Озерный аккумулятор: батарейки
- Баланс мощностей: Один сутки из судьбы ЕС России Генерируемая мощность обязана весь день соответствовать потреблению, с маленьким запасом. Для этого в «провальные» часы часть генераторов трудится с неполной загрузкой. Однако соблазн иметь резерв маневренной мощности все равно велик.
Загорская ГАЭС. Вид с плотины. Диаметр каждого из шести водоводов образовывает 7,5 метров.
- Возможно ездить по нему поездом
Похожие на батарейки аккумуляторная батареи бытовых электроприборов, весящие считаные граммы, разрешают хранить микроскопические мощности. MP3-плееру этого достаточно. Автомобилю необходимо побольше — и размеры автомобильного аккумулятора дают наглядное представление о том, как усложняется задача по мере роста запасов. А сейчас представим, что нам нужно как-то приберечь заметный процент от электричества, выработанного энергосистемой немаленькой страны
Большая часть людей трудятся днем, а отдыхают ночью. Трудящемуся человеку в большинстве случаев нужен компьютер, станок либо еще что-нибудь, питаемое от розетки. Дремлющему человеку нужен разве что будильник и, время от времени, кондиционер. Немудрено, что электропотребление в течении 24 часов неравномерно.
Русские потребители берут из Единой энергосистемы около 90 000 МВт в 6:00 по Москве и около 110 000 МВт ближе к полудню.
В энергосистеме не должно быть ни избытка энергии, ни недостатка. В противном случае дисбаланс начинает сказываться на качестве создаваемого «товара»: на переизбыток мощности, совокупность реагирует увеличением частоты тока, в случае если недочёт — напротив. Не нужно растолковывать, что ни одно, ни второе совсем не полезно для включенной в розетку техники, рассчитанной на стандартные 50 Гц, да и для самих электростанций также.
Исходя из этого одна из основных задач управления энергосистемой — подстройка мощности под потребление так, дабы частота тока в пребывала в допустимых пределах. Для России это 50 ±0,2 Гц.
Неприятность в том, что генерирующие мощности нельзя выключить на ночь так же легко, как лампочку на потолке. Большинство электричества в европейской части России (и во многих вторых государствах) вырабатывается тепловыми или АЭС. Ядерный реактор выводится на мощность три-шесть часов.
Тепловой агрегат — два-три часа из порядка суток и горячего состояния — из холодного. Помимо этого, тепловые агрегаты вычислены на постоянную работу при определенной температуре, и «вкл/выкл» с неизбежным остыванием конструкции ведет к большому понижению ее ресурса. С гидроагрегатами несложнее, для них время старта — это 60 секунд, но большая часть русских ГЭС находится восточнее Урала, и на энергетическую «погоду» в Центре они воздействуют слабо.
В СССР обстановка частично смягчалась административно: многие фирмы трудились в две-три смены, что сглаживало «ночной провал». Днем же частота тока была практически в любое время чуть ниже номинальных 50 Гц. Но, советская техника была менее требовательна к питанию, чем современная, а вдруг что-то и сгорало, то привлечь электрическая сеть к ответственности было малореально.
В современной России все совсем не так — потребители по судам затаскают.
Не забудем и о безопасности. Аварии на Саяно-Шушенской ГЭС содействовали многократные переключения гидроагрегата, на протяжении которых турбина проходила через страшный для нее режим. Взрыву на чернобыльской атомной станции «помогла» продолжительная работа на малой мощности — потом она была запрещена регламентом.
Само собой разумеется, и в том и другом случае главным было уровень качества техники, но ясно да и то, что нестабильная работа для энергетики — нехорошее ответ.
Сейчас обстановка во многих государствах (пока не в Российской Федерации) усугубляется ростом доли «зеленой» энергетики, прежде всего ветряной. Ветер — капризная стихия, исходя из этого на каждую тысячу «ветряных» милионов ватт необходимо иметь в запасе в среднем 400 МВт резервной мощности, талантливой скоро включиться в штиль и без того же скоро пропасть с попутным ветром. Для «простой» энергетики нормативный резерв маневренной мощности в четыре раза меньше.
Мы подошли к существу неприятности: в энергосистеме должны быть некие элементы, талантливые накапливать избыток мощности ночью и выдать его обратно днем. Нужно, дабы то и второе имело возможность происходить скоро.
В различные годы и в различных государствах прорабатывались десятки вариантов, включая явную экзотику наподобие инерционных совокупностей на базе огромных маховиков либо пневматических — с закачкой сжатого воздуха в закинутые шахты либо скважины. В принципе вероятен вариант сверхпроводящего кольца — индуцировав в нем ток, возможно хранить его после этого фактически всегда, тратя только на охлаждение. Неприятность в размерах, но еще ответственнее, что с для того чтобы аккумулятора сложно снять энергию по частям.
Перспективный путь создания маневренных мощностей — применение газотурбинных либо газопоршневых (ДВС на газе) энергоустановок: они запускаются за 5−15 мин. и отключаются в любую секунду. Минус в том, что эти установки не трудятся как аккумуляторная батареи — их возможно лишь отключить. Да и газ жалко, невозобновимый ресурс все-таки.
Из безлюдного в порожнее
Коль не так долго осталось ждать люди могут извлекать энергию из течения воды, логично попытаться ее в воде и накапливать — закачать повыше и спускать вниз, на лопасти турбины, по мере необходимости. Первая ГАЭС — гидроаккумулирующая электростанция — была выстроена в Швейцарии под конец XIX века, на данный момент их в мире около трехсот.
Принцип действия ГАЭС весьма несложен: станция располагает двумя резервуарами (бьефами), верхним и нижним. Бьеф не обязательно должен быть чем-то похожим на озеро, в Соединенных Штатах трудятся пара ГАЭС, на которых в роли нижнего бьефа выступают закинутые шахты. Но, хотя бы один из резервуаров обязан пополняться природными водами, дабы компенсировать испарение воды, ее фильтрацию в грунт и т. д.
Автомобили станции закачивают воду наверх ночью, забирая из сети избыток энергии, и спускают ее обратно в часы пиковых нагрузок. КПД обоих процессов меньше единицы, следовательно, в сеть возвращается меньше, чем из нее берется. Но, потому, что «ночное» электричество дешевле «дневного», процесс приносит прибыль. Действительно, для этого КПД станции должен быть высок. КПД определяется отношением того, что возвращено в энергосистему, к тому, что из нее перед этим было забрано.
Прежде всего он зависит от напора воды, другими словами от разности высот между верхним и нижним бьефами. При перепаде высот порядка километра КПД может доходить до 90%, при уменьшении напора он понижается.
К сожалению, Российская Федерация — страна равнинная и отыскать площадку с перепадом хотя бы в сотню метров тут неприятность. Единственная русский ГАЭС — Загорская — имеет напор немногим более 100 м и КПД 72−74%.
Строительство Загорской станции на реке Кунья в Подмосковье началось в первой половине 70-ых годов XX века в рамках программы развития ГАЭС. Станция рассматривалась как пилотная, предназначенная для освоения новой для СССР совокупности с последующим ее тиражированием на двух десятках площадок. Предполагалось придать гидроаккумулирующий «спутник» каждой АЭС. Настоящие успехи были скромнее.
Кроме Загорской были выстроены еще две ГАЭС — в Литве и на Украине. На Загорской же первый гидроагрегат был разрешён войти во второй половине 80-ых годов XX века, а шестой — лишь в 2000-м. Мощность станции в режиме генерации дошла до 1200 МВт, но еще на протяжении строительства стало ясно, что этого мало. Во второй половине 80-ых годов XX века вышло правительственное распоряжение о постройке ГАЭС-2 по соседству. Практически стройка началась в 2007 году. Так, Загорская ГАЭС сейчас остается единственной в Российской Федерации.
Дабы поглядеть на станцию поближе, мы не поленились в том направлении съездить.
Как оно имеется
Сердце станции — машинный зал. В момент отечественного прибытия первый из шести гидроагрегатов был разобран на плановый ремонт, пять остальных трудились, выдавая в сеть положенные мегаватты. В секунду через любой из них проходит 225 м³ воды, стекающей из верхнего бьефа по водоводам. Агрегаты станции обратимые, другими словами одинаковая турбина в зависимости от направления перемещения трудится либо как генератор, либо как насос, закачивающий воду вверх.
Как показывает всемирный опыт, такое ответ оптимально для станций с низким напором. В случае если же разность высот между бьефами превышает полкилометра, то рациональнее применять различные автомобили, но для равнин России эта обстановка не весьма актуальна.
Водовод с далека похож на простую трубу, лишь вблизи удается осознать, что его диаметр сопоставим с тоннелем метро. Рабочий количество в верхнем бьефе — около 22 млн кубов (неспециализированный — чуть более 30), при включении всех шести агрегатов этого хватает на 4 часа 15 мин., позже станции пора «на подзарядку». Число пусков агрегатов в день может доходить до двух-трех десятков.
Управление осуществляется конкретно системным оператором, другими словами с общероссийского уровня, минуя региональный. Практически резерв командования. «В прошлые времена бывало такое, что нас имели возможность включать мин. на десять — затыкать дырки», — делится воспоминаниями директор станции Владимир Магрук. — Было нужно в итоге устроить для диспетчеров экскурсию к нам, поставить их около гидроагрегата и продемонстрировать, как выглядит его включение на закачку. Затем стали осмотрительнее".
На вопрос о том, как диспетчеры выходят из положения сейчас, Владимир Иванович, радуясь, отвечает, что им было нужно лучше планировать собственную работу.
Интересуюсь у сопровождающего нас инженера, водится ли рыба в бьефе. Да, но в агрегаты она, в большинстве случаев, не попадает. Рыбьего ума хватает, дабы держаться подальше от вибрации и шумов.
Нижний бьеф станции выкопан в речном русле Куньи. Речка-невеличка ниже по течению перегорожена плотиной, что разрешило собрать из нее приличных размеров озерцо. Естественного притока хватает, дабы компенсировать испарение воды.
Кроме того прошлым летом значительных неприятностей с водой у ГАЭС не было.
В полукилометре от «ветхой» ГАЭС вырыт котлован, в котором идет строительство сооружений ГАЭС-2. На станции будет четыре агрегата суммарной мощностью около 850 МВт. Водоводы к ним монтируются фактически на отечественных глазах: секции трубы семиметрового диаметра, забетонированной снаружи, собираются на уровне верхнего бьефа и на салазках спускаются вниз «с горки». При сооружении «ветхой» станции опыта у строителей было меньше, что в какой-то момент стало причиной аварии.
Очередная секция на время обеденного перерыва осталась лежать на склоне, закрепленная тросами. Что-то оборвалось, и многотонный тоннель со скоростью поезда съехал по горке вниз, врезавшись в уже собранную часть водовода. Было нужно все переделывать заново.
Бетонные «колечки» от того водовода, по 150 т каждое, так и лежат с того времени рядом к вящему удивлению гостей станции.
У неспециалистов время от времени появляется вопрос о том, из-за чего бы не выстроить рядом со второй очередью ГАЭС еще третью, четвертую и т. д., раз уж как раз в этом месте рельеф разрешает. Но подобное ответ создало бы через чур громадную нагрузку на передающие подстанции и линии в окрестностях. «Гидроаккумуляторы» выгодно размещать в близи от больших и инерционных генерирующих мощностей либо на стыке региональных энергосистем для регулирования перетоков между ними.
Ветхая мысль о совмещении ГАЭС и АЭС в ближайщее время может получить новую судьбу. В частности, на данный момент рассматривается проект строительства ГАЭС, «приуроченной» к Курской АЭС- прямо на площадке.
Подводя итоги, возможно заявить, что переливание из безлюдного в порожнее возможно, как ни необычно, энергетически и рентабельным занятием.
Создатель благодарит пресс-службу ОАО «РусГидро» за помощь в подготовке материала
Задача: Постройка аккумулятора
- Цель — тоннель для воды
Статор гидроагрегата Загорской ГАЭС-2 Как ни необычно, как раз неподвижный статор есть самым напряженным узлом агрегата. с далека огромная железная конструкция выглядит как игрушка, но фигурки людей показывают подлинный масштаб.
К вопросу о мощности Нужное условие работы ГАЭС — перепад высот между верхним и нижним бассейнами: чем он больше, тем лучше.
Мощность гидроагрегатов прямо пропорциональна напору — следовательно, чем он больше, тем меньше нам потребуется воды для выработки того же количества электричества. Мировые рекорды по напору принадлежат итальянским ГАЭС Сан-Фьорино (1404 м) и Эдоло (1256 м). На их фоне Загорская ГАЭС с напором около 100 м выглядит, само собой разумеется, робко.
Запас энергии
Дабы ГАЭС имела возможность трудиться во время пиковых провалов и нагрузок, запаса воды в верхнем бьефе должно хватать не меньше чем на три часа. Это указывает, что в том направлении должно помещаться около 20−30 млн кубов воды — маленькое рукотворное озерцо. На российской равнине верхний бьеф, в большинстве случаев, несложнее выкопать искусственно.
В других условиях вероятны самые различные варианты, впредь до кратера потухшего вулкана.
Разгрузи это
Для понижения мощности ночью всецело употребляется маневренный потенциал ГЭС, разгружаются маленькие конденсационные тепловые станции, понижается мощность агрегатов ГРЭС, производится разгрузка ТЭЦ на 10−15%. Техвозможности ТЭЦ затрудняют громадную разгрузку, да и по большому счету подобное маневрирование тепловыми агрегатами нельзя признать хорошим решением, поскольку оно ведет к перерасходу топлива и повышенному износу. В отношении АЭС нет неспециализированных параметров, определяющих допустимую разгрузку с учетом требований безопасности.
Универсальная батарейка
К превосходным особенностям ГАЭС относится их многофункциональность. Станция может использоваться для сглаживания пиковых и полупиковых нагрузок, регулирования частоты, а также в качестве аварийного источника мощности. Этому содействует высокая маневренность оборудования: для комплекта полной нагрузки из стоячего положения требуется 10−60 с в генераторном режиме и до десяти мин. — в насосном режиме.
Добавим к этому долговечность, дешевизну эксплуатации и фактически полную экологическую чистоту.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№105, июль 2011).
<
h4>