Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Створення великих гідроенергетичних об'єктів з водоймищами комплексного призначення й каскадів ГЕС у багатьох випадках прямо пов'язане із проблемами малоосвоєних регіонів і є основою територіально-виробничих комплексів (ТВК). 

У малонаселених необжитих регіонах вони, будучи піонерними промисловими об'єктами, формуючи нову виробничу та соціальну інфраструктуру та забезпечуючи електропостачання й водопостачання, сприяють різкому підйому продуктивних сил і зміні соціально-економічних умов.

При цьому при проектуванні та створенні інфраструктури ГЕС слід враховувати, що вона є першочерговою частиною майбутньої інфраструктури ТВК, виходячи з перспективи соціально-економічного розвитку регіону.

Наприклад, на базі будівництва Братської ГЕС і Саяно-Шушенської ГЕС (Росія) у Сибіру в прилеглих до ГЕС малонаселених регіонах були створені потужні територіально-виробничі комплекси, що мають розвинену інфраструктуру із промисловими та сільськогосподарськими об'єктами.

Енергокомплекси. В останні десятиліття для підвищення надійності енергопостачання, зниження втрат електроенергії в лініях електропередачі простежується прагнення до близького розміщення, а в деяких випадках технологічного об'єднання базових електростанцій (ТЕС і АЕС) і високоманеврених електростанцій (ГЕС і ГАЕС) в енергокомплекси. Робота всіх електростанцій тісно пов'язана з водоймищами, які необхідні для забезпечення безповоротного водоспоживання й найбільш ефективного охолодження циркуляційної води конденсаторів турбін ТЕС і АЕС, для створення напору і акумулюючої ємності для ГЕС і ГАЕС.

В основі створення енергокомплексів лежать принцип багатоцільового використання водоймищ і завдання підвищення ефективності електропостачання. При цьому з'являється можливість не тільки зменшити втрати земельних ресурсів, але в ряді випадків при накладенні різних режимів вплинути на екологічні умови. У той же час необхідно враховувати, що санітарні норми висувають тверді вимоги до якості води, включаючи допустимий перегрів, при використанні водоймищ для господарського та питного водопостачання, рибного господарства, рекреації.

У світі експлуатуються енергокомплекси: у США – Оровілл і Сан-Луїс у Каліфорнії, Хайуессі в басейні р.Теннессі, НорфілдМаунтін, Кеові-Токсавей та ін., у ПАР – з ГАЕС Steenbrass Elandsberg і з АЕС Koeberg.

В енергокомплексах за умовами охолодження циркуляційної води ТЕС і АЕС можна виділити три основні схеми:

• прямоточна – з використанням руслових водоймищ комплексного призначення;

• напівпрямоточна – з використанням гідравлічно зв'язаної системи водоймищ, як наливних, так і руслових комплексного призначення;

• оборотна – з використанням спеціальних наливних водоймищ, розташованих поза основним водотоком.

Усі три схеми дозволяють скоротити втрати в ЛЕП, забезпечити єдину систему керування енергокомплексом, використовувати ГЕС і ГАЕС в якості додаткового джерела власних потреб АЕС в аварійних ситуаціях.

При схемах прямоточній та напівпрямоточній у водоймищах комплексного призначення допускається тільки слабкий перегрів, регламентований санітарними нормами (в основному в межах 1,5–3°С у літній період), однак за рахунок поліпшення умов охолодження циркуляційної води ТЕС і АЕС збільшуються їх потужність і вироблення електроенергії. Мал. 3.3. Схеми енергокомплексів: а – з ГАЕС Fairfield (США); б – Keowee-Toxaway (США)

Феноменом режиму роботи ГАЕС, у тому числі в складі енергокомплексів, є поліпшення якості води у водоймищах, що пов'язане зі створенням швидкісного режиму, перемішуванням поверхневих шарів із глибинними, додатковим насиченням киснем і посиленням процесів самоочищення. Завдяки режиму ГАЕС при роботі енергокомплексу по схемах прямоточній та напівпрямоточній мінімізуються негативні наслідки, викликані перегрівом води в нормованих межах.

У зимовий період додаткове нагрівання води водоймищ при охолодженні циркуляційної води, що виключає льодоутворення, може вплинути на екологічні умови, поліпшуючи кисневий режим водоймищ.

Панорама Ташликської ГАЕС, яка утворює з Південно-Українською АЕС енергокомплекс

Мал. 3.4. Схема Південно-Українського енергокомплексу

Становить інтерес досвід експлуатації енергокомплексу Кеові-Токсавей (США), що працює за прямоточною схемою (мал. 3.3, б) та включає АЕС потужністю 2,66 млн. кВт, ГАЕС потужністю 0,61 млн.кВт і ГЕС потужністю 0,14 млн.кВт, а після розширення шляхом будівництва ГАЕС-II потужністю 1 млн. кВт. Натурні спостереження показали, що температура води, яка проходить через ГЕС, перебуває в регламентованих межах, не перевищуючи більш ніж на 1,7°С середньомісячні температури води в природних умовах. Також витримуються обмеження на температуру води, що скидається на водовипуску АЕС. Система моніторингу забезпечує постійний всебічний контроль навколишнього середовища, дотримання екологічних нормативів.

У ряді країн нормативами не дозволяється або обмежується застосування прямоточних схем.

В Україні Ташлицька ГАЕС потужністю 0,9 млн. кВт утворює з Південно-Українською АЕС потужністю 3 млн. кВт енергокомплекс, що працює за оборотною схемою без гідравлічного зв'язку водойми-охолоджувача АЕС і водоймищ ГАЕС (мал. 3.4).