автореферат диссертации по энергетике, 05.14.10, диссертация на тему:Обоснование эффективности энергетического и конструктивного совмещения гидроэлектростанций с солнечными фотоэлектрическими установками

од

На правах рукописи

Умару Хаманджода

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И КОНСТРУКТИВНОГО СОВМЕЩЕНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С СОЛНЕЧНЫМИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

Специальность 05.14.10 — гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Волшаник В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Малинин Н.К.

кандидат технических наук, доцент Елистратов В.В.

Ведущая организация: АО "Институт Гидропроект"

Защита диссертации состоится 18 июня 1996 г. в 18 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д.053Л 1.04 в Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Спартаковская ул., д.2, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГСУ

Просим принять участие в заседании совета или направить отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МГСУ, Ученый совет.

Автореферат разослан 3 июня 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.С.Боровков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развития мировой энергетики и ее зажнейшей подотрасли — электроэнергетики характеризуется осознанием необ-кодимости изменения структуры потребляемых первичных энергоисточников и лруктуры электрогенерирующих мощностей в пользу более широкого использования экологически чистых возобновляющихся источников. Однако природные графики прихода энергии солнца, ветра, приливов, ветровых волн не совпадают с графиками потребления электроэнергии, и поэтому электростанции, основанные на использовании этих источников энергии, не в состоянии вполне удовлетворительно обеспечить требования потребителей электроэнергии. С целью преодоления этого затруднения в последние годы успешно разрабатывается идея о применении гидроаккумулирования для трансформации выработки электроэнергии солнечных, ветровых, приливных и волновых электростанций и приспособления ее к графикам электроэнергетической системы. Вместе с тем, некоторые конкретные вопросы водноэнергетических режимов работы гидроэлектростанций, работающих в едином режимном графике комплексных электростанций, полностью не исследованы, и на них было решено обратить внимание в настоящей диссертации.

Еще одним неблагоприятным свойством, влияющим на параметры электростанций, использующих возобновляющиеся источники энергии, является низкая концентрация последних в пространстве, что заставляет сооружать приемники энергии больших размеров, что приводит к отчуждению из хозяйственного использования больших земельных площадей. Это обстоятельство стало основной причиной появления идеи о компоновочном и конструктивном совмещении электростанций, использующих возобновляющиеся источники энергии. Для условий Республики Камерун, гражданином которой является автор диссертации, в настоящее время наиболее целесообразным является развитие гидроэнергетики и солнечной фотоэнергетики, поэтому в работе принято решение проанализировать комплексные электростанции на базе гидравлических электростанций, совмещенных с солнечными фотоэлектрическими установками.

Цель работы и задачи исследований

Целью работы является обоснование эффективности энергетического и конструктивного совмещения гидроэлектростанций С солнечными фотоэлектрическими установками и разработка рекомендаций по учету особенностей проектирования ГЭС, энергетически и конструктивно совмещенных с СФЭУ.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1. Обосновать целесообразность ориентации электроэнергетики Камеруна, в том числе его северных районов, на широкое использование гидроэнергетических ресурсов и ресурсов солнечной энергии.

2. Установить особенности водноэнергетических режимов гидроэлектростанций с сезонным и суточным регулированием стока, работающих в едином графике с солнечными фотоэлектрическими установками.

3. Изучить влияние конструктивных особенностей гидроэлектростанций (типа здания ГЭС, диаметра рабочего колеса турбины) на возможности ее совмещения с солнечными фотоэлектрическими установками.

4. Изучить экономические факторы, влияющие на эффективность энергетического и конструктивного совмещения ГЭС и СФЭУ.

5. Разработать предложения по компоновочно-конструктивному совмещению ГЭС и СФЭУ на базе гидроэлектростанции Лагдо на севере Камеруна.

Научная новизна работы

К числу новых результатов, изложенных в диссертации, следует отнести:

— установление особенностей изменения водноэнергетических режимов гидроэлектростанций с разной глубиной регулирования стока при энергетическом совмещении ее с солнечной фотоэлектрической установкой;

— установление влияния конструктивных особенностей и параметров гидроэлектростанций на эффективность их совмещения с солнечными фотоэлектрическими установками.

На защиту выносятся:

1. Результаты анализа водноэнергетических режимов гидроэлектростанций с разной глубиной регулирования стока при их энергетическом совмещении с солнечными фотоэлектрическими установками.

2. Значения экономических показателей, определяющих эффективность энергетического и конструктивного совмещения ГЭС и СФЭУ в условиях Камеруна.

3. Результаты анализа влияния конструктивных особенностей и основных параметров ГЭС на эффективность их совмещения с СФЭУ и рекомендации по учету конструктивного совмещения с СФЭУ при проектировании ГЭС.

Практическое значение

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты подтверждают эффективность энергетического совмещения ГЭС и СФЭУ и устанавливают эффективность их конструктивного совмещения; результаты работы

югут использоваться при разработке планов развития электроэнергетики азвивающихся стран, в частности, Камеруна, и при проектировании комплексных ЭС-СФЭУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее сдельные разделы докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры ^пользования водной энергии Московского государственного строительного 'ниверситета в 1995—1996 годах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, (включения списка литературы, включающего 119 наименований. Работа изложе-1а на 145 страницах машинописного текста и содержит 50 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена описанию современной энергетической ситуации в мире и перспектив использования возобновляющихся источников энергии. Необходимость изменения стратегии развития энергетики определяется ограниченностью запасов органического топлива и отрицательным экологическим воздействием использования невозобновляющихся первичных источников энергии на окружающую среду. Потенциала экологически чистых возобновляющихся источников вполне достаточно, чтобы удовлетворить любые запросы человечества в энергии в ближайшем будущем и на перспективу. Энергия речных потоков, солнца, ветра, приливов, ветровых волн может быть преобразована преимущественно в электрическую энергию, поэтому возникает проблема приспособления формируемых природой графиков поступления возобновляющихся источников энергии к формируемому человеческой деятельностью графику потребления электроэнергии энергосистемой или изолированным потребителем. Наилучшим образом проблему аккумулирования и регулирования энергии, вырабатываемой солнечными, ветровыми, приливными электростанциями, решают водохрани-лищные речные гидроэлектростанции; вопросы изучения водноэнергетических режимов комплексных электростанций на базе ГЭС рассмотрены в трудах Н.В.Арефьева, Л.Б.Бернштейна, Ю.С.Васильева, В.И.Виссарионова, В.В.Елистра-това, Н.К.Малинина, В.И.Обрезкова, Н.И.Хрисанова. Однако возможности компоновочно-конструктивного объединения электростанций, преобразующих разные возобновляющиеся источники энергии, в технической литературе практически не рассмотрены. С учетом этого и была выбрана тематика диссертационной работы.

Во второй главе рассмотрены перспективы развития энергетики Камеруна, где сейчас почти 85% электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Доля электроэнергии в общем энергобалансе не превышает 12%, что примерно соответствует средним мировым показателям. На ГЭС ложатся функции покрытия как пика, так и базиса графика суточной нагрузки, поэтому годовое число часов использования установленной мощности приближается к 5000. Такой характер суточной работы ГЭС позволяет иметь резервы регулирующих возможностей водохранилищ, и это может быть использовано для аккумулирования и регулирования мощности при совмещении ГЭС с электростанциями, использующими другие возобновляющиеся источники энергии.

Доля освоения технического гидроэнергетического потенциала Камеруна не превышает 2%, поэтому гидроэнергетика еще многие годы может оставаться основой электроэнергетики Камеруна.

Из возобновляющихся энергоисточников, которые могут быть использованы в электроэнергетике Камеруна, кроме гидравлической энергии рек, следует отметить солнечную энергию, энергию биомассы, энергию приливов, ветра и морских ветровых волн. Использование энергии Солнца предпочтительно для этой экваториальной страны, особенно для ее северных районов, отличающихся благоприятными в этом отношении природно-климатическими условиями. На основании данных натурных измерений солнечной инсоляции для различных районов Камеруна, выполненных по заказу Министерства энергетики, дана оценка перспектив развития солнечной энергетики, в том числе в комплексе с освоением гидроэнергетических ресурсов.

В третьей главе приведено описание природы энергии солнечного излучения на Земле, методов подсчета ее потенциала и основных способов ее преобразования. Оценка потенциальных ресурсов солнечной энергетики изучаемой территории, обоснование технических показателей солнечных энергетических установок, оценка экономической эффективности их функционирования с учетом конкретных времени и места возможны на основании данных кадастра солнечной энергии. С использованием этих данных определяются два основных показателя солнечных установок — максимальная мощность и количество энергии, которое можно получить от установки за определенный интервал времени.

Для использования в составе комплексной электростанции в условиях Камеруна в настоящей работе отдано предпочтение фотоэлектрическому способу преобразования солнечной энергии с применением солнечных элементов без концентраторов. Подобные элементы хорошо освоены мировой промышленностью, постоянные усилия разработчиков обеспечивают неизменное снижение стоимости их изготовления, они просты конструктивно и достаточно надежны в эксплуатации.

В диссертации построены графики суточной производительности солнечной фотоэлектрической установки для природно-климатических условий севера Камеруна при различной обеспеченности солнечной инсоляции, определена установленная мощность СФЭУ, совмещенной с ГЭС Лагдо (гл. 6) и установлено возможное участие СФЭУ в покрытии графика суточной нагрузки энергосистемы, для работы в которой предназначена ГЭС Лагдо. Зона работы СФЭУ жестко определена суточным ходом солнечной инсоляции, а изменчивость мощности солнечного излучения в течение суток заставляет располагать зону участия СФЭУ в пиковой (в случае ГЭС Лагдо — полупиковой) части графика нагрузки.

В четвертой главе рассмотрены особенности водноэнергетических режимов ГЭС при их совместной работе с СФЭУ и решен вопрос об оптимальном использовании энергии, вырабатываемой СФЭУ по прогнозируемому графику прихода солнечной инсоляции, с учетом регулирующих возможностей водохранилища ГЭС.

Циклы работы солнечной установки не совпадают с сезонными и суточными колебаниями потребляемой нагрузки в электроэнергетической системе. Поэтому мощность СФЭУ должна дублироваться мощностью других электростанций, преимущественно, если энергосистема небольшая, именно той гидроэлектростанции, с которой предусматривается совместная работа. ГЭС при этом может обеспечивать перераспределение собственной выработки в течение суток или в течение более длительного времени при наличии соответствующих регулирующих емкостей водохранилища.

Содержание главы раскрывается на примере ГЭС Лагдо на севере Камеруна, для которой в главе б выполнены и проработки конструктивного совмещения ГЭС и СФЭУ.

Характерной особенностью гидроэлектростанций с водохранилищами сезонного регулирования является то, что водохранилище каждый год к концу межени опорожняется до уровня мертвого объема (УМО) и наполняется до нормального подпорного уровня (НПУ) за период половодья. Одновременно к концу межени снижается среднесуточная мощность ГЭС по водотоку. При недостаточной емкости водохранилища в конце межени ГЭС вынуждена работать без регулирования стока реки.

Межень в условиях климата Камеруна сопровождает сухой отрезок года, когда солнечная активность является наибольшей. Здесь ожидается получение до 75% годовой выработки СФЭУ. Поэтому солнечная установка, работающая в комплексе с ГЭС, может компенсировать снижение среднесуточных мощностей ГЭС в конце межени, если имеется водохранилище сезонного регулирования. Для этого режим работы комплекса должен быть следующим.

В начале межени, когда расходы реки и отметки воды в верхнем бьефе высоки, выработка ГЭС в течение каждых суток должна уменьшаться на то

значение, которое обеспечивается работой солнечной установки, и за счет этого на ГЭС будет получена постоянно нарастающая экономия стока реки, который аккумулируется в водохранилище. Так как этот процесс происходит при сработке последнего, то дополнительного полезного объема не требуется, следовательно, не требуются и дополнительные капиталовложения по ГЭС.

Положительный эффект при этом достигается за счет двух факторов: роста средневзвешенного напора ГЭС за счет более медленной сработки водохранилища в начале межени и увеличения среднесуточных мощностей ГЭС в конце межени.

Как следует из сравнения приведенных на рис. 1 кривых обеспеченности среднесуточных мощностей, перераспределение энергии СФЭУ позволяет либо:

— повысить обеспеченность гарантированной отдачи ГЭС (для ГЭС Л а г до с 70% до 90%);

— повысить гарантированную отдачу ГЭС при сохранении обеспеченности (для ГЭС Лаг до с 20 МВт до 25 МВт).

Режим и время сработки запасенного в водохранилище за период межени объема воды устанавливается в результате решения оптимизационной задачи методом динамического программирования. В качестве критерия оптимизации выступает максимум функционала

т

Э = = тах ;

о

где Э — выработка электроэнергии за счет сработки дополнительного объема воды;

N — среднесуточная мощность ГЭС по водотоку;

Т — время сработки.

На рис. 2 приведена расчетная сетка разбивки, показывающая возможные режимы сработки водохранилища в течение трех последних месяцев межени для ГЭС Лагдо. На основании расчетов за первые два месяца определяются:

— пары значений отметок верхнего бьефа в конце первого и в конце второго месяцев; эти пары обеспечивают локальные максимумы выработки;

— зависимость локальных максимумов выработки за первые два месяца от уровня на конец второго месяца.

К концу третьего расчетного месяца водохранилище срабатывается до УМО.

На сетке рис. 2 это точка к которой сходятся все возможные режимы сработки. На рис. 3 показана зависимость, по которой определяется максимально возможная выработка за три месяца Э°"2™3. Это и будет абсолютный оптимум. Стрелками на рис. 3 показано, как, двигаясь обратным ходом, последовательно определяется оптимальный режим сработки водохранилища.

МВт 80

бо

40

МоЕ 20

1 V2

1

'оо.Х

^^ рг*« п*

20 40 бо Рис.1.Обеспеченность среднесуточных мощностей ГЭС: I - при работе только ГЭС; 2 - при совместной работе ГЭС и СФЗУ

НвБ

ЛХ^

" \ \ " 75 \ Ч^Оч ¿-г \ \

II-----—« ь-Д к—-«

м 23

22

Ж

164 2\

мае.

Рис.2.Сетка возможных режимов сработки верхнего бьефа при решении задачи их оптимизации методом динамического программирования

Совместная работа ГЭС, имеющей возможности только суточного регулирования, с СФЭУ имеет специфические особенности как в отношении режима изменения нагрузки, так и в отношении гидравлических режимов гидроэнергетических сооружений (безнапорного деривационного водовода, бассейна суточного регулирования).

На ГЭС с несаморегулирующейся деривацией суточное регулирование осуществляется за счет сработки БСР ниже уровня воды, соответствующего равномерному режиму течения в подводящей деривации. Задача о совместной работе рассмотрена в двух вариантах. Если ГЭС работает в графике нагрузки с максимальной мощностью, равной установленной, то влияние режима СФЭУ будет заключаться в изменении переменной части графика нагрузки ГЭС, а максимальная мощность ГЭС переместится без изменений ближе к базису графика нагрузки. Если среднесуточная мощность ГЭС по водотоку приближается к обеспеченной, то максимальная мощность ГЭС уже не будет достигать обеспеченной. В этом случае влияние режима СФЭУ будет заключаться в изменении переменной части графика нагрузки ГЭС, а в остальном ГЭС сохранит свое положение в пике графика нагрузки. За счет выработки СФЭУ максимальна? в течение суток мощность ГЭС возрастет (для ГЭС Лагдо с 50 МВт до 54 МВт) вплоть до установленной. Экономический эффект достигается как за счет экономии топлива, так и за счет большего вытеснения из графика нагрузки тепловых электростанций.

За счет работы СФЭУ режим работы ГЭС становится более равномерным, следовательно, потребуется меньший объем БСР. Для условий ГЭС Лагдо уже при выработке СФЭУ, равной 18% от суточной выработки ГЭС, потребный объем БСР может быть уменьшен вдвое по сравнению со случаем отсутствия СФЭУ. При принимаемой обычно глубине сработки БСР 4—6 м уменьшение используемого объема БСР вдвое позволяет повысить действующий напор на ГЭС за счет меньшей сработки БСР на 1—3 м и получить соответствующий эффект по мощность и выработке электроэнергии.

На данном этапе развития электроэнергетики задача экономического анализа состоит в том, чтобы определить, при каких удельных показателях солнечной установки комплекс ГЭС и СФЭУ становится экономически выгоднее, чем развитие топливной базы тепловых электростанций.

Оценить режим работы СФЭУ в течение года можно с помощью условного числа часов использования установленной мощности, которое по оценкам специалистов для региона ГЭС Лагдо может быть принято равным 1460 ч в год. При выполнении экономического анализа в настоящей работе значение этого числа варьировалось в диапазоне от 1000 до 4000 ч/г. Для оценки стоимостных показателей СФЭУ использовались результаты прогноза, разработанного

специалистами ЮНЕСКО, рис. 4. На рис. 5 зависимости удельных затрат по СФЭУ Зуд и экономии затрат на топливо Куд сведены в одно поле координат. Удельные затраты по'СФЭУ показаны штриховыми линиями, на каждой из которых указан год, соответствующий графику на рис. 4. На сплошных линиях указано условное число часов использования установленной мощности СФЭУ. При заданной цене за 1 кг условного топлива Куд и заданном числе часов использования установленной мощности СФЭУ можно определить, что выгоднее — сооружать СФЭУ или сжигать дополнительное топливо на тепловых электростанциях.

Пятая глава посвящена анализу возможностей конструктивного совмещения гидроэлектростанций с солнечными фотоэлектрическими установками. Целесообразность такого совмещения обусловлена, в первую очередь, необходимостью отчуждения из хозяйственного оборота значительных площадей, необходимых для размещения солнечных элементов, а также другими факторами. Вместе с тем, гидроэлектростанция является таким же, как и СФЭУ, электроэнергетическим объектом, для функционирования которого отчуждаются аналогичные земли и площади, в составе которых имеются аналогичные системы и устройства. Гидроэлектростанции включают машинные здания и другие гидротехнические сооружения, которые вполне могут быть использованы для размещения солнечных батарей.

Для анализа возможностей конструктивного совмещения ГЭС и СФЭУ была сделана случайная выборка из 67 гидроэлектростанций различных типов и мощностей; для этого были использованы различные российские и зарубежные источники, в качестве исходной информации принимались:

— тип гидроэлектростанции;

— поперечный разрез по зданию ГЭС;

— напор ГЭС Н;

— диаметр рабочего колеса турбины 0-|.

Возможность расположения солнечных элементов рассматривалась применительно ко всем потенциально приспособленным для этого местам конструкции ГЭС, главным образом, крыше здания ГЭС, довольно часто — низовой грани бетонной плотины со станционными водоводами.

Для исключения влияния абсолютных размеров сооружений гидроэлектростанции площадь, пригодная для размещения солнечных элементов, подсчитыва-лась для одного турбинного блока и относилась к квадрату диаметра рабочего колеса турбины.

Результаты конструктивного анализа возможностей расположения солнечных элементов на сооружениях ГЭС представлены на рис. 6 в координатах Р, где И — относительная площадь пригодных поверхностей.

22

.2

■3

4 ^ У |Т 2.

S К к ut5

ч / 1 В

го

40

60

ъо

/оо

по

Рис.3.Зависимость выработки электроэнергии на ГЭС от режимов сра-ботки водохранилища; оптимальные значения выработки: Эт 2 -за два первых расчетных месяца; да - за третий расчетный месяц; Э12+з - за три расчетных месяца

Д.ЛА США

к&глеЪ

iiao

8оо

4ро

Ку».

\

\ е

2000

гаю

¿ого

кв-,

годы.

Rae.4.Прогноз изменения удельных экономических показателей солнеч ннх фотоэлектрических установок по данным ЮНЕСКО

О.? ДРМЛША

КгУ-Т

Рис.5.Прогноз изменения экономической эффективности солнечных фотоэлектрических установок для условий Камеруна

Как следует из рис. 6, для всех проанализированных типов зданий ГЭС имеет место четкая зависимость — с уменьшением диаметра рабочего колеса относительная площадь поверхностей, пригодных для размещения солнечных элементов, увеличивается. Это позволяет сделать заключение о том, что здания средних и в особенности малых ГЭС предоставляют больше конструктивных возможностей для совмещения с солнечными фотоэлектрическими установками, чем здания мощных ГЭС.

Повышенное внимание к строительству малых ГЭС является одной из самых характерных черт современной мировой электроэнергетики; особое внимание уделяется развитию малой гидроэнергетики в развивающихся странах. Поскольку большинство из этих стран расположены в теплом поясе Земли, с интенсивной солнечной инсоляцией, то именно для них наиболее целесообразным решением проблемы улучшения электроснабжения является конструктивное совмещение гидроэлектростанций с солнечными фотоэлектрическими установками.

Для удобства использования в практике предварительного проектирования кривые на рис. 6 аппроксимированы зависимостями вида

У = 1ГГС'

имеющими разные значения констант для разных типов зданий ГЭС, а именно:

— для русловых несовмещенных зданий ГЭС с вертикальными гидроагрегатами и трансформаторами со стороны нижнего бьефа

р = —!— + 20 Е>,-1

при 0] > 1 м;

— для приплотинных зданий ГЭС с бетонными плотинами и трансформаторами со стороны НБ

Б = —?— + 20

при 0-| > 4 м;

— для приплотинных зданий ГЭС с грунтовыми плотинами и зданий деривационных ГЭС с трансформаторами со стороны НБ

Ё = —!—+3 5 О]-4,5

при Рт > 4,5 м;

— для тех же зданий ГЭС, с трансформаторами со стороны ВБ

Ё = —?—+2 0 ^-4,5

при > 4,5 м; здесь значения константы А даны в м; а С — в безразмерном виде.

русловые несовмещенные здания ГЭС с вертикальными агрегатами и трансформаторами со стороны НБ

приплотинные здания ГЭС с бетонной плотиной и трансформаторами со стороны НБ

русловые несовмещенные здания ГЭС с вертикальными агрегатами и трансформаторами со стороны ВБ

приплотинные здания ГЭС с грунтовой плотиной и деривационные здайия ГЭС с трансформаторами со стороны НБ

Рис.6.Зависимость площади, пригодной для размещения солнечных элементов на зданиях ГЭС разных

Кривые на рис. 6 и приведенные формулы характеризуют влияние на эффективность совмещения ГЭС и СФЭУ как диаметра рабочего колеса турбины, которое одинаково для всех типов здания ГЭС, так и самого типа здания ГЭС, которое, хотя и имеет место, но несколько меньше проявляется, чем влияние диаметра рабочего колеса.

Конструктивные проработки зданий ГЭС, совмещаемых с солнечными фотоэлектрическими установками, должны начинаться на первых этапах проектирования с тем, чтобы при допустимом увеличении капиталовложений можно было бы создать наиболее подходящие условия для увеличения мощности и эффективности работы СФЭУ.

В шестой главе приведены результаты схематической проектной проработки и определения технико-экономических показателей комплексной ГЭС—СФЭУ на базе гидроэлектростанции Лагдо на севере Камеруна. На этой приплотинной ГЭС установленной мощностью 72 МВт и напором 20 м могут быть размещены солнечные элементы, обеспечивающие мощность СФЭУ 5 МВт, то есть 6,95% от мощности ГЭС.

Эффективность энергетического совмещения этих электростанций была показана в главе 4. Отсутствие достаточно подробной информации о стоимостных показателях отчуждаемых земель, материалов, оборудования и строительных работ для условий Камеруна не позволило определить точные технико-экономические показатели комплексной ГЭС-СФЭУ Лагдо, однако оценка по обобщенным показателям свидетельствует о возможности получения экономического эффекта при конструктивном совмещении ГЭС Лагдо с солнечной фотоэлектрической установкой.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Энергетика будущего, перспективы развития которой определяются ограниченностью запасов ископаемого топлива и отрицательным экологическим воздействием использования невозобновляющихся первичных источников (в основном, органических топлив), должна основываться на использовании возобновляющихся, экологически чистых источников энергии, потенциала которых вполне достаточно для удовлетворения возрастающих потребностей человечества. Особенности преобразования возобновляющихся источников (энергии рек, ветра, солнца, приливов, ветровых волн) таковы, что они могут быть использованы только в виде электроэнергии. Для приспособления графиков выработки этих станций к графику нагрузки электроэнергетической системы необходимы аккумулирующие и регулирующие мощности, которые наиболее целесообразно размещать на гидроэлектрических станциях. Российскими специалистами разработаны методические основы гидроаккумулирования и совместной работы ГЭС с другими электростанциями, использующими возобновляющиеся источники энергии. Возможности компоновочно-конструктивного объединения электростанций, преобразующих разные возобновляющиеся источники, ранее практически не рассматривались.

2. Состав электропроизводящих мощностей в Камеруне благоприятен в отношении экологии энергетики и надежности электроснабжения, так как почти 85% электроэнергии производится на гидроэлектростанциях. Гидроэнергетический потенциал Камеруна использован менее чем на 2%; гидроэнергетика еще многие годы может оставаться основой электроэнергетики Камеруна. Расширение использования солнечной энергии целесообразно для Камеруна и особенно для его северных районов; имеются возможности для энергетического совмещения солнечных и гидравлических электростанций.

3. Интенсивность солнечной радиации хорошо изучена для различных районов Земного шара. Имеются методики расчета технического потенциала солнечной энергетики. Фотоэлектрический способ преобразования солнечной энергии наиболее приемлем с точки зрения создания комплексных элктростанций. Рассчитанные графики солнечной инсоляции и построенные графики участия солнечной фотоэлектрической установки в покрытии графика суточной нагрузки электроэнергетической системы достаточны для детального анализа водноэнергетических режимов и технико-экономических расчетов комплексной ГЭС—СФЭУ на базе ГЭС Лагдо на севере Камеруна.

4. Совместная работа ГЭС и СФЭУ в едином графике электрической нагрузки позволяет получить экономический эффект за счет экономии топлива на тепловых элетростанциях. Максимальная мощность комплекса ГЭС—СФЭУ определяется установленной мощностью гидроэлектростанции. Мощность СФЭУ должна полностью дублироваться другими электростанциями энергосистемы.

5. Разработанная методика оптимизации режима сезонного регулирования ГЭС позволяет обеспечить максимум дополнительной выработки электроэнергии при совместной работе ГЭС и СФЭУ. Для ГЭС с суточным регулированием стока совместная работа с солнечной установкой позволяет уменьшить до 50% сработку бассейна суточного регулирования за счет снижения неравномерности суточного графика нагрузки ГЭС и повысить действующий на ГЭС напор.

6. В условиях Камеруна солнечная установка дает до 75% годовой выработки электроэнергии в маловодный (сухой) период года, что существенно облегчает для ГЭС условия перераспределения стока реки в течение межени и не требует дополнительной полезной емкости водохранилища. Экономическая эффективность солнечных фотоэлектрических установок на уровне 2015 года обеспечивается при ценах на органическое топливо выше 0,2 долл США/кг.

7. Разработанная методика и полученная обобщенная номограмма позволяют производить оценку экономической эффективности СФЭУ при различных условиях ее функционирования на предварительных стадиях проектирования.

8. Конструктивное совмещение гидроэлектростанций с солнечными фотоэлектрическими установками позволяет избежать отчуждения из хозяйственного оборота значительных площадей для размещения СФЭУ, совместить электрическое хозяйство двух электростанций, сократить протяженность линий электропередач, подъездных путей и т.п.

9. Диаметр рабочего колеса турбины в значительной мере определяет целесообразность конструктивного совмещения ГЭС с солнечными элементами: с уменьшением диаметра рабочего колеса относительная площадь поверхностей, пригодных для размещения солнечных элементов, увеличивается. Здания средних и в особенности малых ГЭС предоставляют больше конструктивных возможностей для совмещения с СФЭУ, чем здания мощных ГЭС. Мощность совмещенной солнечной установки на крупных ГЭС не будет превышать 5% установленной мощности последних, а на малых ГЭС эта доля может повыситься до 10% и даже до 15%.

10. Наиболее "приспособленными" к конструктивному совмещению с солнечными установками являются малые ГЭС с русловыми несовмещенными зданиями с трансформаторами со стороны нижнего бьефа. На средних ГЭС здания

различных типов обладают примерно одинаковой "приспособленностью" к совмещению, а из крупных ГЭС этим характеризуются обособленные здания приплотинных и деривационных ГЭС с трансформаторами со стороны нижнего бьефа. Для зданий всех типов несколько более предпочтительным в отношении совмещения является размещение силовых трансформаторов со стороны нижнего бьефа от машинного здания.

11. Результаты схематической проектной проработки и определения по обобщенным показателям технико-экономических характеристик комплексной ГЭС— СФЭУ на базе ГЭС Лагдо на севере Камеруна свидетельствуют о возможности получения экономического эффекта при контруктивном совмещении этой ГЭС с солнечной фотоэлектрической установкой.