19

Кафедра "Гидротехническое и энергетическое строительство"

Реферат

"Водноэнергетические расчеты"

Минск

2008

Содержание

Содержание

Введение

1. Регулирование стока графическим способом

Построение гидрографов естественных и возможных к использованию расходов

Расчет регулирования стока методом графических построений

2. Определение мощностей ГЭС по водостоку и средневзвешенного напора

3. Выбор установленной мощности ГЭС

4. Расчет емкости суточного регулирования ГЭС

5. Составление паспорта водноэнергетических характеристик ГЭС

Литература

Введение

Реферат выполняется с целью освоения методики определения основных энергетических параметров ГЭС. Полученные в результате этих расчетов параметры (установленная мощность и выработка электроэнергии, значения расходов и колебаний уровней воды в водохранилище и нижнем бьефе и др.) необходимы для проектирования гидротехнических сооружений, выбора оборудования, выполнения технико-экономических обоснований.

1. Регулирование стока графическим способом

1.1 Построение гидрографов естественных и возможных к использованию расходов

Гидрограф естественного стока реки вычерчивается по значениям заданных среднемесячных расходов за расчетный период.

Для более точного определения мощностей проектируемой ГЭС, обеспеченных по воде и напору, расчеты регулирования стока необходимо вести по расходам реки, возможным к использованию.

Для этого в гидрограф естественного стока вносятся коррективы, связанные с учетом потерь воды из водохранилища на фильтрацию, испарение и льдообразование.

Потери воды на фильтрацию оцениваются приближенно по заданной высоте слоя воды, теряемой в течение года из водохранилища, при среднем наполнении его емкости.

Годовой объем воды, теряемой на фильтрацию, определяется с помощью кривой объемов:

(1)

Фильтрационный расход предполагается равномерным в течение года:

(2)

Потери воды на дополнительное испарение за тот или иной отрезок времени в виде слоя воды определяются как разность между испарением с поверхности воды и с суши.

В курсовом проекте годовой объем потерь на испарение определяется по высоте годового слоя испарения при среднем наполнении водохранилища:

(3)

Помесячные расходы потерь воды на испарение зависят от внутригодового распределения среднего испарения:

(4)

где Р_i - доля испарения в i-ом месяце, %;

- продолжительность месяца, с.

Таблица 1

Для западного района

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
РI, %	1	1	3	7	16	17	19	17	11	5	2	1
Qи, м3/с	0,190	0,190	0,571	1,332	3,044	3,234	3,614	3,234	2,093	0,951	0,380	0,190

Потери воды на льдообразование в условиях сравнительно высокой степени зарегулирования стока носят временный характер (возвратные) и не вызывают заметного ухудшения энергетических характеристик водотока. С учетом этого корректировка гидрографа реки на льдообразование не производится.

Таблица 2

Месяцы	Qестественный, м3/с	Qф, м3/с	Qи, м3/с	Qполезный, м3/с	Qср, м3/с
I	55	3,171	0,190	51,639	259,827
II	60	3,171	0,190	56,639
III	72	3,171	0,571	68,258
IV	185	3,171	1,332	180,497
V	355	3,171	3,044	348,785
VI	672	3,171	3,234	665,595
VII	515	3,171	3,614	508,215
VIII	575	3,171	3,234	568,595
IX	320	3,171	2,093	314,736
X	200	3,171	0,951	195,878
XI	91	3,171	0,380	87,449
XII	75	3,171	0,190	71,639
I	110	3,171	0,190	106,639	544,327
II	125	3,171	0,190	121,639
III	141	3,171	0,571	137,258
IV	371	3,171	1,332	366,497
V	745	3,171	3,044	738,785
VI	1256	3,171	3,234	1249,595
VII	1110	3,171	3,614	1103,215
VIII	1320	3,171	3,234	1313,595
IX	635	3,171	2,093	629,736
X	510	3,171	0,951	505,878
XI	121	3,171	0,380	117,449
XII	145	3,171	0,190	141,639
I	175	3,171	0,190	171,639	725,994
II	192	3,171	0,190	188,639
III	235	3,171	0,571	231,258
IV	422	3,171	1,332	417,497
V	892	3,171	3,044	885,785
VI	1550	3,171	3,234	1543,595
VII	1710	3,171	3,614	1703,215
VIII	1310	3,171	3,234	1303,595
IX	940	3,171	2,093	934,736
X	740	3,171	0,951	735,878
XI	392	3,171	0,380	388,449
XII	211	3,171	0,190	207,639
Qср за 3 года	510,049

1.2 Расчет регулирования стока методом графических построений

Расчеты по регулированию стока заключаются в последовательном во времени сопоставлении объемов притока и потребления воды.

По гидрографу откорректированных расходов в косоугольной системе координат строится ИКС. Ординаты ИКС определяются как разность между суммарным фактическим стоком и условным равномерным за период от начала регулирования до расчетного момента времени. Расчет удобно вести в табличной форме.

Таблица 3

Год	Месяц	Дt, 106с	Q, м3/с	Фактический сток, 106 м3	Фиктивный сток, 106 м3	Разность стока, 106 м3
1	I	2,68	51,639	138,392	138,392	1366,932	1366,932	-1228,540
	II	2,42	56,639	137,066	275,458	1234,319	2601,251	-2325,794
	III	2,68	68,258	182,932	458,390	1366,932	3968,183	-3509,793
	IV	2,59	180,497	467,488	925,878	1321,028	5289,211	-4363,333
	V	2,68	348,785	934,744	1860,623	1366,932	6656,143	-4795,520
	VI	2,59	665,595	1723,891	3584,514	1321,028	7977,171	-4392,657
	VII	2,68	508,215	1362,015	4946,529	1366,932	9344,103	-4397,574
	VIII	2,68	568,595	1523,835	6470,363	1366,932	10711,035	-4240,671
	IX	2,59	314,736	815,167	7285,531	1321,028	12032,062	-4746,532
	X	2,68	195,878	524,953	7810,483	1366,932	13398,994	-5588,511
	XI	2,59	87,449	226,492	8036,975	1321,028	14720,022	-6683,047
	XII	2,68	71,639	191,992	8228,967	1366,932	16086,954	-7857,987
2	I	2,68	106,639	285,792	8514,759	1366,932	17453,886	-8939,127
	II	2,42	121,639	294,366	8809,124	1234,319	18688,205	-9879,081
	III	2,68	137,258	367,852	9176,977	1366,932	20055,137	-10878,161
	IV	2,59	366,497	949,228	10126,205	1321,028	21376,165	-11249,960
	V	2,68	738,785	1979,944	12106,149	1366,932	22743,097	-10636,948
	VI	2,59	1249,595	3236,451	15342,600	1321,028	24064,124	-8721,524
	VII	2,68	1103,215	2956,615	18299,215	1366,932	25431,056	-7131,841
	VIII	2,68	1313,595	3520,435	21819,650	1366,932	26797,988	-4978,339
	IX	2,59	629,736	1631,017	23450,667	1321,028	28119,016	-4668,349
	X	2,68	505,878	1355,753	24806,420	1366,932	29485,948	-4679,528
	XI	2,59	117,449	304,192	25110,612	1321,028	30806,976	-5696,364
	XII	2,68	141,639	379,592	25490,203	1366,932	32173,908	-6683,704
3	I	2,68	171,639	459,992	25950,195	1366,932	33540,840	-7590,644

Продолжение таблицы 3

	II	2,42	188,639	456,506	26406,701	1234,319	34775,159	-8368,458
	III	2,68	231,258	619,772	27026,473	1366,932	36142,091	-9115,618
	IV	2,59	417,497	1081,318	28107,792	1321,028	37463,119	-9355,327
	V	2,68	885,785	2373,904	30481,696	1366,932	38830,051	-8348,355
	VI	2,59	1543,595	3997,911	34479,607	1321,028	40151,078	-5671,471
	VII	2,68	1703,215	4564,615	39044,222	1366,932	41518,010	-2473,788
	VIII	2,68	1303,595	3493,635	42537,857	1366,932	42884,942	-347,086
	IX	2,59	934,736	2420,967	44958,824	1321,028	44205,970	752,854
	X	2,68	735,878	1972,153	46930,977	1366,932	45572,902	1358,075
	XI	2,59	388,449	1006,082	47937,058	1321,028	46893,930	1043,129
	XII	2,68	207,639	556,472	48493,530	1366,932	48260,862	232,669

Регулирование стока должно вестись с учетом наиболее эффективного его использования, отвечающего требованиям не только гидроэнергетики, но и других водопользователей.

При регулировании стока по интегральным кривым сопоставление полезно-бытовых приточных расходов с проектируемыми потребными расходами также выражается в интегральной форме, т. е. проведением интегральной кривой потребления при заданных полезном объеме водохранилища V_п=3,875·10⁹м³ и режиме регулирования - полное. Для этого строится вспомогательная интегральная кривая-эквидистанта. Она проводится смещенной вниз по вертикали на величину полезного объема водохранилища и образует зону, в пределах которой строится интегральная кривая отдачи.

Регулирование стока на максимальное его выравнивание ведется по правилу "натянутой нити" - по идеальной схеме регулирования. При этом необходимо чтобы обеспечивалось равенство остатков объемов воды в водохранилище на начало и конец регулирования, так как процесс регулирования стока не может увеличить его объем за расчетный период времени.

2. Определение мощностей ГЭС по водотоку и средневзвешенного напора

Проведение интегральной кривой потребления в соответствии с режимом работы ГЭС позволяет построить гидрограф среднемесячных зарегулированных расходов, а также хронологические графики изменения УВБ и УНБ, напоров и мощностей ГЭС по водотоку.

УВБ для каждого интервала времени определяются по объему воды в водохранилище с помощью топографической характеристики. Значения используемых объемов на каждую дату определяются в масштабе объемов отрезками по вертикали между эквидистантой и интегральной кривой потребления.

Для построения графика колебаний УНБ используются значения зарегулированных расходов, возможных к использованию ГЭС и определяемых по линии потребления, а также кривую связи уровней в створе проектируемой ГЭС и расходов воды в НБ.

Полезный напор ГЭС в общем случае определяется как разность статического напора и потерь напора в энергетических водоводах.

Таблица 4

Месяц	УВБ, м	УНБ, м	Напор, м	Q м3/с	Мощность NГЭС, 103кВт	Выработка Э, 106кВт·ч	Э·Н, 106кВт·ч·м
			Нст	Н
I	145,5	92,5	53	52,17	340	136,068	97,969	5110,82
II	145	92,5	52,5	51,67	340	134,764	97,030	5013,32
III	143,5	92,5	51	50,17	340	130,851	94,213	4726,45
IV	141,8	92,5	49,3	48,47	340	126,417	91,021	4411,55
V	142,7	92,5	50,2	49,37	340	128,765	92,711	4576,91
VI	143,8	92,9	50,9	49,38	460	174,242	125,454	6194,50
VII	144,2	92,9	51,3	49,78	460	175,654	126,471	6295,27
VIII	144,7	92,9	51,8	50,28	460	177,418	127,741	6422,38
IX	144,5	92,9	51,6	50,08	460	176,713	127,233	6371,38
X	142,5	92,9	49,6	48,08	460	169,655	122,151	5872,61
XI	141,5	92,25	49,25	48,64	290	108,220	77,918	3790,30
XII	140	92,25	47,75	47,14	290	104,883	75,516	3560,15
I	137,5	92,25	45,25	44,64	290	99,321	71,511	3192,58
II	136,3	92,25	44,05	43,44	290	96,651	69,589	3023,26
III	136	92,25	43,75	43,14	290	95,984	69,109	2981,65
IV	136	92,25	43,75	43,14	290	95,984	69,109	2981,65
V	137	93,3	43,7	41,02	610	191,960	138,211	5669,54
VI	142,5	93,3	49,2	46,52	610	217,698	156,742	7291,79
VII	144,8	93,3	51,5	48,82	610	228,461	164,492	8030,62
VIII	147	93,3	53,7	51,02	610	238,756	171,904	8770,69
IX	147,5	93,3	54,2	51,52	610	241,095	173,589	8943,44
X	147,5	93,1	54,4	52,53	510	205,509	147,966	7772,28
XI	145,6	93,2	52,4	50,14	560	215,410	155,095	7776,80
XII	144,7	93,2	51,5	49,24	560	211,544	152,311	7500,13
I	142,5	93,2	49,3	47,04	560	202,093	145,507	6844,93
II	140,5	93,2	47,3	45,04	560	193,501	139,320	6275,28
III	137	93,2	43,8	41,54	560	178,465	128,494	5337,93
IV	136	93,2	42,8	40,54	560	174,169	125,401	5084,03
V	136,3	93,7	42,6	37,15	870	247,946	178,521	6632,12
VI	142,1	93,7	48,4	42,95	870	286,656	206,393	8864,62
VII	145,5	93,7	51,8	46,35	870	309,348	222,731	10323,64
VIII	147,5	93,7	53,8	48,35	870	322,697	232,342	11233,79
IX	147,5	93,7	53,8	48,35	870	322,697	232,342	11233,79
X	147,5	93,7	53,8	48,35	870	322,697	232,342	11233,79
XI	147,3	92,5	54,8	53,97	340	140,763	101,349	5469,59
XII	147	92,5	54,5	53,67	340	139,980	100,786	5408,95
У	4840,584	230222,55

Потери напора в энергетических водоводах приплотинных ГЭС определяются по зависимости:

(5)

По величинам зарегулированных расходов и полезных напоров для каждого расчетного интервала времени может быть определена мощность ГЭС по водотоку по зависимости:

 (6)

По вычисленным значениям мощностей строится хронологический график изменения мощностей ГЭС, обеспеченных зарегулированным водотоком и напором:

Хронологический график дает наглядную картину последовательности изменения мощностей ГЭС. Для полноты представления о работе ГЭС и характеристики мощности ГЭС с точки зрения ее обеспеченности необходимо построить график обеспеченности мощностей ГЭС. Обеспеченность той или иной мощности ГЭС определяется по формуле:

(7)

где: m - порядковый номер мощности в убывающем ряду мощностей ГЭС;

n - общее число мощностей ГЭС в ряду.

Таблица 5

№	N, 103кВт	p, %
1	322,69658	2,702703
2	322,69658	5,405405
3	322,69658	8,108108
4	309,34831	10,81081
5	286,65625	13,51351
6	247,94627	16,21622
7	241,09537	18,91892
8	238,75559	21,62162
9	228,46054	24,32432
10	217,69754	27,02703
11	215,41013	29,72973
12	211,54374	32,43243
13	205,509	35,13514
14	202,09255	37,83784
15	193,50056	40,54054
16	191,95992	43,24324
17	178,46458	45,94595
18	177,41832	48,64865
19	176,71255	51,35135
20	175,65389	54,05405
21	174,24235	56,75676
22	174,16858	59,45946
23	169,65484	62,16216
24	140,76297	64,86486
25	139,98049	67,56757
26	136,06806	70,27027
27	134,76392	72,97297
28	130,8515	75,67568
29	128,76487	78,37838
30	126,41742	81,08108
31	108,21995	83,78378
32	104,88288	86,48649
33	99,321101	89,18919
34	96,651447	91,89189
35	95,984034	94,59459
36	95,984034	97,2973

Величина средневзвешенного по выработке напора ГЭС Н_ср.вз определяется по формуле:

(8)

3. Выбор установленной мощности ГЭС

Величина установленной мощности ГЭС зависит как от мощности зарегулированного водотока, так и от условий работы ГЭС в электроэнергосистеме. Установленная мощность ГЭС состоит из трех частей: .

Гарантированная мощность ГЭС определяется исходя из обеспеченного по воде ее участия в покрытии определенной части расчетного суточного графика нагрузки электроэнергосистемы, составленного на перспективу. Из всех возможных среднесуточных мощностей ГЭС по водотоку с помощью графика их обеспеченности по значению расчетной обеспеченности Р_р=80% назначается величина обеспеченной мощности ГЭС . По этой мощности определяется обеспеченная суточная выработка электроэнергии ГЭС .

С целью учета развития электроэнергосистемы на перспективу почасовые ординаты заданного суточного графика нагрузки рекомендуется умножать на поправочный коэффициент К=1,3 (на конец предстоящей пятилетки). Размещение обеспеченной выработки в суточном графике нагрузки электроэнергосистемы и определение гарантированных мощностей ГЭС производится с помощью анализирующей кривой Э=f(Р). Проектируемая ГЭС должна принимать максимальное участие в покрытии пика суточного графика нагрузки. При этом предполагается, что на ГЭС имеется возможность вести неограниченное суточное регулирование стока ( может размещаться в любой части графика нагрузки).

В нижний бьеф необходимо пропускать санитарный расход Q_сан=55м³. В базисе графика нагрузки электроэнергосистемы размещается базисная мощность (Н=49,26м - средне декабрьский напор ГЭС) и соответствующая ей выработка электроэнергии , отвечающие санитарному расходу.

Остальную часть обеспеченной среднесуточной выработки электроэнергии ГЭС целесообразно разместить в пике графика нагрузки электроэнергосистемы

N ^ГЭС=358*10³ кВт

Суточный график мощностей ГЭС при таком режиме ее работы может быть получен совмещением базисной и пиковой зон в графике нагрузки, а величина гарантированной мощности - суммированием базисной и пиковой составляющих

Дополнительная мощность , как правило, имеет место на ГЭС с ограниченным длительным регулированием речного стока, когда возможные среднесуточные мощности по водотоку значительно превосходят гарантированную мощность.

В первом приближении можно принимать обеспеченность по водотоку суммы мощностей в пределах 10ч15%. Следовательно дополнительная мощность ГЭС . Располагать на ГЭС дополнительную мощность нет необходимости .

Резервная мощность должна обеспечивать бесперебойную работу электроэнергосистемы в целом. На предварительной стадии проектирования ее величина может быть принята равной 10% от , т. е. .

Установленная мощность ГЭС:

.

4. Расчет емкости суточного регулирования ГЭС

Так как от ГЭС при ее работе в пиковой части суточного графика нагрузки требуется резкопеременный мощностной режим, обеспечиваемый пропуском через ее турбины переменных расходов воды, возникает необходимость в определении величины объема для перераспределения суточного притока .

Расчет суточного регулирования ГЭС производится графоаналитическим способом с помощью интегральной кривой турбинного стока. Для этого подсчитываются расходы воды через гидротурбины:

(9)

где: - значение мощности ГЭС;

- напор ГЭС, м (принимается постоянным и равным среднедекабрьскому напору ГЭС Н_ср=49,26м);

- КПД гидроагрегата.

Таблица 6

Часы
1	20,7	54,92
2	20,7	54,92
3	20,7	54,92
4	20,7	54,92
5	20,7	54,92
6	20,7	54,92
7	20,7	54,92
8	40,7	107,98
9	138,2	366,65
10	151,2	401,14
11	99,2	263,18
12	79,7	211,45
13	164,2	435,63
14	313,7	832,26
15	378,7	1004,70
16	378,7	1004,70
17	326,7	866,74
18	229,2	608,07
19	183,7	487,36
20	183,7	487,36
21	151,2	401,14
22	99,2	263,18
23	40,7	107,98
24	20,7	54,92

По полученному гидрографу расходов через ГЭС строится интегральный график суточного турбинного стока.

Регулирующая суточная емкость или полезный объем бассейна суточного регулирования определяется в масштабе объемов расстоянием по вертикали между верхней и нижней касательными к интегральной кривой турбинного стока, проведенными параллельно направлению луча, отвечающего среднему расходу ГЭС .

Отношение объема к обеспеченному среднесуточному притоку определяет значение относительной регулирующей емкости.

5. Составление паспорта водноэнергетических характеристик ГЭС

1. Характеристики естественного стока и водохранилища:

Среднегодовой сток W=16095,6·10⁶м³

Полезный объем водохранилища V_п=5400·10⁶м³

Коэффициент емкости водохранилища в=33,5%

Максимальный среднемесячный расход Q_max=1710м³/с

Минимальный среднемесячный расход Q_min=55м³/с

Среднемноголетний расход Q_ср=510,05м³/с

2. Характеристика зарегулированного режима ГЭС:

Максимальный зарегулированный расход =870м³/с

Минимальный зарегулированный расход =290м³/с

Объем холостого сброса W_сбр=0 м³

Объем используемого стока W_исп=16095,6·10⁶м³

Коэффициент использования стока К_исп=100%

Напоры:

Максимальный Н_max=53,97м

Минимальный Н_min=37,15м

Средневзвешенный Н_{ср. вз}=47,54м

Среднегодовая выработка электроэнергии ГЭС

по зарегулированному водотоку 4840,584·10⁶кВт·ч

Среднесуточная обеспеченная мощность ГЭС 130·10³кВт

Обеспеченная суточная выработка электроэнерг 3,12·10⁶кВт·ч

Гарантированная мощность ГЭС 378,7·10³кВт

Установленная мощность ГЭС 416,7·10³кВт

Максимальная мощность ГЭС 322,7·10³кВт

Минимальная мощность ГЭС 20,7·10³кВт

Максимальный расход ГЭС 1004,7 м³

Минимальный расход ГЭС 54,92 м³

Максимальный УНБ 93,7 м

Минимальный УНБ 92,25 м

Обеспеченный среднесуточный приточный расход

Обеспеченный суточный приток

Среднесуточный расход ГЭС

Регулирующая суточная емкость

Коэффициент суточной емкости

Литература

Методические указания к курсовому проекту "Водноэнергетические расчеты" по курсу "Гидроэлектрические станции" для студентов специальности 29.04 - "Гидротехническое строительство" И. В. Синицын Минск 1990.

Гидроэлектрические станции/ Под ред. В. Я. Карелина, Г.И. Кривченко. 3-е изд. Перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987.- 446 с.