CC BY
35
УДК 627.8:620.92(571.52)
doi 10.24411/2077-6896-2019-10010
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ДЕРИВАЦИОННОЙ МАЛОЙ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА
Кенден К.В.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
ESTIMATION OF PARAMETERS OF SMALL DERIVATIVE HYDRO POWER STATIONS IN THE REPUBLIC OF TUVA
Kenden K.V Tuvan State University, Kyzyl
Республика Тыва является регионом с огромным гидроэнергетическим потенциалом, который по оценке РусГидро составляет порядка 8 ГВт. С использованием энергии малых рек можно частично или полностью решить вопрос электрификации удаленных населенных пунктов республики, функционирующих от дизельных генераторов. Но потенциал малых рек Тывы практически не изучен и требует дополнительных гидроэнергетических расчетов для дальнейшей технико-экономической оценки строительства малых и микро гидроэлектростанций.
В работе предложена методика оценки параметров деривационной малой гидроэлектростанции в зависимости от гидрологических и климатических условий местности. Произведены выбор створа и оценка параметров гидроэлектростанции деривационного типа для децентрализованного района республики Тыва. В зависимости от нагрузки потребителей и гидроэнергетического технического потенциала створа предложен вариант состава мощности гидроагрегатов с пропеллерными турбинами и определены технико-экономические показатели эффективности малой гидроэлектростанции. Ключевые слова: гидроагрегат; гидроэлектростанция; деривация; отдаленные населенные пункты; технико-экономические показатели; электроснабжение; Республика Тыва
According to the RusHydro (Federal Hydro-Generating Company of Russia), the Republic of Tuva has a huge hydropower capacity which is about 8 GW. Using the energy of small rivers, it is possible to partially or completely solve the problem of electrification of remote settlements of the republic, operating from diesel generators. But the potential of the small rivers of Tuva is not studied well, and requires some additional hydropower calculations for further technical and economic assessment of the construction of small and micro hydroelectric power plants. The paper proposes a method for estimating the parameters of a small hydroelectric power station in terms of hydrological and climatic conditions of the area. The selection of the target and evaluation of the parameters of the hydroelectric power station of the derivational type for the decentralized region of the Republic of Tuva is made. Depending on the load of consumers
and the hydroelectric technical potential of the target, a variant of the composition of the power of hydroelectric units with propeller turbines is proposed and the technical and economic indicators of the efficiency of a small hydroelectric power station are determined. Keywords: hydroelectric unit; hydropower station; derivation; remote settlements; technical and economic indicators; electric power supply; Republic of Tuva.
Наибольшим гидроэнергетическим по- на территории трех районов: Тоджинского, тенциалом в Тыве обладают створы бассей- Бий-Хемского и Кызылского (рисунок 1). на Большой Енисей, которые расположены
Рисунок 1 - Речная сеть бассейна Большой Енисей Створы бассейна: 1 - Серлиг-Хем; 2 - Баш-Хем; 3 - Харал; 4 - Оо-Хем; 5 -Тоора-Хем; 6 - Ий; 7 - Хамсара; 8 - Сыстыг-Хем; 9 - Сейба; 10 - Хут; 11 - Улуг-Оо; 12 - Ожу; 13 - Уюк; 14 - Тапса
Первоочередным районом размещения малой гидроэлектростанции (МГЭС) предлагается Тоджинский район, полностью изолированный от централизованного электроснабжения и несущий наибольшие убытки по сравнению с другими районами в республике из-за своей отдаленности и труднодоступности [1-4].
Для обеспечения электроэнергией изолированных населенных пунктов - Тоо-ра-Хем, Ий и Ырбан за счет строительства МГЭС был выбран створ, расположенный
в 40 км ниже по течению от с. Тоора-Хем на р. Большой Енисей.
Состав основных сооружений гидроузлов МГЭС определялся исходя из его назначения - обеспечения потребителей района электроэнергией с учетом гидрологических и топографических условий створа. В качестве деривации предлагается использовать левобережную протоку р. Большой Енисей. В состав основных сооружений будут входить: водозабор на р. Большой Енисей, бассейн суточного регу-
лирования, станционный узел и отводящий канал. Для создания емкости суточного регулирования воды, русло протоки будет углубляться, расширяться и для создания напора ограждаться дамбой. В созданном бассейне суточного регулирования далее устанавливается подпорный уровень, следующий за уровнем воды в реке в районе водозабора.
Водозабор расположен на левом берегу р. Большой Енисей, в 230 км от устья реки и в 8 км выше по течению устья р. Хамса-ра, правого притока р. Большой Енисей. По способу забора воды, водозабор относится к бесплотинному, береговому, поверхностному типу. Водозабор представляет собой береговую прорезь, переходящую в бассейн суточного регулирования.
Бассейн суточного регулирования ха-
рактеризуется зависимостью площади водной поверхности F=f(H) и объема воды V=f(H) в водохранилище от отметки воды в нем Н. Колебания уровней верхнего бьефа определяются по кривой объемов бассейна V=f(H), уровней нижнего бьефа - по кривой расходов бассейна F=f(H) (рисунок 2) [5,6].
Равномерный приток воды в бассейн Qприт обеспечивает необходимую выработку и накопление воды в бассейне в течение суток. Его значение определено из среднемесячных расходов воды Qреки для года 75 % обеспеченности в лимитирующий период по р. Большой Енисей. При этом уровень верхнего бьефа каждого месяца выбирался равный уровню при среднемесячном расходе года 75 % обеспеченности (рисунок 3).
Н,м
868 /
/ у /ал
867 /
Р=/(Н) /
866 -- /
865 — /
864 —
863 ____/
862 о 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 У,млн.м3
--1—1-1—ч-1— I I I —I—>
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Б,км
Рисунок 2 - Кривые зависимостей площади и объема бассейна суточного регулирования МГЭС от отметки уровня воды в нем W=f(H); F=f(H)
600 500 400 300 200 100 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Месяц
а) Расход воды, м3/с
865,5 865 864,5 864 863,5 863
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Месяц
б) Уровень воды, м Рисунок 3 - Расчетное распределение для маловодного года 75% обеспеченностью в створе водозабора на р. Большой Енисей
Водозабор рассчитан на забор воды в размере 15,6 м3/с при минимальном расходе реки 35,6 м3/с и соответствующем уровне в реке. Далее, имея значение поступающей воды в бассейн, следует определить почасовые значения расхода МГЭС. Значения почасовых расходов воды , м3/с,
и уровней бассейна Zвб, м, в течение суток постепенным приближением почасовых мощностей нагрузки потребителей. При этом учитываются изменения напора при колебании уровней нижнего и верхнего бьефов (рисунок 4).
Рисунок 4 - График изменения расходов воды через ГЭС и уровней бассейна суточного регулирования МГЭС в течение зимних суток
В России одним из ведущих произво- пов турбин, что позволяет при малых ско-
дителей оборудова-ния для МГЭС на ма- ростях потока и низких напорах получать
лых реках является ЗАО «МНТО ИНСЭТ» более высокую скорость вращения. А вы-
(г. Санкт-Петербург) [7]. Компания имеет сокие обороты турбины в свою очередь по-
опыт работы в суровых климатических зволяют применять более быстроходные, а
условиях республики Тыва. В 2009 г. ими значит, более легкие и дешевые электроге-
была введена в эксплуатацию мини-ГЭС с нераторы или уменьшать расходы на муль-
тремя гидроагрегатами (ГА) с общей уста- типликаторы.
новленной мощностью 150 кВт в изолиро- Для электроснабжения изолированных ванном населенном пункте Тывы. Компа- потребителей Тоджинского района с учения производит ГА следующих турбин: том максимальной нагрузки потребителей
- с осевыми турбинами мощностью и гидроэнергетического технического подо 1800 кВт; тенциала створа р. Большой Енисей при
- с радиально-осевыми турбинами напоре 10 м и расходе турбин 15,6 м3/с ав-мощностью до 5600 кВт; тором предложен вариант состава мощно- с ковшовыми турбинами мощно- сти МГЭС с пропеллерными турбинами: 4
стью до 5200 кВт; ГА с мощностью одного ГА - 630 кВт
- с пропеллерными турбинами мощ- Основные технические характеристики ностью до 1800 кВт. ГА с пропеллерными турбинами компа-
Для МГЭС автором выбраны ГА с про- нии «ИНСЭТ» в перечисленном диапазоне
пеллерными турбинами, имеющие самую мощностей представлены в таблице 1[8]. высокую быстроходность среди всех ти-
Таблица 1. Основные технические характеристики ГА с пропеллерными турбинами
Параметры Тип |'А
Мощность, кВт * *
Напор, м $0-16 0
Расход,м3/с 2,5-7 5
астота вращения ротора турбины, мин-1 3ОО-Т75-50О-АОО
Н оминальное напряжение, ХВ 0 4- 6 3- 1О
оминальная частота тока, Гц 5О
Для изолированных потребителей Тод-жинского района от МГЭС произведена оценка показателей экономической эффективности электроснабжения МГЭС, сооружаемой на р. Большой Енисей.
Исходными данными для расчета технико-экономических показателей вариантов МГЭС являются:
1) Среднегодовое потребление элек-
троэнергии, МВт*ч/год;
2) Среднегодовые значения выработки электроэнергии для трех вариантов, МВ*ч/ год (таблица 4.9);
3) Стоимость комплекта оборудования, тыс. руб [8].
Распределение затрат на строительство МГЭС деривационного типа представлено в таблице 2.
Таблица 2. Распределение затрат на строительство деривационной МГЭС, тыс. руб.
Затраты Мощность 1 А, кВт
630
Число 1А
Основное оборудование 7434О
Вспомогательное и электрическое оборудование,
рочее оборудование * *"
роектно-изыскательные работы 2478О
(строительная часть * 99120
Увеличение затрат за период строительства 2478О
Полная стоимость на строительство МГЭС, 2478ОО
Для определения затрат на линию элек- протяженностью 7,75 км и в юго-восточ-
тропередач (ЛЭП) разработана схема элек- ном - Тоора-Хем и Ий длинной трассы 36 и
троснабжения от МГЭС до населенных 23 км соответственно (рисунок 5). пунктов в западном направлении - Ырбан
Ырбан 1111 Тоора-Хем
Рисунок 5 - Схема электроснабжения МГЭС для электроснабжения потребителей Тоджинского района
Передача мощности в населенные пун- нить на напряжении 35 кВ с длиной трассы кты Тоора-Хем и Ий планируется выпол- 36 км. Для этого на МГЭС предусматрива-
ется повысительная подстанция (ПС) 10/35 кВ с двумя трансформаторами по 1000 кВА. В Тоора-Хем предусматривается понизительная ПС 35/10 кВ с двумя трансформаторами по 1000 кВА, а в Ий ПС 10/0,4 кВ с двумя транформаторами по 400 кВА.
Выдача мощности в Ырбан выполняется от МГЭС по высоковольтной линии 10 кВ протяженностью 7,75 км. В Ырбан предусматривается понизительная ПС 10/04 кВ с
Строительство МГЭС для электроснабжения изолированных потребителей Тод-жинского района позволит достичь следующих результатов:
- Электроснабжение от дизельной станции будет полностью заменена на МГЭС, способную покрыть нагрузку до 2500 кВт.
- Дизельный генератор будет исполь-
Библиографический список
1. Кенден, К. В. Анализ использования перспективных видов энергии в республике Тыва // К. В. Кенден // Вестник Тувинского государственного университета. №3 Технические и физико-математические науки. - 2012. - № 3 (14). - С. 68-71. -Текст: непосредственный.
2. Тремясов В. А. Дизель-солнечные установки для электроснабжения отдаленных
двумя трансформаторами по 400 кВ.
Затраты на ЛЭП для схемы электроснабжения МГЭС для электроснабжения потребителей Тоджинского района, изображенной на рисунке 4, рассчитаны по укрупненным показателям ЛЭП и ПС [9] и составили 72177 тыс. руб. для трех вариантов МГЭС.
В таблице 3 представлен расчет технико-экономических показателей для МГЭС.
зоваться как резервный источник энергии для случаев, если возникнут непредвиденные ситуации, связанные с аварией МГЭС, и, если потребляемая нагрузка будет больше 2500 кВт.
- Уменьшатся затраты на покупку, доставку и обслуживание дизельного топлива.
районов республики Тыва / В.А. Тремясов, К.В. Кенден //
3. Сборник трудов седьмой всероссийской научно-технической конференции с международным участием; Амурский государственный университет. - 2013. - С. 282-286.- Текст: непосредственный.
4. Кенден, К.В. Методы расчета гидроэнергетического потенциала рек республики Тыва // К.В.Кенден // Вестник Тувинского
Таблица 3. Технико-экономические показатели МГЭС
Показатели Значение
Экономичность технического решения. ^ , тыс. руб./год 53246
Себестоимость электроэнергии, производимой МГЭС, руб./кВт-ч 2,9
Удельная выработка электроэнергии МГЭС, кВт-ч / кВт 2903
Денежный эквивалент вытесненному дизтопливу, тыс. руб. 101832
Срок окупаемости системы, лет 2,5
Чистая приведенная стоимость проекта, млн. руб. 1592,4
государственного университета. №3 Технические и физико-математические науки. - 2012. - № 3 (14). - С. 68-71. - Текст: непосредственный.
5. Кенден, К.В. Деривационные малые гидроэлектростанции для электроснабжения отдаленных населенных пунктов республики Тыва // К.В. Кенден, А.Э. Монгуш // Вестник Тувинского государственного университета. Технические и физико-математические науки. Вып. 3.
- Кызыл. - 2015. - С.90-95. - Текст: непосредственный.
6. Определение характеристик водосборного бассейна и расчетного расхода стока: Методические указания к практическим занятиям и дипломному проектированию малых дорожных водопропускных сооружений для студентов специальности 291 «Автомобильные дороги иаэродро-мы» заочной и очной форм обучения / Сост. В.П. Горбачев, Л.В. Кормилыцина.
- Хабаровск: Изд-во Хабар. Гос.техн.ун-та, 2003. - 35 с. - Текст: непосредственный.
7. Майны, Ш.Б. О теплотехническом расчете канализационных сетей в условиях глубокого сезонного промерзания грунтов / Ш.Б. Майны, О.В. Заборщиков / 63-я Международная научно-техническая конференция молодых ученых.
- Санкт-Петербург, 2010. - С. 247-250. -Текст: непосредственный.
8. ИНСЭТ. Проектирование, серийное изготовление и монтаж мини ГЭС и микро ГЭС Интернетсайт [сайт] - URL: http:// www.mset.mMndex.htm (дата обращения: 11.12.2012 г.). - Текст: электронный.
9. Бляшко Я. И. Опыт МНТО ИНСЭТ по
созданию и экспулатации оборудования для микро- и МГЭС / Я. И. Бляшко - Техническая база малой энергетики, 2004 г. - Текст: непосредственный.
10. Министерство энергетики РФ [сайт] -URL: http://www.mte.gov.ru. (дата обращения: 11.12.2012 г.). - Текст: электронный..
References
1. Analysis of the use of promising types of energy in the Republic of Tuva. Vestnik of the Tuvan State University. Technical and Physics and Mathematical Sciences. - 2012. No.3 (14). - Pp. 68-71. (in Russian) - Текст: непосредственный.
2. Tremasov V. A. Diesel-solar plant for electricity supply in remote areas of the Republic of Tuva. Energy: management, quality and efficiency of energy resources. Proceedings of the seventh All-Russian scientific and technical conference with international participation. Amur State University. - 2013. -Pp. 282-286. (in Russian) - Текст: непосредственный.
3. Kenden K. V. Methods of calculation of hydropower potential of the rivers of the Republic of Tuva. Vestnik of TuvSU. Technical and Physics and Mathematical Sciences. - 2012. - No.3 (14). - Pp. 68-71. (in Russian) - Текст: непосредственный.
4. Kenden K. V. Derivational small hydroelectric power plants for power supply of remote settlements of the Republic of Tuva. Vestnik of TuvSU. Technical and Physics and Mathematical Sciences. - Kyzyl, 2015.Issue.3. - Pp. 90-95. (in Russian) -Текст: непосредственный.
5. Determination of the characteristics of the drainage basin and the estimated flow
rate: Guidelines for practical training and diploma design of small road culverts for students majoring in 291 "Highways and Aerodromes" part-time and full-time education. Comp.by V. P. Gorbachev, V. L. Kormilitsyna. - Khabarovsk, Publishing house of Habar. - State Tech.Univ., 2003. - 35 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
6. Mainy Sh.B. On thermal calculation of sewer networks in conditions of deep seasonal freezing of soils. Actual problems of modern construction. The 63d international scientific-technical conference of young scientists. - St. Petersburg, 2010. - Pp. 247250. (in Russian) - Текст: непосредствен-
ный.
7. INSET. Design, serial production and installation of mini hydro and micro hydro Site [сайт] - URL: http://www.inset.ru/r/ index.htm (accessed: 11.12.2012). (in Russian) - Текст: электронный.
8. Blyashko Ya. I. Experience of ISTO inset on creation and operation of the equipment for micro- and mini- hydrapower stations. Technical base of small power engineering, 2004. (in Russian) - Текст: непосредственный.
9. The Ministry of Energy of the Russian Federation [сайт] - URL: http://www.mte. gov.ru. (in Russian) - Текст: электронный.
Кенден Кара-кыс Вадимовна, старший преподаватель Тувинского государственного университета, г. Кызыл, e-mail.ru: [email protected]
Kara-Kys Kenden, Senior Lecturer of Tuvan State University, Kyzyl, e-mail.ru: Kuca08@ mail.ru
Дата поступления статьи в редакцию 25.07.19
