Определение расхода гидроэлектростанции

Надежная оценка выработки электроэнергии в выбранном створе в большой степени зависит от типа гидроэлектростанции, которую планируется построить, и от гидрологических особенностей речного бассейна, расположенного выше по течению.

Гидрологическое исследование реки в месте расположения гидроэлектростанции должно быть по возможности всесторонним и содержать следующую информацию, которая позволяет определить необходимые для гидроэлектростанции характеристики потока:

- данные о ежедневных или ежемесячных расходах воды за достаточно продолжительный период времени — не менее 10 лет, предпочтительно за 30 лет, если возможно;
- кривая обеспеченности речного стока или кривая повторяемости речного стока;

- исторические данные о паводках вблизи места строительства;
- рассчитанный гидрограф половодья;
- значение среднегодового расхода;

- минимальный ежегодный сток;
- требования к минимальному стоку в нижнем бьефе, непосредственно у плотины;
- данные о перебросках речного стока выше створа плотины или о водозаборах;

- площадь водосбора;
- потери на испарение с поверхности проектируемого водохранилища;
- зависимость уровень-расход непосредственно за проектируемым створом;

- сбросной гидрограф расчетного паводка;
- тарировочные кривые для плотины, водослива и водовыпуска;
- цели проектирования, имеющийся запас воды и потенциальные правила эксплуатации;

- потери на фильтрацию, рыбохозяйственные требования и переброски воды из водохранилища;
- информация о продолжительности стояния уровней в водохранилище;
- данные о ежегодных максимальных расходах для оценки рисков, связанных с конструкцией водослива.

Кривая обеспеченности стока или кривая повторяемости стока, приведенная на рисунке II.4.24, систематизирует среднесуточные расходы среднего гидрологического года (см. главу 5) и широко используется на стадии подготовительного проектирования. Она показывает количество дней в году или частоту ежегодной повторяемости, с которой расход данной величины повторяется или превышается, что позволяет оценить потенциальную мощность гидроэлектростанции как функцию обеспеченности расхода воды. В свою очередь, возможна оценка доходности инвестиций.

Рисунок II.4.24. Кривая распределения ежедневных расходов (по многолетним данным)

Использование данного подхода позволяет смоделировать различные стратегии производительности выработки гидроэлектроэнергии станцией в зависимости от физического проектирования плотины и количества устанавливаемых турбин. Кроме того, возможно учесть требования прочих водопотребителей, такие как величина минимального стока, ирригационное или питьевое водоснабжение.

Непосредственное использование этой кривой, как показано на рисунке II.4.25, просто: для значения минимального расхода 50 м³ х с^-1 (жирная линия) и гарантированного расхода гидроэлектростанции 180 м³ х с^-1 (пунктирная линия), речной сток, который возможно использовать данной электростанцией, ограничен этими двумя линиями в соответствии с кривой обеспеченности (синяя линия).

Рисунок II.4.25. Пример использования кривой распределения стока

Другими словами, этот рисунок демонстрирует, что гидроэлектростанция будет способна функционировать на протяжении 92 процентов времени года, т.е. 336 дней, когда расход реки выше 50 м³ х с^-1. Однако для 40 процентов продолжительности года, или 146 дней, сток реки будет превышать максимальный расход, который может быть пропущен через турбины; поэтому воду придется сбрасывать вхолостую через водослив, если только водохранилище не имеет объем, достаточный для хранения избытков речного стока.

В случае если подобная кривая рассчитана исключительно по значениям среднемесячных расходов, она может быть полезна для исследования влияния плотины на высокий и низкий сток, но объем речного стока, который может быть пропущен через турбины, будет завышен, а следовательно, и доходность системы. Эта ошибка весьма распространена и непосредственно затрагивает инвесторов таких гидроэнергетических систем; вот почему важно собрать и использовать информацию об ежедневных средних расходах.

Кроме того, поскольку эти кривые являются многолетними средними, по ним можно получить только среднее значение на выбранную дату. Полезный объем будет иметь существенную межгодовую изменчивость, так как сток реки зависит от количества осадков, которое так же изменяется из года в год.

В случае если первые годы начального периода эксплуатации гидроэлектростанции будут засушливыми, окупаемость инвестиций отсрочится. Инвесторов следует поставить в известность об этих рисках, которые необходимо учитывать при расчете полной стоимости. С этой целью при планировании работы гидроэлектростанции часто необходимо использовать ежедневные данные за несколько прошлых лет.

Рекомендации и методы, представленные в настоящем Руководстве, обеспечивают надлежащую основу для изучения гидрологических характеристик территории. В случае отсутствия данных о речном стоке допускается использование данных, полученных в результате применения моделей осадки-сток или по бассейнам — аналогам, но в этом случае, при определении потенциальной производительности и времени возврата вложенных средств, следует принимать во внимание привносимую использованием таких данных дополнительную неопределенность.

Прочие методические подходы анализа гидрологических данных с целью получения надежной информации для целей проектирования представлены в главе 6. В Справочном пособии Гидрологической оперативной многоцелевой системы (ГОМС) (см. раздел K) имеется информация о программном обеспечении для реализации вышеуказанных методов на ЭВМ.