CC BY
37
УДК 627.8.09
АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ГИДРОАККУМУРИЮУЩЕИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
А.М. Москалюк, студент, email: andreiak74@yandex.ru 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.
Pumped storage power plant, hydro potential, maneuverable power source
