Водно-энергетический расчет гэс годового регулирования

(4 ЧАСА)

Цель:рассчитать такой режим сработки - наполнения водохранилища годового регулирования, при котором ГЭС будет работать по обеспеченному графику выдачи мощностей.

Задачи:

1. На основе гидрографа Q=f(t) маловодного года и заданного ряда гарантированных мощностей определить месяц начала сработки водохранилища и период сработки в годовом отрезке

2. Произвести водно-энергетический расчет табличным способом

3. Построить график сработки – наполнения водохранилища годового регулирования

Основные сведения

Одно из основных свойств реки - изменчивость стока в течение года, является причиной больших сложностей в управлении режимами работы станции. Кроме изменения естественного стока реки, в широких диапазонах изменяется также потребность потребителей в электроэнергии, при этом режим естественных расходов воды в реке не совпадает с режимом потребления электроэнергии. Эти и другие условия приводят к тому, что мощность ГЭС не может оставаться постоянной.

Наконец, процесс появления тех или иных значений расходов в разные года является случайным, так что связь по расходу между годами практически отсутствует.

Все эти проблемы приводят к необходимости регулирования стока, т.е. перераспределению естественного стока реки в течение определенного промежутка времени.

Такие промежутки определяются циклами регулирования – продолжительностью времени наполнения и сработки вдх. Циклы могут быть как короткими: суточный, недельный; так и длительными: годовой, многолетний. В зависимости от вида цикла регулирования условия и время сработки водохранилища различны. Однако в основе любого регулирования лежит водно-энергетический расчет (ВЭР).

Водно-энергетические расчеты – это такие расчеты, целями которых в общем случае являются: перераспределение естественного стока воды в водохранилище во времени и определение энергетических показателей ГЭС.

В работе рассмотрим ВЭР для ГЭС с водохранилищем годового регулирования. В этом случае к общим целям ВЭР добавятся такие как уменьшение холостых сбросов и поиск возможности увеличения мощности ГЭС в заданном интервале.

На рис. 5.1 представлен график изменения расхода воды в течение годового интервала. На нем имеются ярко выраженный паводок и маловодный период. Задача ВЭР состоит в том, чтобы перераспределить сток так, чтобы в течение всего года ГЭС работа по обеспеченному графику мощности.

ВЭР ведется на основании данных по маловодному году. Поэтому для расчета необходим гидрограф маловодного года расчетной обеспеченности Ррасч (см. задание 2).

Для того чтобы начать расчет, необходимо найти месяц начала сработки. Для этого необходимо произвести расчет мощности ГЭС при работе на бытовом стоке Nбыт (6.1) и сравнить с рядом заданных гарантированных мощностей. Месяц, в котором получаем условие , и будет являться началом сработки водохранилища.

(6.1)

Далее расчет ведется по месяцам. Для каждого месяца составляется уравнение водного баланса (6.2) и считается мощность ГЭС (6.3).

, (6.2)

где «–›› характеризует период наполнения водохранилища, «+» – период сработки.

(6.3)

Расчет может вестись табличным и графическим способами. В данном задании предлагается реализовать табличный метод.

При проведении ВЭР необходимо соблюдать некоторые общие требования:

Ø Требования при сработке вдх:

1. Выдать гарантированную мощность;

2. Не сработать вдх ниже УМО, т.е. использовать только полезный объем.

Ø Требования при заполнении вдх:

1. Не заполнить выше НПУ;

2. Выдать гарантированную мощность;

3. Обеспечить минимум холостых сбросов.

По результатам ВЭР для ГЭС с водохранилищем годового регулирования стоится график, представленный на рис.6.1

▼НПУ

▼УМО

Zвб м

t, месяц

Рис. 6.1 Построение графика сработки и наполнения вдх на годовом интервале с шагом в один месяц Zвб=f(t)

В заключение отметим, что ВЭР производится:

Ø Для вновь проектируемых ГЭС:

- для выбора наиболее выгодных значений параметров проектируемой ГЭС

Ø Для находящихся в эксплуатации ГЭС:

- для составления плана эксплуатации ГЭС,

- для определения наиболее выгодного режима ее работы путем сравнения нескольких вариантов результатов расчета

Исходные данные:

1. Характеристика нижнего бьефа:

Zнб (м)
Q (м3/с)

2. Характеристика верхнего бьефа:

Zвб (м)
V (км3)	0,1	0,4	0,9	2,3	4,6	8,8	14,6		29,3

3. Отметка НПУ – 102 м

4. Гидрограф для расчетного маловодного года в створе ГЭС:

Месяцы

Q, (м3/с)

5. Значения гарантированных мощностей:

Месяцы

Вариант

Nгар, МВт

6. Установленная мощность ГЭС: 500 МВт

Порядок выполнения работы:

1. Для организации ВЭР необходимо определитьрасчетный интервал для регулирования водохранилища. Как правило, для водохранилищ годового регулирования это месяц или декада. В исходных данных гидрограф задан как зависимость расход от месяца года. Поэтому примем месячный интервал в качестве расчетного.

2. Производим расчет месяца начала сработки. Для этого необходимо посчитать Nбыт (6.1) для 12-ти месяцев и сравнить с рядом Nгар. На основании проведенного сравнения получаем также период сработки.

3. Реализуем ВЭР табличным методом с месяца начала сработки. Расчет ведется в таблице, общий вид которой представлен в таблице 6.1. Приведем некоторые пояснения к расчету.

3.1 Считаем, что к началу этого месяца отметка верхнего бьефа Zвбнач = НПУ, водохранилище полностью наполнено. Начинаем его сработку.

3.2 Согласно описанному выше, при сработке необходимо соблюдать требование N_ГЭС≥Nгар. На этом основании для каждого месяца составляется уравнение регулирования расхода по (6.2). Здесь важно увязать 2 параметра: ∆Vср и N_ГЭС, то есть понять сколько нужно использовать воды из водохранилища в каждый месяц, чтобы соблюдать это требование. Поэтому расчет ведется методом ПОДБОРА ∆Vср.

3.3 В п.9. таблицы 6.1. рассчитывается среднее значение отметки верхнего бьефа, которое далее используется для расчета напора. Это обусловлено тем, что месяц – довольно большой интервал осреднения, а Zвб кон – отметка именно на конец месяца, для расчета Н мы принимаем среднее значение отметки в течение месяца.

Таблица 6.1

Таблица для ВЭР ГЭС годового регулирования

№ п/п	Месяц	Расчетные выражения	Номер месяца начала сработки i	i+1	…
Расчетные параметры
	Qбыт, м3/с	Задано Q = f(t)
	Nбыт, МВт
	Nгар, МВт	Задано
	Vвдх нач, км3	по Zвб = f(V)
	Vвдх кон, км3	по Zвб = f(V)
	∆Vср, м3
	Zвб нач, м	по Zвб = f(V)	НПУ
	Zвб кон, м	по Zвб = f(V)
	, м
	Qвдх, м3/с
	QГЭС, м3/с
	Qх.сб., м3/с	≠ 0 при NГЭС>Nуст
	Zнб, м	по Zнб = f(Q)
	Н, м
	NГЭС, МВт

3.4 В п.10 рассчитывается расход из водохранилища на месячном интервале, где Т – количество секунд в месяце.

3.5 При расчете рекомендуется максимально соблюдать требования N_ГЭС=Nгар, особенно в первые месяцы сработки. Допустимо отклонение +5% от Nгар. Если при расчете N_ГЭС не соответствует этому диапазону, необходимо подбирать другое значение ∆Vср.

3.6 По окончанию последнего месяца сработки полученное значение Zвбкон будем считать отметкой УМО. Далее начинаем процесс наполнения водохранилища.

3.7 При наполнении важно, продолжая выдавать Nгар, не наполнить водохранилище выше НПУ, потому что это может привести появлению Qх.сб, а это крайне нежелательно. Поэтому ∆Vср выбирается так, чтобы водохранилище наполнялось постепенно.

3.8 При наполнении N_ГЭС иногда может значительно превышать Nгар ввиду больших расходов в паводок. НО к началу следующего периода сработки водохранилище снова должно быть на уровне НПУ. Так что на периоде наполнения решается оптимизационная задача: как выдать больше мощности системе, при этом наполнив водохранилища до расчетной отметки.

4. На основании полученного расчета строится график сработки – наполнения водохранилища (рис. 6.1), который показывает изменение отметки верхнего бьефа в течении расчетного периода Zвб=f(t).

Надо сказать, что эти графики представляют большую ценность при регулировании, поскольку являются основной диспетчерского регулирования ГЭС.

Расчет является достаточно трудоемким и требует времени и опыта, в оперативном режиме производить его сложно. Поэтому в реальных условиях проводится расчет для n лет расчетной обеспеченности, на одном графике строятся Zвб=f(t) для всех этих лет, а затем строятся верхние и нижние огибающие, которые называются диспетчерским графиком. По нему ведется регулирование водохранилища на станциях.

ЗАДАЧА № 7