CC BY
0Проблемы гидроэнергетики
УДК 621. 311. 21 (075.8)
А. А. ШАТАНОВ
СУ ЖИНАЦТАУ ЭЛЕКТР СТАНСАЛАРЫ ЖЭНЕ ТАБИГИ РЕСУРСТАРДЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАЛЬЩ ПАЙДАЛАНУ
ПРОБЛЕМАЛАРЫ
Су жинацтау электр стансалары (СЖЭС) тунг1 электр ЖYктемесi цулдырау кезецшде помпы цондыргысы кемеггмен жердщ 6uim белгiлерiнде су энергиясын жинацтап, KeuiH осы энергияны гидротурбина цондыргыларында энергия ЖYйесiнiц жуктеме графигiнiц толыц шыц белшегт цамтамасыз ету Yшiн пайдаланылады. Бул мацалада алгашкы рет СЖЭС-ын бегендерден жiберiлген энергетикалыц мацсаттагы, суды цайтарым-реттеу жэне жылу электр стансаларында жанармай Yнемдеу ушт цолдану усынылзан.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) применятся для аккумулирования водной энергии на высоких отметках земной поверхности с помощью насосной установки, работающей в периоды ночного провала электрической нагрузки и последующего ее использования на гидротурбинной установке для покрытия пиковой части графика нагрузки энергосистемы. Впервые предлагается использовать ГАЭС для компенсирующего регулирования попусков воды из водохранилищ энергетического назначения и экономии топлива на тепловых электростанциях.
Gidroakkumuliruyuschee power stations are used for integer of аkkumulation water power on high indicating the terrestrial surface by means ofpumping installation , working at periods of the night collapse of the electric load and the following her(its) use on gidroturbine installation for covering the peak part graphics loads of the power system.In article is for the first time offered use Gidroakkumuliruyuschee power stations for integer deducting regulations flows water from pondage energy purpose and spare fuel on heat power station..
Су жинацтау электр стансалары (СЖЭС) электр энергетика жуйесшщ жуктеме графипнщ электр тугыну мeлшерi аз мерзiмiнде теменп бъефтен (теменп бассейн, теменп езен, теменп кел ж.т.б.) жогаргы бъефке (жогаргы бассейн, жогаргы су цоймасы ж.т.б.) помпы цондыргысыныц ж^мысы арцылы белгш бiр су келемш жинацтап, электр
тутыну мeлшерi жогары мерзшшде жинакталган су келемш гидравликальщ турбина аркылы теменп бъефке агызу аркылы электр энергиясын eндiру максатында колданылады. СЖЭС курылыс курамы келеа: жогаргы бассейн, су кабылдагыш, тегеуiрiндi су кубыры, СЖЭС гимараты, теменп бассейн, сым электр тарату желiсi курылыс нысандарынан тирады (1-сурет).
География жэне геоэкология мэселелер1_
СЖЭС-тщ жогаргы бассейш биiк тебелерде, биiктiк белпс жогары сайларда (плотина к^рылысымен), езеннщ немесе бегеннiн биiк жагалауында, жылу жэне атом электр стансаларыныц су коймаларында ж.т.б. к¥рылады. Теменгi бассейн релш су коймасы, езен, кел ж.т.б. орындай алады. Кейбiр жагдайларда теменгi бассейн ретiнде жер асты куыстарын, мэселен ж^мысы токтатылган кемiр шахталарын карастыруга болады. Су жинактау электр стансалары ж^мыс аткару схемаларына сэйкес келесi Yш тYрге белшедц
бiрiншi TYрi, таза су жинацтау электр стансасы, тек жогаргы бассейнге жинакталган (помпы ж^мысы аркылы) су келемш электр энергиясын ендiруге (турбина ж^мысы аркылы) пайдаланады (2-сурет). Таза СЖЭС деп аталады;
2-сурет. Таза су жинактау электр стансасыньщ (СЖЭС) схемасы
екiншi TYрi, цосымша су жинацтау электр стансасы, жогаргы бассейнге помпы аркылы жэне косымша езен су агынымен жинакталган су келемш гидравликалык турбина аркылы электр энергиясын ендiруге пайдаланады (3 сурет,). Аралас СЭС-СЖЭС деп аталады;
Yшiншi TYрi, жекеленген су жинацтау электр стансасы, жогаргы бассейнге тегеуiрiнi темен жеке-дара орналаскан помпы кондыргысымен жинакталган су келемш тегеуiрiнi биiк жеке-дара орналаскан турбина кондыргысымен электр энергиясын ендiруге пайдаланады (3-сурет, б). Жекеленген су жинактау электр стансасы СЖЭС деп аталады. Егер жогаргы (ДЖБ) жэне теменп (ДТБ) бассейндердегi су денгейлерiнiн бшкпк белгiлерi белгiлi болса, онда гидравликалык турбинаныц тегеуiрiнi Нтурб. помпы тегеуiрiнен Нпомпы темен болады (Нтурб. < Нпомпы), Yйткенi СЖЭС турбиналык ж^мыс аткаруында (су кабылдагышта, тегеуiрiндi к¥бырда, жергiлiктi
Вопросы географии и геоэкологии
кедергшерде т.т.) косынды гидравликалык кему ~2Ькему статикалык тегеуiрiннен азайтылады Нтурб. = Нстат. - ЕИкему, ал помпылык ж^мыс аткарганда -статикалык тегеуiрiнге косылады Нпомпы = Нстат. + £Икему. Kазiргi уакытта ж^мыс iстеп т^рган СЖЭС-тiн (дYние жYзiндегi СЖЭС саны 200-ге таяу, ал олардыц косынды куаты 25,0 млн кВт-ка жуык) тегеуiрiнi 20,0 м-ден 1700,0 м аралыгында езгередi. СЖЭС-тщ тэжiрибелiк жагдайда аныкталган пайдалы эсер коэффициента (энергетикалык кондыгылары мен энергетикалык гидротехникалык к¥рылымдарыныц) ЦсэЖс = 0,70-0,75.
Казакстанда электр энергетика саласынын дамуы келемi кайталанбайтын органикалык жанармай заттарын пайдалануга негiзделген. Барлык жылу электр стансаларыныц (сондай-ак атом электр стансасыныц да), келiктiн энергетикалык кондыргыларыныц ж^мысы органикалык табиги жер байлыгын (кемiр, м^най, газ, биологиялык жанармай, атом) жагу Yдерiсiмен камтамасыз етiледi.
Бiрiншiден, б^л жагу Yдерiсi келесi экологиялык зиянды эсерiмен ерекшеленедi:
жагу YДерiсi аякталгандагы катты тYЙiршiктi калдыктарымен (атом стансасында радиациялык калдыктармен);
жагу Yдерiсi кезiнде атмосферага жэне гидросферага косымша жылу белiнуiмен;
жагу YДерiсi кезвде атмосферага кемiркышкыл газынын белiуiмен болады
3-сурет. Косымша (а) жэне жекеленген (б) су жинактау электр стансаларынын схемалары
2009. № 3-4
Барльщ катты тушршжт! жэне радиациялык калдыктарды жинактау, сактау жэне кайта ендеу проблемаларынан баска кешнп кезде климаттын жаhандык жылынуы экологиялык езектi мэселерiнiн бiрi болып саналады. ЖаИандык жылыну атмосферага косымша жылу жэне кемiркышкыл газы эсершен жер шарынын жылыну мелшерiнiн (кун сэулеа жэне баска жылу кездерiмен) «парник эсерЬ> деп аталатын диссипация (шашырандану) Yдерiсiнiн бэсендеуi салдарынан болатындыгы аныкталган. Осы «парник эсершен» кешнп жылдары жер шарынын теменгi атмосфера кабатынын температурасынын жылдык жогарылау жылдамдыгы эр жылда 0,0285оС шамасын курады деп есептеледi (2001 ж. дерек). Кейбiр елшемдер бойынша косымша жылу есептелген жагдайда атмосферанын жылдык температурасынын жогарылау жылдамдыгы эр жылда 0,07оС-ге дейiн кетерiлуi мYмкiн 0,07оС-ге дейiн кетершу1 мумкш деген болжам келпршедт деген болжам келпршеда. Эксперттердiн есептеуiне караганда атмосферага жылдык косылатын кемiркышкыл газынын 40%-жылу электр стансалары, 20% - транспорт, 13% -коммуналдык-турмыстык органикалык жанармай колданатын экономика салаларынын жумыс эрекеттершщ салдары болып есептеледi. ДYниежYзiлiк органикалык жанармай тутыну мелшерi 2030 жылга 60,0%-га (жыл сайын мунай тутыну мелшерi 1,4%, газ-1,7%, кемiр 1,6%-га кебейiп отырады) улгаюы мYмкiндiгiн ескерсек, жаhандык климаттын жылулану проблемасынын шешiмiн табу кезек кYттiрмейтiн мэселе болып табылады.
Казакстанда электр энергиясын ендiру каркыны келесi багытга езгерiп келедi: 2001 жылы-49,5 •Ю9 кВт^саг., 2003 жылы -63,7 •Ю9 кВт^саг., 2004 жылы -66,9 •109 кВт^саг., 2007 жылы -74,0 •109 кВт^саг., ал 2015 жылы -105^110^109 кВт^саг-тан (1990-жылгы денгей 104^109 кВт^саг. болган) асуы мумк1н. Егер осы электр энергиясы непзшде жылу электр стансаларында евддршетшш (88%-га дешн) ескерсек, келешекте Казакстаннын климаттын жаЬандык жылынуына косатын улес де кебейетш анык. Бiрак, дуниежузшк мемлекет- тердш кепшшп ратификациялаган Киот прото- колынын шешiмi электр энергиясынын жанармай жагу жолымен есуш шектейпш белгш. Сондыктан электр энергетика саласына келемi унемi кайталанып отыратын, климаттын езгеруше эсер етпейтш энергетика кездерш iздестiру жэне кен пайдалану шарттары койылып отыр.
Екшшщен, бул жагу процесiне электр стансаларынын куатынын электр энергетика
Проблемы гидроэнергетики ж^есш^ тэулiктiк жYктеме графипне сэйкес езгерiп отыруын тез камтамасыз ету талабы койылады. Осы талапка сэйкес электр стансаларынын куатынын езгерiмдiлiк кабiлетi келесi керсетк1штермен сипатталады:
- электр стансасынын агрегаттарын iске косу жэне токтату уакытымен;
- тутынушылардын электр энергиясын пайдалану тэртiбiне сэйкес электр энергиясынын жYктемесiн кабылдау жэне ажырау жылдамдыгымен;
электр стансасынын куатын реттеу аралыгынын N - N ■
1 v max mm
керсетк^мен — □=_ . 100%.
Nmüx
Казакстаннын энергетика жуйесшде жумыс аткаратын электр стансалары Yшiн жогарыдагы керсеткiштердi теменде керсетiлген деректерге сэйкес кабылдауга болады.
1ске косу уакыты:
СЭС (су электр стансасы) Yшiн, электр тутыну жYктемесiн толык кабылдау уакытын косканда -0,5^4,0 минут, ал ыстык-дайын тургысынан - 0,25 ■^0,5 минут;
- СЖЭС Yшiн, турбиналык жумыс тэртiбiнде электр тутыну жуктемесiн толык кабылдау уакытын косканда - 0,5^2,0 минут, ал ыстык-дайын тургысынан - 0,25 ^0,5 минут;
- ЖЭС (жылу) жэне АЭС (атом) Yшiн, электр тутыну жYктемесiн толык кабылдау уакытын косканда - 120,0^180,0 минут, ал ыстык-дайын тургысынан - 20,0 ^40,0 минут;
- ГТЭС (газды турбиналык электр стансасы) Ym^, электр тутыну жYктемесiн толык кабылдау уакытын косканда - 15,0^30,0 минут, ал ыстык-дайын тургысынан - 0,5 минут.
Токтату уакыты:
- СЭС жэне СЖЭС Yrn^ багыттау аппаратынын жабылу уакытымен - 0,25^0,5 минут;
- ЖЭС, АЭС жэне ГТЭС Yrni^ тэулж iшiнде жумысын токтату мYмкiн емес.
Реттеу аралыгынын керсетшштерг
- СЭС Yшiн, бiр тэулш iшiнде куаты 0-ден толык куатына дейiн езгере алады, ;
- СЖЭС Yrni^ бiр тэулiк шщде, турбина жэне помпы жумыс тэртштерш косканда, куаты 0-ден толык куатына дешн езгере алады;
- ЖЭС жэне АЭС Y^rnm, бiр тэулж iшiнде куаты 50,0^70,0% - нан толык куатына дейiн езгере алады;
- ГТЭС Yrnrn, бiр тэулш iшiнде куаты 10,0%-нан толык куатына дешн езгере алады, .
География жэне геоэкология мэселелерг_ Су электр стансаларынын, экологиялык таза, келемi кайта толыктырылып отыратын су энергиясын пайдалануы жэне жумыс тэртiбiн тез езгерте алатын мYмкiндш (эсiресе СЖЭС-тiн), оларды электр энергетика жYЙесiнде келесi багыттарда колдану тиiмдiлiгiн тугызады:
электр энергетика жYЙесiнщ тэулiктiк электр жYктеме графипнщ толык шын белшегiн камта-масыз етуге;
электр энергетика жYЙесiнiн электр жYктемеriц каркынды езгеруiнде (тутынушылар косылып-ажыраган кезде куаттын кыска мерзiмде жогарылауы мен темендеуi) куат мелшерш реттеуге;
апаттык жагдайда электр энергетика жYЙесiн куатпен тез камтамасыз етуге жэне сым электр тарату желiсiнде электр топнщ жиiлiгiн (50,0 Герц) теракты устауга;
электр энергетика жYЙесшде реактивт куат жэне энергия кезi релш аткаруга;
ЖЭС жэне АЭС-тiн жумыс тэртiбiн турак-тандыруга (эсiресе су жинактау электр стансасы) жэне косымша жанармай Yнемдеуге.
Су жинактау электр стансалары электр энергетика жYЙесiнде келес максаттарда колданылады: тэулiктiк электр жуктемесшщ толык шын белшегiнде жумыс iстеуi Yшiн;
тэулiктiк электр жYктемесiнiн тунп сагаттар-дагы минимумын жогарлату ушш;
тез iске косылып кыска мерзiмде жумыс ю-тейтiн апаттык резерв Yшiн;
электр энергетика жYЙесiн соб ф керсеткiшiн жаксартып, синхронды компенстор ролш аткару Yшiн.
СЖЭС-тi электр энергетика жуйесшде тYнгi жYктеме аз мерзiмiнде помпы тэртiбiнде жумыс ютеп, тYнгi минимумды жогарылатады жэне кешi жуктеме жогары мерзiмiнде турбина тэртiбiнде жYмыс iстеп, кешю максимумды темен- детед1 де жылу жэне атом электр стансаларынын жумысын тэулiк шщде бiркалыпты аткаруына себеп болады (4-сурет).
Вопросы географии и геоэкологии Электр энергетика жуйесшде жылу (атом) электр стансаларынын Yлесi жогары елдерде (Ка-закстанда 88% курайды) ЖЭС-тiн агрегатындагы техникалык минимум деп аталатын ыстык-бу пара-метрлерi тунп тутынушылардын жуктемесшен жогары болуы жш кездеседь Бул жагдайда тунп сагаттарда помпы кондыргысынын жумысы жылу электр стансаларынын техникалык шектеулi жумыс тэртiбi камтамасыз ете алады. Сонымен катар, электр энергетика жуйесшщ тэулiктiк жуктеме графип курт жогарылайтын болса (куат- ты тутынушылар бiршен сон бiрi тез косылганда), жуктеме графипнщ жогарылау жылдамдыгынан жылу электр стансаларынын куатынын жогарылау жылдамдыгы темен болуы мумкiн. Бул жагдайда, электр тепнщ сапасын сактап туру ушш (ток жиiлiгi 50 Герц) СЖЭС энергетика жуйесшщ жуктеме графипнщ жогарылау бары- сында турбиналык тэрпбшде жумыс ютей бастайды. Керiсiнше, жылу электр стансаларынын агрегаттарынын куатынын темендеу жылдамдыгы электр тутынушылар жYктемi графигiнiн темендеу жылдамдыгынан аз болуы мумкш Бул жагдайда, электр топнщ сапасын сактап туру ушш (ток жишш 50 Герц), тутыну жуктемес темендей бастаганда СЖЭС помпы тэрпбшде жумыс iстей бастайды (5-сурет). СЖЭС-тщ бiр тэулiк iшiнде 2-5 сагат турбиналык тэртiбiмен, 6-7 сагат помпы тэртiбiмен жумыс iстеуi экономикалык тиiмдi болады. Сонымен СЖЭС-тiн жумыс тэртiбi жылу электр стансаларынын жумысын келесi себептермен жаксарта алады:
жылу электр стансасынын тэулжпк жуктеме графипнщ минималды магнасын жогарылатып, максималды магнасын темендету;
жылу электр стансасынын жуктеме графипнщ жогарылау жэне темендеу жылдамдыктарын баяулату.
Кортындылай келгенде, СЖЭС-тiн жумысы нэтижесiнде жылу электр стансаларынын жумыс тэртiбi бiркелкшенедi де меншжп (1 кВт куатына шаккандагы) органикалык жанармай шыгыны
4-сурет. СЖЭС тэул1ктж жумыс тэрт1б1. 1 — помпы жумыс тэртсбц 2 — турбина жумыс тэрт1б1
5-сурет. СЖЭС тэулжтж жумыс тэрпб1. 1 - помпы жумыс тэрпбц 2 -турбина жумыс тэрпб1
2009. № 3-4
азаяды жэне энергетика жYиесiне экологиялык таза электр энергиясын ендiрiп, жылу электр стансаларынын кажетп куатын темендетедi.
Су электр стансасыныц Yлесi жогары елдердiн (Кыргызстан, Тэджшстан т.т.) электр энергетика жYЙесiнде СЖЭС-т пайдаланган жагдайдагы энергетика жYЙесiнiн тэулжпк жуктеме графигiнiн бiркелкшенуi, осы жуктеме графипн камтамасыз ететiн СЭС-тiн су коймасында жинакталган пайдалы су келемшщ (эсiресе кешендi су коймаларынын) тiимдi жумсалуына эсер етедi. Мэселен, Кыргызстанда Нарын ез. кепжылдык су агымын реттейтiн кешендi (электр ендiру, суармалы жерлер т.т.) су коймасымен жабдыкталган Токтагул СЭС-1 орналаскан. Токтагул СЭС-тщ орнатылган куаты N = 1200,0 МВт, есептемелж тегеуiршi Нест = 170,0 м, энер- гетикалык кондыргыларынын (турбина-генератор) пайдалы эсер коэффициент пэк = 0,85 бол- ганда, Кыргызстан электр тутынушыларынын (келiмiс шарт бойынша баска да елдердщ тутынушылары болуы мумшн) кыскы тэулiктiк графигiнiн кешы максималды магнасын толык камтамасыз ету максатында Токтагул СЭС-1 бiр тэулiк iшiнде 2—3 сагат мерзiмiнде барлык орнатылган куатымен жYмыс iстегенде, гидравлика-лык турбиналарынын максималды агынды су шыгыны Qmax „¡¡¡уж келес магнада есептеледi
N.
ори
1200000
9МНесеп1]ък 9,81-170-0,85 = 846,5 м3/с = 800,0-850,0 м3/с.
Кыргызстаннын электр энергетика жуйесшщ тэулiктiк жуктеме графипнщ минималдык коэффициентiн в = 0,35-0,5 аралыгында кабыл-дасак (в = 0,35 — экономика саласында элеумет-тж-турмыстык тутынушылар Yлесi ауыр-енеркэсш тутынушыларынан басым болганда; в = 0,5 — элеумет- пк-турмыстык тутынушылар улес ауыр-енеркэсiп тутынушылары Yлесiмен катарлас болганда), тYнгi тутынушылар аз 4-6 сагат мерзiмiнде Токтагул СЭС-тщ гидравликалык турбиналарынын агынды су шыгыны келеа магнада есептеледi
Р.
М1т.тэ>.г/лг
р-п
ори _
(0,35 - 0,5) - 1200000 9,81-170-0,85
= 296,3 + 423,3 = 300,0^450,0 ы3/с.
Кыскы мерзiмде бiр тэулiк iшiнде Токтагул СЭС-тiн теменп бъефшде 300,0-ден 800,0 м3/с
Проблемы гидроэнергетики аралыгында агынды су шыгыны калыптасады. Бул жагдай, бiрiншiден, Казакстанда Сырдария езенiнiн бойында (Нарын езеш Сырдария езенiнiн косымша саласы болгандыктан) кыскы таскын су пайда болуына; екiншiден, Токтагул кепжылдык су коймасынын пайдалы келемшщ интен- сивт жумсалуына экелш согады. 2003—2005 жыл-дардагы Токтагул су коймасынан электр энергиясын тутынушыларды камтамасыз ету максатында теменп бъефке агызылган су келемшщ кептшнен (500,0Л700,0 м3/с) Казакстанда Сырдария езенiнiн бойында таскын суы каптап, экономикалык зиянга ушыратканы белгш. Сонымен катар, бул жылдары Токтагул бегеншщ пайдалы келемi толык жумсалып, ал келес келетш жыл- дар су тапшылык жылдары болса, онда Токтагул бегеншщ пайдалы келемш жинактап-толыктыру мумк1н болмай шыгады да, Кыргызстанда кыскы электр энергия тапшылыгы пайда болады, ал Казакстанда жазгы суару су келемi азаяды.
Екiншi бiр мысал, Казакстанда Ертiс ез. кепжылдык су агымын реттейтш кешецщ (электр ен-дiру, су тасымалдау жолы, балык шаруашылыгы т.т.) су коймасымен жабдыкталган Буктырма СЭС-1 орналаскан. Буктырма бегеiнен пайдалы келемi кыскы мерз1мде электр энергиясын толык ендiру максатында кеп жумсалу салдарынан, кектемп мерзiмде теменп бъефке су агызу келемi азаюы мумкш. Бул жагдай Буктырма бегешен темен орналаскан Ерпс ез. бойындагы ауыл ша-руашылыгына, сондай-ак, балык шаруашылыгы- на пайдаланатын су жайылым алкаптарынын кектемп суландыру денгешнщ темендеуше се- беп болады да, мал жайылым ешмдшгш жэне балыктардын урыктаныпесу жагдайларын нашарлатады. Кепжылдык кешендi бегендерi бар энергетикалык су имараттарын пайдалануда СЖЭС жогарыдагы кемшшктердi болдырмауга себеп болады, уйткеш СЖЭС энергетика жуйесшщ тэулiктiк электр жуктеме графипнщ тунп ми- нималды мерзiмiнде жылу электр стансаларынын электр энергиясын пайдаланып, помпы жумысымен жогаргы бъефке су келемш жинактайды да, тэуткпк электр жYктеме графигiнiн кешк1 максималды жуктеме мерзiмшде СЭС-тiн орнына электр энергиясын ендiрiп, онын кыскы агынды су шыгынын азайтады, демек бегенде белгiлi су келемi сакталып калады жэне СЭС-тiн жумыс тэртiбi бiркелкшенедi.
Су жинактау электр стансаларынын непзп керсеткiштерi электр энергетика жYЙесiнiн тэу-лiктiк жYктеме графигiнiн толык шыц белшегiнде жумыс iстей алатын конденсациялык жылу электр
География жэне геоэкология мэселелерг_ стансаларынын, (КЭС), газды-турбиналык электр стансаларынын, (ГТЭС) жэне су электр стансаларынын (СЭС) кeрсетыштерiмен техника-эко-номикалык салыстыру непзшде аныкталады. СЖЭС-тщ непзп керсетыштерк турбиналык жумыс тэртiбiндеп тэулiктiк жуктеме графигiнiн шын бeлшегiндегi максималды куаты (ЫЖЭС) жэне eндiрiлетiн электр энергиясы (ЭСЖЭС);
помпылыц жумыс тэртiбiндеп тэулжпк жуктеме графигiнiн базис жэне жартылай шын бeлшегiндегi максималды куаты (аПОМ) жэне тутынатын электр энергиясы (ЭПОм);
СЖЭС-тiн пайдалы эсер коэффициентi (псЖЭс); су жинактау тэулiктiк коймасынын пайдалы
келемi ^^а«);
СЖЭС-тiн турбиналык жэне помпылык жумыс тэртiптерiндегi жумыс аткару уацыттары.
Электр энергетика жуйесшщ тэулшпк жуктеме графигiнiн электр стансалардын (ЖЭС, СЭС, СЖЭС ж.т.б.) жумыс тэрпбшщ келес варианттарын царастыруга болады:
бiрiншi вариант, жылу электр стансалары (ЖЭС) тэулштпк жуктеме графигiн толыгымен цамтып жумыс iстейдi, демек электр энергетика жуйесшде орнатылган ЖЭС-тiн куаты М,рнЖЭС = ^ЖЭС, ал эпом = эсжэс = 0-ге тец болады (6-сурет). Бул жагдайда ЖЭС тэулшлтк жуктеме графигiнiн толык жэне жартылай шын белшектершде eзгерiмдiгi жогары куатпен жумыс аткаруга мэжбур болады. Сонын салдарынан ЖЭС-те жанармай теменп тшмдшкпен пайдаланылады да, eндiрiлетiн электр энергиясынын езшд1к куны жогары болады;
екiншi вариант, жылу электр стансалары (ЖЭС) тэулж iшiнде туракты куатпен жумыс аткарады,
Вопросы географии и геоэкологии ал тэулжпк жуктеме графигiнiн жогаргы бeлшегiн су жинактау электр стансасы (СЖЭС) камтамасыз етедi, демек электр энергетика жуйесшде
орнатылган ЖЭС-тщ куаты Ыжэс = Ы2,ал эжэс=эПОм . пСЖЭСтен болады (6-сурет). Бул жагдайда iрi бiрiккен энергетика жYЙесiнде су жинак ал сжэс орн тым улкен магнада болады жэне баска су электр стансаларына тек базистж жумыс орны тшст болып калады. Сондыктан екiншi вариант тэж1рибелш тургыда сирек колдану табады;
ушiншi вариант, жылу электр стансалары (ЖЭС) жэне су жинактау электр стансалары (СЖЭС) электр энергиясынын тэуткпк жYктеме графипнщ езара тшмдi орналасады. Бул жагдайда жылу жэне су жинактау электр стансаларынын электр энергиясынын тэулшлк жYктеме графигiнiн орналасуынын эртурлi варианттарын езара тех-ника-экономикалык салыстыру есептемелерi нэтижесi
бойынша тэулiктiк жYктеме графипнщ накты жумыс аткару орындары аныкталады. Су жинак- тау электр стансаларын (СЖЭС) жобалауда олар- дын келес езше тэн ерекшелжтерш ескермеуге болмайды:
су электр стансаларымен (СЭС) салыстыр- ганда су жинактау электр стансаларынын (СЖЭС) курылысына жумсалатын капитал (инвестиция) мелшерi бiршама темен болады (кесте). Егер СЖЭС-тщ орнатылган 1 кВт куатына жумсала- тын меншшп капитал мелшерш 100% деп кабыл- дасак, онда, шет елдердщ деректерi бойынша, СЭС-ке жумсалатын меншшп капитал 211 %-д^1 курады. Демек орнатылган куаттары бiрдей СЖЭС-ке жумсалатын капитал мелшерi СЭС-ке жумсалатын капитал мелшершен 2^3 есе аз болады;
су электр стансаларымен салыстырганда (СЭС) СЖЭС-те жол жэне имараттар орналасуына шек-тетшетш жер ауданы ете темен болады (кесте);
жылу электр стансаларымен салыстырганда (ЖЭС) су жинактау электр стансасы (СЖЭС) экологиялык таза жэне экономикалык тшмд1 болады.
Су жинацтау электр стансасыныц жумыс атцару тэрт1б1. Помпылыц жумыс тэрпбшде СЖЭС-те орнатылган помпы агрегаттарынын цуаты келесi формуламен есептеледi:
N
ПОМ _ %8ЮПомНпом
Пэ
(1)
6-сурет. ЖЭС жэне СЖЭС тэулжтж жуктеме графигiндегi бiрiгiп жумыс атцару схемалары
Жумсалатын царжы ГYрлерi Орнатылган 1 кВт куатка жумсалатын меншiктi каржы, %
СЖЭС СЭС ЖЭС
Энергетикалык кондыргылар
((турбина, помпы, генератор, трасформатор ж.т.б.) 49,0 24,0 72,0
Гидротехникалык имараттар 42,0 60,0 10,0
Курылыс бeлшегi (гимараттар) 8,0 8,0 18,0
Жол жэне имараттар (гидротехникалык имараттар, су цоймалары,
гимараттар ж.т.б.) орналасуына шектетшген жер ауданы <1,0 8,0 <1,0
мунда Qпом - помпы цондыргысымен жогаргы бассейнге цотарылатын агынды су шыгыны; Нпом -помпы цондыргысынын тегеуiрiнi,
Нпомп = Нст + 2 Ькему (2 сурет); Пэ.к.пом. - помпы
энергетикалыц цондыргыларынын (помпы жэне электр цозгалтцыш) пайдалы эсер □ коэффициентi
(п.э.к.), Пэ.к.пом. = Лпом. + Пэл.козг. .
Помпы су энергетикалыц цондыргысынын
. о ПОМ г . .
тутынатын электр энергия мeлшерi Э белгiлi
болгандыцтан (тэулiктiк жYктеме графигiнен) жогаргы бассейннщ пайдалы су кeлемiн келесi тендеуден таба аламыз:
Э
ПОМ
1
w„„
367,2
f H п • dW (2)
J пом lэ.к.пом V '
Егер Hпом = сопst жэне Л.™ = со™1 (орташа магналарын кабылдаганда) болатынын ескерсек:
367,2Э - (3)
W =
пайд
H ,,
Л
пом пэ.к.пом
Турбиналык жумыс тэртiбiнде СЖЭС-те орнатылган турбина агрегатгарынын куаты келесi формуламен есептеледi:
7-сурет. СЖЭС-тщ электр энергиясын тутыну жене ендару балансы (Вианден СЖЭС деректер1 бойынша, Люксембург). Н1 — трансформатор п.е.к.; п2 — электр козгалткыш п.е.к.; п3 — помпыньщ п.е.к.; п4 — тегеу 1рщд1 кубырдын п.е.к; п5 — турбинанын п.е.к.; п6 — генератордын п.е.к.
N
СЖЭС
9,81^турбН турбЛэ.к.турб
(4)
мунда Qтур6 - турбина цондыргысынын тeменгi бассейнге агынды су шыгыны; Н б - турбина
цонд^1рГысыныН тегеуiрiнi, Нтурб = Нст Ькему
(2 сурет); Цэ ктурб - турбина энергетикалыц цондыргыларынын (турбина жэне генератор) пайдалы эсер коэффициент (п.э.к.),
П э.к.турб ПтурбПгенер .
Турбина су энергетикалыц цондыргысы eндiретiн
СЖЭС
электр энергия мeлшерi тендеумен аныцталады:
ЭС
тeмендегi
Э
СЖЭС
1
367,2
W пайд
:fH
турб Л
э.к.турб
Егер НтуРб = comt (орташа магналарын ескерсек:
жэне
• dW (5)
= const
Л э.к.турб
кабылдаганда) болатынын
ЭС
W Н Л
пайд турб I э.к. турб
367,2
(6)
Турбиналыц жумыс тэртiбiнде СЖЭС бiр тэулiк iшiнде 2-5 сагат жумыс ютегенде, бiр жыл iшiнде
СЖЭС
орнатылган цуатпен N жумыс iстеу уацыты 1000^1500 сагат мeлшерiн цурады.
Помпылыц жумыс тэртiбiнде СЖЭС бiр тэулж iшiнде турбиналыц жумыс тэртiбiмен салыстырганда узац мерзiм (6-7сагат) жумыс ютейтшджген, турбинанын агынды су шыгыны помпынын агынды су шыгынынан жоГары ^турб = ^омп X ЗЛ, сонын салдарынан, турбина жумыс тэртiбiндегi цосынды гидравликалыц тегеуiрiн кемуi помпы жумыс тэртiбiндегi цосынды гидравликалыц тегеуiрiн кемуiнен кеп болады.
Толыц шындыц су жэне су жинацтау электр стансаларынын (СЭС, СЖЭС) Алмания мемлекетiнiн жеке Аймацтыц энергетика жYЙесiнiн тэулiктiк жYктеме графипндеп жумыс атцаруларынын жылу жэне атом электр стансаларынын (ЖЭС, АЭС) тэуткпк жYктеме графигiндегi жумыстыц тэртiбiне тиiмдi эсерiн мысалга келтiруге болады (8 сурет). Егер осы тэуткпк жYктеме графиктi тек ЖЭС (АЭС) цамтамасыз ететiн
География жэне геоэкология мэселелер1
Вопросы географии и геоэкологии
8-сурет. СЖЭС жэне СЭС катысуымен
Алмания энергетика жуйесшщ тэулжтж электр жуктеме графип
болса,онда тэулжпк графиктiн жYктеме толыктык коэффициентi магнасын курады, ал тэулжпк жYктеме графигiнiн толык шын белшепн СЖЭС жэне СЭС камтамасыз еткен жагдайда тен болып, жылу электр стансаларынын (ЖЭС, АЭС) тэулiктiк жумыс тэртiбi бiркелкiленедi.
Казакстанда электр энергетика жYЙесiн жетiлдiру жэне су корын тиiмдi пайдалану максатында келесi усыныстарды атап ету кажет:
- Казакстаннын барлык территориясын камтыйтын жэне бiрiмен-бiрi туйык-шенберлi сым электр тарату желiсiмен (СЭТ) косылган эртYрлi электр стансаларын (ЖЭС, АЭС, ГТЭС, СЭС, СЖЭС) куратын БYкiлказакстандык бiрiккен энергетика жYЙесiн куру;
сэйкес куатынын жогары езгерiмдiлiгiмен жумыс iстей алатын су электр стансаларынын (СЭС) курылысын дамыту;
- кепжылдык су агымы реттелген коймаларымен жабдыкталган iрi энергетикалык кешендi гидротYЙiннiн (Казакстанда - Буктарма СЭС, Капшагай СЭС; Кыргызстанда -Токтагул СЭС) пайдалы су келемiн экономика жэне экология талаптарына сэйкес тиiмдi пайдалану. Мэселен, жогарыда аталып кеткен Токтагул СЭС-тщ су коймасынын пайдалы келемш тиiмдi пайдалану Кыргызстанда Талас ез. бойында салынган су коймасында арнайы СЖЭС-тiн курылысын орныктыру жолымен юке аса алады (9 сурет). Киров су коймасынын жогаргы биiктiгiнен помпы кондыргысымен Казакстандагы Жамбыл ЖЭС-тiн тYнгi электр жYктемесi темен кездегi электр энергиясын пайдаланып, койманын биiк
9-сурет. Жекешеленген Киров СЖЭС-1н жобалау схемасы. 1 — плотина; 2 — Киров су коймасы; 3 — электр козгалткыш; 4 — Кдзакстан Жамбыл ЖЭС-тен сым электр тарату желю1; 5, 7 — тегеу1ршд1 кубырлар; 6 — жогаргы бассейн; 8 — Кызгызстан электр энергетика жуйесше косатын сым электр тарату желю1; 9 — генератор
жагалауында орналаскан жогаргы бассейнге есептi мелшердегi су келемi жинакталады. Осы жинакталган су келемi Кыргызстанда кешк1 электр жуктемеа жогары кезде турбина кондыргысымен электр энергиясын ендiруге жумсалады. Киров СЖЭС -тщ жумысы Казакстанда Жамбыл ЖЭС-тщ тэулiктiк электр жYктеме графигiн тYнгi минимумды жогарылату жолымен бiркелкiлендiредi,
Кыргызстанда тэулiктiк электр жYктеме графигiнiн кешш толык шын белшегiн темендетiп, Токтагул су коймасынан агынды су шыгынын азайтады. Осынын нэтижесiнде Жамбыл ЖЭС-те жанармай Yнемденiп, электр энергиясынын езщдгк куны темендейдi, ал Токтагул СЭС-те пайдалы су келемi Yнемденiп, жазгы вегетация кезiнде баска максатта колдану таба алады. Сондай-ак, уксас жекешеленген СЖЭС-тi Буктарма, Капшагай су коймаларына пайдалану мYмкiндiгiн жокка шыгаруга болмайды;
Караганды индустриалды облысында электр энергиясынын муктаждыгы, эсiресе, аймактык тэулiктiк электр жYктеме графигiнiн толыктык коэффициентiнiн темен магнасы Караганды каласында жылу электр стансасымен (ЖЭС) бiрге су жинактау электр стансасын (СЖЭС) куруды усынудын негiзi бола алады (10 сурет). Бул
10-сурет. Теменп бассейт жер астында орналаскан ЖЭС-СЖЭС кешенд1 курылыс схемасы. 1 — су кабылдагыш; 2 — тегеу 1рщд1 кубыр; 3 — СЖЭС гимараты; 4 — турбина-помпы кондыргысы; 5 — теменп бассейн; 6 — бутш жер белшектер 1; 7 — галереялар; 8 — электр тарату шахтасы; 9 — ЖЭС гимараты; 10 — электр тарату кондыргысы; 11 — жук тасымалдау шахтасы; 12 — аэрация шахтасы
ЖЭС-СЖЭС кешенше су канал аркылы жеткiзiедi де су кабылдагыштан 1 етш тегеуiрiндi кубыр 2 аркылы жер астында орналаскан СЖЭС гимаратындагы 3 турбина-помпы кондыргыларында 4 пайдаланылады. Теменгi бассейн 5 аэрация шахтасымен 12 жабдыкталган, аралары бYтiн калдырылган жер белшектерiмен 6 белшген, жер астындагы галереялар 7 жуйесш курады. СЖЭС электр тарату желiсi вертикал орналаскан электр тарату шахтасымен 8 жер бетшде орналаскан ЖЭС-тiн 9 электр тарату жетсше 10 косылады, ал курылыс-монтаж жэне жендеу жумыстары вертикал жук тасымалдау шахтасы 11 аркылы журпзшеда. Бул жылу жэне су жинактау электр стансаларынын езара орналасу схемасында сым электр тарату желiсi кыскарады, ЖЭС-СЖЭС кешенiнiн кыскы мерзiмдегi жумыс YДерiсi жаксартылады, курылыс-монтаж жумыстары бiр жерде орындалатындыктан косымша каржы (жол жуйесше, курылыскакажетп коммуникацияларга ж.т.б.) Yнемделедi. Сондай-ак, эдетте жер астынын грунтыньщ кепшiлiк жерде бiрдей-катты жартасты болатындыктан, шет елдерде салынган жер асты СЖЭС-тш жобаларын пайдалану мYмкiндiгi туады.
Казакстанда атом энергетикасынын даму багдарламарына сэйкес жер асты су жинактау электр стансасын (СЖЭС) атом электр стансасымен (АЭС) бiрге орналастыру кажет деп тужырымдауга болады. Мэселен ¥лыбританияда куаты 300 МВт куратын Фестиниог СЖЭС-i атом электр стансасымен бiрге жобаланган. Бул АЭС-СЖЭС кешендi курылыс схемасы жогарыдагы 10 суреттегi ЖЭС-СЖЭС кешендi схемасына уксас болады.
ЭДЕБИЕТ
1. Гидроэлектрические станции / Под ред. Ф. Ф. Гу-бина. М.: Энергия, 1972. 50 с.
2. Гидроэнергетические установки / Под ред. Д. С. Ща- велева. Л.: Энергия, 1972. 301 с.
3. Шатанов А.А., Касенов К.М., Тажигулова Б.К. Энерго-экономические вопросы защиты от чрезвычайных ситуаций в зоне Нарын-Сырдарьинского бассейна // Труды 6-й международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности». Алматы: КазНТУ, 2004. Ч. II. 122 с.
4. ШатановА.А., ТажигуловаБ.К., КукановРА. Экологические аспекты проблемы использования ресурсов рек Нарын-Сырдарьинского бассейна // Вестник КазГАСА. Алматы, 2004. № 3-4. 213 с.
