Введение к работе
Актуальность темы. Казахстан располагает огромным потенциалом гидроэнергетических ресурсов, оцениваемых примерно в 198,6 млрд. кВт.ч электроэнергии в год, из которых в настоящее время используется около 26 %. Значительная часть запасов гидравлической энергии (83,3 %) находится в Восточно-Казахстанском, Юго-Восточном и Южно-Казахстанском регионах и гидроэнергетическое строительство в здесь в перспективе должно получить большое развитие.
Важнейшими проблемами для энергетики Казахстана является покрытие пиковых нагрузок, повышение экологической безопасности, надежности и живучести энергосистем. Возможность ГЭС работать в режимах переменных нагрузок позволяет использовать их в оперативном управлении режимами энергосистем всех уровней и включать их в комплексы противоаварийной автоматики и системы регулирования частоты и мощности. Эколого-экономическая эффективность энергосистем достигается выработкой на ГЭС дешевой электроэнергии и снижением удельных расходов топлива на ТЭС.
Экономия природных энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки в регионах Республики Казахстан является важной и весьма актуальной проблемой. Весомый вклад в решение этой проблемы может внести формирование благоприятной структуры топливно-энергетического баланса на основе использования экологически безопасных возобновляющихся источников энергии (ВИЭ) и, в первую очередь, гидравлической энергии.
В связи с тяжелым финансовым положением в электроэнергетической отрасли, первоочередными задачами являются: а) наращивание мощностей путем модернизации; б) восстановления и реконструкции действующих энергетических установок; в) широкое вовлечение в топливно-энергетический баланс ВИЭ; г) введение государственной политики энергоресурсосбережения и снижение энергоемкости внутреннего валового продукта.
В числе гидроэнергетических установок много насосных станций. Насосные станции (НС) различного народохозяиственного назначения, являются крупнейшими потребителями электроэнергии, поэтому совершенствование элементов проточной части с целью повышения эффективности работы и снижения энергопотребления, использование их в режиме потребителя-регулятора имеет огромный экономический и топливный эффект в масштабах страны и способствует улучшению экологической обстановки в регионах.
Работа согласуется с основными положениями "Концепции электроэнергетической программы Республики Казахстан", "Концепции экологической безопасности Республики Казахстан", решениями Международного энергетического агентства (МЭА) и др.
Цель диссертационной работы состоит в том, чтобы на основе анализа и обобщений дать рекомендации по теории и методам эффективного использования ГЭУ в энергосистемах и. конструктивных решений при проектировании ГЭУ, улучшения экологической обстановки в регионах Казахстана.
Для достижения поставленной цели проведен анализ современного состояния электроэнергегики Казахстана, дана оценка технических ресурсов традиционных и возобновляющихся источников энергии, обобщены У классифицированы направления наращивания мощностей и технические средства и методы защиты окружающей среды на ГЭУ.
Конкретно выполнены:
- анализ современного состояния действующего оборудования ГЭС і
НС и влияния энергетических объектов на окружающую природную среду;
" ' - разработка комплексного подхода к использованию природньк энергетических ресурсов и охране окружающей природной среды;
- разработка технически* решения для повышения экологической і
энергетической эффективности, долговечности и надежности ГЭУ;
разработка методов эколого-экономического обоснования мероприятий по модернизации и реконструкции ГЭУ Казахстана;
выбор алгоритма и методики обоснования основных параметров новых технических решений.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
разработана методика эколого-экономического обоснования модернизации ГЭУ на основе предложенных автором технических решений;
предложены и сформулированы основные направления наращивания мощностей на основе модернизации и реконструкции действующих ГЭУ;
разработан комплексный методологический подход к повышению эффективности ГЭУ на основе модернизации, внедрения новых технических решений и энергосбережения, а также к системе защиты окружающей среды;
- даны технические решения по элементам ГЭУ, обеспечивающие
повышение КПД и эффективную защиту окружающей среды;
- впервые получены лабораторным путем энергогидравлические
характеристики новых технических решений по элементам проточной части.
Личный вклад автора заключается в обобщении и классификации, разработке алгоритмов и методик оптимизации параметров при реконструкции и модернизации ГЭУ, конкретизации средств и методов защиты окружающей среды, в разработке новых технических решений по элементам и способам регулирования ГЭУ, а также в проведении энергогидравлических исследований элементов проточного тракта ГЭУ;
Практическая значимость работы для Республики Казахстан и стран СНГ состоит в формулировании технических предложений по: 1 использованию энергии малых водотоков; 2) строительству новых, восстановлению и реконструкции малых ГЭС; разработке практических рекомендаций по выбору технических решений в проектах ГЭУ и системе защиты окружающей природной среды.
Использование разработанных автором методик и рекомендаций позволит повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность
гидроэнергетических установок, способствовать сохранению, рациональному и экономному использованию энергетических ресурсов, снижению антропогенного воздействия на окружающую среду.
Ряд разделов диссертационной работы внедрен в организациях и на действующих ГЭУ, а также в учебном процессе высших учебных заведений стран СНГ.
На защиту выносятся:
- классификация основных направлений наращивания генерирующие
мощностей в современных экономических условиях;
классификация мероприятий по модернизации и реконструкцш гидроэнергетических установок, технических средств и методов защить окружающей среды;
- новые технические решения по основным элементам и способа!,
управления режимами работы ГЭУ, установки и устройства, предложенньи
автором для повышения энергетической эффективности
энергоресурсосбережения и улучшения экологической обстановки в регионах;
- методики эколого-экономического обоснования модернизации і
реконструкции гидроэнергетических установок;
- результаты энергогидравлических исследований новых технически решений по основным элементам ГЭУ.
Достоверность результатов и основных выводов подтверждаете использованием научно-обоснованных и широко апробированных методи расчетов и энергогидравлических исследований элементов проточной част ГЭУ, удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальны данных с результатам исследований отечественных и зарубежных авторов.
Реализация работы. Основные результаты научных исследований был
использованы в конструкторских разработках проточной части ГЭУ в П
"Кировский завод" и АО "Химпром" (г. Тараз); в СП "Мекамиди-Интеграци*
при реконструкции малых ГЭС Жамбылской области; Союзо
промышленников и предпринимателей Казахстана, при разработі
предложений по привлечению инвестиций в строительство новых, восстановление и реконструкцию малых ГЭС; Чу-Таласским БВО при разработке мероприятий по охране и рациональному использованию малых рек и ручьев Жамбылской области. Это нашло отражение в публикациях автора.
Большинство результатов теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе кафедры гидроэнергетики Таразского государственного университета и кафедры возобновляющихся источников энергаи и гидроэнергетики (ВИЭГ) СПбГТУ при изучении специальных курсов и нашло отражение в учебных пособиях, составленных автором.
Апробация результатов исследований выполнена в виде докладов на Международных, Всесоюзных, республиканских, областных и городских научно-технических конференциях и совещаниях: Международная научно-практическая конференция "Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы" (г.Тараз, 1999г.), Республиканская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы в экологии и природопользовании" (г. Кзыл-Орда, 1996 г.), Всесоюзное научно-техническое совещание "Будущее гидроэнергетики. Основные направления создания ГЭС нового поколения" (Дивногорск, 1991 г.), Республиканская конференция "Вклад молодых ученых в ускорение экономического развития агропромышленного комплекса" (Волгоград, 1988 г.), научно-технические конференции Джамбулского гидромелиоративно-строительного института (1986 - 97 г.г.), Таразского государственного университета (1997 - 99 г.г.), НТС инженерно-мелиоративного факультета ДГМСИ (1993 - 96 г.г.), научные семинары кафедр ВИЭГ СПбГТУ и Гидроэнергетики (КИОВР) ДГМСИ -ТарГУ.
Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы в 36 печатных работах, включая 9 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, , 45 рисунков, 18 таблиц, списка литературы из 259 наименований и приложений. Общий объем 275 страниц.