17) Гидроаккумулирующие электростанции(гаэс)

Наканливание энергии н водохранилищах на

равнинных реках приво¬дит к затоплению об¬ширных территорий, что во многих случаях край¬не нежелательно. Неболь¬шие реки малопригодны для целей регулирования мощности в системе, так как они не успевают за-полнить водой водохра¬нилище.

Упомянутую выше за¬дачу (снятие пиков) ре¬шают гидроаккумули¬рующие станции (ГАЭС), работающие следующим образом (рис. 3.41).

В интервалы времени, когда электрическая на¬грузка в объединенных системах минимальна,

ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранили¬ща в верхнее и потребля¬ет при этом электро¬энергию из системы (рис. 3.41, а). В режиме непродолжительных «пиков» — максимальных значений нагрузки — ГАЭС работает в генераторном режиме и расходует запасенную в верхнем водохра¬нилище воду.

В европейской части СССР возможно сооружение до 200 ГАЭС. В энергосистемах, расположенных в центральной, северо-западной и южной частях, где имеется наибольший дефицит маневренной мощности, естественные перепады рельефа позволяют сооружать станции с небольшим напором (80—110 м).

Районы с благоприятным для сооружения ГАЭС рельефом местности, позво-ляющим получать перепады порядка 1000 м, значительно удалены от центров потребления маневренной мощности. Сооружение линий электропередач в этих случаях может привести к затратам, превышающим затраты на сооружение ГАЭС.

У первой в Советском Союзе экспериментальной Киевской ГАЭС мощностью 225 МВт напор равен 70 м. Проводимые на этой станции исследования способст-вуют отработке более совершенных конструктивных решений для последующих мощных промышленных станций такого типа.

В настоящее время под Загорском сооружается ГАЭС мощностью 1200 МВт с обратимыми агрегатами. Предполагается, что эта станция будет 4 ч в сутки работать в генераторном режиме и около 5 ч — в двигательном режиме. В осталь-ное время станция может работать в режиме синхронного компенсатора.

Разработан проект еще более мощной Каунасской ГАЭС (мощностью 1600 МВт). Ведется проектирование Ленинградской и ряда других ГАЭС..

Сооружение искусственных бассейнов сопряжено со значитель¬ными объемами работ и затратами больших средств. Кроме того, существует опасность утечки воды из верхнего бассейна, которая даже в небольшом количестве (порядка нескольких процентов) за¬метно снижает к. и. д. станции. Поэтому приходится принимать тщательные меры но гидроизоляции. В последнее время для этих целей стали применять синтетические материалы, например поли¬этиленовые пленки, которыми покрывают дно и откосы бассейнов. Искусственные верхние бассейны обычно выполняют в виде полу-сфер, добиваясь тем самым максимального объема при наимень¬шей площади дна и, следовательно, при минимальных объемах строительных работ.

Эксплуатация ГАЭС в зимних условиях сопряжена со сложно¬стями, обусловленными образованием льда. Уровень воды в верх¬нем бассейне, глубина которого обычно более 10 м, колеблется в больших пределах, так как вода в нем порой «срабатывается» полностью. При понижении уровня воды до 1—2 м в морозные дни за несколько часов происходит ее замерзание. Так как лед легчо воды, то при наполнении водой бассейна он стремится всплыть и потянуть за собой примерзшие бетонные плиты дна. Опасно также образование льда и при заполненном бассейне. В этом случае с понижением уровня воды отваливается примерзший к откосу лсд, который разрушает защитную облицовку бассейна.

Воду в верхнем бассейне можно подогревать, используя теплую воду конденсаторов тепловой станции. Близко расположенные ГАЭС и ТЭС удачно сочетаются друг с другом. ГАЭС генерирует электроэнергию в часы «пик», а бассейн-охладитель ТЭС стано¬вится нижним бассейном ГАЭС и из него в верхний бассейн пере¬качивается только теплая вода.

Водоводы ГАЭС, по которым вода из верхнего бассейна подво¬дится к турбинам, не должны вызывать большие потери энергии. Наиболее удобны туннельные водоводы большого диаметра, по¬крытые изнутри бетоном или металлом. Число водоводов должно быть не меньше двух, так как в случае ремонта одного из них стан¬ция сможет работать по другому. Использование металлических труб в качестве водоводов менее желательно из-за больших потерь на трение о стенки, поскольку трубы могут быть выполнены отно-

сителыю небольшого диаметра и их приходится прокладывать и большом количестве.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления обрати- Г

мых гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов (рис. 3.41,г). Количество машин в этом случае сведено к миниму¬му— к двум. Одпако станции с двухмашинной компоновкой имеют более низкое значение к. п. д. из-за необходимости создавать в на¬сосном режиме примерно в 1,3—1,4 раза больший напор на преодо¬ление трения в водоводах. В генераторном режиме величина напо¬ра меньше из-за трения в водоводах. Для того чтобы агрегат оди¬наково эффективно работал как в генераторном, так и в насосном режимах, можно в насосном режиме увеличить его частоту вра¬щения. Применение разных частот вращения в обратимых генера¬торах привело к усложнению и удорожанию их конструкции.

К. п. д. агрегата можно повысить также, не изменяя частоты вращения в насосном режиме, а устанавливая в этом режиме более крутой угол наклона лопастей турбины.

При реверсивной работе агрегатов возникает ряд технологиче¬ских и эксплуатационных трудностей, например связанных с ох¬лаждением. Предназначенные для охлаждения вентиляторы успеш¬но работают только при одном направлении вращения.

Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от их к. п. д., под которым применительно к этим станциям понимается отноше¬ние энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к эиергии, израсходованной в насосном режиме.

Первые ГАЭС в начале XX в. имели к. п. д. не выше 40%, у сов-ременных ГАЭС к. п. д. составляет 70—75%. К преимуществам ГАЭС кроме относительно высокого значения к. п. д. относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обыч¬ных ГЭС здесь нет необходимости перекрывать реки, возводить вы¬сокие плотины с длинными туннелями и т. п. Ориентировочно на 1 кВт установленной мощности на крупных речных ГЭС требуется

10 м3 бетона, а на крупных ГАЭС — всего лишь несколько десятых кубометра бетона.

ГАЭС и ветровые электростанции, отличающиеся непостоянст¬вом работы, удачно сочетаются между собой. При этом трудно рассчитывать на мощность ветровых станций в часы «пик» в энер¬госистеме. Если же вырабатываемую на этих станциях электро¬энергию запасать на ГАЭС в виде воды, перекачиваемой в верхний бассейн, то в нужное время выработанная на ветровых электро-станциях за какой-либо промежуток времени энергия может быть использована в системе.

Преимущества ГАЭС способствуют их широкому распростра¬нению.

Механические установки, аккумулирующие энергию. Выше говорилось о рабо¬те ГАЭС, имеющих водохранилища, в которые ночью накачивается вода. Днем ее спускают на турбины, и накопленная энергия расходуется. Однако, для того чтобы в пиковые часы потребления электроэнергии сеть смогла справляться с на¬грузкой, предлагают запасать энергию в супермахови^ах.

Супермаховик — это маховик, который можно разгонять до огромной скоро¬сти, не боясь его разрыва. Он состоит из концентрических колец, навитых из кварцевого волокна и насаженных друг на друга с небольшими зазорами, запол¬ненными эластичным веществом типа резины для предохранения обода от рас¬слоения. Супермаховик соединен с валом генератора и помещен в герметичный корпус, в котором поддерживается вакуум. Устройство работает как генератор, когда возрастает потребление энергии в системе, и как электродвигатель, когда энергию целесообразно аккумулировать. По некоторым расчетам, затраты на 1 кВт будут в этом случае меньше, чем при гидроаккумулировании. Описан проект супермаховика весом 1,96 МН и диаметром 5 м, в котором предусматри¬вается накопление энергии до 20 МВт-ч. Рабочая частота вращения cvnepvaxoBii- ка-3500 мин-1.