10141

Теоретическая энергия руслового потока,кВт∙ч/год, принимается равной среднемноголетней величине, определяемой по формуле:

3.2. Определение технических гидроэнергоресурсов

Упрощенно техническая мощность может быть определена по формуле:

где μQ – сумма потерь стока в долях нормы стока; μH– сумма потерь напора в долях падения реки; Nуч – теоретическая мощность участка реки, целесообраз-

ного для освоения; ηгэс – коэффициент полезного действия ГЭС (рекомендуется принимать 0,82).

Потери стока обусловлены:

– потерями стока через направляющие аппараты турбин, уплотнения за-

творов и др., этот вид потерь дает не более 1 % стока;

– потерями стока на дополнительное испарение с водной поверхности во-

дохранилища (табл. 3.1);

–потерями стока на фильтрацию из водохранилища (около 2 % стока);

–потерями стока из-за ограниченности полезного объема водохранилища

ипропускной способности гидротурбин, определяемой установленной мощно-

стью (табл. 3.2).

Потери напора вызываются:

–потерями напора из-за изменений уровней бьефов при регулировании стока и переменного расхода – примерно 20 % падения реки;

–потерями напора в подводящих сооружениях (на сороудерживающих решетках, в каналах, турбинных водоводах и т.п.), а также на кривых подпора водохранилищ; эти потери могут составить до 10 % падения.

22

При нецелесообразности использования верхнего течения реки из-за его маломощности теоретическая мощность участка реки

Потери на дополнительное испарение с поверхности водохранилищ

23

Таблица 3.3

Потери стока, связанные с ограниченностью установленной мощности, и минимальный расход

3.3.Определение гарантированных гидроэнергоресурсов

Вкачестве гарантированных ресурсов принимаются гарантированная мощность Nгар и гарантированная энергия Эгар. Гарантированная мощность оп-

ределяется зависимостью:

в которой вместо относительного гарантированного расхода μгар можно исполь-

зовать минимальный расход по табл. 3.3.

24

Гарантированная энергия вычисляется по формуле:

где μ90 –модульный коэффициент 90%-нойобеспеченности, устанавливаемый по

[36] для трехпараметрического гамма-распределения вероятностей.

В гарантированных ресурсах следует выделить техническую часть.

3.4. Кадастровый график реки

Кадастровый график реки (рис. 3.1) показывает зависимости гидрологи-

ческих и энергетических параметров реки от расстояния, которое отсчитывает-

ся обычно от устья. На этот график, как правило, наносят:

–продольный профиль реки по уровню воды в межень,

–график изменения площади водосбора,

–график изменения среднемноголетнего расхода воды,

–вместо него может быть построен график нормы годового стока,

–продольные профили берегов – отдельно левого и правого,

–график изменения теоретической мощности,

–график удельной мощности.

Кадастровый график строится по данным табл.3.1.

3.5. Выбор створа ГЭС

Створы ГЭС следует намечать на участках с бόльшими удельными мощ-

ностями по кадастровому графику. Створы также желательно располагать ниже впадения крупных притоков. При этом из рассмотрения следует исключить верхнее течение реки.

Создание ГЭС на реке всегда образует водохранилище; при этом возмож-

но существенное отчуждение земель, приводящее к значительным ущербам.

Кроме того, высокая стоимость отчуждаемых земель снижает эффективность ГЭС: современное законодательство требует возмещения убытков и потерь владельцев земельных угодий. Поэтому при выборе места размещения створа

25

ГЭС необходимо уделять особое внимание мероприятиям по уменьшению от-

чуждения земель.

В отношении малых рек наилучшим образом отвечает принципу мини-

мального вмешательства в окружающую среду схема использования гидроэнер-

горесурсов посредством русловых гидроузлов, т. е. гидроузлов с НПУ на уров-

не бровки русла реки. Такая схема обладает рядом преимуществ, как-то:

–затапливаются земли только русел основной реки и ее притоков;

–минимизируются подтопления;

–уменьшается длина напорного фронта;

–почти исключаются потери на дополнительное испарение;

–отсутствует затопление поймы и склонов долины;

–пойма или ее часть могут использоваться для пропуска максимальных расходов;

–практически не изменяется бытовой режим жидкого стока и транзитный сток наносов;

–водообмен в верхнем бьефе приближается к бытовому;

–сохраняется возможность миграции рыб вверх по течению (при высоких уровнях, по пойме).

Для большей эффективности утилизации гидроэнергии следует выбирать створы, располагающиеся вблизи потребителей электроэнергии, так как пере-

дача электроэнергии на расстояние более 10-20 км от небольших ГЭС не вы-

годна.

26

27

Рис.3.1. Кадастровый график реки:

1 – продольный профиль реки; 2 – среднемноголетний расход; 3 – теоретическая мощность; 4 – удельная мощность; 5 – среднее значение удельной мощности

17

4.СХЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИДРОЭНЕРГИИ РЕК

4.1.Схемы концентрации напора

На реках возможны три основные схемы создания сосредоточенного напора (концентрации напора):

–плотинная, при которой напор образуется плотиной;

–деривационная, когда напор создается деривацией, сооружаемой в виде канала, лотка, туннеля, трубопровода;

–смешанная (плотинно-деривационная), при которой часть напора создается плотиной, другая часть – деривацией.

Плотинная схема (рис. 4.1) осуществляется, главным образом, на равнинных реках, имеющих небольшой продольный уклон. Плотина создает перепад уровней (напор) Н, подпор воды распространяется вверх по реке до точки 5, при этом общее падение уровня воды в зоне подпора составит Н+∆hпод, из которого ∆hпод теряется при движении воды в верхнем бьефе (рис. 4.2) [13]. Основной недостаток плотинной схемы – образование затопления и подтопления больших территорий.

Рис. 4.1. Плотинная схема концентрации напора:

1 – дно реки; 2 – уровень воды в реке; 3 – створ плотины;4 – кривая подпора; 5 – точка выклинивания подпора

28

Рис. 4.2. График для определения потерь напора на кривой подпора

Как было отмечено выше, основной недостаток плотинной схемы – образование затопления и подтопления больших территорий. Уменьшить затопления и подтопления можно путем создания так называемых русловых гидроузлов (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема создания напора в русловом гидроузле: 1 – склоны долины реки; 2 – пойма; 3 – русло; 4 – плотина

В таком гидроузле в период межени НПУ поддерживается вблизи бровки русла, напор образуется за счет разницы НПУ и уровня воды реки в межень. Однако в период половодья, при значительном подъеме уровней бьефов, напор может снижаться практически до нуля.

29

В деривационной схеме (рис. 4.4) плотина может быть небольшой высоты или отсутствовать. В ее створе располагается водоприемник, обеспечивающий подачу воды в деривацию. Общее падение реки на используемом участке составит Н+∆hпод+∆hдер, где ∆hпод − потери на кривой подпора, ∆hдер – потери в деривации. По сравнению с плотинной деривационная схема при таком же напоре позволяет существенно уменьшить площади затопления и подтопления. Однако расход воды, поступающий в реку на участке между створом водоприемника и створом ГЭС, не может быть использован.

Рис. 4.4. Деривационная схема концентрации напора:

1 – дно реки; 2 – уровень воды в реке; 3 – створ водоприемника; 4 – створ ГЭС; 5 – деривация; 6 – пьезометрическая линия; 7 – точка выклинивания подпора

Деривационная схема может быть реализована в рукавно-переносной ГЭС (РП ГЭС). Такая ГЭС состоит из двух основных элементов (рис. 4.5): гибкого рукава, являющегося деривационным трубопроводом, и энергоблока, включающегося в себя турбину, генератор, систему регулирования и защиты. Водоприемник рукава опускают в воду, рукав размещают на берегу реки вниз по течению и присоединяют к энергоблоку. Длина рукава может доходить до 100 м, напор РП ГЭС – до 6 м, мощность – до 3 кВт.

В плотинно-деривационной схеме(рис. 4.6) напор создается и плотиной, и деривацией. Общий перепад участка составляет H+∆hпод +∆hдер, где ∆hпод – потери напора на кривой подпора, ∆hдер – потери напора в деривации.

30