Работа ГЭС в энергосистеме.

Лекция 9. Работа ГЭС в энергосистеме. Работа ГЭС в энергосистеме из-за ее особенностей генерации отличается от работы других источников энергии. Это связано с неопределенностью приточности воды в водохранилище на перспективный период, с большой маневренностью (способностью быстро набирать и сбрасывать нагрузку на генераторах) гидроагрегатов, а так же особенностью работы гидрогенераторов. Основная особенность функционирования ГЭС возникает из соотношения между капиталовложениями в гидротехнические сооружения и основное оборудование. Так, в большинстве проектов гидротехнические сооружения – составляют порядка 80 % от всех суммарных капиталовложений. При этом увеличение установленной мощности ГЭС при правильном использовании ее годовой энергии будет приводить к уменьшению рабочей (а соответственно и установленной) мощности ТЭС. 90 80 ТЭС 70 ГЭС 60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Например, на представленном выше рисунке максимальная рабочая мощность ТЭС – 55 МВт, а ГЭС – 25. Если водохранилище ГЭС достаточно большое, чтобы перераспределить сток, то энергию (сток), используемую в весенние месяцы во время половодья, можно перераспределить на зимние месяцы. Таким образом, будет увеличена максимальная рабочая мощность ГЭС и уменьшена – на ТЭС. 90 80 ТЭС 70 ГЭС 60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Перераспределение по такому принципу называется «вытеснением тепловых мощностей». И оно делается несколькими целями, основными из которых являются следующие: 1. Уменьшение рабочей мощности ТЭС, а следовательно уменьшение перспективных вводов установленной мощности ТЭС. 2. «Вытеснение» ТЭС из переменной части графика нагрузок и обеспечение ТЭС более равномерного режима работы, что уменьшает издержки на ремонты ТЭС и позволяет увеличить КПД ГЭС. (рисунок ниже показывает участи в январском графике нагрузок ТЭС с рабочей мощностью 55 и 51 МВт соответственно) 1 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 ТЭС 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 ГЭС ТЭС ГЭС 3. Так же происходит экономия топлива за счет того, что в первую очередь из балансов мощности «вытесняются» ТЭС расход топлива на которых наименее эффективный. В связи с этим, достаточно выгодным будет увеличение установленной мощности ГЭС. Однако в связи с ограниченностью ресурсов это приводит к уменьшению показателя годовой плотности режима работы ГЭС, т.е. уменьшению числа часов использования установленной мощности ГЭС. Hmax=Эгод/Nуст. Из-за неопределенности приточности, режим работы ГЭС должен постоянно актуализироваться в соответствии с обновляющимися гидрометеорологическими факторами и отметками уровней воды. При высокой приточности, выработка ГЭС может быть увеличена относительно ранее запланированной, при низкой – уменьшена. Помимо выработки электроэнергии, ГЭС так же обеспечивает энергосистему системными услугами в соответствии с «Правилами отбора субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, оказывающих услуги по обеспечению системной надежности, и оказания таких услуг». Правилами предусмотрены следующие виды услуг:  по нормированному первичному регулированию частоты с использованием генерирующего оборудования электростанций;  по автоматическому вторичному регулированию частоты и перетоков активной мощности с использованием генерирующего оборудования электростанций, за исключением гидроэлектростанций установленной мощностью более 100 МВт;  по регулированию реактивной мощности с использованием генерирующего оборудования электростанций, на котором в течение периода оказания соответствующих услуг не производится электрическая энергия (далее — услуги по регулированию реактивной мощности без производства электрической энергии);  по развитию систем противоаварийного управления (включая установку (модернизацию) соответствующих устройств) в Единой энергетической системе России (далее — услуги по развитию систем противоаварийного управления). ГЭС наилучшим образом подходят для регулирования нагрузки и частоты тока в энергосистеме, имея практически 100 % диапазон регулирования мощности и наибольшие по сравнению с другими электростанциями скорости ее изменения (в некоторых случаях до 500 МВт/мин). Время пуска гидроагрегата, включая синхронизацию (включение генераторов в электросеть с выполнение трех условий: равенства напряжений, частот и совпадение фаз напряжений), составляет 30...50 с. Так же агрегаты ГЭС могут работать только как источники реактивной мощности в режиме синхронного компенсатора. 2 При работе гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора направляющий аппарат закрыт, доступ воды к гидротурбине прекращен, генератор включен в сеть и вращается как двигатель при наличии реактивного тока в обмотке статора, опережающего напряжение статора или отстающего от него по фазе. Потребляемая при этом генератором мощность расходуется на преодоление механических и вентиляционных потерь и в значительной степени зависит от условий вращения рабочего колеса гидротурбины. При освобожденном от воды рабочем колесе потребляемая мощность составляет 2-4% номинальной мощности гидрогенератора, а при затопленном рабочем колесе потребляемая мощность увеличивается до 15-20% номинальной. Необходимость работы гидроагрегатов в режиме синхронного компенсатора возникает при недостатке в энергосистеме реактивной мощности и избытке ее, вызванном наличием больших емкостных токов в период малых активных нагрузок, подключенных к шинам ГЭС протяженных линий электропередачи. Гидрогенератор при недостатке реактивной мощности в системе работает как перевозбужденный синхронный электродвигатель, получает реактивный ток, емкостный по отношению к сети, тем самым улучшая коэффициент мощности (cos φ) сети, а при избытке реактивной мощности - как недовозбужденный синхронный электродвигатель, выдавая индуктивный ток, компенсирующий емкостный ток в сети. Предельная реактивная мощность в режимах перевозбуждения или недовозбуждения гидрогенератора при работе в режиме синхронного компенсатора ограничивается допустимыми повышениями температуры обмотки ротора и лобовых частей обмотки статора и устанавливается на основании технических условий завода-изгото­вителя или данных натурных тепловых испытаний генератора. 3