Порядок выполнения работы. 1. Рассмотреть исходные данные по варианту, изучить тип турбины

1. Рассмотреть исходные данные по варианту, изучить тип турбины.

2. На основе выданной преподавателем универсальной характеристики построить сначала рабочую характеристику ГА, затем расходную и удельную q_уд=f(N) для заданных напоров.

- построение рабочей характеристики η=f(N,Н): на универсальной характеристике проводим линии Нmax, Hрасч, Hmin. Находим величины КПД и мощности, перестаиваем в рабочую характеристику. График должен принять вид, показанный на рис. 4.2.б.

- построение расходной характеристики Q=f(N,H): расходные характеристики строятся на основе рабочих. Для этого необходимо произвести расчет точек построения по формуле:

. (4.4)

Данные для построения удобно представить в виде таблицы, примерный вид которой представлен ниже.

- построение удельной характеристики q_уд=f(N,Q,H): построение производится на основе расходных характеристик. Для этого необходимо произвести расчет точек построения (4.2).

Данные для построения также рекомендуется представить в виде таблицы.

Параметр	№	КПД, о.е.	N, кВт	Q, м3/с	qуд, м3/с
Нmin	1.
2.
…
Hрасч	1.
…
Нmax	1.
…

3. Для Н=Нрасч построить рабочую, расходную и удельную характеристики станции с учетом указанного в вариантах количества ГА.

Построение производится с учетом количества агрегатов n. При построении характеристик следует учесть следующее:

(4.5 )

Данные для построения также рекомендуется представить в виде таблицы.

После построения, на графиках необходимо обозначить огибающие, которые и будут являться энергетическими характеристиками ГЭС.

4. Сделать выводы о построенных характеристиках, сложностях в их получении и о возможностях их дальнейшего использования.

ЗАДАНИЕ № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ СРАБОТКИ ВОДОХРАНИЛИЩА И ЕГО ПОЛЕЗНОГО ОБЪЕМА

(2 ЧАСА)

Цель: получить значение отметки горизонта метрового объема (УМО) и величину полезного объема водохранилища годового регулирования.

Задачи:

1. Построить характеристики верхнего Z_вб=f(V) и нижнего Z_нб=f(Q) бьефов по имеющимся данным, рассмотреть понятия полезного и мертвого объема;

2. Рассчитать оптимальную глубину сработки водохранилища годового регулирования по критерию максимизации выработки электроэнергии и найти отметку УМО;

3. Найти величину полезного объема водохранилища.

Основные сведения

Определение оптимальной глубины сработки водохранилища позволяет выбрать отметку УМО. Приведенные ниже основные положения и метод являют собой часть водно-энергетических расчетов ГЭС годового регулирования.

t, год

Сработка

Q

Наполнение

Рис.5.1 Годовое распределение естественного стока реки

Водохранилища годового регулирования характеризуются маловодным (меженным) и многоводным (паводковым) периодами (рис. 5.1). В паводковый период t₂ – t₃, когда естественный расход воды в водохранилище запасают воду (процесс наполнения), а, когда наступает маловодный сезон t₁ – t₂, t₃ – t₄, и естественный расход становится меньше, чем необходимый для выработки обеспеченной мощности, из водохранилища берут дополнительный расход (срабатывают водохранилище).

Основной задачей водохранилища годичного регулирования является увеличение количества энергии и мощности ГЭС в течение маловодного периода года за счет избыточной воды, задерживаемой в водохранилище во время паводка. Таким образом, появляется вопрос о разделении всего объема водохранилища годичного

▼НПУ

▼УМО

hср

Vпол

Рис.5.2 К определению оптимальной глубины сработки водохранилища

регулирования на две части — полезный и мертвый объемы. Имея полный объем водохранилища, необходимо разделить его на эти два объема, т. е. решить вопрос об определении глубины сработки водохранилища h_ср, установить отметку УМО. При решении этой задачи мы будем считать, что отметка нормального подпорного горизонта (НПУ) водохранилища известна и что водохранилище всегда может быть наполнено во время паводка. Та часть всего объема водохранилища, которая заключена между отметкой предельной сработки и отметкой НПУ, представляет собой полезный объем водохранилища V_пол (рис.5.2 ).

Задача заключается в том, чтобы найти такую предельную глубину сработки водохранилища, при которой может быть получен наибольший энергетический эффект на ГЭС. Поэтому в расчетах будем рассматривать только период сработки водохранилища.

Методика. Энергия, вырабатываемая ГЭC, в самом общем случае определяется так:

арпаирпаип(5.1)

где Q_ГЭС – расход, пропускаемый через турбины, T – период сработки (на рис. 5.1 T=(t₁-t₂)+(t₃-t₄))

Выработку ГЭС при наличии водохранилища можно представить состоящей из двух частей: выработки электроэнергии за счет бытового стока реки Эбыт, протекающего во время сработки водохранилища, и выработки за счет сработки водохранилища Эвдх:

(5.2)

Количество бытовой энергии ГЭС зависит не только от величины бытовых расходов воды и продолжительности периода опорожнения водохранилища, но и от напора, т. е. от глубины сработки водохранилища.

Количество энергии Э_ВДХ возрастает с увеличением глубины сработки, поскольку значительно возрастает величина Q_ВДХ.

Таким образом, можно построить следующие логические цепочки:

- со стороны бытового стока:

- со стороны стока из водохранилища:

Графически описанная ситуация представлена на рис. 5.3.

Суммируя для различных глубин сработки энергию водохранилища и транзитную энергию, мы получим полную величину энергии ГЭС за весь период сработки водохранилища (рис.5.3). Очевидно, что для данных гидрологических условий и для принятого режима регулирования та глубина сработки водохранилища, при которой ГЭС вырабатывает наибольшее количество энергии, оказывается наиболее выгодной.

hсропт

Э (млн. МВт*ч)

hср (м)

Эвдх

ЭГЭС

ЭБыт

Рис. 5.3 К определению оптимальной глубины сработки водохранилища графическим методом

Дальнейшее углубление сработки водохранилища, хотя и увеличило бы его полезный объем и регулируемый расход, используемый ГЭС, но при этом напор уменьшился бы настолько, что полное количество энергии, вырабатываемой ГЭС, не увеличилось бы, а уменьшилось.

Таким образом, полученная глубина сработки является тем пределом, до которого можно ежегодно срабатывать водохранилище годового регулирования.

Надо сказать, что отметка УМО определяется не только максимальной выработкой, но зависит и от многих других факторов, таких как режим и время сработки водохранилища, вид гидрографа (маловодный, многоводный год), точность этих данных, ряд обеспеченных мощностей и проч. Поэтому в расчетах будут рассмотрены некоторые допущения.

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. Критерий оптимизации Э_ГЭС→max

5. Гидрограф реки за период сработки водохранилища:

Варианты	Гидрографы реки (м3/с)
				1192,5	1012,5
		737,5
			1487,5
			1599,6	1135,2	980,4
	1066,5
	429,4
	937,5		1587,5
		762,5

Порядок выполнения работы:

1. Построить характеристики верхнего Z_вб=f(V) и нижнего Z_нб=f(Q) бьефов.

2. Произвести расчет оптимальной глубины сработки водохранилища табличным методом.

2.1 Для определения оптимальной глубины сработки примем следующие допущения:

1). В течение всего периода сработки водохранилища примем величину бытового расхода как среднее значение за период сработки:

, (5.3)

где Qi – средний расход на месячном интервале, м³/с, взятый из гидрографа, t – период сработки, месяцев.

2). Период сработки водохранилища достаточно велик, поэтому для расчета среднего за период напора Н_ГЭС величину hср необходимо осреднить.

Примем:

, (5.4)

где Z_ВБН, Z_ВБК – начальная и конечная отметки верхнего бьефа (рис. 5.4).

V, км3

hcр

zвб, м

▼zвбкон

▼zвбнач = НПУ

∆V

Рис. 5.4. Зависимость уровня верхнего бьефа в водохранилище от его объема

2.2. Расчет оптимальной глубины сработки ведется табличным способом, общий вид представлен в таблице 5.1.

В основе расчета лежит метод подбора.

Рассмотрим поэтапно порядок заполнения таблицы:

· Итак, шаг, с которым будем срабатывать водохранилище, примем равным 1 метр и будем подбирать hср с целью получения максимальной выработки;

· Начальный объем водохранилища Vнач может быть найден по объемной характеристике верхнего бьефа. Сработка водохранилища всегда начинается с отметки НПУ независимо от того, на какую величину hср мы планируем сработать объем, поэтому Vнач=const;

· Конечный объем Vкон зависит hср и также определяется по объемной характеристике верхнего бьефа (рис.5.4.);

· Сработанный объем ∆Vсраб имеет место быть только при hср≠0, иначе объем воды, взятый из водохранилища, будет равен 0;

· Расход воды Qвдх – мгновенное значение. Т – время сработки водохранилища в секундах. Бытовой расход Qбыт = const – принимается среднее значение за все месяцы сработки.

Таблица 5.1

Расчет оптимальной глубины сработки водохранилища

Параметр	Ед.изм.	Расчетное выражение	Расчетные значения
hсработки	м	метод подбора с шагом 1 метр				…
Vнач	км3	по хар-ке Zвб=f(V)	const
Vконеч	км3	по хар-ке Zвб=f(V)
∆Vсраб	м3	= (Vнач-Vконеч)*109
Qвдх	м3/с	=
Qбыт	м3/с	по выражению (5.3)	соnst
QГЭС=Qнб	м3/с	= Qбыт+Qвдх
Zнб	м	по хар-ке Zнб=f(Q)
Н	м	= ▼Zвб-▼Zнб=(НПУ- hср)-▼Zнб
Эбыт	млн.кВтч	= 8,5*Н*Qбыт*Т
Эвдх	млн.кВтч	= 8,5*Н*Qвдх*Т
ЭГЭС	млн.кВтч	= Эбыт+Эвдх

· Суммарный расход в нижний бьеф Qгэс позволяет найти отметку нижнего бьефа Zнб по характеристике нижнего бьефа Zнб=f(Q) (рис.5.5)

Zнб, м

▼zнб

QГЭС

Q, м3/с

Рис. 5.5. Зависимость уровня нижнего бьефа от расхода через ГЭС

· При расчете напора Н необходимо учитывать два фактора: сработка всегда ведется от НПУ; hср усредняется по (5.4).

· Расчет Эвдх и Эбыт представляет собой умножение мощности на время сработки в часах. Проследите, как меняются эти величины, а вместе с ними и суммарная энергия, и отразите это в выводах по работе.

· Критерием окончания расчета, то есть получения оптимального hср, является следующее: если , то hcр_i – оптимальная глубина и расчет заканчивается.

· Произведите расчет графическим способом: на основе рассчитанных в таблице значений постройте график зависимости энергий от глубины сработки (рис.5.3).

· Зная величину оптимальную величину hср, находим УМО и по объемной характеристике верхнего бьефа определяем величину полезного объема водохранилища Vпол.

На основе проделанной работе сделайте выводы о методе расчета, о полученных величинах УМО, максимальной энергии и полезного объема и проч.

ЗАДАНИЕ № 6