Гидроаккумулирующие электростанции Украины - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

13879
Гидроаккумулирующие электростанции Украины

ГАЭС работают в двух режимах: насосном режиме, когда они, потребляя избыточную энергию от ТЭС и АЭС в часы минимальной нагрузки энергосистемы (обычно в ночные часы, когда нагрузка в энергосистеме снижается), перекачивают воду из нижнего питающего водохранилища в вышерасположенный верхний аккумулирующий бассейн и тем самым заряжают ГАЭС; в турбинном режиме, когда они, сбрасывая воду из верхнего водохранилища в часы максимального потребления электроэнергии в энергосистеме, вырабатывают электроэнергию в энергосистему и тем самым разгружают ТЭС и АЭС от кратковременной пиковой нагрузки. Таким образом, ГАЭС по существу перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями электропотребителей.

В состав ГАЭС входят:

- нижнее питающее водохранилище (естественное озеро, существующее или специально создаваемое водохранилище гидроузла);

- верхний аккумулирующий бассейн (естественные высокогорные приточные или бесприточные озера, расположенные вблизи от нижнего водохранилища, или искусственно созданный водоем);

- здание станции;

- напорный водовод;

- водоприемник, предназначенный для приема воды в верхний бассейн при работе станции в насосном режиме и забора воды из бассейна при ее работе в турбинном режиме.

Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Агрегаты ГАЭС высокоманевренны и могут быть в течение нескольких минут переведены из насосного режима в генераторный или в режим синхронного компенсатора. Регулировочный диапазон ГАЭС, определяемый принципом ее работы, близок к двукратной установленной мощности, что является одним из основных ее достоинств. Коэффициент полезного действия ГАЭС составляет 70...75%.

В том случае, когда приток воды в верхний бассейн отсутствует, ГАЭС работает только на аккумулированной воде. Такую ГАЭС обычно называют «чистой». В отличие от нее «смешанная» ГАЭС, или ГЭС-ГАЭС, имеет дополнительный естественный приток воды в верхний бассейн и, таким образом, работает на приточном стоке и аккумулированном объеме или в каскаде ГЭС. В последнем случае в здании ГАЭС приходится устанавливать дополнительно к основным турбинным агрегатам обратимые турбины или насосы для подкачивания воды в верхний бассейн водохранилища из нижнего.

По длительности цикла аккумулирования, то есть по периоду выработки и наполнения бассейна, различают ГАЭС суточного, недельного и сезонного аккумулирования воды.

 

Гидромеханическое и электротехническое оборудование в здании ГАЭС обычно располагают либо по схеме трехмашинной компоновки, при которой в агрегат входят насос, генератор-электродвигатель и турбина, либо по современной, наиболее совершенной, двухмашинной компоновке, состоящей из обратимой турбины (турбина-насос) и генератора-электродвигателя.

ГАЭС стараются сооружать вблизи крупных электропотребителей в районах, где сосредоточены мощные электростанции и имеются благоприятные геологические и гидрологические условия, допускающие устройство верхнего бассейна, которым может быть озеро или искусственный водоем, и расположенного поблизости нижнего водохранилища.

 

Участие электростанций различного типа в покрытии суточного графика нагрузки

Кратко охарактеризовав особенности выработки электроэнергии на ГАЭС, рассмотрим теперь, как осуществляется покрытие суточного графика нагрузки различными типами электростанций, включая и ГАЭС.

Суточный график нагрузки энергосистемы, состоящий из нагрузок электропотребителей, присоединенных к электросетям системы, мощности собственных производственных нужд электростанций, а также потерь мощности в электросетях, покрывается генерирующими мощностями ТЕЦ, АЭС, ГЭС, а также ГАЭС. Поскольку потребление электроэнергии неравномерно в течение суток и времени года, этот график существенно зависит от обоих этих факторов.

Примерный суточный график нагрузки энергосистемы для зимних суток (рис.1) в течение суток неравномерен. Он имеет приблизительно такие максимумы и минимумы:

- дневной Рдн.max (с 8 до 11 ч по местному времени) и вечерний Рвч.max (с 16 до 20 ч) максимумы;

- ночной Рнч.min (с 0 до 6 ч) и дневной Рдн.min (с 11 до 13 ч) минимумы («провалы») нагрузок.

Кроме того, в суточном графике нагрузки различают: базовую часть, соответствующую нагрузке РРнч.min; полупиковую часть, соответствующую условию Рнч.minРРдн.min; полупиковую часть, соответствующую условию РРдн.min.

Нагрузка электрической системы должна быть распределена между всеми электростанциями, суммарная установленная мощность которых несколько превышает наибольший максимум системы. Покрытие базовой части суточного графика нагрузки возлагают на такие станции: АЭС, регулирование мощности которых затруднительно; ТЭЦ, максимальная экономичность которых достигается тогда, когда их электрическая мощность соответствует тепловому потреблению; ГЭС – в размере, соответствующем минимальному пропуску воды по санитарным требованиям и условиям судоходства.

Пиковую часть графика нагрузки обычно покрывают за счет генерирующих мощностей ГЭС и ГАЭС, агрегаты которых допускают частые включения и отключения, а также быстрое изменение нагрузки. Остальная часть графика нагрузки, частично выровненная нагрузкой ГАЭС при работе их в насосном режиме, может быть покрыта конденсационными электростанциями (КЭС), выработка электроэнергии которых наиболее экономична при равномерной нагрузке.

Очевидно, что чем не равномернее график нагрузки системы, тем большая мощность ГЭС и ГАЭС необходима для обеспечения экономичной работы КЭС, без резкого снижения их нагрузки в ночные часы, а также в выходные и предпраздничные дни или для отключения части агрегатов в эти часы. Таким образом, участие ГЭС и ГАЭС в покрытии графика нагрузки системы при достаточной мощности их позволяет выровнять графики нагрузки КЭС, ТЭС и АЭС и тем самым обеспечить наибольшую экономичность работы энергосистемы в целом.

Следует обратить особое внимание на то, что на Украине очень остро ощущается дефицит генерирующих мощностей ГАЭС, что не позволяет достичь экономичной работы ТЭС и АЭС в те периоды времени, когда украинская энергосистема должна покрывать суточные пики графика нагрузки. Поэтому необходимо ускоренными темпами строить новые ГАЭС, о чем более подробно будет сказано в дальнейшем.

Однако скорейший ввод в эксплуатацию новых ГАЭС необходим не только для этого. Без него невозможно решать ряд других энергетических задач отечественной энергосистемы, таких как:

- создание резерва мгновенного ввода и реактивной мощности (при работе ГАЭС в режиме синхронного компенсатора);

- регулирование, частоты и режима работы ТЭС и АЭС и др.

Во многих случаях при решении вопроса о целесообразности строительства АЭС возможность ее аварийно-резервного использования является решающим фактором, так как при эксплуатации энергосистем не всегда удается полностью устранить возникновение аварийных ситуаций, приводящих к нарушениям и даже прекращению электроснабжения. Поэтому в зарубежных энергосистемах часто предусматривают дополнительные запасы воды в верхних бассейнах ГАЭС, рассчитанные на аварийное кратковременное использование станции в течение 1,5...3 ч при возникновении аварийных ситуаций, что позволяет отказаться от строительства других резервных пиковых электростанций.

Отметим также, что строить ГАЭС можно не только на местности, обладающей некоторым перепадом высот, необходимым для создания напора. Их строят также и на совершенно ровной территории, размещая машинный зал станции и нижний бассейн под землей.

 

Самые крупные украинские гидроаккумулирующие электростанции

На Украине построены или находятся в стадии достройки следующие наиболее крупные ГАЭС:

- Киевская ГАЭС;

- Ташлыкская ГАЭС (Южно-украинский энергокомплекс);

- Днестровская ГАЭС (достраивается);

- Каневская ГАЭС (достраивается).

Кратко охарактеризуем особенности и основные характеристики каждой из этих электростанций.

 

Киевская ГАЭС

Киевская ГАЭС – первая построенная в Советском Союзе ГАЭС (рис.2), являющаяся частью каскада ГЭС на территории Украины. Станция построена на реке Днепр на правом берегу Киевского водохранилища на расстоянии 2,5 км от Киевской ГЭС. Киевская ГАЭС предназначена для покрытия пиков графиков нагрузок отечественной энергосистемы, использования в качестве кратковременного резерва и производства реактивной мощности. Первый гидроагрегат Киевской ГАЭС был введен в эксплуатацию в 1970 г., а последний (шестой) – в 1972 г.

В состав ГАЭС входят:

- верхний водоем;

- водоприемник с подводящим каналом;

- 6 ниток напорных трубопроводов;

- здание ГАЭС, в котором установлены шесть гидроагрегатов (из них три обратимые насос-турбины).

Основной состав гидросооружений составляют:

- машинный зал ГЭС;

- шесть металлических напорных трубопроводов диаметром 3,8 м;

- верхний гидроаккумулирующий бассейн объёмом 7 млн. м3;

- нижнее водохранилище, являющееся водохранилищем Киевской ГЭС;

- открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 и 330 кВ.

Суммарная установленная мощность станции составляет 235,5 МВт (6х37 МВт и 6х41,5 МВт) в генераторном режиме и 135 МВт в насосном. Станция в среднем вырабатывает 190 млн. кВт*ч электроэнергии, а потребляет – 290 млн. кВт*ч при максимальном напоре 72,7 м. Киевская ГАЭС совместно с Киевской ГЭС составляют единый гидроэнергетический комплекс, нижним бьефом станции является Киевское водохранилище.

К сожалению, после случившейся в 2009 г. аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, число жертв в результате которой составило 17 человек, заставила отечественных специалистов задуматься над ситуацией на украинских ГЭС и ГАЭС. Состояние четырех из шести станций Днепровского каскада вызывает определенную тревогу, причем самой опасной считается Киевская ГЭС. Так, глава независимой международной группы ученых по прогнозированию последствий катастроф В. Кредо утверждает, что за рубежом наше водохранилище и ГЭС считают одним из самых опасных объектов в мире (на такое количество воды структура киевской станции должна быть гораздо прочнее). Отечественные экологи с этой оценкой согласны, так как ГЭС имеет трещины; вызывают беспокойство и шлюзы, которые нельзя использовать для аварийного сброса воды, поскольку они заржавели. Поэтому если запустить 20 турбин на полную мощность, то перегородка может не выдержать, что повлечет за собой затопление Подола, части Оболони и левого берега Киева.

 

Ташлыкская ГАЭС

Ташлыкская ГАЭС (рис.3) расположена на реке Южный Буг вблизи города Южноукраинска, Николаевской области. Электростанция (вместе с Южно-Украинской АЭС и Александровской малой ГЭС), являющаяся третьей составляющей Южно-Украинского энергокомплекса, предназначена для покрытия пиковых нагрузок в юго-западной части Объединенной энергосистемы Украины (ОЭС Украины), а также для обеспечения надежного базисного режима работы Южно-Украинской АЭС.

Строительство Ташлыкской ГАЭС началось в 1981 г. Мощность первого пускового комплекса в составе двух агрегатов – 302 МВт в турбинном режиме, 433 МВт – в насосном, годовое производство электроэнергии при работе двух агрегатов – 175 млн. кВт*ч. После завершения строительства ГАЭС (всего предусмотрено шесть гидроагрегатов) установленная мощность станции составит: в турбинном режиме – 906 МВт, в насосном – 1378 МВт. Ежегодная выработка электроэнергии прогнозируется на уровне 760 млн. кВт*ч.

По первоначальному проекту Ташлыкская ГАЭС должна была состоять из шести обратимых (генератор-двигатель) агрегатов по 150 МВт в турбинном режиме (225 в насосном режиме и четырёх обычных гидроагрегатов по 250 МВт). Общая установленная мощность станции должна была составлять 6*150+4*250=1900 МВт (генераторный режим) и 6*225=1350 МВт (двигательный режим). В комплексе с ГАЭС выше по руслу Южного Буга планировалось строительство Константиновской ГЭС, однако после протестов экологов, заявивших, что достройка ГАЭС приведет к затоплению природного заповедника «Гранитно-степное Побужье», а также будет потерян исторический памятник – остров Гард, тесно связанный с историей Запорожской Сечи, проект был изменен. Согласно измененному проекту предусмотрено строительство только Ташлыкская ГАЭС с установкой шести агрегатов 150/225 МВт общей мощностью 906 МВт в турбинном режиме и 1325 МВт – в насосном.

Первый гидроагрегат Ташлыкской ГАЭС был пущен в сентябре 2006 г. в насосном (двигательном) режиме, и сразу же началось постепенное заполнение водохранилища ГАЭС, а в октябре 2006 г. он был пущен в генераторном (турбинном) режиме. Второй гидроагрегат станции был пущен в июле 2007 г. сначала в генераторном (турбинном), а затем в двигательном (насосном) режиме. В ноябре 2011 г. начата укрупнительная сборка генератора-двигателя гидроагрегата станции – в шахту генератора опущен первый из шести сегментов статора общей массой 79,3 т. Введение в эксплуатацию третьего гидроагрегата станции запланировано на декабрь текущего года.

Основные гидротехнические данные станции:

- расчётный напор – 88 м;

- тип плотины – каменно-земляная, железобетонная;

- высота плотины – 50 м;

- длина плотины – 1400 м.

 

Днестровская ГАЭС

Строящаяся Днестровская ГАЭС (рис.4), являющаяся неотъемлемой составной частью Днестровского комплексного гидроузла, в состав которого, кроме нее, входят уже функционирующие Днестровская ГЭС и Днестровская ГЭС-2 (Буферный гидроузел), расположена в районе с. Наславча, Окницкого района Украины.

В состав сооружений гидроузла строящейся Днестровской ГАЭС входят:

- верхний водоем;

- водоприёмник;

- подводящие водоводы;

- здание ГАЭС;

- отводящие водоводы;

- водовыпуск;

- отводящий канал;

- сопрягающие сооружения (устои верхнего водоема и нижнего водохранилища);

- земляные сооружения.

Проектная мощность Днестровской ГАЭС в турбинном режиме составляет 2268 МВт (семь гидроагрегатов по 324 МВт), в насосном режиме – 3010 МВт. Сдача в эксплуатацию первого гидроагрегата станции установленной мощностью 324 МВт в генераторном (турбинном) и 430 МВт в двигательном (насосном) режиме планировалась ещё в 1996 г., однако из-за отсутствия финансирования была перенесена на более поздний срок. С ноября 2009 г. этот гидроагрегат станции экспериментально начал работать в насосно-генераторном режиме, а в конце декабря 2009 г. был официально введен в эксплуатацию.

В настоящее время на стройплощадке станции выполняются масштабные работы на верхнем водоеме, которые должны быть завершены осенью этого года, что позволит не только увеличить выработку электроэнергии в несколько раз, но и соответственно втрое увеличить экономический эффект от работы станции. При условии своевременного продолжения финансирования пуск второго гидроагрегата станции должен состояться уже в 2013 году. Согласно проекту Днестровская ГАЭС после завершения ее строительства должна стать крупнейшей ГАЭС Европы.

 

Каневская ГАЭС

Каневская ГАЭС (рис.5) представляет собой строящуюся на реке Днепр ГАЭС (г. Канев, Черкасская область, Украина). Проект строительства этой станции, разработанный еще в 1985 г. Харьковским институтом «Укргидропроект», предусматривал строительство станции с суточным и недельным регулированием графика нагрузки энергосистемы мощностью 3600 МВт в составе шестнадцати обратимых гидроагрегатов мощностью 225 и 250 МВт в генераторном и насосном режимах соответственно.

Работы по строительству станции, начавшиеся в 1984 г., в 1992 г. были приостановлены ввиду отсутствия источников финансирования. ОАО «Укргидропроект» (г. Харьков) планирует разработать новый проект сооружения Каневской ГАЭС, которая станет ещё одним объектом регулирования мощностей ОЭС Украины.

Мощность четырёх гидроагрегатов станции должна составить 1000 МВт в турбинном или 1120 МВт в насосном режиме. Пуск первого гидроагрегата станции запланирован на декабрь 2012 года.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus