- Г.В. Дегтярев — зав. кафедрой строительного производства КубГАУ, д.т.н., профессор
- С.В. Дейнеко — генеральный директор ООО «Газпромбанк
Инвест-Кубань» - Б.Н. Пономаренко — президент АНТиСП, к.т.н., профессор
- Ш.Н. Путуридзе —
вице-президент и гл. уч. секретарь АНТиСП, к.т.н., профессор - В.З. Птицин — зам. главного инженера ОАО «Кубаньэнерго»
- Н.В. Галаган — начальник отдела автоматизации ОАО «Краснодаргражданпроект»
Несоответствие маневренных возможностей электростанций требованиям графика электропотребления приводит к значительным режимным затруднениям и ухудшению экономических показателей работы энергосистемы. В последние годы в крае регулярно случаются снижения частоты в часы максимума нагрузки до 49,5–49,7 Гц, вынужденные отключения потребителей. Именно для покрытия пиков и заполнения глубоких провалов электрической нагрузки энергосистем предназначаются ГАЭС.
Технические характеристики
В традиционном представлении гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) включает верхний и нижний бассейны, связанные трубопроводной системой, и машинное здание, выполняемое в подземном, полуподземном или поверхностном исполнении. При покрытии пиков нагрузки ГАЭС работают в турбинном режиме и вырабатывают электрическую энергию. При этом происходит сработка верхнего и заполнение нижнего бассейна. В часы пониженной нагрузки энергосистемы ГАЭС работает в насосном режиме и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний. Верхний бассейн устраивается путем частичной срезки и обвалования возвышенности или путем сооружения плотины в ущелье, в долине реки и т.п.
При наличии высокогорного озера оно может быть использовано в качестве верхнего бассейна. Нижним бассейном может служить водохранилище, озеро или даже море. На ГАЭС чаще всего применяется схема компоновки сооружений с напорными
Суточные графики нагрузки электросистемы в крае характеризуются непродолжительными (по 2–3 часа) явно выраженными утренними и вечерними пиками и глубокими провалами в ночное время нагрузки. Коэффициент суточной нагрузки по Краснодарскому краю в среднем составляет 0,8, изменяясь от 0,75 до 0,85. Коэффициент неравномерности графика (отношение минимальной нагрузки графика к максимальной) в зависимости от времени года и дня недели изменяется в диапазоне от 0,60 до 0,70, а в понедельник снижается до 0,5–0,55. ГАЭС обладают максимальными маневровыми преимуществами.
В отличие от других типов маневровых электростанций, которые могут перекрывать только пиковые нагрузки, ГАЭС могут работать в насосном режиме в провале графика электрической нагрузки, обеспечивая более благоприятный базисный режим тепловых и атомных электростанций. Дополнительно к основным функциям ГАЭС привлекаются к регулированию частоты и напряжения в электрической сети, а при необходимости и к несению функций быстро вводимого аварийного резерва. Высокая маневренность ГАЭС определяется малым временем включения в работу, набора и сброса нагрузки. Так, пуск обратимых агрегатов ГАЭС из нерабочего состояния в турбинный режим с набором полной нагрузки составляет 2–3 минуты. Пуск этих агрегатов в насосный режим из нерабочего состояния в зависимости от мощности машин и способа пуска колеблется в пределах 5–6 минут. Время перевода из турбинного в насосный режим достигает 8–10 минут.
Мировые тенденции
В мире эксплуатируется около 300 ГАЭС, охватывающих диапазон напоров от нескольких метров практически до 2 тыс. м. В стадии проектирования и подготовки к строительству находится порядка 100 станций. Наибольшее количество эксплуатируемых и строящихся ГАЭС сосредоточено в Японии, США, Германии, Австрии и Швейцарии. На долю этих стран приходятся около 3/4 действующих станций. Несколько меньше станций в Италии, Франции и Испании (до 10–12 в каждой стране). Становятся на путь более широкого строительства как страны с бедными гидроресурсами (например, Великобритания, Польша, Германия), так и богатые ими (Норвегия, Австралия и др.).
В России имеется только одна ГАЭС — Загорская-1 мощностью 1200 МВт, строительство которой завершено в 1995 году в Московской области в 20 км севернее г. Сергиева Посада на реке Куньей. Работа Загорской ГАЭС-1 улучшает режимы работы электростанций в основном путем снижения степени разгрузки крупноблочных ГРЭС, ТЭЦ, АЭС, а также обеспечивает в течение суток высокое качество поставляемой потребителям электроэнергии — поддержание нормативной частоты и напряжения. В настоящее время принято решение о строительстве второй очереди Загорской ГАЭС-2 мощностью 800 МВт.
Перспектива в Краснодарском крае
В состав генерирующих мощностей края входит Краснодарская ТЭЦ и небольшие ГЭС. Кроме того, несколько промышленных потребителей имеют свои энергетические установки и продают избытки электроэнергии в общую сеть. Энергосистема «Кубаньэнерго» является дефицитной как по энергии, так и по мощности, в связи с чем необходимы значительные покупки энергии с федерального оптового рынка энергии и мощностей (ФОРЭМа). Закупка энергии на ФОРЭМе «Кубаньэнерго» осуществляется по зональным тарифам. Анализ реальных данных предусматривает существенный рост тарифов на электроэнергию. Естественно, в такой же пропорции возрастут тарифы на продажу электроэнергии с ФОРЭМа в дефицитные энергосистемы. При этом разница между тарифами на поставку пиковой и ночной электроэнергии возрастет.
При наличии в Краснодарском крае источника генерирующей мощности, способного аккумулировать дешевую электроэнергию в ночные часы и отдавать ее в часы пика, имеется возможность,
Сооружение подобных высоконапорных ГАЭС позволяет резко сократить габариты оборудования и здания станции, верхнего и нижнего бассейнов, уменьшить отвод земель под строительство, сделать большую часть сооружений подземными и тем самым значительно сократить нагрузку на экологию.
Идея размещения ГАЭС в Краснодарском крае получила поддержку правительства края и «Кубаньэнерго» (протокол от 09.08.00), Минтопэнерго России (письмо зам. министра № КЮ- 6396 от 29.09.00), ЦДУ «ЕЭС России» (письмо генерального директора №
Предварительные проработки показали, что одним из наиболее предпочтительных вариантов является размещение ГАЭС в бассейне р. Мзымта, в частности, в районе пос. Красная Поляна. В этом случае ГАЭС обеспечила бы практически стопроцентную надежность электроснабжения г. Сочи и пос. Красная Поляна, ставших важнейшими курортами летнего и зимнего отдыха в России и столицей зимних Олимпийских игр в 2014 году, а также стала бы наиболее приближенным к границе с Турцией энергообъектом, повышающим надежность и регулируемость экспортной электроэнергии.
Специалистами в бассейне р. Мзымта отобраны четыре площадки возможного размещения высоконапорной ГАЭС мощностью 200 МВт. Наиболее перспективной них является площадка в районе п.
- обеспечение устойчивого энергоснабжения вновь строящихся объектов, сооружение которых увеличит электропотребление в той зоне в несколько раз (по предварительным данным потребуется мощность порядка 100 МВт);
- возможность использования верхнего бассейна в качестве надежного источника водоснабжения верхней площадки спортивного комплекса;
- наличие бассейнов ГАЭС в значительной мере украсит местность и сделает регион более привлекательным для туристов, как это имеет место в зоне подобных сооружений в Италии, Австрии и других странах.
С учетом осторожного подхода к оценке имеющихся данных Краснополянская ГАЭС может характеризоваться следующими параметрами:
- мощность в турбинном режиме — 200 МВт;
- годовая выработка электроэнергии — 300 млн. кВтч;
- напор — 870 м;
- емкость бассейнов: верхнего — 600 тыс. куб. м, нижнего — 600 тыс. куб. м;
- стоимость строительства — 140 млн. долларов США;
- продолжительность строительства — 3 года;
- срок возврата капиталовложений — 6–8 лет.
Выдача мощности ГАЭС в энергосистему будет осуществляться высоковольтной линией 220 кВ по трассе, ранее намеченной для энергоснабжения района пос. Красная Поляна. Впоследствии рекомендуется увеличить мощность ГАЭС в два раза (до 400 МВт). Пропускная способность туннеля первой очереди ГАЭС диаметром 3,5 м, выбранная из условий производства работ, обеспечит получение указанной мощности. Потребуется лишь расширение бассейнов и здания ГАЭС. Стоимость второй очереди ГАЭС будет значительно ниже и по ориентировочной оценке не превысит 100 млн. долларов США.
До начала строительства Краснополянской ГАЭС необходимо разработать проектную документацию на стадии