Главная функция гидроузла с ГЭС - это использование притока воды, обеспечивающее получение максимальной энергоотдачи при заданной надежности электроснабжения потребителей.
Важнейшим требованием к функционированию каждого гидроузла является обеспечение его безопасности и безопасности населения и хозяйства в верхнем и нижнем бьефах.
Диспетчерские графики и правила определяют основное содержание "Правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций". Основными элементами диспетчерских графиков являются отметки уровней воды в водохранилище у плотины в конце межени и половодья.
Диспетчерский график должен быть построен таким образом, чтобы обеспечить:
- нормативную надежность гарантированной энерго- и водоотдачи;
- максимально возможную среднюю многолетнюю выработку электроэнергии ГЭС;
- постепенное уменьшение энерго- и водоотдачи по мере сокращения запаса воды в водохранилище для предотвращения глубоких перебоев в крайне маловодных условиях.
Диспетчерские графики позволяют полностью управлять использованием водных ресурсов водохранилищ изолированных гидроузлов. Для каскадов и их объединений диспетчерские графики дополняются системой диспетчерских правил, регламентирующих очередность использования водных ресурсов водохранилищ различных ступеней.
Обычно диспетчерские графики регламентируют режим использования полных ресурсов в нормальных эксплуатационных условиях, при изменении уровнем воды в водохранилище у плотины в пределах отметок УМО и НПУ.
Режим использования водных ресурсов при пропуске экстремально высоких половодий и паводков регламентируется специальными правилами.
В проектах и большинстве действующих "Основных правил" превышения НПУ допускается лишь при полностью открытых затворах всех водосбросных и водопропускных отверстий при максимальном использовании всех гидротурбин.
Однако если по тем или иным причинам требуется срезка максимальных расходов воды в средне высокие половодья (вероятностью превышения 1, 5 или даже 10%) и, соответственно, превышение отметки НПУ при неполном открытии водосбросных сооружений, она должна быть обоснована в специальной работе, так как возможна угроза устойчивости сооружений. Для предотвращения такой угрозы должны быть установлены соотношения высоты форсировки уровня верхнего бьефа сверх НПУ и расхода воды в нижнем бьефе гидроузла.
5.2. Построение границ зон диспетчерских графиков
5.2.1. Общие положения. Для водохранилищ энергетического назначения различают, как правило, следующие зоны диспетчерских графиков: гарантированной энергоотдачи, сниженной энергоотдачи (одна зона или несколько) и избытков. Соответственно различают и линии, разделяющие диспетчерские графики на указанные зоны. Например, на рис. Приложения 1 линии а-а и b-b являются соответственно верхней и нижней границей зоны, в пределах которой энергоотдача назначается равной гарантированной мощности. Линия а-а является также нижней границей зоны "избытков", а линия b-b - верхней границей зоны сниженной гарантированной мощности. Линия b-b определяет постепенный переход от нормальной к сниженной гарантированной мощности ГЭС. В зоне избытков, расположенной выше линии а-а, но не выше НПУ, допускается переход на повышенную против гарантированной мощности вплоть до Nуст ГЭС. При уровнях воды в водохранилище выше НПУ до момента снижения уровня до отметки НПУ обычно работают все водопропускные отверстия гидроузла (турбины, донные и поверхностные водосбросы).
В зоне избытков может быть выделена еще и противосбросовая линия. На рис. 1 эта линия совмещена с верхней границей зоны гарантированной отдачи. Все линии указанного диспетчерского режима состоят из двух ветвей: ветви сработки для периода межени и ветви наполнения для периода половодья с учетом даты его начала -"скользящая шкала времени".
Используются обычно два метода построения диспетчерских графиков. При применении первого метода производится подробный предварительный анализ исходной гидрологической информации, в результате чего отбираются наиболее неблагоприятные модели внутригодового и многолетнего распределения стока, (критические маловодные периоды из нескольких лет). Объемы меженного стока этих лет приводятся к расчетной обеспеченности отдачи Р (90-95%), объемы половодья - к обеспеченности 5-10%.
Затем назначается несколько вариантов отметок уровней воды в водохранилищах в конце межени и половодья и выполняются водохозяйственные и водноэнергетические расчеты. Сток регулируется на заданные значения Nгар ГЭС, Qгар или совместно Nгар ГЭС и Qгар таким образом, чтобы уровни воды в водохранилище в начале половодья и в конце межени совпали. Огибающая хода уровней используется для построения диспетчерской противоперебойной линии. Аналогично строят и границы зон сниженной энерго- или водоотдачи. Высотное положение линии рекомендуется определять технико-экономическими расчетами, однако обычно оно назначается подбором, исходя из условий получения максимальной Qгар или Nгар ГЭС расчетной обеспеченности.
При использовании второго метода высотное положение линий диспетчерских графиков и их очертания определяют подбором, по результатам водохозяйственных и водноэнергетических расчетов по многолетнему ряду. Обычно 5-6 итераций бывает достаточно для получения диспетчерского графика, удовлетворяющего принятым нормативам надежности.
Очертания всех линий диспетчерского графика подлежат уточнению и корректировке после проведения водохозяйственных и водноэнергетических расчетов по многолетнему ряду. При этом в очертания огибающих кривых рекомендуется вносить некоторые глазомерные поправки для того, чтобы сделать их более плавными, но не в ущерб надежности водо- или энергоотдачи. Наибольшее влияние на надежность отдачи оказывает высотное положение противоперебойной линии, а не ее очертания. Отметки уровней воды в водохранилище у плотины в конце межени и половодья являются основными элементами диспетчерскою графика.
5.2.2. Построение границ зон гарантированной отдачи. Гарантированная отдача может быть одно- и много- , чаще - двухступенной. Построению границ зон предшествует определение нормальной и сниженных значении гарантированной отдачи.
В условиях неизвестного наперед притока гарантированная отдача может быть реализована с заданной надежностью (обеспеченностью) только в том случае, если водные ресурсы, запасенные в водохранилище, не будут растрачиваться в течение расчетного маловодного периода на повышенную отдачу. Границами зоны гарантированной отдачи должны быть уровни воды в водохранилище в расчетный маловодный период, в условиях которого определялась гарантированная отдача. При многолетнем регулировании стока продолжительность расчетного маловодного периода может составлять 2, 3 и более лет. Для построения границ зоны гарантированной отдачи должны быть использованы огибающие, соединяющие критические уровни воды, полученные по всем маловодным периодам, равным по суммарному объему притока. Возможен и другой прием построения зон диспетчерского графика. По всему имеющемуся гидрологическому ряду выполняются детальные водохозяйственные и водноэнергетические расчеты. Если обеспеченность нормальной и сниженной отдачи равна заданным значениям, то для построения границ зоны гарантированной отдачи отбираются периоды, в конце которых уровни воды в водохранилище практически равны уровню мертвого объема (УМО). Если ни в один из периодов водохранилище не срабатывается до УМО, то гарантированная нормальная и сниженная отдачи увеличиваются; если хоть в один период водохранилище оказывается сработанным ниже отметки УМО, - уменьшаются. Верхняя и нижняя огибающие уровней воды в водохранилище являются границами зон гарантированной отдачи.
При сезонном регулирование стока методика построения границ зоны гарантированной отдачи не изменяется.
5.2.3. Построение зон максимальной и повышенной отдачи. Верхней границей зоны максимальном отдачи ГЭС является НПУ, нижней границей - нижняя огибающая уровней, которые имеют место при работе ГЭС с установленной мощностью в период многоводных половодий и с некоторой отдачей, необходимой для достижения отметки ежегодной сработки водохранилища в период многоводной межени. Ветвь наполнения строится в условиях половодий, объем которых достаточен для наполнения водохранилища от отметки обязательной ежегодной сработки до НПУ при максимальном расходе воды через ГЭС.
Если отметка обязательной ежегодной сработки водохранилища совпадает с отметкой верхней границы зоны гарантированной отдачи, а нижняя граница зоны максимальной отдачи близка к верхней границе зоны гарантированной отдачи, то зона повышенной отдачи отсутствует.
На диспетчерском графике гидроузла-компенсатора зоны повышенной и максимально допустимой отдачи не отличаются от тех же зон на диспетчерском графике компенсируемого гидроузла. Зона гарантированной отдачи является зоной общей гарантированной отдачи каскада или системы. Методика построения этой зоны не отличается от методики построения зоны гарантированной отдачи независимо работающего гидроузла с регулирующим сток водохранилищем.
Диспетчерские правила регулирования стока позволяют в условиях неопределенности исходной гидрологической информации, т.е. при недостаточной заблаговременности и точности долгосрочных гидрологических прогнозов, осуществлять оптимальное управление функционированием каскадов и их объединений в энергосистемах.
5.3. Порядок использования диспетчерских правил и графиков