Гидроэнергетика и перспектива применения
малых ГЭС.
Особенности функционирования гидроэнергетики
Украины.
Гидроэнергетика Украины началась с сооружения
наибольшей в Европе Днепровской ГЭС - 560 МВт (1927г. - начало строительства,
1932г. - введенная в эксплуатацию). В состав сооружения входили здания ГЭС с
девятью агрегатами. Концентрация мощностей в процессе развития энергетики
привела к строительству преимущественно мощных ГЭС. Из ГЭС средней мощности
была сооружена лишь Теребле-Рикская (27 МВт, 1955г.) - чрезвычайно интересная
ГЭС, где задействовано процедуру перебрасывания стока р.Теребля в р.Реку. Здесь
используется разность имеющихся природных уровней рек Теребля и Реки,
составляющая 200 м
в том месте, где эти реки сближаются на расстоянии 3,5 км.
В период с 1955г. началось освоение
гидропотенциала р.Днепр - сооружение ГЭС Днепровского каскада. Все ГЭС, кроме
Каховской (периодически-полупиковый объект), являются пиковыми
электростанциями.
В 1983г. введена в эксплуатацию Днестровская
ГЭС. Установленная мощность Днестровской ГЭС - 702 Мвт, среднее многолетнее
(проектное) производство электроэнергии составляет 800 млн. квт·ч, расчетный
напор - 55 м,
число часов использования мощности по проекту - 1140 часов, то есть это чисто
остропиковая электростанция. Данная электростанция имеет характер горной,
поэтому площадь затопления земель под водохранилищем составляет лишь 14,2 тыс.
га (буферное водохранилище - 1,04 тыс. га).
ГЭС, в зависимости от водности, вырабатывали
в последние годы 14-16 % электроэнергии в энергообъединении. Себестоимость
электроэнергии на больших ГЭС составила, например, в 1998р. 0,59 коп./квт·ч.
Уровень освоения гидропотенциала больших рек
практически исчерпан. В последние годы использования технического
гидропотенциала больших рек в Украине превышало 60 %. Доиспользование
потенциала р.Днестр требует серьезных экологических исследований и обоснований
(кроме верховья). Усложняет эту работу новое межгосударственное значение речки.
Еще в 1975г. введена первая в СССР
гидроаккумулирующая электростанция - Киевская ГАЭС мощностью 225 Мвт. Ее
характеристики:
полный объем верхнего водохранилища - 4,79
млн. м3;
полезный объем - 3,79 млн. м3;
площадь верхнего водохранилища - 60 га (нижнее - водохранилище
Киевской ГЭС);
средний напор воды Нср = 70 г (65-74 м);
мощность ГАЭС в турбинном режиме составляет
225 МВт;
на станции установлены три вращающихся
агрегата единичной мощности в насосном режиме 43 МВт (после модернизации 43,5
МВт), в турбинный - 33,4 МВт (после модернизации 37,0 МВт);
мощность трех прямых агрегатов составляет по
41,5 Мвт.
Киевская ГАЭС стала крупномасштабной моделью
для всесторонних исследований. Выполнены исследования свойств усталости
металлов вращающихся узлов в зависимости от влияния интенсивных вибрационных
нагрузок, прочности узлов (крышки турбины и турбинного подшипника), вибрации
лопаток направляющего аппарата, системы отжима воды и выпуска воздуха при пуске
в насосный режим. Проведен комплекс исследований переходных процессов при
пусках и переведении в разные режимы, остановках, потере привода. Отработан
двухтактный и более режим эксплуатации. Опыт эксплуатации и накопленные
исследовательские наработки в будущем будут оказывать содействие внедрению
мощных ГАЭС (сооружены первые очереди Днестровской и Ташлыкской, начато
строительство, но законсервировано, Каневской ГАЭС).
В 20-30-тые годы началось массовое развитие
малой гидроэнергетики. Так, в 1924
г. в Украине эксплуатировалось 84 малых
гидроэлектростанций (МГЭС) (суммарная мощность 4000 квт, средняя мощность 47,6
квт), а до 1929 г.
их было уже 150 (суммарная мощность 8400 квт, средняя мощность 56 квт). Среди
них достаточно мощной была Бузская (введенная в эксплуатацию в 1929г., мощность
570 квт), Вознесенская (1929г., 840 квт), Сутиская (1927г., расширенная в
1935г. до 1000 квт). В 1935 - 1937гг. из известных введены в эксплуатацию
Шумская (120 квт), Потуская (32 квт), Писаревская (160 квт), Белоусовская (88
квт), Березовская (108 квт), Клебанская (64 квт) и много других МГЭС.
1934 г.
сооружена Корсунь-Шевченковская станция (1650 квт), которая была одной из самых
совершенных МГЭС и стала основой первой в Украине и в СССР местной
Корсунь-Шевченковской сельской энергосистемы с очень высокими для того времени
экономическими показателями (существовала до 1957г.). В её состав вошли и
работали параллельно еще Юрковская ПТЭС (2000 квт), Стеблевская ГЭС (2800 квт),
Дибненская ГЭС (560 квт).
В 1950 г. по данным "Укргидропроект" в
Украине эксплуатировалось 956 МГЭС, но потом их строительство было
приостановлено.
С развитием мощного гидроэнергостроительства,
сооружением больших ТЭС, возрастанием централизации энергоснабжение, а также
низкими ценами на топливо и электроэнергию у ведомств и предприятий, на балансе
которых находились МГЭС, интерес к ним исчез, началась их консервация и
стихийный демонтаж. В значительной мере утрачен опыт проектирования,
производства оборудования и сооружения. Сотни МГЭС были заброшены и постепенно
разрушались, сносилось основное оборудование, когда-то сооруженные плотины или
разрушены, или находятся в аварийном состоянии.
Как следствие, сегодня гидроэнергетика не
полностью удовлетворяет потребности энергосистем в пиковой и полупиковой
мощности вследствие недостаточной мощности на гидро- и гидроаккумулирующих
электростанциях (ГЭС и ГАЭС), а также ограничений, которые накладывают другие
области водохозяйственного комплекса. Необходимо заметить, что вопрос
продолжения строительства больших ГЭС еще требует значительных доработок,
связанных с экологическими последствиями их эксплуатации, а также с учетом
ограничения строительства атомных электростанций (АЭС) и широким внедрением
парогазовых установок. До 2010
г. установленная мощность ГЭС и ГАЭС Украины должна быть
доведена до 14,5 млн. квт, а изготовление электроэнергии - до 17 млрд. квт*ч за
счет сооружения Унизской ГЭС на р.Днестр, ГЭС и ГАЭС в Закарпатье в составе
энергокомплексов и сооруженных в отдельности ГАЭС, а также путем строительства
средних, малых и микроГЭС. Некоторое увеличение производства электроэнергии
предполагается за счет реконструкции и модернизации существующих объектов
гидроэнергетики, а также привлечения ресурсов малых и средних рек. Должны быть
проведены разработки по преобразованию некоторых существующих ГЭС в ГАЭС, что
разрешит значительно увеличить регулирующую мощность относительно существующей.
Оптимизация
существующих генерирующих мощностей: принцип сбалансированного развития.
Сегодня уже очевидно, что строительство
гидростанций становится всё более сложным и дорогостоящим делом. А из-за
ужесточения природоохранных требований к крупным объектам инфраструктуры и
необходимости выполнения социальных задач, получить социально-политическое
одобрение для создания крупно-масштабной инфраструктуры достаточно сложно.
Более того хорошие створы (особенно это касается каскада р. Днепр уже освоены ).
В контексте вышесказанного оптимизация общей выработки за счёт расширения и
модернизации существующих энергетических установок, по-видимому является одним
из лучших решений данной проблемы.
Настоящая статья посвящена способам повышения
эффективности ГЭС путём изменения функционирования станций и агрегатов, а также
за счёт усовершенствования режимов работы для удовлетворения меняющихся
требований системы . Надо определить эффективность работы каждой турбины с
целью получения конкретных эксплуатационных показателей агрегатов. Для каждого
типа турбины рассматривается ряд различных переменных, позволяющих
оптимизировать напор/расход и выдаваемую мощность. К увеличению КПД может
привести даже изменение конструкции рабочего колеса на площадке. Анализ
мероприятий в области гидрогенерации и оперативных процессов показывает, что
оптимизация способна дать ежегодный прирост мощности в размере 0,2%. Следующим
шагом должна стать замена существующих рабочих колёс новыми, более совершенными
моделями. Должна быть разработана компьютерная программа моделирования ( модель
расчёта гидравлической турбины ), которая позволит рассчитать различные
варианты ТЭО. Должен быть рассмотрен широкий спектр вопросов – от замены
рабочего колеса и связанного с этим оборудования до замены или перемотки
генераторов, включая токопроводы и силовые трансформаторы. С точки зрения
экспертов наиболее экономичным оказалось решение о модернизации отсасывающей
трубы, что позволяет добавить почти 50% мощности станции. В соответствии с
принципами устойчивого развития все проекты гидроэнергетики осуществляющиеся на
территории Украины должны отвечать трём условиям:
▪ быть экологически приемлемыми;
▪ заслужить одобрение местных сообществ;
▪ являться экономически эффективными.
Ратификация Киотского протокола и
предоставление кредитов экологически чистым и возобновляемым источникам
генерации привели к пересмотру существующих вариантов энергообеспечения. В
результате мы становимся свидетелями роста числа возобновляемых источников
энергии и их эффективности, а также снижения объёма загрязняющих атмосферу
выбросов от использования таких видов природного топлива как уголь, нефть и
газ. По сравнению с альтернативными тепловыми станциями гидроэнергетика
требует, с одной стороны, низкиз эксплуатационных затрат; а с другой – больших
( приблизительно на 100 – 200% в зависимости от площадки ) первоначальных
расходов, обусловленных более высокой стоимостью строительства на единицу
мощности и суммой выплачиваемых процентов в силу длительности строительства.
Тем не менее, улучшая работу и повышая мощность существующих гидроузлов, можно
получить дополнительную выработку, минуя финансовые барьеры.
Что касается гидроэнергетики, то всего 20%
больших платин в мире заняты производством электроэнергии. Это позволяет
добавить к существующим платинам мощность, вырабатываемую гидростанциями.
Следовательно, оптимизация использования природных и человеческих ресурсов
должна стать основным способом сбалансированного энергетического развития.
Последнее определяется за счёт снижения энергопотребления за счёт
энергосберегающих мероприятий. Растущая тенденция к выработке электроэнергии
возобновляемыми источниками и проведение энергосберегающих мероприятий влияют
на функционирование и модернизацию гидроэлектростанций. Гидроэнергетика
является таким возобновляемым источником, который может постоянно
функционировать в объединённой энергосистеме, благодаря гибкости работы
водохранилища, аккумулирующего энергию воды.
Уже достаточно давно усовершенствование
гидроузлов позволяет получить дополнительные выгоды. Даже небольшой прирост выработки и/или
генерирующей маневренности могут оказаться значимыми. Для стабильного развития
гидроэнергетики модернизация оборудования очень важна. Изучение методов
эффективного освоения рек и водоразделов с помощью комплексных компьютерных
программ позволяет оптимизировать положительные воздействия на окружающую среду
и увеличивать производство энергии.
Гидроэнергетика
– это проверенная и хорошо знакомая технология, используемая уже больше века.
Гидроэлектростанции характеризуются минимальными эксплуатационными затратами и
наибольшим жизненным циклом. Модернизация и реконструкция оборудования
способствует увеличению срока его службы. При реализации различных
стратегических решений реальный срок эксплуатации гидроэлектростанций может на
целые десятилетия превзойти запланированный. Оптимизация выработки в течение
срока службы сооружения помогает удовлетворить потребности энергетического
рынка. Гидроэнергетика не загрязняет окружающуй среду, позволяя сохранить мир
чистым для будущих поколений. Таким образом, развитие гидроэнергетики и
реализация мероприятий по повышению КПД станций могут внести значительный вклад
в сбалансированное развитие экономики Украины.
