ИВЭ. Ч. 1. ВЭР

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ МОЩНОСТИ ГЭС СУТОЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Цель: познакомиться с особенностями суточного регулирования ГЭС, а также определить основные характеристики гидроэлектростанции и режимы работы ГЭС суточного регулирования в энергосистеме.

Задачи

1.Рассчитать режим работы гидроэлектростанции в пиковой части графика нагрузки и определить значение установленной мощности ГЭС, отметки УМО и величину полезного объема водохранилища.

2.Рассчитать величину вырабатываемой электроэнергии при работе ГЭС в базовой части графика нагрузки.

3.Определить величину потерь на холостой сброс в период половодья.

Основные сведения

Суточное регулирование довольно редко применяется в «чистом» виде. Довольно часто оно комбинируется с недельным регулированием.

Вбольшинстве случаев оно осуществляется для ГЭС с малыми водохранилищами, расположенных в горной местности, либо для ГЭС, выполняющих контррегулирующие функции в каскаде, т. е. находящихся ниже по течению от крупной гидроэлектростанции.

Втечение суток расход практически постоянный, но величина его меняется от суток к суткам. На малых реках в период паводка суточный расход может заметно меняться. Кроме того, довольно часто происходит перераспределение суточного стока в соответствии с требованиями потребителей электроэнергии или воды.

Учитывая указанные выше факторы, можно сформулировать два основных положения методики расчета суточного регулирования водохранилища:

1.Объем водохранилища, необходимого для суточного регулирования невелик, так как он рассчитывается на работу ГЭС с регулированием

втечение суток, как правило, маловодных.

2.Практическое решение двух задач (использование установленной мощности и определение количества вырабатываемой энергии) состоит в том, что ГЭС не располагается только в верхней части суточного графика нагрузки, а занимает в нем различное положение, от пиковой зоны до базовой зоны,

взависимости от величины естественного притока реки в каждые сутки.

На основе данных положений производятся все последующие расчеты. Исходные данные приведены в таблицах 7.1, 7.2, 7.3, 7.4.

51

Таблица 7.1

Варианты задания

Таблица 7.2

Гидрограф расчетного маловодного года

52

Продолжение таблицы 7.2

Таблица 7.3

Кривая зависимости объема водохранилища от уровня верхнего бьефа

53

Таблица 7.4

Кривая зависимости уровня нижнего бьефа от расхода

Графики нагрузки энергосистемы, представлены в приложении 5.

Порядок выполнения расчетов

Выбор установленной мощности ГЭС и величины полезного объема водохранилища

1.На основе гидрографа определить минимальный расход в период

межени QБЫТmin .

Значение расхода в течение всех суток изменяется незначительно, что дает возможность считать его постоянным.

2. Приближенно рассчитать энергию бытового стока за сутки (QБЫТmin – постоянен в течение суток).

ЭБЫТ = kN QБЫТmin H T,

где T = 24 часа.

При известной отметке НПУ напор определяется как:

H = НПУ − ZНБ,

где ZНБ = f (QБЫТmin ).

54

Потерями напора на водоподводящих сооружениях в данной работе можно пренебречь.

3.В соответствии с условиями, описанными в главе 3, на основе представленных в приложении 5 исходных данных, необходимо построить суточный график нагрузки и ИКН.

При построении ИКН принять:

ЭБЫТ = ЭГАР.

4.На ИКН строим треугольник мощностей ГЭС и размещаем его

впиковой части графика нагрузки так, чтобы мощность ГЭС была максимальной. Полученное значение и будет являться установленной мощностью

станцииPУСТ.

После того как на основе полученных данных определено расположение станции на суточном графике нагрузки, может быть произведен расчет режима работы водохранилища в течение суток и построен график сработкинаполнения.

5. На основе графика нагрузки необходимо определить час, когда наступает сработка водохранилища. Условием для выбора данного часа является превышение мощности, требуемой энергосистемой, над бытовой мощно-

стью. Первый час, когда NБЫТ< PСИСТ и будет часом, от которого необходимо вести расчет.

Все расчеты, представленные в таблице 7.5, необходимо начинать вести от этого часа.

Расчет сработки-наполнения при суточном регулировании идентичен расчету при годовом регулировании (гл. 6).

6.При расчете должно соблюдаться условие:

NГЭС = PСИСТ.

ЕслиNГЭС < PСИСТ, то необходимо увеличить расход через турбины

ГЭС, осуществляя сработку водохранилища, если NГЭС>PСИСТ, то излишки

воды могут быть запасены в водохранилище или пропущены через водосбросные сооружения при условии, что уровень верхнего бьефа достиг отметки НПУ.

55

Основные этапы расчета можно свести в таблицу (табл. 7.5).

Таблица 7.5

56

7.На основе полученных данных строим график сработкинаполнения водохранилища в течение суток(ZВБ (t )).

8.Отметка УМО определяется по величине максимальной глубины сработки водохранилища за сутки при расходе QБЫТmin .

9.Полезный объем водохранилища определяется как разница

VПОЛ =VНПУ −VУМО.

10. В результате расчета для суток с самым малым расходом в маловодном году определены: VПОЛ, НПУ, УМО, NГЭС УСТ.

Определение максимальной вырабатываемой на ГЭС электроэнергии

ивеличины холостых сбросов в период половодья

1.В период половодья бытовые расходы могут превышать пропускную способность турбин ГЭС. Возникает необходимость холостых сбросов.

Выбираем сутки с наибольшим расходом в период половодья QБЫТmax , при

этом станция работает в базовой части графика нагрузки всей своей установленной мощностью.

2. Поскольку при работе в базовой части графика нагрузки режим остается практически неизменным в течение 24 часов, то расход на ГЭС практически не меняется, колебания верхнего и нижнего бьефа отсутствуют. Все это дает возможность учесть расход через турбины ГЭС по упрощенной формуле:

QГЭС = NГЭС УСТ .

kN H

3. Суммарное значение расхода на холостые сбросы определяется на основе следующего выражения:

QХ СБ = QБЫТmax −QГЭС.

Полученное значение потерь холостого сброса будет минимальным из всех возможных режимов работы ГЭС с суточным регулированием в период половодья.

Рассмотренные режимы являются граничными и именно они определяют параметры проектируемой ГЭС.

57

Вдальнейшем расчет может быть произведен для каждого отдельного месяца, что позволит определить местоположение ГЭС в графике нагрузки

вкаждый месяц года, а также получить значение вырабатываемой за год электроэнергии.

Ввыводе по работе необходимо:

1. Указать особенности суточного регулирования в сравнении с готовым регулированием режима работы станции, а также объяснить причины работы ГЭС в различных режимных зонах графика нагрузки в течение года.

2. Проанализировать результаты водно-энергетического расчета и сделать вывод об эффективности работы ГЭС в режиме суточного регулирования нагрузки.

58

8.НАПОРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РУСЛОВОЙ

ИДЕРИВАЦИОННОЙ ГЭС

Цель: научиться строить напорные характеристики для различных типов ГЭС и определять режимное поле гидротурбин с учетом накладываемых оборудованием ограничений.

Задачи

1.Построить напорные характеристики русловой и деривационной

станции.

2.Нанести линии ограничения по мощности генератора и пропускной способности турбины.

3.Сделать вывод о видах и назначении напорных характеристик

ГЭС.

Основные сведения

Русловая ГЭС – низкоили средненапорная станция (напор не более 40 м). Здание ГЭС находится в подпорном фронте. Водоподводящие сооружения минимальной длины. Основные потери напора формируются на сороудерживающих решетках. Часто в расчетах их принимают как константу. Уровень воды в нижнем бьефе сильно влияет на напор. При больших паводковых расходах уровень воды в нижнем бьефе может так сильно подниматься, что напор стремится к нулю.

Деривационная ГЭС – как правило, высоконапорная ГЭС, расположенная в гористой местности. Водоподводящие сооружения имеют значительную длину, потери в них зависят от пропускаемого расхода воды, учет их обязателен. Изменение уровня воды в нижнем бьефе составляют небольшую долю напора.

Напорные характеристики дают связь напоров ГЭС и расхода воды, поступающего в нижний бьеф H = f (QГЭС).

Статический напор ГЭС – это разница уровней верхнего и нижнего бьефа с учетом потерь напора в водоподводящем тракте. Он определяется по формуле:

H = ZВБ − ZНБ (QГЭС ) − hСООР (QГЭС ),

где hСООР− это та часть напора, которая теряется в водоподводящих со-

оружениях до входа воды в турбинную камеру, в частности, но сороудерживающих решетках и в водоводе. Она зависит от величины проходящего через

них расхода QГЭС.

59

Принимаем, что отметка ZВБ = const . В таком случае зависимость

изменения напора от расхода определяется вычитанием двух функций от константы. В графической форме данная зависимость представлена на рисунке 8.1. Пользуясь кривыми 1 и 2, характеризующими потери на сооружении и потери вследствие увеличения нижнего бьефа, можно определить действительную величину напора.

HГЭС

∆hНБ

Qi Q, м3/с

Рис. 8.1. Зависимость изменения напора от расхода в нижний бьеф

На низконапорных ГЭС (в большинстве случаев это русловые ГЭС) потери напора в водоводах близки к нулю, если сороудерживающие решетки очищены от мусора. В таком случае напорная характеристика будет определяться в основном потерями в нижнем бьефе. На рисунке 8.2,а показан примерный вид напорной характеристики для низконапорных ГЭС.

60