Научная статья на тему 'Анализ вариантов размещения гидроаккумуриюущей электростанции в Калининградской области'

Анализ вариантов размещения гидроаккумуриюущей электростанции в Калининградской области Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
181
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ / ГИДРОПОТЕНЦИАЛ / МАНЕВРЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ / PUMPED STORAGE POWER PLANT / HYDRO POTENTIAL / MANEUVERABLE POWER SOURCE

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Москалюк А. М.

В данной статье рассмотрены основные варианты размещения гидроаккумулирующей электростанции в Калининградской области, произведено их сравнение и выбрано наиболее перспективное расположение.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF VARIANTS PLACEMENT OF HYDRAULIC-BUILDING ELECTRIC POWER STATION IN KALININGRAD REGION

In this article, the main options for locating a pumped storage power plant in the Kaliningrad region are considered, their comparison is made and the most promising location is chosen.

Текст научной работы на тему «Анализ вариантов размещения гидроаккумуриюущей электростанции в Калининградской области»

УДК 627.8.09

АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ГИДРОАККУМУРИЮУЩЕИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

А.М. Москалюк, студент, email: [email protected] ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический

университет

В данной статье рассмотрены основные варианты размещения гидроаккумулирующей электростанции в Калининградской области, произведено их сравнение и выбрано наиболее перспективное расположение.

гидроаккумулирующая электростанция, гидропотенциал, маневренный источник электроэнергии

В настоящее время энергосистема Калининградской области работает в составе энергообъединения (ЭО) IPS/UPS вместе с энергосистемами Литвы, Латвии и Эстонии. Ожидается, что в ближайшем будущем энергосистема стран Балтии перейдёт на параллельную работу с ЭО UCTE и NORDEL, в связи с чем энергосистема Калининградской области может оказаться изолированной от IPS/UPS [1]. Для обеспечения энергетической безопасности и функционирования энергосистемы Калининградской области в изолированном (автономном) режиме распоряжением Правительства РФ от 25.08.2014 №1623-р-ДСП утвержден план мероприятий «Об обеспечении энергоснабжения Калининградской области и объединенной энергетической системы Северо-Запада России». Согласно плану до конца 2018 г. в регионе построят четыре тепловых электростанции (ТЭС) с общей суммарной мощностью более 950 МВт, а Калининградскую ТЭЦ-2 переведут в режим работы полублоков. Параметры новых тепловых электростанций приведены в табл. 1. Приморская и Прегольская ТЭС будут работать в базовом режиме, в то время как Талаховская и Маяковская станут выполнять роль пиковых электростанций.

Таблица 1. Параметры новых тепловых электростанций в энергосистеме Калининградской области

Название, место Мощность, МВт Топливо Тип электростанции КПД, %

Приморская ТЭС, г. Светлый 195 Уголь ПСУ 33-35

Прегольская ТЭС, г. Калининград 440 Газ Четырехблочная с ПГУ 55-60

Маяковская ТЭС, г. Гусев 160 Газ Двухблочная с ГТУ 28-38

Талаховская ТЭС, г. Советск 160 Газ Двухблочная с ГТУ 28-38

Такой газо-угольный вариант развития энергетики Калининградской области имеет свои существенные недостатки. Во-первых, является затратным, поскольку вложить в его реализацию планируется около 100 млрд. руб. Во-вторых, данный вариант низкоэффективен, так как коэффициент полезного действия ТЭС с газовыми турбинами (ГТУ) составляет не более 38 %. В-третьих, он основан на привлечении извне невозобновляемых топливно-

энергетических ресурсов (газ и уголь). В-четвертых, самое главное, не решает проблему энергетической безопасности региона. В-пятых, он противоречит энергетической стратегии развития РФ, которая основана на развитии распределенной энергетики с максимальным использованием местных топливно-энергетических ресурсов, таких как торф, твердые бытовые отходы и другие виды биотоплива, возобновляемые источники энергии [2].

Как альтернатива Талаховской и Маяковской ТЭС с ГТУ, наиболее интересным вариантом как со стороны эффективности (для современных ГАЭС коэффициент полезного действия аккумулирования составляет не менее 72—74 %) и использования местных энергетических ресурсов (вода вместо газа), так и со стороны экологии выглядит мощная гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС). Она характеризуется уникальным сочетанием функций пиковой станции и потребителя, способным в период ночного провала графика нагрузок обеспечить потребление избыточной электрической мощности. Кроме того, на станцию зачастую возлагают функции регулирования частоты и баланса реактивной мощности в энергосистеме [3].

Был проведен анализ рельефа и гидропотенциала Калининградской области, в результате которого определены три наиболее перспективных варианта размещения ГАЭС с точки зрения перепадов высот и присутствия естественного водоёма в качестве одного из бассейнов ГАЭС, эти варианты изображены на рис. 2.

Рисунок 1 - Варианты размещения ГАЭС в Калининградской области. 1 - оз. Чистое -оз. Виштынецкое; 2 - пос. Ульяновка - Калининградский залив;

3 - пос. Янтарный - оз. Синявинское

1. Оз. Чистое - оз. Виштынецкое (Восточная часть области). В качестве верхнего бассейна примем оз. Чистое, а в качестве нижнего - Виштынецкое. Перепад высот между двумя озерами составляет 39 м (уровень верхнего бьефа - 208, нижнего - 169 м), а расстояние между ними - 1250 м, профиль высот изображен на рис. 2. Интересно это место для строительства ГАЭС именно потому, что в качестве верхнего и нижнего бассейнов выступают уже существующие водоёмы, что значительно снижает затраты на строительство электрической станции, но в то же время оз. Виштынецкое является центром комплексного государственного природного заказника, что ставит под сомнение саму возможность строительства ГАЭС.

И, м

250 200 150 100 50

4%

%

ь

%

%

ь

%

%

%

%

ч

%

I, км

%

Рисунок 2 - Профиль высот между о. Чистое и о. Виштынецкое

2. Пос. Ульяновка - Калининградский залив (юго-западная часть области). В качестве нижнего бассейна примем Калининградский залив. Верхний бассейн можно разместить на возвышенности, расположенной рядом с пос. Ульяновка. Площадь возвышенности около 1000000 м2. Перепад высот между заливом и возвышенностью составляет 60 м (уровень верхнего бьефа - 60, нижнего - 0 м), а расстояние - 300 м, профиль высот изображен на рис. 3.

И, м

60

40

20

4%

%

%

%

%

%

%

%

%

ь

Ц км

Рисунок 3 - Профиль высот пос. Ульяновка - Калининградский залив

3. Пос. Янтарный - оз. Синявинское (западная часть области). В качестве нижнего бассейна примем оз. Синявинское. Верхний бассейн можно разместить на возвышенности, расположенной неподалеку от пос. Янтарный. Площадь возвышенности около 500000 м . Перепад высот между озером и возвышенностью составляет 49 м (уровень верхнего бьефа -58, нижнего - 9 м), а расстояние - 1300 м, профиль высот изображен на рис. 4.

И, м

60

40

20

О, О О' О- О 6> Ос А У>

1_, км

0 % % % % % % % * % %

Рисунок 4 - Профиль высот пос. Янтарный - оз. Синявинское

Приняв для второго и третьего вариантов высоту верхнего бассейна равной 15 м, можно приближенно оценить параметры ГАЭС для каждого предполагаемого места строительства. Оценка вариантов размещение ГАЭС производилась по формулам (1 - 4).

Напор гидроаккумулирующей электростанции определяется по формуле (1):

Н = ВБ -НБ- Ь,(м)

где ВБ и НБ - отметки уровней верхнего бьефа и нижнего бьефа; к - потери напора при движении воды от водозабора до турбинной камеры [4].

Работа, совершаемая силой влечения воды, вычисляется по формуле (2):

где g - ускорение свободного падения; р - плотность воды; Q - расход воды, м /с; t - время, с [5].

Суммарная мощность гидротурбин (?) ГАЭС, т.е. работа в единицу времени, которую потенциально можно получить при перетоке воды из верхнего бассейна в нижний, определяется по формуле (1) (при р = 1000 кг/м3):

д

Р = А = 9,81 * Q* Н , (кВт),

(3),

где P - мощность гидротурбины, Вт; р - плотность воды, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м2/с, Q - расход воды через гидротурбину, м3/с; H - рабочий напор (перепад высот), м [5].

По выражению (3) можно рассчитать потенциальную мощность и энергию водного потока. Реальная (техническая) мощность после преобразования энергии водного потока в электрическую будет меньше за счет потерь, учитываемых коэффициентом полезного действия. Расход воды через гидротурбины определяется по формуле 4 [6]:

о

где Vвб - объем верхнего бассейна, м ; tраз - время разряда ГАЭС, с.

(4),

Время разряда ГАЭС Ораз) примем равным 9 ч (32400 с). Результаты расчетов приведены в табл. 2. Расчет является приближенным, а потери напора не учитывались.

Таблица 2. Расчет параметров для вариантов размещения ГАЭС.

Параметры Местоположение

оз. Чистое -оз. Виштынецкое пос. Ульяновка -Калининградский залив пос. Янтарный -оз. Синявинское

Объем верхнего бассейна (Увб), м 7800000 15000000 7500000

Время разряда 0^), с 32400 32400 32400

Расход воды м/с 240,7 462,9 231,5

Напор (Н), м 39 60 49

Суммарная мощность гидротурбин (?), МВт 75,6 227,1 111,3

Из рассмотренных вариантов наиболее перспективным выглядит место № 2 в Багратионовском районе, где в качестве верхнего бассейна ГАЭС выступит возвышенность около пос. Ульяновка, а в качестве нижнего бассейна - Калининградский залив. По

приближенным расчетам, такая ГАЭС в предложенном режиме работы сможет выдавать в энергосистему около 227 МВт в течение 9 ч.

Ввод в Калининградской области ГАЭС позволит решить проблемы с покрытием дефицита электроэнергии, повысить надежность и безопасность энергосистемы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белей, В.Ф. Анализ вариантов развития электроэнергетики стран Балтии и Калининградской области / В.Ф. Белей / IV Международный балтийский морской форум: материалы. - Калининград: Изд-во БГАРФ, 2016. - С. 896-908.

2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года // Утв. Распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009. - № 1715-р.

3. Гидроаккумулирующие электростанции. Строительство и эксплуатация Загорской ГАЭС / Н. И. Серебряников [и др.]- Москва: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 368 с.

4. Синюгин, В. Ю. Гидроаккумулирующие электростанции в современной электроэнергетике / В. Ю. Синюгин, В. И. Магрук, В. Г. Родионов. - Москва: ЭНАС, 2008. -352 с.

5. Возобновляемые источники энергии: справочник модуля / под ред. В.Ф. Белея [и др.] - Калининград: ФГБОУ ВПО "КГТУ", 2015. - 257 с.

6. Гидроаккумулирующие электростанции / Б.Л. Бабурин [и др.]; под ред. Л.Б. Шеймана. - Москва: Энергия, 1978. - 184 с.

ANALYSIS OF VARIANTS PLACEMENT OF HYDRAULIC-BUILDING ELECTRIC POWER STATION IN KALININGRAD REGION

A.M. Moskalyuk, student, e-mail: andreiak74@yandex .ru

Kaliningrad State Technical University

In this article, the main options for locating a pumped storage power plant in the Kaliningrad region are considered, their comparison is made and the most promising location is chosen.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Pumped storage power plant, hydro potential, maneuverable power source

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.