Гидравлические и гидроаккумулирующие электростанции
На гидроэлектростанциях (ГЭС) электрическая энергия получается в результате преобразований кинетической энергии водного потока. Каждая ГЭС состоит из:
Вода, попадая из водохранилища по напорному водоводу на лопасти рабочего колеса, вращает его, а вместе с ним и ротор электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные, смешанные и гидроаккумулирующие. Существуют две основные схемы концентрации напора гидротехническими сооружениями — плотинная и деривационная. В плотинной схеме предусмотрено сооружение плотины, перегораживающей русло реки (рисунок 8.6), в результате чего образуется разность уровней воды в верховой и низовой по течению сторонах плотины. Создающееся при этом водохранилище позволяет регулировать постоянный напор и расход воды. Напор воды определяется как разность между верхним уровнем воды со стороны водохранилища (называется верхним бьефом) и уровнем реки с низовой стороны (нижний бьеф). Разность уровней верхнего zв.б и нижнего zн.б бьефов создает необходимый напор гидроэлектростанции Н гэс..
Рисунок 8.6. Плотинная схема В практике, где это, возможно, получают широкое распространение гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС). Процесс гидравлического аккумулирования энергии сводится к следующему. В ночное время, когда нагрузка энергосистемы сильно снижается, включаются электродвигатели насосов ГАЭС, накачивающие воду из нижнего бассейна в верхний (рисунок 8.7).
В периоды пиков нагрузки энергосистемы запасенная в верхнем бассейне вода пропускается через турбины ГАЭС и находящиеся на одном валу с ними генераторы вырабатывают электроэнергию.
Рисунок 8.7. Схема гидроаккумулирующей электростанции: 1 — верхний бассейн, 2 — напорный трубопровод, 3 — здание ГЭС, 4 — нижний бассейн, 5 — уравнительный резервуар, 6 — водоприемник
Нижним бассейном (бьефом) такой ГАЭС могут служить водохранилища или реки, а в качестве верхнего бассейна (бьефа) используется существующее озеро, имеющее или не имеющее естественную приточность воды, или специально созданное на определенной высоте водохранилище [34]. Достоинством ГАЭС в современных условиях работы энергетических систем является то, что она искусственно создает гидроэнергетические ресурсы, что важно для тех районов, где этих ресурсов недостаточно. Кроме того, ГАЭС играют существенную роль в покрытии суточного графика нагрузки системы, создавая дополнительную нагрузку в часы ночного провала электропотребления и пиковую мощность в часы повышенного спроса на электроэнергию. Коэффициент полезного действия ГАЭС определяет КПД насосного и турбинного режимов. Поэтому он будет меньше, чем КПД ГЭС, и обычно не превосходит 70—78%. Экономическая эффективность ГАЭС в значительной мере определяется используемым напором. Чем больше напор, тем меньшими объемами водохранилищ можно обойтись для одной и той же установленной мощности. Поэтому высоконапорные ГАЭС имеют лучшие технико-экономические показатели. Всего в мире эксплуатируется и строится свыше 200 ГАЭС, охватывающих диапазон напоров от нескольких метров до 1770 м. Республика Беларусь — преимущественно равнинная страна, тем не менее, ее гидроэнергетические ресурсы достаточно существенны. Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. в качестве основных направлений развития малой гидроэнергетики в республике предусматривает: • восстановление ранее существовавших малых гидроэлектростанций на существующих водохранилищах путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; • сооружение новых малых ГЭС на водохранилищах неэнергетического назначения без затопления; • сооружение малых ГЭС на промышленных водосбросах; • сооружение бесплотинных (русловых) ГЭС на реках со значительными расходами воды. Как правило, все восстанавливаемые и вновь сооружаемые малые ГЭС будут работать параллельно с энергосистемой, что позволит значительно упростить схемные и конструктивные решения. Общую мощность малых ГЭС в республике предполагается довести к 2010г. до 100 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 120 тыс. т У.Т. в год, а к 2020 году до 200 МВт. Одним из высокоприоритетных белорусских национальных проектов является создание каскада из четырех ГЭС общей мощностью 132 МВт на реке Западная Двина с обеспечением специальных мер по минимизации затопления. Бассейны рек Западная Двина и Неман, протекающих по территории Беларуси, относятся к зонам высокого гидроэнергетического потенциала. Использование этого гидроэнергетического ресурса намечалось еще в 40 годах путем строительства многоступенчатых каскадов ГЭС. В настоящее время разработан проект создания каскада 4 ГЭС на р. Западная Двина со строительством ГЭС в районе Витебска, Бешенковичей и Полоцка и еще одной ниже по течению с общей установленной мощностью 132 МВт и ежегодной выработкой электроэнергии 530 млн. кВт∙ч. Требуемые капитальные вложения для реализации этого проекта составляют около 120 млн. долларов США. Аналогичный проект разработан идля р. Неман со строительством ГЭС в районе г. Гродно и д. Немново с общей установленной мощностью каскада 45 МВт и ежегодной выработкой электроэнергии 180 млн. кВт∙ч. Этот проект требует около 40 млн. долларов США капитальных вложений. В 2008г. принято решение о строительстве в Минске двух малых ГЭС. Одна из них будет на водосбросе Чижовского водохранилища, а вторая – на водосборнике ТЭЦ – 3. В Республике Беларусь пока отсутствуют ГАЭС, однако проведенные исследования, по возможности их создания, выявили 16 возможных, в том числе 5 первоочередных мест размещения ГАЭС. В качестве приоритетной выделена ГАЭС с установленной мощностью 500 МВт на левом берегу водохранилища Гродненской ГЭС на р. Неман. Согласно экономическим расчетам чистый дисконтированный доход за 25 лет эксплуатации ГАЭС составит 79 млн. долларов США.
|
