и их обеспеченностей.

Таким образом, величины гарантированной и снижен­ ной отдач гидроузлов, их расчетные обеспеченности и порядок расходования избытков воды и энергии как в из­ быточных, так и в дефицитных условиях целесообразно пересматривать с изменением условий в системе (с ро­ стом потребностей в воде и энергии, с вводом новых во­ дохранилищ и др.).

В д и н а м и ч е с к и х з а д а ч а х о ц е н к а о б е с ­ п е ч е н н о с т и г а р а н т и р о в а н н о й о т д а ч и г и д ­ р о у з л а в течение некоторого периода развития систе­ мы Тр представляет собой оценки обеспеченности гаран­ тированной и сниженных отдач для отдельных моментов развития системы (месяц, сезон, год) по совокупности п- летних периодов, где « = 7^ + 7^ (Л. 58, 59]. При этом в качестве гарантированной отдачи рассматривается не­ которая функция времени a(t), где ( = 0--Тр.

Разновидностью этого способа оценки обеспеченности отдачи в динамических задачах является оценка по сум­ марным или средним величинам отдач за весь период развития системы Гр. Как в том, так и в другом случае число членов ряда величин отдач равно числу периодов регулирования, достаточному для оценки обеспеченности с заданной точностью. Каждый период регулирования больше или равен длине периода развития системы.

Наиболее точной из указанных является обеспечен­ ность отдачи для каждого месяца периода развития си­ стемы. При определении обеспеченности отдачи за более

73

продолжительные интервалы времени теряется представ­ ление о продолжительности и размере снижения гаран­ тированной отдачи в отдельные моменты времени.

Оценка величины отдачи гидроузла заданной обес­ печенности производится в следующем порядке:

1. Отбираются расчетные гидрологические периоды из наблюденных или смоделированных гидрологических рядов [Л. 57]. Расчетные периоды регулирования имеют различную продолжительность, определяющуюся чередо­ ванием водности лет и соотношением потенциальной и зарегулированной энергии в периоде регулирования. Поэтому моделирование расчетных периодов может производиться только по методике, не требующей априорного знания продолжительности периода регули­ рования.

2- Задаются величины гарантированной и сниженной отдачи гидроузлов системы-

3. Устанавливаются правила перехода от гарантиро­ ванной к повышенной и сниженной отдачам. В первом приближении гарантированная отдача гидроузлов может быть определена в процессе отбора расчетных периодов. При этом необходимо иметь в виду, что обеспеченность расчетного периода, главным образом при многолетнем регулировании, не совпадает точно с обеспеченностью отдачи и что при отборе периодов регулирования путем сопоставления их отдач находится лишь ориентировочное значение гарантированной отдачи. Поэтому предвари­ тельное назначение величин гарантированной и снижен­ ной отдачи должно производиться по нескольким расчет­ ным периодам с обеспеченностью, близкой к расчетной. От точности первоначального задания гарантированной отдачи зависит число итераций в последующих деталь­ ных расчетах.

4. Определяется, какая фактическая обеспеченность гарантированной отдачи, а также величина и обеспечен­ ность сниженной отдачи имеют место в наблюденном или искусственном ряду гидрологических периодов регу­ лирования. Для этой цели производится детальный водноэнергетпческий расчет.

5. Если обеспеченность гарантированной отдачи и характеристика сниженной отдачи в какой-либо момент времени в течение периода развития системы не соответ­ ствуют заданным, то изменяется величина гарантирован­ ной отдачи в данном интервале, а если это обусловлива­

74

ется особенностями развития системы, то и в течение всего периода ее развития. Расчет обеспеченности гаран­ тированной отдачи гидроузлов выполняется вновь по всему.ряду периодов регулирования даже в том случае, если гарантированная отдача изменяется в каком-либо одном интервале времени. Расчет повторяется с п. 2 до тех пор, пока характеристики нормальной и сниженной отдач не совпадут с заданными.

Выше говорилось об определении гарантированной отдачи гидроузлов системы, соответствующей некоторой заданной расчетной обеспеченности. Расчетная обеспе­ ченность может быть определена путем сопоставления экономической эффективности увеличения гарантирован­ ной отдачи гидроузлов в системе с ущербами, вызывае­ мыми связанными с этим ростом дефицитами воды и энергии у водо- и энергопотребителей в перебойные годы.

Факторами, влияющими на изменение расчетной обес­ печенности отдач в развивающихся системах, могут быть: 1) появление в системе в некоторый момент времени периода развития новых видов потребителей (например, электроемких), которые существенно влияют на величи­ ну расчетной обеспеченности отдачи ГЭС; 2) резкое из­ менение конфигурации графика нагрузки системы за счет присоединения к системе в некоторый момент вре­ мени новых потребителей (например, присоединение к системе за счет строительства новой ЛЭП промышлен­ ного узла или крупного города); 3) развитие нового участника водохозяйственного комплекса (например, пуск в некоторый момент времени крупного канала для водо­ снабжения или ирригации); 4) изменение удельного веса ГЭС в энергосистеме за счет ввода в эксплуатацию но­ вой крупной ГЭС; 5) изменение регулирующих возмож­ ностей'системы за счет ввода в эксплуатацию крупного водохранилища, особенно когда оно может выполнять роль компенсатора отдач других гидроузлов, и т. д.

Если приведенные выше факторы оказывают сущест­ венное влияние на экономические характеристики систе­ мы, определяющие собой расчетную обеспеченность отдач гидроузлов (величины ущербов от недодачи воды и энер­ гии, продолжительность и глубина дефицитов и др), то при проектировании развивающихся систем представля­ ется целесообразным в отдельные годы периода развития для разных потребителей принимать различную расчет­ ную обеспеченность отдач-

75

' Задача выбора расчетной обеспеченности отдач в ди­ намических системах до сих пор не рассматривалась. Указанную задачу целесообразно решать либо при оп­ тимизации структуры системы, либо выделяя ее в само­ стоятельную задачу по определению расчетной обеспе­ ченности отдачи у различных водопотребителей и водопользователей в условиях развития комплексной водохозяйственной и объединенной энергетической си­ стем.

Выбор метода определения расчетной обеспеченности отдач, видимо, существенно будет зависеть от сложности водохозяйственной системы, а также от удельного веса ГЭС в объединенной энергетической системе. Для про­ стых водохозяйственных систем с небольшим удельным весом ГЭС в энергосистеме представляется целесообраз­ ным выбирать расчетную обеспеченность отдач гидро­ узлов в составе специальной задачи.

Для сложных многоотраслевых водохозяйственных систем и при существенном удельном весе ГЭС в энер­ госистемах, видимо, предпочтительнее выбирать величи­ ны гарантированных отдач гидроузлов и их расчетных обеспеченностей в процессе решения общей задачи опти­ мизации структуры системы.

Метод выбора расчетной обеспеченности отдач в ди­ намических задачах и тем более метод оптимизации структуры комплексных водохозяйственных и энергети­ ческих систем в настоящее время це разработаны. До раз­ работки такого метода в первом приближении можно, видимо, пользоваться рекомендациями работ [Л. 17, 21, 56], но рассматривать их для каждого года периода раз­ вития системы отдельно. Порядок проведения водохозяй­ ственных и водноэнергетических расчетов в динамиче­ ских задачах при различных обеспеченностях отдач в от­ дельные годы периода развития системы рассматривался выше.

В заключение следует напомнить еще раз о сложно­ стях при выборе расчетных обеспеченностей отдач ком­ плексных гидроузлов, связанных с отсутствием метода получения характеристик экономической эффективности от использования водных ресурсов отдельными участни­ ками водохозяйственного комплекса в нормальных усло­ виях и характеристик ущербов от недодачи им воды в дефицитные периоды.

76

4-2. Годовая выработка энергии

Практически для всех водопотребителей и водополь­ зователей, кроме гидроэнергетики, требование выдачи гарантированной отдачи гидроузлами системы является единственным. Для гидроэнергетики же гарантирован­ ная отдача является лишь -первым наиболее важным показателем гидроузла, участвующим, как отмечалось, в балансе мощности энергосистемы. Вторым основным показателем ГЭС, который обычно включается в баланс энергии энергосистемы, является среднемноголетняя ве­ личина годовой выработки энергии ГЭС или их объеди­ нения. Процесс выработки энергии гидроэлектростанция­ ми протекает при различных режимах их работы, зависящих от ресурсов воды, аккумулированных в водо­ хранилищах, объема и гидрографов притока воды в них. Количество вырабатываемой в многолетнем разрезе на ГЭС энергии зависит от принятого при оптимизации ре­ жимов работы ГЭС критерия: а) максимальной эконо­ мии затрат в системе; б) максимальной экономии топли­ ва; в) максимальной величины выработки энергии на ГЭС.

Основные, наиболее характерные режимы работы гидроэлектростанций, имеющие место в процессе выра­ ботки энергии, следующие: а) работа гидроэлектростан­ ций с гарантированной и сниженной отдачей; б) работа с избыточной отдачей; в) максимально возможная отда­ ча для подготовки водохранилища к аккумуляции и про­ пуску паводка через сооружения гидроузла. О работе с гарантированной отдачей было сказано выше. Режим работы с избыточной отдачей представляет собой само­ стоятельную проблему. Решение ее возможно как ста­ тистическим, так и аналитическим методом (подробнее— см. гл. 5 и приложение I). В первом случае, кроме рас­ чета оптимизации режима работы ГЭС, требуется созда­ ние средств его реализации, во втором — оба этапа расчета объединяются. В результате и того, и другого расчета создаются средства управления режимом работы гидроузла, в которых формулируются правила и ука­ зываются причина и время перехода от одного режима к другому: от работы с гарантированной отдачей к из­ быточной, а затем к максимально допустимой или наоборот. При проектировании гидроэлектростанций для подсчета выработки энергии за год могут использоваться

77