Оптимизация мощности ГЭС и высоты плотины

При проектировании гидроэлектростанций на реках учитывается график расхода воды в реке в течение года с определенной обеспеченностью — так называемый гидрограф. На многих реках гидрограф отличается крайней неравномерностью: в период паводка максимальный расход выше среднего в несколько раз, иногда — в несколько десятков раз. Поэтому нет смысла рассчитывать агрегаты ГЭС на максимальный расход воды, а на какой именно — можно определить с помощью оптимизации. При этом необходимо учитывать, что часть паводковых вод накапливается в водохранилище и используется для выработки электроэнергии в другое время, а излишек сбрасывается вхолостую через водосброс.

На рис. 13.2 показан гидрограф условной реки. На том же графике показан минимальный и максимальный полезный расход через турбины ГЭС. Минимальный расход обеспечивается срабатыванием воды из заполненного водохранилища, а максимальный расход соответствует установленной мощности турбин и подлежит оптимизации.

Рис. 13.2. Схема оптимизации мощности ГЭС Вначале при заданной высоте плотины определяется полезный объем водохранилища V₀, равный разнице между максимальным объемом и «мертвым» объемом водохранилища, — этот объем ежегодно заполняется и срабатывается. Затем подбирается такая точка Л с расходом Q_min, при которой площадь фигуры Ж—И—К равна полезному объему водохранилища:

где Q (t) — расход воды в реке в зависимости от обеспеченности ?, м³/ч; t_K и tji — обеспеченность расхода в точках К и Л, ч/год.

При различных значениях Q_max находится максимальный расход при наполнении водохранилища <2_накоп, такой, что площадь фигуры Б—В—Д—Е также равна V₀ — этот объем заполняется в период паводка. Объем воды выше этой линии сбрасывается вхолостую через водослив; если точка В получилась выше точки Г, полезный объем Vq корректируется в сторону уменьшения. Полученный график накопления и расхода воды корректируется также по экологическим, рыбохозяйственным, судоходным и другим условиям реки.

Поскольку уровень воды в водохранилище не постоянен, строится график зависимости напора на турбине Н_т от заполненного объема в водохранилище (не показан). Количество электроэнергии, отпускаемое ГЭС в течение года, можно определить по формуле.

где g = 9,815 м²/с — ускорение свободного падения; р = 1 т/м³ — плотность воды; Q_T — расход воды через турбины по графику Б—Е—Ж—К, м³/ч; р — коэффициент полезного действия ГЭС с учетом потерь на собственные нужды.

Электрическая мощность, продаваемая энергосистемой, зависит от потребления электроэнергии в часы пиковых нагрузок энергосистемы. В связи с особым положением ГЭС и АЭС на оптовом рынке электроэнергии цена на мощность новых электростанций рассчитывается на основании необходимых затрат и устанавливается Федеральной службой по тарифам.

В соответствии с формулой (12.10) можно записать упрощенное выражение для дисконтированного дохода в результате деятельности электростанции:

где Ц_э и Ц_м — оптовые цены (тарифы) на отпущенную электроэнергию и мощность, руб/кВт ч и руб/МВт в месяц; И,. — годовые издержки эксплуатации, руб/год; Р_м — среднемесячная располагаемая мощность ГЭС, МВт; К₀ — капитальные вложения в строительство ГЭС, руб.

Более точные расчеты должны быть проведены с учетом изменения капитальных вложений, эксплуатационных затрат и выручки по годам рассматриваемого периода эксплуатации с помощью финансовой модели. В целом приведенные примеры показывают, что при выборе проектных решений следует учитывать экономические реалии всего жизненного цикла строительного объекта с точки зрения будущего собственника. Такой подход, являющийся системным, иначе говоря, диалектическим, известен за рубежом как стоимость полного жизненного цикла (Whole life-cycle cost), и приобретает все больше сторонников^[1]. При этом следует учитывать доходы, затраты и риски на, казалось бы, весьма отдаленную перспективу. Разумеется, такие показатели не могут быть определены точно, поэтому следует применять вероятностные или недетерминированные модели.

• [1] См.: Boussabaine Л., Kirkham R. Whole Life-cycle Costing: Risk and Risk Responses. Oxford: Blackwell Publishing, 2003; Potts K. Construction Cost Management. Learning fromCase Studies. L.: Tailor & Francis, 2008; Myers D. Construction Economics: A New Approach. Abingdon, UK: Routledge, 2008.