ИВЭ. Ч. 1. ВЭР

Продолжение таблицы 5.5

ZВБнач = НПУ, водохранилище полностью наполнено.

3.2.Рассчитать сработку водохранилища означает получить отметки воды в водохранилище на каждом расчетном интервале и вырабатываемую на каждом интервале мощность ГЭС.

3.3.Чтобы получить конечную отметку воды в водохранилище на любом интервале расчета, необходимо по кривой связи верхнего бьефа найти ее

взависимости от сработанного объема водохранилища.

3.4.Израсходованный объем водохранилища зависит от разницы расходов притекающих в водохранилище и пропущенных в нижний бьеф.

3.5.Кроме того, для расчета напора нужна отметка воды в нижнем бьефе. Отметка воды в нижнем бьефе определяется по кривой связи нижнего бьефа в зависимости от расхода через ГЭС. В нашем случае – это расход ВХК на данном интервале.

3.6.В расчетах используются две нелинейные зависимости: кривая верхнего и кривая нижнего бьефа, заданные в табличной форме. Расчет перестает быть сложной ручной задачей, если удастся подобрать аналитические выражения этих зависимостей. Задача сводится к аппроксимации нелинейных зависимостей с помощью полиномов подходящей степени. Сделать это можно в любом удобном математическом пакете. Практика подсказывает, что не всегда это удается сделать с достаточной точностью в широко распространенном пакете Exсel.

41

3.7. По окончанию последнего месяца сработки полученное значение ZВБконбудем считать отметкой УМО. Далее начинаем процесс наполнения

водохранилища. Это произойдет за счет изменения знака VВ.

3.8.Если на последнем расчетном интервале уровень верхнего бьефа окажется отличным от НПУ, необходимо оценить погрешность аппроксимации кривых связи в верхнем и нижнем бьефе. Именно эта погрешность может существенно исказить результаты.

3.9.Необходимо иметь в виду, что расчет учебный и идет с некоторыми допущениями: не учитываются потери напора и расхода, имеющие место в реальных ВЭР.

4. На основании полученного расчета строится график сработкинаполнения водохранилища (рис. 5.1), который показывает изменение отмет-

ки верхнего бьефа в течение расчетного периода ZВБ = f (t).

42

6. ВОДНО­ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГЭС ГОДОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИЗАДАННОМ ГРАФИКЕ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ

Цель: рассчитать такой режим сработки-наполнения водохранилища годового регулирования, при котором ГЭС будет работать по обеспеченному графику выдачи мощности.

Задачи

1.На основе гидрографа Q = f (t)маловодного года и заданного

ряда гарантированных мощностей определить месяц начала сработки водохранилища и период сработки в годовом отрезке.

2.Произвести водно-энергетический расчет табличным способом.

3.Построить график сработки-наполнения водохранилища годового регулирования.

Основные сведения

Задача регулирования стока с помощью водохранилища годового регулирования при заданной отдаче по мощности существенно сложнее предыдущей задачи, когда был задан расход в нижний бьеф.

Также как и в предыдущей задаче предстоит определить график сработки и наполнения водохранилища, но выдаваемая мощность при этом уже известна. Как мы знаем, выдаваемая мощность зависит от напора и расхода ГЭС. Оба эти параметра на каждом интервале расчета неизвестны и к тому же напор зависит от расхода.

Таким образом, необходимо подобрать такой расход ГЭС для каждого месяца, чтобы в сочетании с соответствующим ему напором эти параметры обеспечивали заданную по условиям задачи мощность. Подбор – это итерационный процесс. Для решения задачи итерационным методом необходимо задаться допустимой погрешностью расчета. Для учебных целей достаточно получить расчетное значение мощности с погрешностью ±1 %.

Расход ГЭС складывается из бытового притока, который известен и расхода из водохранилища, который как раз и предстоит определить (подобрать) для каждого интервала расчета.

ВЭР ведется на основании данных по маловодному году. Поэтому для расчета необходим гидрограф маловодного года расчетной обеспеченности

PРАСЧ (см. задание 2).

Для того чтобы начать расчет, необходимо найти месяц начала сработки. Для этого необходимо произвести расчет мощности ГЭС при работе на бытовом стоке NБЫТ и сравнить с его рядом заданных гарантированных

43

мощностей. Первый месяц, после окончания половодья, в котором получаем условие N БЫТ < N ГАР, и будет являться началом сработки водохранилища:

Далее расчет ведется по месяцам. Для каждого месяца составляется уравнение водного баланса и считается мощность ГЭС (6.3).

где «–›› характеризует период наполнения водохранилища, «+» – период сработки.

Расчет ведется табличным способом. При проведении ВЭР необходимо соблюдать некоторые общие требования:

1.Сработка водохранилища начинается с НПУ.

2.Минимальная отметка верхнего бьефа, достигнутая при сработке, является УМО.

3.Если при наполнении отметка водохранилища на последнем этапе не достигла НПУ, необходимо уменьшить гарантированную мощность, выдаваемую в январе и декабре. И, наоборот, при превышении отметки НПУ на последнем этапе наполнения необходимо увеличивать гарантированную мощность января и декабря до тех пор, пока на последнем этапе расчета отметка верхнего бьефа не составит НПУ.

Исходные данные

1.Характеристики нижнего бьефа представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

ZНБ,м 81 83 85 87 89 91

Q,м3с 100 460 1200 2250 3800 5100

2.Характеристики верхнего бьефа приведены в таблице 6.2.

44

Таблица 6.2

3.Отметка НПУ – 102 м.

4.Гидрограф для расчетного маловодного года в створе ГЭС представлен в таблице 6.3.

Таблица 6.3

5.Значения гарантированных мощностей приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

45

Продолжение таблицы 6.4

6.Установленная мощность ГЭС: 500 МВт.

Порядок выполнения расчетов

1.Величина расчетного интервала времени – один месяц в соответствии с исходными данными.

2.Для определения месяца начала сработки рассчитываем NБЫТ по

формуле (6.1) и сравниваем ее со значениями NГАР.

3. Проводим ВЭР с первого месяц после окончания половодья, в котором получаем условиеN БЫТ < N ГАР. На основании проведенного срав-

нения получаем также период сработки. Расчет ведется в таблице, общий вид которой представлен ниже (табл. 6.5).

Таблица 6.5

Водно-энергетический расчет ГЭС годового регулирования при заданной отдаче по мощности

46

Продолжение таблицы 6.5

47

4. Считаем, что к началу этого месяца отметка верхнего бьефа ZВБнач = НПУ, водохранилище полностью наполнено. Значение VВначсо-

ответствует НПУ и определяется по кривой связи верхнего бьефа. Для следующих временных интервалов ZВБнач(i +1)= ZВБкон(i), и соответст-

венно VВнач(i +1)=VВкон(i).

5.При сработке необходимо соблюдать требование NГЭС ≥ NГАР .

На этом основании для каждого месяца важно увязать два параметра: V и NГЭС , то есть понять, сколько нужно использовать воды из водохранилища

в каждом месяце, чтобы соблюдать это требование. Поэтому расчет ведется методом подбораQВ.

6.Для текущей итерации выбираем QВ и считаем

где время измеряется в секундах и равно месяцу.

7. Конечный объем водохранилища для текущего интервала определяется по формуле

8. Соответствующая ему отметка верхнего бьефа определяется по кривой связи ZВБ = f (VВ). Трудно переоценить пользу аналитического вы-

ражения данной зависимости. При его отсутствии расчет превращается в тяжкий ручной труд.

9.Расход в нижнем бьефе определяется по формуле (6.2).

10.Напор определяется по формуле

где ZВБ – средняя отметка верхнего бьефа на расчетном интервале.

где ZВБнач – начальная отметка верхнего бьефа на расчетном интервале, ZВБкон – конечная отметка верхнего бьефа на расчетном интервале, которая

48

определяется по кривой связи верхнего бьефа ZВБ = f (VВ)в зависимости от израсходованного объема водохранилища.

11.При известных QГЭС и H рассчитывается мощность ГЭС данной

итерации по формуле (6.3). Полученная NГЭС сравнивается с соответствую-

щей гарантированной мощностью, заданной в исходных данных. Если вырабатываемая на ГЭС мощность соответствует оговоренной погрешности, требующейся по условиям задания гарантированной мощности, то расчет идет дальше. Если мощность ГЭС недостаточна либо избыточна, расчет возвраща-

ется к п. 6 для выбора нового значения QВ.

12.На этот этап алгоритма мы попадаем после того, как расчет по предыдущему временному интервалу окончен, т. е. подобран такой расход из водохранилища, который обеспечивает выдачу гарантированной в этом месяце мощности. Далее необходимо начать все с самого начала, но для следующего месяца, т. е. переходим к п. 4.

13.Конечный уровень водохранилища в последнем интервале времени расчета должен удовлетворять условию равенства начальному, т. е. НПУ для годичного регулирования стока реки. Если этого не происходит, корректируем гарантированную мощность января и декабря с тем, чтобы добиться наполнения водохранилища до НПУ в последнем месяце наполнения. При

корректировке NГАР весь расчет производится заново.

На основании полученного расчета строится график сработкинаполнения водохранилища (рис. 5.1), который показывает изменение отмет-

ки верхнего бьефа в течение расчетного периода ZВБ = f (t).

Надо сказать, что эти графики представляют большую ценность при регулировании, поскольку являются основной диспетчерского регулирования ГЭС.

Допущения, принятые в расчете

Поскольку для регулирования задан гидрограф маловодного года расчетной обеспеченности, возможность холостых сбросов не учитывалась. Полученный в расчете УМО можно сравнить с энергетически эффективным УМО, вычисленным в главе 4 настоящего учебного пособия.

Однако определяющее значение при назначении УМО имеют ограничения по турбинному оборудованию, которые будут рассмотрены позже. Иногда приходится изменять режим работы водохранилища и соответственно пересчитывать ВЭР из-за ограничений, накладываемых турбиной по соотношению минимального и максимального напоров.

После того, как по условиям маловодного года расчетной обеспеченности скорректирована гарантированная мощность зимних месяцев, которая является основой для выбора установленной мощности проектируемой ГЭС, необходимо сделать ВЭР для условий средневодного года (50 % обеспечен-

49

ности), чтобы определить среднемноголетнюю выработку. Также для задач диспетчерского управления производятся ВЭР и других лет из имеющегося гидрологического ряда. При этих расчетах для водохранилищ сезонного и годового регулирования возможны холостые сбросы в нижний бьеф. Учесть в расчете холостые сбросы можно, добавив их в балансовое уравнение по расходу:

Задачей гидроэнергетиков является выбор такого режима работы водохранилища, при котором холостые сбросы минимальны.

50