16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/289/7510671.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 05 (289) март 2016 года

О перспективе строительства Копорской ГАЭС

Наука и новые технологии Владимир ЖИЛЕНКОВ, Александр НОВОЖИЛОВ
Загорская ГАЭС – наиболее мощная действующая станция подобного типа в России

В прошлом году исполнилось сто лет со времени появления первой в мире гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС), построенной в Швейцарии.

Инженер Г. В. Климович в «Известиях ВНИИГ им. Веденеева» за 1933 год отмечал, что «гидронасосное аккумулирование зародилось из стремления использовать сбросные воды не обладающих суточным регулированием низконапорных гидростанций для покрытия пиков нагрузки, перерастающих их (гидростанций) установленную мощность. В период минимальных нагрузок, не загружающих полностью установленную мощность гидростанций (по ночам), энергия сбросных вод используется для перекачки некоторого количества воды в высокорасположенный резервуар, откуда в часы пиков вода сбрасывается вниз через специальные высоконапорные турбины, возвращая, таким образом, сакку­мулированную ранее энергию за вычетом потерь».


Из истории

Первой энергетической установкой подобного рода стала установка Руппольдинген при гидроэлектростанции Ольтен-Аарбург на реке Ааре. Построенная в 1904 году, установка сразу показала хороший коэффициент полезного действия и высокую экономичность. При объеме верхнего резервуара в 12 000 м3 и возвышении его над нижним (подводящим каналом гидростанции) на 315 м, установка при однократном опорожнении верхнего резервуара могла отдавать до 8000 кВт-ч при мощности в пике порядка 550 кВт.

Дальнейшей модификацией идеи гидравлического аккумулирования была перекачка воды из нижнего бьефа обладающей суточным (или сезонным) регулированием гидростанции в верхний ее бьеф за счет сбросной энергии других гидростанций, не обладающих возможностями регулирования, или энергии тепловых электростанций в часы их недогрузки. Примером подобного рода гидростанции может служить построенная в 1928 году установка Хэмфурт II при плотине Эдер с установленной мощностью 23 100 кВт при напоре 30 м.
«Чужой ток» может применяться также и для перекачки из верхнего бьефа, не обладающего достаточной регулирующей емкостью, в вышерасположенный резервуар большой емкости. Крупнейшим примером в то время могла служить установка Мург-Шваарценбах в Бадене. Она обладала мощностью турбин в 35 000 л.с. при напоре 140 м и 62 500 л.с. при напоре 357 м и насосов в 19 900 кВт при высоте накачки 239 м (357‑140 + потери).

Наконец, гидроаккумулирующими установками в «чистом виде» могут быть названы появившиеся в Германии установки, не использующие никакого естественного потока, а предназначенные исключительно для аккумулирования энергии тепловых станций (или отбросной энергии гидростанций) путем переменного перемещения постоянного объема воды между двумя искусственными резервуарами, расположенными на местности с возможно большей разностью высот при наименьшем удалении друг от друга.


Достоинства гидроаккумулирования

Предпосылкой для появления таких установок послужил чрезвычайный рост пиков нагрузок в объединенных районных сетях, не имеющих пиковых гидростанций, с естественным аккумулированием притекающей воды и возможности сосредоточить выработку пиковой энергии в центре энергопотребления.

Очевидны были достоинства гидроаккумулирующих электростанций:

1) легкость маневренности установки как при зарядке (накачке), так и при обратной отдаче энергии;
2) полное отсутствие потерь энергии в состоянии покоя;
3) обеспечение крупного моментального резерва в энергосистеме;
4) более длительные сроки амортизации оборудования (до 25 лет), чем при других видах аккумулирования;
5) удешевление и улучшение использования линий передач;
6) возможности использования моторов установки в качестве синхронных компенсаторов.

Указанные особенности гидроаккумулирующих установок приводят к тому, что они обычно становятся ведущими в энергосистеме, предназначенными для поддержания в сети постоянной частоты и для регулирования мощности. Главнейшим обстоятельством благоприятного размещения гидроаккумулирующих установок в близости к центру потребления являются топографические условия местности.


В помощь атому

В связи с появлением в конце ХХ века атомных электростанций роль гидроаккумулирования резко возросла. По мнению советника председателя правления ОАО «РусГидро» С. Лащенова, без ГАЭС бессмысленно строить атомные станции. Других эффективных способов аккумулирования человечество пока не изобрело. Поэтому строительство ГАЭС – стратегическая задача.

В силу обозначившихся в последние годы затруднений в обеспечении растущего энергопотребления, а также практически полного исчерпания гидроэнергетического потенциала в европейской части страны резко возрастает потребность в специальных маневренных мощностях, которая может быть удовлетворена путем строительства гидроаккумулирующих станций. Так, согласно «Основным положениям ОАО «Федеральная гидрогенерирующая компания» на перспективу до 2020 года спрос на увеличение установленной мощности ГЭС и ГАЭС связан с необходимостью регулирования нагрузки и обеспечения надежности ОЭС Центра, особенно в европейской части России, где основную часть в балансе мощностей составляют низкоманевренные мощности на атомных и тепловых электростанциях.

Вместе с тем известно, что  в странах со значительной долей атомных электростанций в структуре энергосистем технологические ограничения, определяющие режим их работы, во многом преодолеваются благодаря наличию в системе гидроаккумулирующих станций. Во Франции их доля составляет 10 процентов от мощности АЭС, а в Японии до 30 процентов. То же самое можно сказать и в отношении условий эксплуатации маломаневренных мощных ТЭС. Тем более что в оте­чественной энергетике укрупнение единичных мощностей агрегатов вступает в противоречие с маневренностью энергосистем, уменьшая их способность быстро изменять мощность без потери качества и надежности энерго­снабжения.

Существующий опыт дает все основания судить об эффективности энергокомплекса в составе крупной АЭС (ГЭС) и ГАЭС.
В этой же связи можно вспомнить предложение «Мособлгидропроекта» создать Курский энергетический комплекс в составе эксплуатируемой Курской АЭС и ГАЭС с тремя-четырьмя обратимыми насос-турбинами, общей мощностью 465 МВт, при перепаде уровней воды в бассейнах немногим больше 80 м.


Особенности месторасположения

Выдвигаемое предложение о строительстве Копорской ГАЭС аналогично приведенному выше и также может рассматриваться в качестве эффективного решения. Основаниями для образования в крупном и дефицитном по энергопотреблению регионе энергокомплекса с участием ГАЭС в составе Сосновоборской АЭС являются благоприятные природные факторы (редкие для Ленинградской области возможности обеспечения напора не ниже 120‑130 метров), а также использование действующей инфраструктуры развитого региона.

Для Копорской возвышенности характерны абсолютные отметки поверхности 140‑145 м, фактические перепады высот по отношению к сопряженной с ней пойме реки Воронки 110‑120 метров, а также достаточно крутое падение склона в сторону речной поймы. Вся возвышенность сложена прочными песчаниками и известняками. В близких пределах ее обширной территории существует ряд болот и небольших озер, из которых самое крупное и самое близкое к возможному месту размещения верхнего бассейна – озеро Заозерское. Такая гидрогеологическая ситуация свидетельствует о вполне хорошей водоупорности покровных пород всего массива возвышенности, в связи с чем могут рассматриваться и конструктивные решения экранирования дна верхнего бассейна предлагаемой ГАЭС.

Перспективность строительства

Для типичных в средней полосе европейской территории России величин напоров ГАЭС 100‑110 м на перспективных площадках строительства удельная водоемкость бассейнов составляет около 4 м3 / кВт-ч.

Поэтому для Копорской ГАЭС мощностью, например, 1000 МВт при использовании ее в пиковой части графика нагрузки энергосистемы продолжительностью 4‑5 часов в сутки необходима полезная емкость верхнего бассейна 16‑20 млн. м3. Тогда, при ориентировочной высоте в 5 м полезной призмы опорожнения бассейна в рабочем цикле, площадь зеркала воды в нем должна быть в пределах 3,5‑4 млн. м2, а общая длина дамб обвалования или других ограждающих напорных конструкций не превысит 2,5‑3 километров при плавном очертании бассейна.

Предполагая, что необходимый по условиям эксплуатации ГАЭС полезный объем верхнего бассейна легко можно обеспечить при наполнении до отметки 160 м (то есть на 20 метров выше отметок его дна) и что нижний бассейн будет выполнен в основном за счет обвалований и гидромеханизированной выемки грунтов на глубину до 10 м, может быть обеспечен статический напор электростанции порядка 130‑140 м.

Для подпитки бассейна могут быть использованы водные ресурсы реки Воронки.

При детальном научно-техническом обосновании целесообразности строительства можно использовать технические решения, которые закладывались в проект аналогичной по многим параметрам Днестровской ГАЭС.

Предложение о перспективности строительства Копорской ГАЭС следует рассматривать в его альтернативном сопоставлении со строительством Ленинградской ГАЭС, которое совершенно не располагает такими благоприятными условиями и удалено от Санкт-Петербурга на расстояние более 300 км.

Исходя из значимой в недалеком будущем региона роли Копорской ГАЭС, размещенной в центре нагрузок энергосистемы, считаем целесообразным отдать предпочтение первоочередному ее строительству.

Попутно заметим, что строительство Копорской ГАЭС способно содействовать обретению этой местностью значимости туристического центра, если его реализацию дополнить устройством горно-лыжного комплекса и завершением реконструкции расположенной поблизости исторической Копорской крепости.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 05 (289) март 2016 года: