В статье рассматриваются перспективы возведения гидроаккумулирующих электростанций. Раскрывается причина дефицита маневренных мощностей и пути её решения. Подробно описаны возможности ГАЭС и её положительное влияние на электроэнергетическую систему. Уделено внимание технико-экономическому обоснованию строительства и возможности внедрения ГАЭС на водохранилище.
Ключевые слова: гидроаккумулирующая электростанция, технико-экономическое обоснование,температурное перенапряжение, условное топливо, пиковая нагрузка,турбинный режим ГАЭС,водохранилище,земляная плотина
Самым главным вопросом при освоении водных ресурсов всегда было удовлетворение потребностей водного хозяйства и питьевого водоснабжения. В условиях Узбекистана дефицит водных ресурсов диктует несколько иные условия, вызванные ростом водопотребления на фоне увеличения численности населения и требований охраны окружающей среды. Вместе с этим растёт спрос на качественную электроэнергию, которой потребитель должен обеспечиваться бесперебойно. Поэтому на нынешнем этапе развития гидроэнергетики освоение гидроэнергетических ресурсов необходимо осуществлять на внутренних водотоках сезонного действия, в системах водохранилищ, на гидротехнических сооружениях без ущерба интересам ирригации и водоснабжения. Это, как показывают расчеты, намного уменьшает капвложения на освоение гидроэнергетических ресурсов и даёт возможность более полно использовать потенциал накопленного объёма воды.
В Республике Узбекистан (РУз), как и во многих других странах, наблюдается нехватка маневренных электростанций; из-за этого ухудшается качество электроэнергии и надежность энергетической системы. Так, в РУз маневренными электрическими станциями являются только две ГЭС — “Чарвакская” и “Ходжикентская”. Мощности их составляют 620 и 165 МВт соответственно. Суммарная мощность всех электрических станций в РУз равна 12300 МВт. Из вышесказанного следует, что маневренная мощность составляет примерно 6 % от установленной. По европейским стандартам, для надежной, качественной и выгодной работы энергосистемы маневренные мощности должны составлять 25 % от номинальной мощности электростанций системы.
Регулирование баланса мощностей в ЭЭС за счет ТЭС, в особенности КЭС, происходит довольно сложным образам. Регулирование происходит за счёт включения и выключения блоков. Блоки ТЭС в свою очередь имеют обычно немалую номинальную мощность, к примеру 160,200,300,500 и более МВт. Блочные агрегаты выключают как на выходные, так и на время ночных провалов. Так КЭС реагируют на снижение спроса электроэнергии в сети. При возрастании спроса на электроэнергию в системе необходимо будет включить ранее выключенные блоки. Следует учитывать реальное время обратного пуска и пусковые потери топлива (табл.1.).
Таблица 1
Время пуска иусредненные пусковые потери топлива
|
Тип блока |
Время простоя, ч |
Время пуска, ч |
Пусковые потери, т.у.т. |
|
|
Включение генератора |
Набор полной нагрузки |
|||
|
К -160–130 |
6–8 |
1,5 |
2,5 |
35 |
|
45–50 |
2,5 |
4.5 |
60 |
|
|
К — 200–130 |
6–8 |
1,5 |
2,5 |
45 |
|
45–50 |
2,5 |
4,5 |
70 |
|
|
К — 300–240 |
6–8 |
2 |
3,5 |
60 |
|
45–50 |
4 |
8 |
125 |
|
Частые остановки котлов и турбогенераторов особенно, на сверхвысоких и закритических параметрах пара, приводят к ускоренному износу оборудования, что влечет за собой частые ремонты и дополнительные траты на оборудование. Проблемы, приведённые выше, указывают на острую необходимость увеличения маневренных мощностей в РУз [1].
Решить проблему нехватки манёвренных мощностей можно за счёт:
1) Строительство новых ГЭС, что потребует гидроэнергетические ресурсы и финансовые ресурсы.
2) Строительство электростанций с использованием ГТУ, которые могут быстро входить в рабочий режим, и благодаря этому покрывать пики нагрузок. Однако у такой установки КПД ниже, чем у простых силовых установок, и составляет, примерно, 30 %.
3) Строительство ГАЭС.
Основная особенность ГАЭС — это возможность её работать в двух основных режимах и одном второстепенном:
- Турбинный режим (режим выработка электроэнергии).
- Насосный режим (режим аккумулирования).
- Режим синхронного компенсатора.
Мировой опыт эксплуатации ГАЭС в электроэнергетике давно подтвердил их техническую эффективность в обеспечении надежности, качества и экономичности в ЭЭС. В настоящее время в мире существует около 470 работающих ГАЭС разных мощностей.
Гидротехнические сооружения и гидроэнергетическое оборудование ГАЭС конструктивно немногим отличается от аналогичных объектов ГЭС. Опыт, накопившийся в нашей стране при эксплуатации и строительстве ГЭС, таких как «Чарвакская» можно применить и к новым для нашей страны ГАЭС [2].
Опираясь на опыт зарубежных энергосистем, ГАЭС необходимо размещать либо в центрах энергопотребления, либо рядом с маломаневренным источником энергии.
В условиях нашей ЭЭС наиболее выгодным является строительство ГАЭС рядом с крупной ТЭС. К примеру, «Ново-Ангренская» ТЭС с установленной мощностью 2100 МВт использует в виде основного топлива уголь, который добывается в непосредственной близости. Возле ТЭС имеются водные ресурсы, которые можно использовать для ГАЭС, в частности, Ахангаранское водохранилище.
Строительство новых ГАЭС или ГЭС требует возведение новых водохранилищ, что требует больших капиталовложений. Строительство водохранилища ещё на этапе проектирования является непростой задачей. Для уменьшения капиталовложения при строительстве ГАЭС можно сэкономить на возведении водохранилищ. Один из вариантов — это строительство только одного водохранилища, а вместо второго использовать крупную реку или канал.
Но в экономике Узбекистана одну из ведущих ролей играет сельское хозяйство. Сельское хозяйство приносит немалую прибыль в бюджет страны. Важнейшим аспектом развития сельского хозяйства в нашем регионе являются водные ресурсы, необходимые для орошения земель. По этой причине большинство водохранилищ в нашей стране, включая “Чарвак”, служат для нужд сельского хозяйства. При строительстве любого нового гидроэнергетического комплекса (ГЭК), или реконструкции старого нужно учитывать потребности сельского хозяйства. Ещё один экономичный вариант — это использование уже имеющихся водохранилищ. В Узбекистане уже рассматривали вариант с использованием имеющихся водохранилищ. Такими объектами являются: Талимарджанское водохранилище на Каршинском магистральном канале, Туямуюнский гидроузел на р. Амударья, Арнасайское водохранилище на реке Сырдарья и другие водохранилища. По данным этих исследований выявлено, что в приведенных выше водохранилищах — необоснованно теряется экологически чистая электроэнергия, из-за отсутствия научно-технических основ создания гидроэнергокомплексов.
Талимарджанское водохранилище, расположенное в юго-западной части Кашкадарьинской области РУз, выглядит наиболее выгодным местом для строительства ГАЭС. Оно предназначено для регулирования стока Каршинского магистрального канала (рис.1,а). Полезный объем водохранилища 1,4 млрд.м3. На расстоянии 15 километров от водохранилища расположена Талимарджанская ТЭС (рис.1,б).
|
а |
б |
|
Рис. 1. Талимарджанский гидроэнергокомплекс. а) — схема; б) — фотография со спутника |
|
В результате строительства этой ГАЭС появится возможность выработки электроэнергии в объёме не менее 50000 МВт·ч в год.
На основе обобщённой методики математического определения и расчёта основных параметров ГАЭС была разработана программа расчёта по технико-экономическому обоснованию основных параметров ГАЭС. Программа включает в себя — подпрограмму расчета энергогидравлических параметров ГАЭС, подпрограмму расчёта определения номинальной мощности и энергии ГАЭС, экономически выгодного диаметра напорного трубопровода, подпрограмму расчёта основных экономических показателей ГАЭС. В таблице 2 приведены основные результаты расчётов технико-экономического обоснования основных параметров ГАЭС при использовании её на Талимарджанском водохранилище.
Таблица 2
Примерное технико-экономическое обоснование
|
№ |
Наименование показателей |
Единица измерения |
Значения показателей ГАЭС на Талимарджанском водохранилище |
|
1 |
Напор в турбинном режиме |
м |
21,4 |
|
2 |
Напор в насосном режиме |
м |
23,7 |
|
3 |
Расход в турбинном режиме |
м3/сек |
90 |
|
4 |
Используемые объем воды для аккумулирования за сутки |
млн.м3 |
1,944 |
|
5 |
Расход в насосном режиме |
м3/сек |
67,5 |
|
8 |
Коэффициент полезного действия ГАЭС |
% |
72,24 |
|
9 |
Число агрегатов |
шт. |
2 |
|
10 |
Установленная мощность в турбинном режиме |
кВт |
32 500 |
|
11 |
Установленная мощность в насосном режиме |
кВт |
37 400 |
|
12 |
Капиталовложения в ГАЭС |
млн. долл.США |
29,25 |
|
млн. сум* |
64638,1 |
||
|
13 |
Выработка электроэнергии в турбинном режиме |
млн. кВт*час |
47,45 |
|
14 |
Потребление электроэнергии в насосном режиме |
млн. кВт*час |
81,83 |
|
15 |
Экономия валютных средств при сокращений покупки пиковой электроэнергии у соседних энергосистем |
млн. долл.США |
94,9 |
|
16 |
Стоимость вырабатываемой электроэнергии ГАЭС в пиковой период за год |
млн. сум |
8768,16 |
|
17 |
Стоимость потребляемой электроэнергии ГАЭС в насосном режиме за год |
млн. сум |
7561,15 |
|
18 |
Годовая экономия топливных ресурсов |
т.у.т. |
7117 |
|
19 |
Экономия топлива |
млн. сум |
14234 |
|
20 |
Годовая издержка ГАЭС |
млн.сум |
4392,6 |
|
21 |
Выгоды от создания ГАЭС |
млн. сум |
11048,45 |
|
22 |
Экономическая эффективность за год |
млн. сум |
11194,17 |
|
23 |
Срок окупаемости капвложений |
лет |
5,85 |
|
24 |
Рентабельность капвложений |
% |
0,171 |
* — 1доллар США равен 2200 сум по курсу валют ЦБ РУз
По результатам расчёта построены математические кривые выработки электроэнергии ГАЭС, при работе в турбинном режиме, затраты электроэнергии в насосном режиме и изменение значений их КПД (рис. 2.).
Рис. 2. Математические зависимости выработки электроэнергии ГАЭС, при работе в турбинном режиме, затраты электроэнергии в насосном режиме и изменение значений их КПД
Внедрение ГАЭС мощностью 32,5 МВт и годовой экономической эффективностью 11194,2 млрд. сумм на Талимарджанском водохранилище даёт возможность за год выработать 47,45 млн. кВт∙час электроэнергии, экономию 7117 тон условного топлива органических топлив и валютных средств размере 95 млн. долларов США при сокращении покупки пиковой электроэнергии у соседних энергосистем. Срок окупаемости капвложений составит менее 6 лет. Кроме экономии топлива, ГАЭС приносит финансовую выгоду и благодаря удлинению срока службы оборудования на ТЭС.
Таким образом, вышеприведенные факты, доказывают не только возможность, но и необходимость строительства ГАЭС в Узбекистане. Для дальнейших шагов в этом направлении необходимо провести более подробные исследования разных вариантов строительства ГАЭС в различных объектах ВХС Узбекистана. Для этого необходимы специалисты разных отраслей, которые с разных сторон смогут рассмотреть возможные варианты строительства ГАЭС и выбрать оптимальный проект.
Литература:
1. Мухаммадиев М. М., Халматов В. А., Джураев К. С. Проблемы развития гидроэнергетических комплексов. «Современное состояние и перспективы развития энергетики». Международная научно-техническая конференция, 18–20 декабрь 2006, Ташкент.
2. Мухаммадиев М. М., Джураев К. С., Мукольянц А. А., Сотникова И. В. Использование гидроаккумулирующих электростанций малой мощности как решение проблемы обеспечения электроэнергией фермерских и индивидуальных хозяйств. «Прогрессивные технологии и процессы». Сборник статей международной молодежной научно-технической конференции, посвященной 50-летию механико-технологического факультета ЮЗГУ. 25–26 сентябрь 2014, Курск. С.91–95.
