Работа ГЭС в энергосистеме. Практические задачи и их решения.

Лекция 10. Работа ГЭС в энергосистеме. Практические задачи и их решения. Ранее было рассмотрено, что на величину мощности ГЭС влияют такие факторы, как разница уровней верхнего и нижнего бьефов (напор), расходы воды и параметры оборудования, т.е. тех величин, которые непосредственно входят в формулу N=9.81QH или влияют на них. Однако, не меньшее, а то и большее значение на величину установленной мощности влияют системные факторы. Во-первых, стоит напомнить, что установленная мощность отличается от той мощности, которую может вырабатывать ГЭС. Так, например, если мы будем рассматривать ГЭС годового регулирования, то, как все знают, ее потенциальная максимальная мощность приходится на половодье, однако, она не нужна там, поэтому с помощью водохранилища ГЭС перераспределяет воду в течении года и, в случае с ЕЭС РФ, мощность перераспределятся таким образом, чтобы она была максимальной зимой. Тут мы подходим ко второй особенности определения мощности ГЭС. Обычно считается, что работа ГЭС должна удовлетворять критерию максимального вытеснения тепловых мощностей. Т.е. такому режиму при котором работа ГЭС направлена на уменьшение максимальной рабочей мощности электростанций на органическом топливе. Именно тут возникает задача определения режима такой работы ГЭС. Рассмотрим основные стадии решения этой задачи. Пусть годовой режим, требуемый для вытеснения мощностей ТЭС определен следующим образом (см. рисунок). Видно, что максимальная мощность ГЭС приходится на зимние месяцы и на половодье. 90 80 ТЭС 70 ГЭС 60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Однако, это график в максимальных нагрузках, а из валовых показателей ГЭС нам известна (т.е. определяема из гидрологических и ландшафтных характеристик) только годовая выработка, которая впрямую связана только со средними мощностями: 12 Э = ∑ ̅̅̅ 𝑁𝑡 ∙ ∆𝑡 1 В формуле учувствуют средние мощности, а из графика нам известны только максимальные, таким образом, возникает задача определения связи между рабочими и средними мощностями. Для упрощения решения примем следующие допущения: 1. Все сутки в пределах одного месяца одинаковы. 2. На ГЭС не учитываются ограничение по выработке мощности, связанные с ледовым подпором или недостатком напора. Так же будем считать, что нам известны суточные графики за каждый месяц. 1 1,0 1,0 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Стоит сказать, что при одной и той же максимальной рабочей мощности (рабочая мощность - максимальная мощность за рассматриваемый период, в данном случае, 1 сутки) среднесуточная мощность может быть разной. Например, как на рисунке: в обоих случаях суточная выработка одинакова, а рабочая мощность отличается в полтора раза. Как видно, режим работы ГЭС влияет на ее рабочую мощность, так же и наоборот. При одинаковой рабочей мощности, в зависимости от режима работы может меняться среднесуточная мощность. Связь между этими двумя параметрами не прямая. Зная один из параметров второй можно найти с помощью подбора, изменяя зону работы ГЭС. Так же для этого можно использовать так называемую интегральную кривую нагрузки (ИКН). ИКН показывает зависимость рабочей мощности и зоны работы электростанции от ее суточной выработки (Эсут=Nсут*24). ИКН можно построить двумя методами: графическим и табличным. 1. Рассмотрим графический метод: a. Стоится суточный график, сбору от него размечаются координаты ИКН b. Начиная с пиковой части графика начинаем рассекать суточный график таким образом, чтобы не пропустить пиков и изгибов. Секущие линии проводим на оба графика. c. Для каждой из «отсеченных» частей считаем энергию, т.е. ее площадь. d. Откладываем полученную энергию на горизонтальной оси от предыдущей точки. e. Соединяем точки, и получаем ИКН. 2. Табличный метод. a. Строим таблицу от 1 до 24 P(t) b. Ранжируем мощность в порядке убывания (от максимума к минимуму) c. Считаем dP = Pt-Pt+1 d. Считаем dЭ=dP*t e. Считаем непосредственно координаты ИКН i. Pинк t =Pинк t-1 + dPt ii. Эинк t =Эинк t-1 + dЭt t 1 P Pmax->min dP 2 Pmax | …. | =Pt-1 - Pt 23 ↓ =P23-P24 24 Pmin dЭ Pикн Эикн =P1-P2 =(P1-P2)*1 =0+dP1 =0+dЭ1 =dPt*t =Pинк t-1 + dPt =Эинк t-1 + dЭt =P24-0 = P24 =P24*24 2 По результатам построения получаем следующие графики: (суточный график плюс ИКН) Эсут 25 20 15 10 5 1,0 0,0 0,8 0,2 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 0,8 1,0 0,0 1 3 5 7 Nраб, Рс 9 11 13 15 17 19 21 23 Необходимо обратить внимание, что оси ИКН направлены в обратную сторону: ось суточной энергии – справа налево, а ось мощности – сверху вниз. Так же, стоит отметить, что нулевое значение вертикально оси ИКН совпадает по уровню с максимальным значением суточного графика. Масштабы осей мощности в суточном графике и ИКН – совпадают. Теперь рассмотрим, как он работает и какие параметры можно определить из него 1. Известна рабочая мощность и требование максимального вытеснения ТЭС. a. Откладываем рабочую мощность от нуля b. Опускаем перпендикуляр на ось Э. c. Получаем энергию (Nср.сут=Эсут/24) d. Получаем зону работы 3 Эсут Эсут 25 20 15 10 5 1,0 0,0 Nраб 0,8 0,2 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 0,8 1,0 0,0 1 3 5 7 Nраб, Рс 9 11 13 15 17 19 21 23 2. Известна среднесуточная мощность и требование максимального вытеснения ТЭС a. Э=N*24 b. Откладываем энергию от нуля c. Проводим секущую. d. Получаем рабочую мощность и режим работы Эсут Эсут 25 1,0 20 15 10 5 0,0 Nраб 0,8 0,2 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 0,8 1,0 0,0 1 3 5 7 Nраб, Рс 9 11 13 15 17 19 21 23 4 3. Известны рабочая и среднесуточная мощность, определить зону работы: a. Э=Nсут*24 b. Строим треугольник с катетами Э и Nраб c. Находим такое место на ИКН, где обе вершины ложатся на нее d. Проводим секущие, и получаем режим работы станции Эсут 25 20 15 10 5 1,0 0,0 Эсут Nраб 0,8 0,2 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 0,8 1,0 0,0 1 3 5 7 Nраб, Рс 9 11 13 15 17 19 21 23 4. Нахождение режима работы станции при наличии других станций в суточном графике. a. Наносим режим работы известных станций b. Строим треугольник нашей станции как в п. 3. c. Если мы не можем найти зону работы, то разбиваем треугольник и вписываем станцию частями. d. Так как обычно станции вписываются в пиковую часть графика нагрузок, то сначала заполняем ее. Смотрим сколько энергии и рабочей мощности вписалось в пик, e. Из оставшейся энергии и мощности формируем треугольник и вписываем его. 5 Эсут 25 20 15 10 5 Эсут1 1,0 0,0 Nраб1 0,8 Эсут2 0,2 Nраб2 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 0,8 1,0 0,0 1 3 5 7 Nраб, Рс 9 11 13 15 17 19 21 23 6