Эффективность эксплуатации гаэс в мире

1. СРАВНЕНИЕ ГАЭС С ЗАРУБЕЖНЫМИ АНАЛОГАМИ
Строительство ГАЭС было начато в Западной Европе в конце XIX в. - в 1882 г. в Швейцарии близ г. Цюриха была сооружена установка Леттем с двумя насосами мощностью по 51,5 кВт, накачивающими воду на высоту 153 м в резервуар емкостью 18 тыс. м3. В 1894 г. на прядильной фабрике в Италии была введена в работу установка Крева-Луино мощностью 50 кВт с напором 64 м, работавшая по недельному циклу аккумулирования: запасенный в субботу и воскресенье объем воды срабатывался в рабочие дни.
По данным на 1970 г., в 29 странах мира насчитывалось 148 эксплуатируемых ГАЭС суммарной установленной мощностью15,3 млн кВт. Из этой мощности на долю США приходилось 3640 МВт, что составляло 1,2 % установленной мощности всех электростанций страны. К 1980 г. эта доля выросла до 4 % (32 ГАЭС, 14 млн кВт) и в стадии проектирования находилось еще 33 ГАЭС, а к 1990 г. - до 5,6 % (37,3 млн кВт). Более половины ГАЭС построено в Германии, Японии, США, Швейцарии и других странах Западной Европы. В частности, в Японии количество эксплуатируемых ГАЭС составляет около 50, в Германии - более 30. Доля ГАЭС в энергосистемах Западной Европы с 1,0 % в 1970 г. (6 млн кВт) к 1980 г. увеличилась до 4 % (26 млн кВт). Кроме того, в 1970 г. в стадии строительства находилось еще 48 ГАЭС общей мощностью около 22 млн кВт.
Практически на территории Советского Союза до 80-х гг. прошлого столетия были построены и эксплуатировались только две ГАЭС: Ставропольская установленной мощностью 19 МВт, работающая в режиме сезонного регулирования стоков Большого Ставропольского канала, и Киевская ГЭС-ГАЭС с тремя обычными и тремя обратимыми агрегатами суммарной установленной мощностью в турбинном режиме 225 МВт, введенная в эксплуатацию в 1972 г.
Мировой опыт использования ГАЭС в электроэнергетике давно подтвердил их техническую эффективность в обеспечении экономичности энергообъединений и их живучести, в повышении надежности электроснабжения и качества электроэнергии. В настоящее время в мире насчитывается более 460 действующих ГАЭС различной компоновки с широком диапазоном установленной мощности - от нескольких десятков кВт до 3000 МВт (ГАЭС Эдисон в США) - и напорами от нескольких десятков метров до 1700 м (ГАЭС Рейзек в Австрии). В ближайшие годы ожидается значительное увеличение количества строящихся и эксплуатируемых ГАЭС. Наиболее интенсивно гидроаккумулирование развито в США (39 ГАЭС; 20,8 млн кВт), Японии (20 млн кВт), Германии (33 ГАЭС; 5,6 млн кВт), Италии (22 ГАЭС; 7,0 млн кВт), Австрии (4,4 млн кВт), Франции (4,4 млн кВт), Швейцарии (13 ГАЭС; 1,2 млн кВт), Китае (5,0 млн кВт), Испании (5,0 млн кВт) и т. д.
Реальные к.п.д. современных мощных ГАЭС с одинаковой частотой вращения в обоих режимах могут отличаться. Так, для Загорской ГАЭС (Россия) при единичной мощности обратимых агрегатов 200 МВт к.п.д составляет 74 %, ГАЭС Круахан (Великобритания) при единичной мощности агрегатов 100 МВт к.п.д. равен 75 %, ГАЭС Динорвиг (Великобритания) при мощности одного агрегата 300 МВт - 78 %, ГАЭС Ренкхаузен (Германия) общий к.п.д. равен 75,1 % и т. д. При трехмашинных компоновках оборудования к.п.д. аккумулирования достигает 79 % (ГАЭС Вианден-I, Люксембург). Таким образом, для современных ГАЭС к.п.д. аккумулирования составляет не менее 72-74 %.
Анализ 50 наиболее крупных зарубежных ГАЭС, работающих в самом широком диапазоне напоров, имеющих от 1 до 9 агрегатов с единичной мощностью от 50 до 375 МВт, показывает, что на 47 из них установлены предтурбинные затворы (шаровые, дисковые или дроссельные). Наличие этого затвора и его использование непосредственно в технологии агрегата позволяет радикально решить проблему протечек через закрытые направляющие аппараты агрегатов. Казалось бы, напрашивается простое и, на первый взгляд, очевидное решение - на всех ГАЭС устанавливать предтурбинные затворы и при необходимости задействовать их не только в аварийной или ремонтной ситуации, но и в технологии пуска-останова обратимых гидроагрегатов. Однако все не так просто. Для европейской части России программа строительства ГАЭС предусматривает их строительство в равнинных условиях с напором около 100 м и единичной мощностью агрегатов 200 МВт и более. Для таких напоров и мощностей расход воды как в турбинном, так и в насосном режиме таков, что напорные трубопроводы должны иметь диаметр не менее 7 м. Предтурбинные затворы известных конструкций (шаровые, дисковые, дроссельные) для таких диаметров технически выполнимы, но с учетом их гидропривода потребуют строительства отдельных машинных зданий, что резко увеличит стоимость ГАЭС.
Наибольшее распространение в практике зарубежного строительства ГАЭС получили высоконапорные деривационные схемы с подземными компоновками основных элементов гидроузлов. Для равнинных ГАЭС России, Прибалтики и Украины с напором около 100 м более характерны деривационные схемы с открытым расположением напорных трубопроводов. Во всех деривационных схемах ГАЭС применяется напорная деривация. В соответствии с этой схемой созданы Загорская ГАЭС в России, Круонисская в Литве, Ташлыкская на Украине и др.
В зарубежной практике строительства ограждающих сооружений водоемов ГАЭС в качестве противофильтрационных устройств наибольшее распространение получили экраны из асфальтобетона. Они широко применяются для экранирования как откосов ограждающих дамб, так и дна водоемов. Для отвода воды в случае нарушения целостности экрана предусматриваются подэкрановые дренажи. В качестве примера ГАЭС Ладингтон (США) и Маркерсбах (Германия).
При возведении дамб верхнего бассейна Загорской ГАЭС в 1987-1988 гг. был получен первый опыт создания насыпей из грунтовых смесей. В дамбы укладывалась смесь моренных и покровных суглинков, имеющих различные физико-механические характеристики. Моренные и покровные суглинки, которые разрабатывались непосредственно в акватории бассейна, имеют в основном полутвердую и тугопластическую консистенцию. Необходимо было подобрать такую плотность укладки, которая обеспечивала бы сохранение этой консистенции после укладки грунтов в сооружение при их водонасыщении под действием создаваемого напора воды.
На второй очереди дамбы верхнего бассейна Загорской ГАЭС изменена технология крепления напорного откоса. Откос выполнен более пологим по сравнению с первой очередью бассейна с креплением песчано-гравийной смесью с усилением отметки НПУ булыжником. Эта конструкция оказалась более технологичной в строительстве и устойчивой; она также отличается высокой ремонтопригодностью.
Выпуск крупных обратимых гидромашин начался в США практически с 1950 г., а в Европе - спустя 10 лет. В настоящее время суммарная (во всем мире) установленная мощность ГАЭС с обратимыми гидромашинами значительно превышает установленную мощность всех остальных ГАЭС.
Первые обратимые гидромашины были изготовлены на напор менее 100 м, однако этот показатель непрерывно повышался, и уже в 1975 г. для ГАЭС Кош во Франции были изготовлены обратимые многоступенчатые насосотурбины на напор 931 м, а в 1978 г. для ГАЭС Чиота-Пиастра - на напор 1048 м.
Пионером в области изготовления и применения обратимых агрегатов ГАЭС как по количеству, так и по напору, является Япония.
В России первые опыты использования гидромашин в обратимых режимах были проведены в середине ХХ столетия. Во время Великой Отечественной войны были проведены опыты по использованию насосных агрегатов канала Москва-Волга в турбинном режиме для получения дефицитной электроэнергии. Учитывая, что на пяти насосных станциях этого канала суммарная мощность электрических машин составляет 60 МВт, использование агрегатов в качестве источника электроэнергии имело значительный эффект. Поэтому и в последующее время 20 агрегатов на насосных станциях канала использовались в обратимых режимах в течение нескольких десятков лет. К.п.д. насосного гидроаккумулирования при этом составлял 0,57.