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

простейшие правила, базирующиеся на соображениях иаилучшего использования стока* и напора ГЭС. При детальном проектировании режима работы гидроэлектро­ станций и в процессе их эксплуатации расчет годовой выработки энергии — это расчет отдачи ГЭС с примене­ нием заранее разработанных правил управления, соот­ ветствующих заданному критерию оптимизации. Однако наличие в настоящее время вычислительных машин де­ лает возможным и при проектировании гидроэлектро­ станций использовать экономическиобоснованные сред­ ства управления режимом работы ГЭС. Перед непосред­ ственным рассмотрением средств управления режимом работы ГЭС необходимо остановиться на режимных вопросах, связанных с пропуском катастрофических по­ ловодий через сооружения гидроузлов и аккумуляцией их в водохранилищах системы.

4-3. Безопасность сооружений гидроузлов системы

П р о е к т н а я з а д а ч а . Третьим из основных пока­ зателей гидроузлов является их пропускная сцособность. Режим пропуска паводков через гидроузлы непосредст­ венно влияет на размер водосбросных сооружений. Трансформация половодий водохранилищами определя­ ется: а) условиями формирования половодного стока

можностями прогноза объема половодья и хода его изменения во времени; г) возможностями организации заблаговременного оповещения о поступлении половод­ ного притока в водохранилища системы.

Размеры водопропускных сооружений гидроузла оп­ ределяются существующими нормативами. Они имеют целью обеспечить безопасность гидроузла и его бьефов со степенью надежности, определяемой в соответствии с классом капитальности гидроузла. Класс капитально­ сти назначается в зависимости от стоимости гидроузла, от его роли в народном хозяйстве, от его расположения относительно населенных пунктов или отдельных объек­ тов, имеющих государственное значение.

При проектировании гидроузла отыскивается такой режим пропуска расчетного половодья через все его водопропускные сооружения, который обеспечивал бы непревышение некоторого максимального уровня воды

78

в водохранилище при величине заданного расхода воды, сбрасываемого в нижний бьеф.

Условие непревышения максимально допустимого уровня водохранилища обеспечивает безопасность основ­ ных сооружений гидроузла, населенных пунктов и от­ дельных объектов, находящихся на берегах водохрани­ лища. Максимально допустимый уровень воды в водо­ хранилище находится в обратной зависимости от макси­ мального расхода воды, пропускаемого через гидроузел. Величиной максимального сбросного расхода определя­ ется необходимая максимальная пропускная способ­ ность гидроузла, размеры его водосбросных сооружений, а также условия проектирования сооружений в нижнем бьефе гидроузла. Выбор максимально допустимого уров­ ня форсировки и максимального расчетного расхода воды через гидроузел являются предметом экономического ис­ следования и определяются в процессе проектирования гидроузла при том режиме его работы,.который обеспе­ чивает оптимальное соотношение указанных величин.

В каскаде гидроузлов параметры сооружений и ре­ жимы их работы должны быть увязаны друг с другом. Наилучшим образом это условие может быть выполнено, если понятие «класс капитальности» относится ко всему каскаду гидроузлов, гидравлически связанных между собой. Однако практически в одном и том же каскаде иногда располагаются гидроузлы различных классов капитальности, т. е. гидроузлы, пропускная способность которых рассчитывается на пропуск половодий различ­ ной вероятности превышения.

Здесь возможны различные случаи сочетания норма­ тивных условий проектирования водопропускных соору­ жений и выбора режима пропуска паводка через гидро­ узлы каскада. Во всех этих случаях пропускная способ­ ность и режимы работы верхних гидроузлов должны гарантировать сохранность и нормальную эксплуатацию нижележащих гидроузлов каскада, а в каждом из них режим работы выбирается, исходя из оптимального со­ отношения между максимальным сбросным расходом и отметкой форсированного уровня.

Если основным назначением гидроузла является борь­ ба с наводнениями, то часть регулирующей призмы ре­ зервируется для этой цели. Размер ее тем больше, чем продолжительнее половодный период и чем меньше за­ благовременность прогноза или оповещения об объеме

79

вопаводочной части емкости водохранилища снижает возможности выполнения им других его функций (под­ держание гарантированной отдачи и др.)-

Проектный режим пропуска паводка меньшего, чем расчетный, через гидроузлы лишь в частном случае мо­ жет быть однозначным. Чаще он ставится в зависимость от прогнозируемого объема половодья.

При отсутствии возможности прогноза или оповеще­ ния паводки должны пропускаться по особым правилам, обеспечивающим безопасность основных сооружений и бьефов гидроузлов. Сущность этих правил, например, будет заключаться в том, что объем водохранилища, предназначенный для аккумуляции половодий, будет за­ полняться только при максимальном расчетном расходе воды через сооружения гидроузла. Эти правила зависят от состава гидроузлов в каскаде и поэтому в развиваю­

же, как и в течение любого другого периода года, тре­ буется осуществить режим работы гидроузла, наиболее близкий к режиму, выбранному при проектировании пла­ на эксплуатации гидроузла на данный период развития системы. Для половодий маловодных, средних и много­ водных, не требующих использования всей пропускной способности сооружений, режим работы водохранилища определяется при оптимизации отдачи гидроузла в се­ зонном или многолетнем разрезе (см. ниже гл. 5). Про­ ектный режим работы гидроузлов в период прохождения расчетных половодий может быть реализован: а) при помощи диспетчерских правил (см. ниже), часто в соче­ тании с прогнозом или оповещением; б) в соответствии только с прогнозом или оповещением. Пропуск половодья через каскад гидроузлов может осуществляться незави­ симо через каждый из них или в совместном проектном режиме. Во втором случае расход, сбрасываемый в ниж­ ний бьеф гидроузла, зависит не только от уровней в соб­ ственном водохранилище, но и от уровней в нижележа­ щем водохранилище и расходов воды в его нижнем бьефе. При эксплуатации режим работы гидроузлов в период пропуска паводков может в той или иной мере отличаться от проектного (оптимального). Однако рас­ хождения эти не могут быть существенными, так как проектный режим определяется соображениями безопас-

мости гидроузла. В правилах управления предусматри­ вается своевременная предпаводковая сработка водо­ хранилища и переход на работу с использованием всей пропускной способности гидроузла. Основанием для на­ значения указанного режима является: а) интенсивность повышения уровней воды в водохранилище, б) оповеще­ ние о формировании расчетного половодья или в) его прогноз.

В первых двух случаях режим работы гидроузла не должен отличаться от проектного, в третьем отклонения возможны за счет ошибки прогнозаПри этом безопас­ ность гидроузла обеспечивается путем учета максималь­ но возможного занижения объема половодья при его прогнозе.

Если пропуск расчетного половодья в каскаде запро­ ектирован в совместном режиме, то расход через верх­ ний гидроузел равен масимально возможному расходу в нижнем бьефе нижележащего гидроузла за вычетом расхода боковой приточности между ними. Для пропуска половодий через водохранилище нужна соответствующая его подготовка, т. е. своевременная к началу половодья сработка емкости водохранилища, необходимой для ак­ кумуляции ожидаемого половодья, и своевременный переход на работу с максимальным расходом воды через гидроузел.

Таким образом, режим работы гидроузлов в годовом разрезе характеризуется его отдачей, изменяющейся от гарантированной (или минимально допустимой) до мак­ симально возможной. Между предельными значениями отдачи гидроузлов возможно бесчисленное множество промежуточных, последовательность назначения которых определяется правилами управления режимами работы водохранилищ (этим воспросам посвящена гл. 5).

4-4. Экономические оценки и критерии оптимизации

Рассмотрим критерии оптимизации энергетических режимов гидроэлектростанций. Работы по созданию ме­ тодов оптимизации энергетических режимов ГЭС и их каскадов ведутся давно. По мере развития этих методов они ориентировались на использование различных кри­ териев. Одним из первых и наиболее распространенных был метод оптимизации энергетических режимов ГЭС при их проектировании, нацеленный на обеспечение

82

максимальной выработки электроэнергии при первооче­ редном удовлетворении требования системы по внутри­ годовому распределению гарантированной отдачи в ма­ ловодных условиях расчетной обеспеченности. Таким образом, оптимизация режима работы ГЭС опиралась на обеспечение двух режимных требований энергосистемы:

1) обеспечение заданного распределения гарантиро­ ванной отдачи ГЭС в расчетных маловодных условиях, по которым определяется баланс мощности энергоси­ стемы. При этом в расчетных маловодных условиях по­ лучение максимальной выработки энергии может не обеспечиваться;

2) обеспечение максимальной величины среднемного­ летней выработки энергии. Удовлетворение этого требо­ вания должно обеспечиваться за счет избыточного стока, превышающего гарантированный минимум, определен­ ный указанным выше первым требованием.

Оба описанные требования базировались на следую­ щих экономических соображениях: первое по своему смыслу должно было обеспечивать оптимальный размер вытеснения мощности тепловых электростанций в систе­ ме и тем самым экономию капиталовложений, второе— оптимальную экономию эксплуатационных затрат за счет снижения топливной составляющей. Отдавая предпочте­ ние первому требованию, исходили из того, что экономия эксплуатационных расходов за счет дополнительной вы­ работки энергии ГЭС не может перекрыть (с учетом нормативного коэффициента эффективности) той эконо­ мии в капитальных затратах, которая достигается в си­ стеме при вытеснении мощности тепловых электро­ станций-

В дальнейшем было доказано, что получение макси­ мальной выработки электроэнергии на ГЭС не всегда ведет к максимальной экономии топлива в энергосисте­ ме. В ряде случаев для конкретного состава генерирую­ щих мощностей системы и условий покрытия графика нагрузки максимальная экономия топлива достигается при таком изменении режима работы ГЭС, который не соответствует максимальной выработке гидроэнергии-

В связи с этим было признано целесообразным, ос­ тавляя первое требование неизменным, в качестве вто­ рого критерия оптимизации принимать не максимум вы­ работки электроэнергии, а минимум расхода топлива в системе или, точнее, минимум затрат на топливо. Учет

этого фактора привел к существенному усложнению за­ дачи. При ориентации на достижение максимума выра­ ботки гидроэнергии оптимизационные расчеты должны были учитывать только гидроэнергетическую составляю­ щую системы. При ориентации на обеспечение минимума топливных затрат в оптимизацию должна включаться вся энергосистема, т. е. оптимизации должен подвергать­ ся режим работы как гидравлических, так и тепловых электростанций с учетом возможностей их параллельной работы и, следовательно, с учетом оптимальных потоков мощности по межсистемным ЛЭП и сопутствующих им потерь энергии и мощности в сетях. В этих условиях экономическая оценка эксплуатационной составляющей затрат осуществляется наиболее строго.

Для определения исходного энергетического распре­ деления гарантированной отдачи ГЭС в настоящее время существуют различные приемы. Однако эти приемы, как правило, исходят из простейших балансовых соображе­ ний, не обеспечивающих получение оптимальных реше­ ний. Кроме того, в процессе регулирования, как показы­ вает опыт, обеспечение заданного энергетического режи­ ма гарантированной отдачи не всегда оказывается воз­ можным. В большинстве случаев удается выдержать исходное распределение гарантированной отдачи лишь частично. При этом экономические последствия отступ­ ления от заданного энергетического распределения га­ рантированной отдачи при оптимизации режима регули­ рования речного стока не оцениваются, т. е. фактически оптимизация режима работы ГЭС в настоящее время производится по неполному экономическому критерию, отражающему только эксплуатационную составляющую затрат.

Это обстоятельство является существенным недостат­ ком современных методов оптимизации энергетических режимов гидроузлов вообще, а комплексных гидроузлов в частности. В подавляющем большинстве случаев имен­ но изменения требований неэнергетических водопользо­ вателей приводят к необходимости отступления от опти­ мального (с энергетической точки зрения) распределения гарантированной отдачи ГЭС, заложенного в проект раз­ вития энергосистемы. Так, например, изменения требова­ ний водного транспорта приводят к необходимости повы­ шения расходов воды в реке в период навигации, что для энергетики означает ненужное увеличение гаранти-

84

ровапной отдачи в летний период п снижение се в зим­ ний. В целом это ведет к снижению мощностного эффек­ та ГЭС, который экономически может быть оценен при перспективном проектировании соответствующим ростом капиталовложений в тепловые станции, а при эксплуа­ тации— р о с т о м у щ е р б а э л е к т р о п о т р е б и т е ­ л е й от в ы н у ж д е н н ы х п е р е б о е в э л е к т р о ­ сна б ж е н и я.

Сказанное свидетельствует о том, что экономический учет мощностного эффекта ГЭС при оптимизации энер­ гетического режима водохранилищ следует считать обя­ зательнымСоответственно одной из важнейших задач является отыскание путей получения экономической оценки влияния режима работы водохранилищ на объем капиталовложений в энергосистему и величину ущерба потребителей от вынужденных перебоев электроснабже­ ния, которые могут иметь место в сбалансированной энергосистеме при снижении отдачи ГЭС ниже гаранти­ рованной величины.

Помимо уже отмечавшегося выше влияния режима водохранилищ ГЭС на величину суммарной выработки электроэнергии (и соответственно топливных затрат), а также на величину мощностного эффекта, необходимо учитывать и влияние режима водохранилищ на размер хранилищ топлива (складов угля, газо-' и мазутохранилищ и т. п.), необходимых для обеспечения неравномер­ ного режима топливопотребления электростанциями при практически равномерном режиме добычи топлива.

Применительно к электроэнергетике можно считать, что любому режиму работы ГЭС соответствует некий оптимальный размер суммарных приведенных затрат энергосистемы на топливо ЗТОпл, затрат на строительст­ во и эксплуатацию электростанций З ст, ущерба потреби­ телей от вынужденного недоотпуска электроэнергии Зущ, затрат на хранение топлива З склПолучение экономиче­ ской оценки по всем указанным составляющим для лю­ бого режима работы ГЭС следует рассматривать в каче­ стве необходимой основы для оптимизации энергетиче­

В результате оптимизации по указанному критерию может быть одновременно получена и искомая оценка экономической эффективности использования водохрани-

85