РЗ по деривационным ГЭС

Методические рекомендации

По выполнению расчетного задания №3

«Разбиение реки на каскад деривационных ГЭС»

Водноэнергетический кадастр – это табличное или графическое распределение водноэнергетических параметров/характеристик открытого водотока по его длине.

Водоток– водный объект, характеризуемый постоянным или временным движением воды в русле в направлении общего уклона.

Створ – поперечное сечение русла реки.

Границы створов соответствуют местам изломов профиля водотока или местам впадения притоков.

Расчёт гидроэнергетических ресурсов в гидроэнергетике производится как правило для среднемноголетних условий соответствующих обеспеченности 50% (P=50%).

Обеспеченность – какой-либо величины исследуемого ряда называется вероятность того, что рассматриваемое значение может быть превышено среди совокупности всех возможных ее значений.

Обеспеченностью годового стока Р может быть названо среднее число лет (выраженное в процентах от общего числа лет), в течение которых годовой сток будет равен данному или больше его.

Метод линейного учёта – принимается, что между створами водотока расход меняется линейно, пропорционально длине участка между этими створами.

Валовый ГЭП водотока – полный потенциал, который теоретически можно получить от водотока.

Технический ГЭП водотока – часть теоретического ГЭП, которая может быть использована на современном уровне развития науки и технических решений.

Экономический ГЭП водотока – часть технического ГЭП, который экономически целесообразно использовать в современных условиях при соблюдении социально-экологических требований.

Расход, Q [м3/сек] – объём воды, протекающий через поперечное сечение реки за единицу времени.

Сток, W [куб.км] – суммарный объём воды, протекающий через поперечное сечение реки за определённый период времени.

Напор, Н [м]– разница уровней воды в двух соседних створах.

Модуль стока (в водотоке)– объем воды, стекающей с определенной площади бассейна (площади водосбора) в единицу времени.

Водосборная площадь– площадь, с которой поверхностная или подземная вода стекает в водоем.

ДЕРИВАЦИОННАЯ ГЭС– гидроэлектрическая станция, напор которой обеспечивается в основном посредством деривации.

Деривация (от лат. derivatio– отведение, отклонение) в гидротехнике – отвод воды от русла реки в различных целях по каналу или системе водоводов.

В более широком смысле под деривацией понимают совокупность гидротехнических сооружений, отводящих воду из реки, водохранилища или другого водоёма и подводящих её к другим гидротехническим сооружениям.

Различаются такие типы деривационных сооружений– безнапорные (канал, тоннель, лоток) и напорные (трубопровод, напорный тоннель). Напорный тип применяется в том случае, если имеются существенные (более нескольких метров) сезонные или временные колебания уровня воды в месте её забора.

Современные деривационные каналы и водотоки имеют протяжённость в десятки километров и пропускную способность в несколько тысяч м³/с.

1.2 Исходные данные

1. Водоток разбит на 10 створов, исходные данные по каждому створу представлены в таблице 1.1:

 n– номер створа;

 ∇j– отметка уровня воды в створе;

 Lj– расстояние от начального створа;

 mj– модуль стока;

 Fj– площадь водосборной поверхности бассейна;

 N–номер варианта по журналу.

2. kp– коэффициент пересчета среднегодовых расходов от условий средневодного года при Р=50% к условиям маловодного года при Р=90% определяется в зависимости от номера варианта по журналу N:

для вариантов 1-10 :kp=0,7-0,01*N;

для вариантов 11-30 :kp=0,4+0,01*N

3. КПД деривационных ГЭСhгэс в % определяется в зависимости от номера варианта по журналу N:

hгэс=92+(-1)N*0,05*N

Задача: для заданного числа деривационных ГЭС в сомкнутом каскаде (n = 2) найти оптимальные схемы использования водотока для условия:

(N1,H1,Q1, N2,H2,Q2 при NΣðmax) (1.10)

2.3.2 Одна ГЭС в каскаде

Оптимальная схемы использования водотока деривационной ГЭС заключается в подборе точкиводозабора при условии расположения здания ГЭС в 10-ом створе, в которой мощность ГЭС будет максимальной. Рассматриваются все варианты возможных точек водозабора с 1 по 10 створы.Расчеты ведутся для условий маловодного года, расчет расхода в каждом j-омстворе для условий маловодного года производится по формуле:

Qгэсj=kp×Qj . (1.11)

Расчёт мощности ГЭС, расположенной в k-ом створе, при водозаборе в j-ом створеведётся по формуле:

(¯(N))_(гэс) j =9,81* _(гэс) · Q_(гэсj) · H_(гэсj-k) *10-3, [МВт],(1.12)

где H_(гэсj) определяется по формуле:

( H)_(гэсj-k) =∇j - ∇k . (1.13)

Алгоритм расчета оптимальной схемы каскадного использования водотока каскадом ГЭС для n=1:

1. Здание деривационной ГЭС расположено в створе №10. Для максимального напора (водозабор в створе №1) получим следующие показатели напора и расхода:

Hгэс = 2850 м, Qгэс = 46,3 м3/с.

2. По формуле (1.12) определим мощность ГЭС: Nгэс = 1⋅2850 ⋅ 46,3 / 102 =1293 МВт.

3. Аналогично пункту 1 данного алгоритма рассчитаем показатели мощности ГЭС для водозаборов, расположенных в створах 2 – 10.

4. По критерию максимума мощности определим местоположение ГЭС при Hгэс = 1815 м, Qгэс = 103,1 м3/с ;Nгэс = 1871 МВт.

Результаты расчета сведены в таблицу 1.3 и представляем в графическом виде (см.рис.1.4).

Таблица 1.3

Зависимость параметров деривационной ГЭС от параметров выбранного створа

Hгэс,м 2850 2730 2120 1815 1510 1205 900 570 290 0

Qгэс, м3/с 46,3 67 72,7 103,1 104,3 142,8 144,8 243,5 534,7 582,8

Nгэс, МВт 1319 1829 1541 1871 1574 1720 1303 1388 1550 0

По оси х отложены расходы и мощности

Рис.1.4. Зависимость параметров деривационной ГЭС от параметров выбранного створа

2.3.3 Две ГЭС в каскаде

Задача решается методом перебора.Необходимо рассмотреть все варианты размещения сомкнутого каскада из ГЭС1 и ГЭС2 на данном водотоке.

Алгоритм расчета оптимальной схемы каскадного использования водотока каскадом ГЭС для n=2:

1. Водозабор ГЭС 2 расположен в 1 створе. Водозабор ГЭС 1 соответственно в створах 2-10. Результаты расчета представляются в табличном виде (см.табл.1.4)

Например, Водозабор ГЭС2 в 1 створе, аводозабор ГЭС1 – во 2-ом створе.Тогда для ГЭС2: Hгэс2 = 2850-2730=120 м, Qгэс2 = 46 м3/с, Nгэс2 = 55 МВт; для ГЭС1:Hгэс1 = 2730-0=2730 м, Qгэс1 = 67 м3/с, Nгэс1 = 1798 МВт.Nкаск= 55+1798=1852 МВт. Результат расчета представлен в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Мощности каскада ГЭС, при условии водозабора ГЭС2 в створе 1 и вариантах водозабораГЭС1 в створах 2-10

Hгэс2, м 120 730 1035 1340 1645 1950 2280 2560 2850

Q гэс2, м3/с 46 46 46 46 46 46 46 46 46

N гэс2, МВт 55 332 471 610 749 888 1038 1165 1297

№ створа водозабора ГЭС1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hгэс1, м 2730 2120 1815 1510 1205 900 570 290 0

Q гэс1, м3/с 67 73 103 104 143 145 244 535 584

Nгэс1, МВт 1798 1514 1839 1547 1690 1280 1363 1522 0

Nкас 1852 1847 2310 2157 2439 2168 2401 2687 1297

В приведенном примере при водозаборе ГЭС2 в створе 1 оптимальная схема использования водотока приводозаборе ГЭС1в створе 9.

2. Аналогично выполняются расчеты с расположением водозабора ГЭС2 в створах 2-8 и заносятся в таблицу 1.5.

Для приведенного примера результаты сведены в таблицу 1.5.

3. Анализ таблицы 1.5 выявляет оптимальное размещение 2-х ГЭС по критерию (1.10).

В приведенном примере максимальная мощность сомкнутого каскада для 2-х станций равна: NΣ = 3129 МВт приводозаборе ГЭС2 в створе 2, а ГЭС 1 в створе 9.

2.3.4 Три ГЭС в каскаде

Принимаем допущение, что оптимальное размещение 2-х ГЭС выбрано в п.2.3.4. Если есть недоиспользованный участок водотока, то дополняем 3-ей ГЭС.

В приведенном примере недоиспользован участок водотока 1-2, где будет установлена третья ГЭС с параметрами: Hгэс3 = 120 м, Qгэс3 = 46 м3/с, Nгэс3= 55 МВт; Nкаск= 55+3129=3184 МВт.

ПРИМЕР НА ЗАНЯТИИ

КПД 0,9174312 КN=9



1-а ГЭС

j Δj,м Qгэс Hгэс N

1 5000 30 4000 1080

2 4000 50 3000 1350

3 2000 70 1000 630

4 1000 80 0 0



2 ГЭС

створ водозабора 2 3 4

ГЭС1

Hгэс1, м 3000 1000 0

Q гэс1, м3/с 50 70 80

Nгэс1, МВт 1350 630 0

Водозабор ГЭС2 - 1 створ

Hгэс2 1000 3000 4000

Qгэс2 30 30 30

Nгэс2 270 810 1080

Nгэс1+2 1620 1440 1080

Водозабор ГЭС2 - 2 створ

Hгэс2 0 2000 3000

Qгэс2 50 50 50

Nгэс2 0 900 1350

Nгэс1+2 1350 1530 1350

Водозабор ГЭС2 - 3 створ

Hгэс2 0 1000

Qгэс2 70 70

Nгэс2 0 630

Nгэс1+2 630 630

3 ГЭС

Для случая Водозабор ГЭС2 - 2 створ, а ГЭС1 – 3 створ.

На свободном участке 1-2 поставим ГЭС3

ГЭС3

Hгэс3 1000

Qгэс3 30

Nгэс3 270

Nгэс1+2+3 1800