Введение к работе
В новых экономических условиях развитие народного хозяйства Узбекистана предопределяет научную проблему рационального использования и сбережения водно-энергетических ресурсов (ВЭР) между отраслями энергетики, сельского хозяйства, питьевого и промышленного водоснабжения, рыбного хозяйства, рекреации и др.
Концентрация и регулирование энергетических ресурсов для выработки электроэнергии осуществляется тепловыми электростанциями (ТЭС) и гидроэлектростанциями (ГЭС). В сельскохозяйственном производстве главную роль выполняют насосные станции (НС). В настоящее время их установленная мощность более 2 млн.кВт. Они являются крупными потребителями энергии в энергосистеме (ЭС).
Анализ состояния электроэнергетической(ЭЭС) и водохозяйственной (ВХС) систем показывает, что их объекты (боле 40 ТЭС и ГЭС, -1500 НС), эксплуатируются неэффективно, с ограниченными функциональными возможностями, что приводит к нерациональному использованию ВЭР и необоснованным экологическим нагрузкам на природную среду.
Причиной этому являются: 1) значительный удельный вес ТЭС ( 85%)
в ЭЭС, сжигающих более 40 млн.т/год органического топлива; 2) низкая
доля мощностей ГЭС ( 15%), а при покрытии пиковой нагрузки всего 6-7%
от максимальной мощности, что требует более 90% импорта регулируемых
мощностей, несмотря на неиспользованные гидроэнергетические
ресурсы(ГЭР, ~60%о); 3) отставание в строительстве малых- и микро ГЭС
при использовании ГЭР на ирригационных каналах ( Z Lk=3400 км,
Qk=5656 м3/с), водохранилищах ( Z. Уполез=17 км3 ) и других
регулируемых гидротехнических сооружениях; 4) большие водно-энергетические потери при эксплуатации НС (до 20% энергии), связанные с несоответствием графиков водоподачи и водопотребления; 5) отсутствие гидроаккумулирования; 6) отсутствие надежного учета перекачиваемой воды; 7) отсутствие полной АСУ технологического процесса; 8) ограниченные управляющие способы при аварийных ситуациях; 9) нестационарные процессы в виде пульсаций гидродинамического давления, вызывающие повышенные вибрации здании НС, оборудования и т.п.
Указанные недостатки в основном обусловлены отсутствием научно обоснованных и технически возможных разработок по управлению, использованию и сбережению ВЭР. При этом в качестве управляющего объекта ВЭР выступают гидроэнергетические установки (ГЭС, ГАЭС, НС и МГЭС) и регулируемые гидротехнические сооружения (ГТС), в частности затворы, водоприемно - водовыпускные сооружения, каналы и др.
Решение этих проблем применительно к гидроэнергетическим и гидротехническим объектам требует создания гидроэнергокомплексов (ГЭК) на естественных водотоках или при существующих водохранилищах комплексного назначения.
Перспективный план развития энергетики до 2010 г. предусматривав дальнейший рост энергопроизводства по энергии на 50-60%, а также рос водопотребления до 7 км3 . При этом важную роль занимают ГЭК процессах производства энергии в ЭЭС и управлении водных ресурсов ВХС. Эти обстоятельства на ГЭК предъявляют новые требования п> осуществлению маневра мощности в ЭЭС, управления воздействия ГЭУ н, природную среду,поддержания качества воды в системах водохранилищ вовлечения в энергобаланс, в дальнейшем, альтернативных источнико; энергии и др.
Расширение круга задач, возникающих при назначении режимої работы объектов ГЭК, позволяет приходить к выводу о зависимости и: режимов от рационального выбора ВЭР системы водохранилищ, а такжі расширения функциональных возможностей ГЭУ и элементов ГТС требующих реконструкции и модернизации их объектов.
Все это обуславливает необходимость разработки новых конструкцій и научно-технических основ выбора параметров и эксплуатационные режимов работы ГЭК, с тем, чтобы комплексное использование водны> ресурсов в целях энергетики, ирригации, водоснабжения (питьевое) и др. е
НарОДНОМ ХОЗЯЙСТВе были эффеКТИВНЫМИ, С ЭКОЛОГИЧеСКИМИ ВЛИЯНИЯМИ Не
природную среду в допустимых пределах.
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью: выбора оптимальных параметров и эксплуатационных режимоп гидроэнергокомплексов, создания систем управления качеством воды для питьевого водоснабжения, а также требований сбережения водно-энергетических ресурсов в новых экономических условиях Узбекистана. Это способствует новым или реконструируемым гидроэнергетическим установкам, а также гидротехническим сооружениям более эффективно выполнять следующие основные функции в народном хозяйстве: рациональное использование водных ресурсов, экономии топливно-энергетических ресурсов, расширение функции ГЭУ, охрана окружающей среды, сохранение и регулирование качества воды. Эти факторы являются главными для развития народного хозяйства многих регионов СНГ и их учет в методах обоснования параметров и эксплуатационных режимов ГЭК представляет научно-практический интерес и актуальность.
Цель исследования заключалась в разработке научно-технических основ выбора оптимальных параметров и эксплуатационных режимов работы гидроэнергокомплексов, в том числе при реконструкции и техническом перевооружении. В этом направлении были поставлены следующие основные задачи:
определение критериев эффективности функционирования гидроэнергокомплексов с учетом региональных факторов;
разработка математических моделей и алгоритмов оптимизации параметров системы водохранилищ гидроэнергокомплексов;
разработка методов обоснования параметров ГЭК с учетом экологических требований;
разработка новых технических решений по повышению эффективности функционирования ГЭК и обеспечения ресурсосбережения;
разработка методов обоснования параметров НС в обратимых режимах;
- разработка рекомендаций по управлению качеством воды системы
юдохранилищ объектами ГЭК.
Новые результаты заключаются в решении проблемы
іесурсосбережения в области гидроэнергетики, имеющей важное
гароднохозяйственное значение:
- для условий Узбекистана сформулированы основные направления
іспользования ГЭР и ресурсов ВХС в составе ГЭК;
разработаны математические модели и алгоритмы расчетов по щределению оптимальных параметров ГЭК в условиях дефицита юдноэнергетических ресурсов;
разработаны методы обоснования параметров и режимов работы ібьектов ГЭК с учетом экологических требований;
разработаны новые технические решения по повышению ффективности ресурсосбережения ГЭК;
- разработаны рекомендации по обеспечению выбора оптимальных
[араметров НС в обратимых режимах, а также рекомендации по управлению
.ачеством воды в системе водохранилищ ГЭК.
Личный вклад ав тора определился разработкой теоретических основ ібоснования параметров и режимов работы СВ ГЭК, созданием іатематических моделей и алгоритмов расчета, предложением новых ехнических решений по ресурсосбережению и повышению эффективности "ЭК, проведением экспериментальных исследований и доведения научных іазработок до практического использования.
Практическая значимость диссертации состоит в разработке моделей и іетодов выбора оптимальных параметров и эксплуатационных режимов ГЭК и недрении новых технических решений в проектігую практику ряда ірганизаций гидроэнергетического и водохозяйственного профиля, в ксплуатацию на действующих объектах,а также в учебный процесс при юдготовкс инженеров-гидроэнергетиков и гидротехников. Соответсвующие кты и справки о внедрении приведены в приложении.
Использование разработок и рекомендаций автора в проектной практике :озволяет повысить технико-экономическую и экологическую обоснованность 'ЭК, а при эксплуатации различных объектов с ГЭУ эффективность их >ункционирования в электроэнергетической и водохозяйственной системах.
Достоверность научных результатов и основных выводов
:одтверждается соответствием полученных данных существующим научным
редставлениям, проверкой разработанных методик с помощью
пробированных методов, а также данными натурных и экспериментальных сследований.
Апробация результатов проведена на вузовских, республиканских, сесоюзных и международных научно-технических конференциях, семинарах симпозиумах:
- Всесоюзной 17-й конференции молодых научных работнике
ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева (г.Ленинград, 1984 г.);
- 3-й Всесоюзной научно-технической конференции "Программш
алгоритмическое и техническое обеспечение АСУ ТП" (г.Ташкент, 1985 г.'
42-й научно-технической конференции "Пути и метох совершенствования качества строительства" (г.Куйбышев, 1985 г.);
44-й и 45-й научно-производственных конференциях профессорск преподавательского состава и аспирантов ТИИИМСХ. (г.Ташкент, 1984 1986 г.г.);
Всесоюзной научно-технической конференции "Научные проблем современного энергетического машиностроения и их решения" ( Ленинград, 1987 г.);
Научно-технической конференции "Совершенствование структуры хозяйственного механизма в топливно-энергетическом комплекс Узбекистана" (г. Ташкент, 1988 г.);
- Региональном совещании по вопросу перспективного развита
топливно-энергетического комплекса Средней Азии и Казахстана (г
Ташкент, 1988 г.);
- Республиканской научной конференции "Совершенствовали
управления производством, технологическими процессами і
оборудованием в регионалных межотраслевых комплексах" (г. Ташкент
1989 г.);
Республиканской научно-практической конференции "Проблемь комплексного использования и охраны водных ресурсов в бассейне Аральского моря" (ТИИИМСХ г. Ташкент, 1990 г.)
Республиканской научно-технической конференции "Проблемы и вопросы создания средств вибрационной техники для использования в различных технологических процессах машиностроительной отрасли Узбекистана" (г. Ташкент, 1990 г.);
Международной конференции "Системный анализ-92" и "Системный анализ-94" (г. Ташкент, 1992,94 гг.);
Республиканской научно-практической конференции "Ученые и специалисты в решении социально-экономических проблем Узбекистана" (г. Ташкент, 1994 г.);
Международной научно-технической конференции "Современные проблемы нетрадиционной энергетики" (г.С.-Петербург, 1994 г.);
Научно-практической конференции профессорско-
преподавательского состава и аспирантов ТашГТУ (г. Ташкент, 1987- 94 гг.);
Научных семинарах кафедры "Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетики СПбГТУ" (г.Санкт-Петербург, 1984-95 г.г.).
Международном симпозиуме "Топливно-энергетические ресурсы России и других стран СНГ" (г.С.-Петербург, 1995);
52-й научно-технической конференции "Исследования в области архитектуры и строительства" (г.Самара, 1995 г.);
- 1-й Международной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлоконструкций и методы их решения" (г.С-Петербург, 1995 г.);
Публикации, По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 2 учебных пособия, зарегистрировано 10 изобретения и сделано 5 докладов на международных конференциях.