4.3. Сезонное регулирование ГЭС - оптимизация режимов
Представлена инженерная имитационно-оптимизационная математическая модель оптимизации режимов работы ГЭС сезонного регулирования.
Автор курса: Георгий Николаевич Петров
Основными исходными данными моделей управления режимами ГЭС сезонного регулирования являются притоки и расходы воды и емкости существующих (и проектируемых водохранилищ). При этом решаются следующие задачи:
• Максимизация выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года,
• Выравнивание выработки электроэнергии для рассматриваемого периода – сезона, года,
• Определение выработки электроэнергии при обеспечении заданной потребности в воде ирригации,
• Минимизация, или полное исключение холостых сбросов из водохранилищ,
• Определение объемов перерегулирования стока (компенсаций) при переходе от энергетического к ирригационному режиму.
Все модели имеют прикладной характер и разработаны для конкретных стран, бассейнов и гидроузлов.
Модели предназначены для персональных компьютеров, в рамках программы Microsoft Office, Excel, с использованием надстройки «Поиск решения».
В процедуре «Поиск решения» используется алгоритм нелинейной оптимизации Generalized Reduced Gradient (GRG2), разработанный LeonLasdon, University of Texas at Austion и Allan Waren, Cleveland State University.
Алгоритмы симплексного метода и метода «branch-and-bound» для решения линейных и нелинейных задач с ограничениями разработаны Yohn Watson и Dan Fylstra, Frontline Sistems, Ync.
В качестве примера приводятся результаты, полученные для Нурекской ГЭС.
Уровень нижнего бьефа, максимально допустимые расходы на ГЭС, кпд ГЭС и суммарные потери напора определялись расчетным путем по аналитическим зависимостям, полученным в результате натурных исследований.
В качестве изменяемых параметров в модели принимаются расходы воды через турбины ГЭС.
В моделях используются естественные ограничения, имеющие понятный физический смысл:
1. Начальные условия по объему водохранилища (на 1 октября) должны воспроизводится к концу рассматриваемого в моделях периода (к 30 сентября).
2. Расходы воды через турбины ГЭС должны быть больше нуля. (В качестве другого ограничения может быть принято условие, что общий расход через турбины и холостые сбросы в сумме не должны быть меньше принятых санитарных попусков).
3. Объем водохранилища в любой рассматриваемый период времени не должен быть меньше минимально возможного и больше максимально возможного.
4. Расходы воды через турбины ГЭС не должны быть больше максимально допустимых по условиям пропускной способности (для небольших напоров) и по условиям кавитации (для высоких напоров).
Критерий оптимизации режима работы Нурекской ГЭС с позиции национальных интересов гидроэнергетики определяется практически однозначно – максимизация выработки электроэнергетики за год, а также в дефицитный зимний период: октябрь – апрель (май) без каких-либо условий, накладываемых на остальной период года.
Модели могут использоваться как для оценки результатов работы ГЭС за уже прошедшие периоды, так и для перспективы. В последнем случае используется метод прогноза водного стока, изложенный в предыдущем разделе настоящего курса.
Использование модели позволяет на 13,5% увеличить общую выработку электроэнергии в наиболее холодный сезон – декабрь-март:
И, самое главное, при этом происходит ее существенное выравнивание в этот период. Фактическая выработка в этот сезон изменялась от максимальной, 882,33, до минимальной, 364,77 млн. кВт.ч, то есть в 2,4 раза. При использовании модели, это различие уменьшается до 1,18 раз.
Модель позволяет также рассчитать потери выработки электроэнергии при переходе от энергетического к ирригационному режиму работы ГЭС
Задания для самоконтроля
1. Что такое холостые сбросы ГЭС?
2. Что такое начальные условия?
3. Какие могут быть виды оптимизации в режимах ГЭС?
4. Чему равен напор на ГЭС?
Дополнительное задание
Как изменится режим работы и выработка электроэнергии на ГЭС при учете требований ирригации?