Характеристики зарегульованого витоку. Міністерство освіти і науки України

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

“ВОДНОЕНЕРГЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ

ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ГЕС”

З ДИСЦИПЛІНИ “ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ”

ХАРКІВ 2015

Міністерство освіти і науки України

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Напрям підготовки 6.060101 “Будівництво”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

“ВОДНОЕНЕРГЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ

ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ГЕС”

З ДИСЦИПЛІНИ “ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ”

Затверджено на засіданні

кафедри гідротехнічного

будівництва

Протокол № 7 від 24.11.2014 р.

Харків 2015

Методичні вказівки та завдання до курсового проекту “Водноенергетичні розрахунки при проектуванні ГЕС” з дисципліни “Гідроелектростанції” для студентів за напрямом підготовки 6.060101 ²Будівництво² / Укладач А.О. Мозговий. – Харків: ХНУБА, 2015. – 43 с.

Рецензент О.В. Самородов

Кафедра гідротехнічного будівництва

ВСТУП

Курсове проектування є складовою частиною навчального процесу підготовки студентів гідротехнічної спеціальності, від якої залежить підвищення якості підготовки спеціалістів для будівельної галузі. Знання і навички студентів, отримані під час курсового проектування сприяють формуванню сучасних поглядів щодо розвитку проектування та будівельного виробництва, створенню і впровадженню прогресивних технологій.

Дана курсова робота присвячена визначенню характеристик витоку і основних енергетичних показників проектуючої ГЕС, таких як: характеристики побутового витоку і водосховища, характеристики зарегульованого витоку, характеристики добового графіка навантаження енергосистеми, енергетичні показники ГЕС.

Водноенергетичні розрахунки – це сукупність обчислень, які визначають параметри гідроелектростанції – потужність і виробітку електроенергії, та їх залежність від ряду факторів, пов¢язаних із схемою використання напору і компоновкою споруди. Ці розрахунки визначають роботу ГЕС на перспективу після її введення до експлуатації.

В цілому водноенергетичні розрахунки виконуються при проектуванні та при експлуатації ГЕС. При цьому з¢ясовується змінення потужності і виробітку за величиною і у часі по декількох варіантах проектуючої ГЕС в залежності від змінення нормального підпірного рівня верхнього б¢єфа, глибини спрацювання водосховища, компоновки споруд і т.д. Одночасно з¢ясовується вплив проектуємої ГЕС на інші проектуємі і вже існуючі ГЕС при їх сумісній роботі в енергосистемі, враховуються потреби судноплавства і рибогосподарства, безперервний зріст енергоспоживання.

У результаті водноенергетичних розрахунків визначають встановлену потужність ГЕС, середньобагаторічний виробіток електроенергії, екстремальні рівні води у верхньому і нижньому б¢єфах, розрахункові витрати води та ін.

Отримані дані дають змогу запроектувати гідротехнічні споруди: визначити оптимальну висоту греблі, розміри водоскидів, перерізи дериваційних тунелей, визначити кількість агрегатів, підібрати гідросилове обладнання.

Для діючих ГЕС метою водноенергетичних розрахунків є вибір оптимального режиму роботи ГЕС, при якому досягається максимальний енергетичний ефект з урахуванням потреб енергосистеми.

ВОДНОЕНЕРГЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ

1 Вихідні дані

Вихідні дані для виконання курсової роботи:

1.1 Гідрограф річки у вигляді графіка середньомісячних витрат за два розрахункових роки.

1.2 Відмітки нормального підпірного рівня (НПР) і рівня мертвого об¢єму (РМО) водосховища.

1.3 Максимальна глибина водосховища Н₀.

1.4 Крива об¢ємів водосховища W = f(Z_ВБ).

1.5 Крива витрат річки Q = f(Z_НБ).

1.6 Добовий графік навантаження енергосистеми за розрахунковий день.

Умова регулювання річкового витоку: тривале регулювання здійснюється на максимальне вирівнювання річкового витоку (за правилом натягнутої нитки), а добове регулювання – необмежене.

1.1 Гідрограф річки

Дані по гідрографах річок відповідно до варіанту наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Продовження таблиці 1

1.2 Відмітки нормального підпірного рівня (НПР)

і рівня мертвого об¢єму (РМО) водосховища

Взагалі відмітка нормального підпірного рівня (НПР) визначається на підставі складних енерго-економічних розрахунків і залежить від багатьох факторів (топографічних, геологічних умов будівництва гідровузла, його конструктивного рішення та ін.). В даному курсовому проекті ця відмітка задається. Дані наведено в таблиці 2.

Відмітка рівня мертвого об¢єму (РМО) водосховища, взагалі, визначається за формулою

Ñ РМО = Ñ НПР – h, (1.1)

h = 0,12 Н₀, (1.2)

де h – призма спрацювання водосховища;

Н₀ – максимальна глибина водосховища.

Таблиця 2

Продовження таблиці 2

Продовження таблиці 2

1.3 Максимальна глибина водосховища Н₀

Максимальна глибина водосховища вважається відомою. Дані наведено в таблиці 3.

Таблиця 3

Продовження таблиці 3

Продовження таблиці 3

1.4 Крива об¢ємів водосховища W = f(Z_ВБ)

Крива об¢ємів водосховища W = f (Z_ВБ), де W - об¢єм води, Z_ВБ – відмітка верхнього б¢єфа водосховища, будується по п¢ятьох точках відповідно до таблиці 4. Вигляд кривої W = f (Z_ВБ) залежить від гідрографа річки і максимальної глибини водосховища.

Таблиця 4

1.5 Крива витрат річки Q = f(Z_НБ)

Крива витрат річки Q = f(Z_НБ) будується по чотирьох точках відповідно даних таблиці 5 в залежності від варіанта гідрографа річки. В таблиці наведено витрати Q і відповідні до них глибини в річці h_p. Щоб отримати відмітку води в річці (Z_НБ), необхідно глибину h_p додати до відмітки дна річки Z₀. Відмітка дна річки визначається

Z₀= Ñ НПР – Н₀. (1.3)

Відмітка води в річці (Z_НБ) визначається

Z_НБ=Z₀+ h_p. (1.4)

Таблиця 5

Продовження таблиці 5

1.6 Добовий графік навантаження енергосистеми за розрахунковий день

Добовий графік навантаження енергосистеми задається у вигляді ступінчастого погодинного графіка необхідних потужностей впродовж доби. При цьому необхідна потужність в конкретні години задається в частках від максимальної потужності енергосистеми N_МАКС. В даній роботі рекомендується приймати N_МАКС енергосистеми такою, що перевищує потужність проектуючої ГЕС в 3-4 рази. Так як встановлена потужність ГЕС поки залишається невідомою, то рекомендується потужність N_МАКС приймати з умови

, (1.5)

де – середня за дворіччя потужність водотоку.

Середня за дворіччя потужність водотоку визначається за формулою

, (1.6)

де – середні витрати річки за розрахунковий період (дворіччя);

– середній напір на ГЕС.

Середні витрати річки за розрахунковий період (дворіччя) визначаються за формулами:

, (1.7)

, (1.8)

. (1.9)

Середній напір на ГЕС при відомих Ñ НПР, Ñ РМО і кривій витрат Q = f(Z_НБ) обчислюється за формулою

,(1.10)

де -відмітка води в нижньому б¢єфі при .

Дані для побудови добових графіків енергосистеми наведені в табл. 6.

Таблиця 6

За даними таблиці 6 з використанням N_МАКС із залежності (5) будується графік навантаження N = f(t), де N – потужність в кВт або МВт, t – час в годинах.

2 Мета водноенергетичних розрахунків

Водноенергетичні розрахунки необхідні для визначення основних параметрів водноенергетичного комплексу – встановленої потужності і виробітку електроенергії, витрат води для ГЕС та інших споживачів (водоспоживання, іригація, рибне господарство, судноплавство), коливання рівнів води у водосховищі і нижньому б¢єфі, а також інші характеристики, необхідні для проектування гідротехнічних і енергетичних споруд.

2.1 Послідовність виконання водноенергетичних розрахунків

Пропонується виконувати водноенергетичні рохзрахунки за наступним алгоритмом:

1 Побудувати гідрограф річки за два роки.

2 Побудувати криву об¢ємів водосховища і криву витрат річки.

3 Використовуючи криву об¢ємів, визначити корисну ємність водосховища і побудувати променевий маштаб витрат.

4 Побудувати інтегральну криву витоку за два роки.

5 Визначити ємність водосховища, необхідну для повного вирівнювання річкового витоку, як за окремі роки, так і за дворіччя вцілому.

6 Знаючи корисну ємність водосховища, побудувати рівновідстоячу криву річкового витоку і зарегулювати виток за правилом натягнутої нитки.

7 На вихідному гідрографі річки нанести лінію зарегульованого витоку.

8 Побудувати хронологічні графіки рівнів води у верхньому б¢єфі, рівнів води в нижньому б¢єфі, статичних напорів і напорів нетто, середньодобових потужностей.

9 Побудувати криву забезпеченості середньодобових потужностей.

10 Побудувати добовий графік навантаження енергосистеми і аналізуючу криву. Визначити коефіціент щільності графіка навантаження.

11 Визначити пікову гарантовану потужність, встановлену потужність ГЕС, а також зони роботи ГЕС в добовому графіку навантаження енергосистеми в один із днів межені і в день весняного паводку.

12 Визначити необхідну ємність водосховища для здійснення добового регулювання роботи ГЕС.

13 Визначити середню річну виробітку електроенергії.

14 Скласти перелік характеристик витоку і основних енергетичних показників проектуючої ГЕС.

3 Вказівки до виконання

3.1 Побудова гідрографа річки за два роки

Гідрограф річки будується за даними таблиці 1 у вигляді ступінчастого графіка. Рекомендований маштаб часу: в 1 см – 1 місяць. Маштаб витрат прийняти за варіантом: в 1 см – 200 м³/с, 500 м³/с, 1000 м³/с.

3.2 Побудова кривої об¢ємів водосховища і кривої витрат річки

Крива об¢ємів водосховища W = f(Z_ВБ)і крива витрат річки Q = f(Z_НБ) будуються за даними таблиць 4 і 5. На кривій об¢ємів водосховища W = f (Z_ВБ) наносяться горизонтальні прямі, які відповідають НПР і РМО. Точки перетину цих прямих з кривою визначають повний об¢єм W_ПОВН, мертвий об¢єм W_М і корисний об¢єм W_КОР. Маштаб кривої W = f (Z_ВБ) бажано обрати таким, щоб він узгоджувався із маштабом об¢ємів майбутньої інтегральної кривої витоку.

3.3 Визначення корисної ємності водосховища і побудова променевого маштабу витрат

Променевий маштаб витрат пов¢язаний із корисним об¢ємом водосховища і інтегральною кривою витоку. Інтегральна крива витоку будується в косокутній системі координат, тому і променевий маштаб витрат будується в косокутній системі координат. При побудові променевого маштабу береться відрізок часу Dt, який відобразиться відрізком O₁m. Точка O₁ приймається за полюс маштабу, а через точку m проводиться вертикальна пряма, яка в подальшому слугуватиме віссю фіктивних об¢ємів витоків, на яку умовно наноситься шкала витрат Q.

Промінь нульових витрат доцільно провести із точки O₁ так, щоб промінь середніх витрат за весь час регулювання мав горизонтальний напрям. Для цього промінь O₁m треба прийняти за промінь середніх витрат і відкласти вниз від точки m в раніше прийнятому маштабі об¢ємів фіктивний виток , що визначить місцерозташування точки О. Пряма O₁О дає напрям променів нульових витрат. Для побудови променів довільних витрат Q_i треба від точки О відкласти вгору в масштабі об¢ємів фіктивний виток і отриману при цьому точку поєднати прямою з точкою O₁.

3.4 Побудова інтегральної кривої витоку за два роки

Інтегральна крива витоку предстваляє графічне зображення збільшення підсумкового витоку у часі. Вона будується за допомогою променевого маштабу в такій послідовності:

1 Строго під графічним зображенням гідрографа річки за два роки наноситься горизонтальна пряма (промінь середніх дворічних витрат), кінці якого О і К фіксують на кресленні початок і кінець інтегральної кривої витоку за два роки.

2 По променевому маштабу відшукуються напрямки променя середніх витрат за перший рік, а із точки О побудованої прямої проводиться пряма, паралельна цьому променю, до точки В (кінець першого року). Далі із точки В будується промінь середніх витрат за другий рік регулювання до кінця другого року. Кінцева точка цього променя повинна співпасти з точкою К.

3 Інтегральна крива витоку за середньомісячними витратами будується за тим же принципом, що й інтегральна ламана ОВК.

3.5 Визначення ємності водосховища, необхідної для повного вирівнювання річкового витоку, як за окремі роки, так і за дворіччя в цілому

Щоб визначити необхідну ємність водосховища для повного вирівнювання витоку за будь-який період часу, необхідно заключити інтегральну криву в пару охоплюючих дотичних, які паралельні променю середніх витрат за цей період і виміряти відстань між дотичними по вертикалі. Цей відрізок в маштабі об¢ємів представляє собою шукану ємність.

3.6 Побудова рівновідстоящої кривої річкового витоку і зарегулювання витоку за правилом натягнутої нитки

Під інтегральною кривою витоку на відстані, яка дорівнює корисному об¢єму водосховища W_КОР , будують рівновідстоящу (еквідістантну) криву. Її будують шляхом зміщення вниз на вказану відстань кожної характерної точки інтегралної кривої. Верхня інтегральна крива відповідає опорожненому стану водосховища до відмітки РМО, а нижня крива відповідає його наповненому стану до відмітки НПР.

У випадку ідеальної схеми регулювання витоку (регулювання за правилом натягнутої нитки) між двома вказаними кривими умовно протягують нитку і натягують її за кінці так, щоб за дворіччя, що розглядається, запаси води у водосховищі і зарегульовані витрати були однакові. Місце розташування натягнутої нитки вкаже положення лінії зарегульованого витоку (лінію споживання). Зазвичай, ці лінії позначають Q₁, Q₂, Q₃, ...,Q_n.

Побудова лінії зарегульованого витоку починається з квітня першого року. Враховуючи, що водосховище в умовах річного регулювання повністю спрацьовується, лінія зарегульованого витоку дотикається до верхньої інтегральної кривої. В кінці повені водосховище стає наповненим, тому лінія споживання дотикається нижньої інтегральної кривої. В останні сім місяців добудовують участок кривої за попередні три місяці штриховою лінією і отримують точку К^І. Натягуванням нитки на цю точку отримують лінію споживання в кінці другого року і залишок води у водосховищі W_ЗАЛ. Щоб задовольнити вимогам рівності зарегульованих витрат і залишків води на початку першого року і в кінці другого року, виконують наступні побудови. На початку першого року по вертикалі відкладають залишок води у водосховищі W_ЗАЛ і поєднують з точкою на верхній кривій, яка відповідає початку повені. Отримана пряма і буде слугувати лінією споживання в перші три місяці.

3.7 Нанесення лінії зарегульованого витоку на вихідному гідрографі річки

Використовуючи лінію споживання і променевий маштаб, можливо знайти значення зарегульованого витоку в будь-який період регулювання. Для цього необхідно взяти напрям лінії зарегульованого витоку, перенести їх на променевий маштаб і отримати значення зарегульованого витоку. За цими значеннями на вихідному гідрографі будується графік зарегульованого витоку. Зазвичай, ці лінії позначають Q₁, Q₂, Q₃, ...,Q_n.

Площа, обмежена гідрографом річки, представляє собою об¢єм річкового витоку. За умовами регулювання наповнення водосховища на початку і в кінці дворіччя, що розглядається, повинно бути однаковим, тобто однаковими повинні бути площі гідрографів на початку і в кінці регулювання. Крім того, при річному регулюванні перед кожним паводком водосховище опорожнюється, а після повеня – наповнюється. Площі гідрографа природного витоку, відсічені під час паводків графіком зарегульованого витоку, будуть представляти собою об¢єми водосховища, тому повинні бути однаковими.

3.8 Побудування хронологічніх графіків рівнів води у верхньому б¢єфі

Z_ВБ = f (t), рівнів води в нижньому б¢єфі Z_НБ = f (t), статичних напорів

Н_СТ = f (t) і напорів нетто Н_НТ = f (t), середньодобових потужностей N_B = f (t)

Графік рівнів води у верхньому б¢єфі Z_ВБ = f (t) будується за допомогою кривої об¢ємів водосховища та інтегральної кривої витоку за два роки. За залишками води у водосховищі W_i на початку і в кінці місяця визначають рівень води ÑZ_i. Причому, для знаходження рівня води по кривій об¢ємів водосховища залишок води у водосховищі W_i слід відкладати від рівня мертвого об¢єму водосховища (в межах корисного об¢єму водосховища). Отримані координати Z_ВБ на початку і в кінці місяців поєднуються прямими.

Графік рівнів води в нижньому б¢єфі Z_НБ = f (t) будується за допомогою кривої витрат за даними графіка зарегульованого витоку. На вихідному гідрографі побудовано графік зарегульованого витоку, позначений лініями Q₁, Q₂, Q₃, ...,Q_n. Кожному значенню витрат відповідає відмітка води в нижньому б¢єфі Z_НБ. Отримані дані наносяться на хронологічний графік рівнів води в нижньому б¢єфі у вигляді прямих.

Відмітки в нижньому б¢єфі змінюються при зарегульованому витоку. В даному випадку для спрощення розрахунків відмітки рівнів у нижньому б¢єфі визначаються за допомогою однієї кривої Q = f (Z_НБ). Насправді для зимового і літнього періодів вказані криві різні.

Графік статичних напорів Н_СТ = f (t) будується як різниця між двома попередніми графіками Z_ВБ = f (t) і Z_НБ = f (t). Тобто з відміток першого графіка віднімаються відмітки другого:

Н_СТ = Z_ВБ - Z_НБ.(3.1)

Графік напорів нетто Н_НТ = f (t) можна отримати із графіка статичних напорів Н_СТ = f (t) шляхом зменшення ординат останнього на величину гідравлічних втрат h_ВТР в енергетичному водоводі на участку від верхнього б¢єфа до вхідного отвору турбінної камери. З відміток графіка статичних напорів віднімаються величини гідравлічних втрат:

Н_НТ = Н_СТ - h_ВТР.(3.2)

Гідравлічні втрати у водоводі залежать від типу устаткування і визначаються за формулою

h_ВТР = k Q²,(3.3)

де k – коефіціент, який залежить від типу ГЕС.

Для руслових ГЕС гідравлічні втрати при пропуску черех турбіни середніх багаторічних витрат річки складають приблизно 1-2% від максимального напору Н_МАКС. В станціях пригребельного типу гідравлічні втрати складають 2-3%, на дериваційних ГЕС гідравлічні втрати складають 5-15%.

У даній роботі передбачається проектування ГЕС руслового або пригребельного типу. Тому для усіх варіантів гідравлічні втрати приймаються рівними 2% від максимального напору Н_МАКС. Коефіціент k визначається за формулою

.(3.4)

Зазвичай пропускна спроможність турбін ГЕС становить (1,5-2,0) . Тому, визначаючи гідравлічні втрати, у паводковий період слід ураховувати вищезазначене. Якщо зарегульовані за правилом натягнутої нитки витрати в цей період будуть перевищувати пропускну спроможність турбін, то у формулу 3.3 слід підставити Q = (1,5-2,0) .

Середньодобова потужність ГЕС або потужність ГЕС по водотоку в кВт визначається за формулою

, (3.5)

де Q – зарегульовані витрати, які знаходяться з даних, нанесених на гідрограф річки, м³/с;

Н_НТ – напір нетто, який знаходиться з хронологічного графіка статичних напорів і напорів нетто;

h_Т – коефіцієнт корисної дії гідротурбіни, який залежить від виду турбіни (h_Т = 0,87-0,92);

h_Г –коефіцієнт корисної дії гідрогенератора (h_Г = 0,96-0,98).

Підставивши у формулу (3.5) межові значення коефіцієнтів корисної дії гідротурбіни і гідрогенератора, побачимо, що коефіціент k₁ знаходиться в межах k₁ = (8,2 – 8,8). Менше значення коефіцієнта відповідає невеликим агрегатам, більше значення – крупним. В середньому можна прийняти k₁ = 8,5.

Потужності на графіку середньодобових потужностей N_B = f(t) обчислюються за формулою (3.5) на початку і в кінці кожного місяця. Отимані значення поєднуються на графіку прямими. В тих місцях, де змінюються зарегульовані витрати, мають місце стрибки на графіку середньодобових потужностей. У цих місцях на графіках Q = f (t) та Н_НТ = f(t) присутні дві витрати і два напори, тому і потужності слід визначати двічі, перед стрибком і після стрибка.

3.9 Побудування кривої забезпеченості середньодобових потужностей

Крива забезпеченості середньодобових потужностей N_B = f(P) будують у вигляді кривої тривалості, користуючись побудованим графіком середньодобових потужностей N_B = f(t). Мінімальній потужності на цьому графіку відповідає забезпеченість Р=100%, максимальній потужності відповідає забезпеченість Р= 0%. Відсоток забезпеченості проміжних значень потужності визначається за формулою

, (3.6)

де t₀ – загальна тривалість процесу регулювання, міс;

t_ПЕР – тривалість перебоїв, тобто сума участків на графіку N_B = f(t), де потужність по графіку виявляється нижче потужності, що розглядаэться міс.

Прийнявши довільно декілька значень потужностей в інтервалі N_MIN ¸ N_MAX і визначивши за формулою (3.6) відповідні їм забезпеченості, будують криву N_B = f(Р) у вигляді графіка. Доцільно цей графік будувати сумісно з кривою N_B = f(t). В цьому випадку зникає необхідність користуватись формулою (3.6).

3.10 Побудування добового графіка навантаження енергосистеми і аналізуючої кривої. Визначення коефіціента щільності графіка навантаження

Добовий графік навантаження енергосистеми представляє собою графік необхідних потужностей в системі впродовж доби. Він будується за даними таблиці 6 з урахуванням залежності (1.5) і вказівок пункту 1.6. Площа, обмежена графіком, визначає в певному маштабі добову енергію, яку видає споживачам енергосистема.

В добовому графіку навантаження енергосистеми присутні три характерні потужності: мінімальна N_MIN, максимальна N_MAX і середня N_СР. Середня потужність N_СР представляє собою підсумкову енергію графіка за добу в кВт´год, поділену на 24 години. Частина графіка, що лежить нижче прямої, проведеної на рівні N_СР, називається базисом графіка. Частина графіка, що лежить вище прямої, проведеної на рівні N_СР, називається піком графіка. Частина графіка між базисом і піком називається полупіком.

Відношення середньої потужності графіка N_СР до його максимальної потужності N_MAX і називається коефіцієнтом щільності або повноти графіка навантаження. Чим щільніше графік, тем менше потребується потужності в енергосистемі для видачі споживачеві однієї і тієї ж кількості енергії.

Коефіцієнт щільності або повноти графіка навантаження визначається за формулою

. (3.7)

Для аналізу умов роботи ГЕС в графіку навантаження будується аналізуюча крива. Вона встановлює залежність добового виробітку енергії від потужності Е = f(N). Для її побудови графік розбивається за висотою на ряд смуг потужністю DN_і і в кожній з них обчислюється вміст енергії DЕ_і.

Якщо із початку координат вздовж шкали енергії (вправо) відкласти DЕ₁, вздовж шкали потужності (вверх) відкласти DN₁, то в полі координат ці компоненти дадуть точку 1, яка належатиме майбутній інтегральній кривій. Якщо далі із отриманої точки 1 вправо відкласти DЕ₂, а вверх DN₂, то отримаємо нову точку 2, яка належатиме майбутній інтегральній кривій. Так, переходячи від точки до точки, будується інтегральна крива.

На участку розташування базису графіка залежність між енергією і потужністю – лінійна Е = 24N, тому аналізуюча крива представляється прямою лінією. На участку розташування піка і полупіка графіка навантаження пряма спочатку повільно, а далі більш стримко викривляється, видхиляючись вверх від вказаної прямої.

Аналізуюча крива дозволяє легко визначити вміст енергії в будь-якій смузі графіка. Для цього треба по верхній і нижній границям смуги провести горизонтальні прямі до перетину з аналізуючою кривою і отримані точки спроектувати вертикальними прямими на шкалу енергії. Якщо із кінцевої точки К провести вниз вертикальну пряму, а базисну частину аналізуючої кривої продовжити вправо, то точка їх перетину К^І визначить середню потужність графіка навантаження N_СР.

3.11 Визначення пікової гарантованої потужності, встановленої потужності ГЕС, а також зони роботи ГЕС в добовому графіку навантаження енергосистеми в один із днів межені і в день весняного паводку

При визначенні встановленої потужності ГЕС важливе значення має пікова гарантована (чи робоча гарантована) потужність ГЕС. Ця потужність приймає участь в покритті максимума навантаження, при цьому її забезпеченність завжди знаходиться в межах розрахункової забезпеченості. В якості розрахункової забезпеченості в курсовому проектуванні рекомендовано приймати Р_РОЗР = 90%. По кривій забезпеченості середньодобових потужностей N_B = f(P) визначають забезпечену середньодобову потужність ГЕС, а потім обчислюють добову потужність дня за формулою

Е_ЗАБ = 24 N_ЗАБ . (3.8)

Враховуючи, що на участку розташування базису графіка навантаження аналізуюча крива має вигляд прямої, рівняння якої співпадає з виразом (3.8), визначення Е_ЗАБ можна виконати графічним способом, наведеним на рис.12.

Пікова гарантована потужність ГЕС N_ПГ визначається наступним чином: від кінця аналізуючої кривої (від точки К на рис. 12) відкладаємо вліво енергію Е_ЗАБ, а із отриманої точки опускається вертикальна пряма до перетину із аналізуючою кривою. Цей відрізок в певному маштабі представляє пікову гарантовану потужність ГЕС N_ПГ.

Встановлена потужність ГЕС представляє собою підсумкову паспортну (номінальну) потужність гідрогенераторів, встановлених на даній гідроелектростанції. Встановлена потужність на ГЕС складається із трьох частин:

N_ВСТ = N_ПГ + N_ДУБЛ + N_РЕЗ, (3.9)

де N_ДУБЛ – дублююча (додаткова) потужність, включається в роботу в паводковий період, що зменшує холості скиди витоку через водоскидні споруди;

N_РЕЗ – резервна потужність (аварійний, ремонтний, вантажний, господарський резерви).

Визначення N_ДУБЛ та N_РЕЗ, потребує спеціальних енергоекономічних розрахунків. Дублюючу потужність ГЕС орієнтовно можливо прийняти за формулою

N_ДУБЛ = N_10¸30% + N_ПГ, (3.10)

де N_10¸30% – середньодобова потужність ГЕС, забезпечена водою за розрахунковий період на 10¸30%.

Резервну потужність N_РЕЗ в курсовому проекті слід приймати виходячи з наступних міркувань:

якщо N_ДУБЛ = 0, тоді N_РЕЗ = (0,1¸0,15) N_ПГ;

якщо N_ДУБЛ > 0, тоді N_РЕЗ = 0.

В останньому випадку передбачається, що функції резерву виконуватиме резервна потужність.

Таким чином, при визначенні N_ВСТ в формулі (3.9) буде відсутнє N_ДУБЛ або N_РЕЗ. Це визначатиме співвідношення між N_ПГ і N_10¸30%.

Якщо N_ПГ > N_10¸30%, тоді

N_ВСТ = N_ПГ + (0,1¸0,15) N_ПГ = (1,1¸1,15) N_ПГ. (3.11)

Якщо N_ПГ < N_10¸30%, тоді

N_ВСТ = N_10¸30%. (3.12)

У нашому випадку ( рис. 10) N_ПГ = 650 МВт, а N_10¸30% = 920 МВт, тому встановлена потужність дорівнює N_ВСТ = N_10¸30% = 920 МВт.

Пыд час роботи ГЕС в енергосистемі найбільший енергоекономічний ефект буде у випадку, коли ГЕС за добу виробляє енергію Е_ДОБ = 24 N_ВСТ і при цьому всією потужністю N_ВСТ бере участь в покритті добового графіка навантаження. Тому, при відшукуванні зони роботи ГЕС в графіку навантаження в полі графіка аналізуючої кривої будують прямокутний трикутник, вертикальний катет якого дорівнює N_ВСТ, а горизонтальний – Е_ДОБ (на рис. 12 такий трикутник побудовано для доби із потужністю водотоку N_П). Умовно змінюючи, положення трикутника знаходимо таке його положення на аналізуючій кривій, коли один із його катетів стане вертикальним, а інший – горизонтальним.

При відшукуванні зон роботи ГЕС в графіку навантаження в день паводка в його якості краще взяти день, якому на аналізуючий кривій ( рис. 12) відповідає найбільша потужність, тобто день із середньодобовою потужністю N_В = N_П. Це перший день шостого місяця другого року ( рис. 9). В цьому випадку може бути N_П > N_ВСТ і тому під час паводка можуть відбуватись холості скиди.

День межені краще взяти такий, коли ГЕС всією своєю потужністю N_ВСТ покриває верхню частину графіку навантаження. В цьому випадку знадобиться найбільша ємність водосховища для здійснення добового регулювання. Для знаходження цього дня на добовому графіку енергосистеми (див. рис. 12) відсікаємо його верхню частину, яка дорівнює потужності N_ВСТ і отримаємо заштриховану зону А. В цій частині графіка визначаємо вміст енергії Е_М і середньодобову потужність N_М (як позначено стрілками на рис. 12). За знайденим значенням N_М відшукуємо на хронологічному графіку середньодобових потужностей (див. рис. 9) відповідний день. Це шістнадцятий день шостого місяця першого року (див. рис. 9).

Іноді у маловодні дні межені розташування ГЕС навіть в самій верхній частині графіка навантаження не забезпечує використання всієї її потужності.

Інший випадок виникає, коли середньодобова потужність ГЕС (потужність за водотоком) буде більше встановленої потужності ГЕС. В цьому випадку під час роботи ГЕС навіть в базисі графіка навантаження (при цілодобовій роботі) ГЕС не спроможна всією своєю потужністю використати і видати в енергосистему всю енергію водотоку. В цьому випадку мають місце холості скиди води.

3.12 Визначення необхідної ємності водосховища для здійснення добового регулювання роботи ГЕС

У продовж доби побутові витрати річки практично не змінюються. У процесі добового регулювання роботи ГЕС цей рівномірний виток перетворюється в нерівномірний. Тому в деякі години доби відбувається накопичення води у водосховищі, а в інші часи – її спрацювання. Щоб визначити ємність водосховища необхідну для добового регулювання, необхідно перерахувати добовий графік роботи ГЕС N = f(t) в добовий графік витрат Q = f(t). Найбільша ємність водосховища знадобиться, якщо ГЕС всією своєю потужністю N_ВСТ покриває верхню частину графіка добового навантаження. На добовому графіку енергосистеми ( рис. 12) цій частині графіка відповідає заштрихована зона А.

На рис. 13 штриховою лінією показаний графік роботи проектуючої ГЕС N = f(t) впродовж доби. Перераховуючи графік роботи проектованої ГЕС N = f(t) в графік Q = f(t) використано формулу (3.5). На рис. 13 графік Q = f(t) позначений суцільною лінією. Напір Н_НТ в цій формулі прийнятий постійним, хоча насправді при добовому регулюванні через коливання рівня води в нижньому б¢єфі він буде змінюватись. У нашому випадку напір Н_НТ визначається за кількістю енергії, яка міститься в зоні графіка, для якої визначається ємність водосховища при добовому регулюванні (на рис. 12 зоні А відповідає Е = Е_М). Визначається середньодобова потужність ГЕС N_ВСТ (в нашому випадку N_ВСТ = N_М = 455МВт). Далі за хронологічним графіком середнодобових потужностей ( рис. 9) знаходимо дані із вказаною потужністю N_ВСТ і напір Н_НТ, який відповідає цьому дню - Н_НТ = 38м (це шістнадцятий день шостого місяця першого року).

Після визначення Н_НТ розв`язують вираз (3.5) відносно Q, підставляючи в нього значення N із графіка N = f(t), позначеного на рис. 13 штриховою лінією і отримують витрати Q, позначені на рис. 13 суцільною лінією.

Під графіком Q = f(t) будується інтегральна крива добового витоку в прямокутній системі координат ( рис. 14). Вона будується за тим же принципом, що і крива в косокутних координатах (рис. 15). Відстань до полюса Dt на променевому маштабі витрат рекомендується приймати рівним 25000 с, що відповідає 6,95 годин.

Побудувавши інтегральну криву витоку ОК, її початок з¢єднують з точкою К прямою, напрям якої визначають середньодобові витрати. Помістивши інтегральну криву витоку в пару охоплюючих дотичних, які паралельні променю середніх витрат і вимірявши відстань між ними по вертикалі, знаходять ємність водосховища для добового регулювання витоку.

3.13 Визначення середнього річного виробітку електроенергії

Середньогодовий виробіток обчислюється як середньоарифметичний виробіток за дворіччя, причому виробіток за кожен рік враховується окремо. Енергія за два роки визначається площею, окресленою графіком середньодобових потужностей ( рис. 9), помноженою на маштаб площі. Якщо на графіку N = f(t) є більш значні потужності, ніж N_ВСТ, то при обчисленні енергії графік зверху обмежується лінією на рівні N_ВСТ . Все, що знаходиться вище цієї лінії, втрачається у вигляді холостих скидів.

Обчисливши площу графіка і помноживши її на масштаб площі, отримаємо енергію за два роки, поділивши на 2, отримаємо енергію за рік.

3.14 Перелік характеристик витоку і основних енергетичних показників проектуючої ГЕС

3.14.1 Характеристики побутового витоку і водосховища

Середньобагаторічний річний виток W = ´T_Р.

Корисний об¢єм водосховища W_КОР.

Коефіцієнт ємності водосховища .

Ємність водосховища, необхідна для повного вирівнювання витоку за 1-й рік W₁.

Ємність водосховища, необхідна для повного вирівнювання витоку за 2-й рік W₂.

Ємність водосховища, необхідна для повного вирівнювання витоку за дворіччя W_1-2.

Максимальні середньомісячні витрати річки Q_МАХ.

Мінімальні середньомісячні витрати річки Q_МІN.

Середні багаторічні витрати річки .

Об¢єм водосховища для добового регулювання W_ДОБ.

Об¢єм добового витоку під час роботи ГЕС в піковому режимі W_Д.В.

Коефіцієнт добової ємності водосховища .

Характеристики зарегульованого витоку

Максимальні середньодобові витрати Q_МАХ.

Мінімальні середньодобові витрати Q_МІN.

3.14.3 Характеристики добового графіка навантаження енергосистеми

Максимальна потужність графіка N_MAX.

Мінімальна потужність графіка N_MIN.

Середня потужність графіка .

Коефіцієнт щільності графіка навантаження .

3.14.4 Енергетичні показники ГЕС

Пікова гарантована потужність ГЕС N_ПГ .

Встановлена потужність ГЕС N_ВСТ .

Середньорічний виробіток електроенергії _Р.

Кількість годин використання встановленої потужності ГЕС .

Максимальний напір Н_MAX.

Мінімальний напір Н_MIN = 26,8 м.

Коливання рівнів , , , .

Максимальні витрати води через турбіни

Приклад

4.1 Гідрограф річки

Дані по гідрографу річки відповідно до варіанта наведено в таблиці .

Таблиця 7