Основные сведения. Определение оптимальной глубины сработки водохранилища позволяет выбрать отметку

Определение оптимальной глубины сработки водохранилища позволяет выбрать отметку УМО. Приведенные ниже основные положения и метод являют собой часть водно-энергетических расчетов ГЭС годового регулирования.

t, год

Сработка

Q

Наполнение

Рис.5.1 Годовое распределение естественного стока реки

Водохранилища годового регулирования характеризуются маловодным (меженным) и многоводным (паводковым) периодами (рис. 5.1). В паводковый период t₂ – t₃, когда естественный расход воды в водохранилище запасают воду (процесс наполнения), а, когда наступает маловодный сезон t₁ – t₂, t₃ – t₄, и естественный расход становится меньше, чем необходимый для выработки обеспеченной мощности, из водохранилища берут дополнительный расход (срабатывают водохранилище).

Основной задачей водохранилища годичного регулирования является увеличение количества энергии и мощности ГЭС в течение маловодного периода года за счет избыточной воды, задерживаемой в водохранилище во время паводка. Таким образом, появляется вопрос о разделении всего объема водохранилища годичного

▼НПУ

▼УМО

h_ср

V_пол

Рис.5.2 К определению оптимальной глубины сработки водохранилища

регулирования на две части — полезный и мертвый объемы. Имея полный объем водохранилища, необходимо разделить его на эти два объема, т. е. решить вопрос об определении глубины сработки водохранилища h_ср, установить отметку УМО. При решении этой задачи мы будем считать, что отметка нормального подпорного горизонта (НПУ) водохранилища известна и что водохранилище всегда может быть наполнено во время паводка. Та часть всего объема водохранилища, которая заключена между отметкой предельной сработки и отметкой НПУ, представляет собой полезный объем водохранилища V_пол (рис.5.2).

Задача заключается в том, чтобы найти такую предельную глубину сработки водохранилища, при которой может быть получен наибольший энергетический эффект на ГЭС. Поэтому в расчетах будем рассматривать только период сработки водохранилища.

Методика. Энергия, вырабатываемая ГЭC, в самом общем случае определяется так:

арпаирпаип(5.1)

где Q_ГЭС – расход, пропускаемый через турбины, T – период сработки (на рис. 5.1 T=(t₁-t₂)+(t₃-t₄))

Выработку ГЭС при наличии водохранилища можно представить состоящей из двух частей: выработки электроэнергии за счет бытового стока реки Эбыт, протекающего во время сработки водохранилища, и выработки за счет сработки водохранилища Эвдх:

(5.2)

Количество бытовой энергии ГЭС зависит не только от величины бытовых расходов воды и продолжительности периода опорожнения водохранилища, но и от напора, т. е. от глубины сработки водохранилища.

Количество энергии Э_ВДХ возрастает с увеличением глубины сработки, поскольку значительно возрастает величина Q_ВДХ.

Таким образом, можно построить следующие логические цепочки:

- со стороны бытового стока:

- со стороны стока из водохранилища:

Графически описанная ситуация представлена на рис. 5.3.

Суммируя для различных глубин сработки энергию водохранилища и транзитную энергию, мы получим полную величину энергии ГЭС за весь период сработки водохранилища (рис.5.3). Очевидно, что для данных гидрологических условий и для принятого режима регулирования та глубина сработки водохранилища, при которой ГЭС вырабатывает наибольшее количество энергии, оказывается наиболее выгодной.

h_ср^опт

Э (млн. МВт*ч)

h_ср (м)

Э_вдх

Э_ГЭС

Э_Быт

Рис. 5.3 К определению оптимальной глубины сработки водохранилища графическим методом  

Дальнейшее углубление сработки водохранилища, хотя и увеличило бы его полезный объем и регулируемый расход, используемый ГЭС, но при этом напор уменьшился бы настолько, что полное количество энергии, вырабатываемой ГЭС, не увеличилось бы, а уменьшилось.

Таким образом, полученная глубина сработки является тем пределом, до которого можно ежегодно срабатывать водохранилище годового регулирования.

Надо сказать, что отметка УМО определяется не только максимальной выработкой, но зависит и от многих других факторов, таких как режим и время сработки водохранилища, вид гидрографа (маловодный, многоводный год), точность этих данных, ряд обеспеченных мощностей и проч. Поэтому в расчетах будут рассмотрены некоторые допущения.

Исходные данные:

1. Характеристика нижнего бьефа:

Zнб (м)
Q (м^3/с)

2. Характеристика верхнего бьефа:

Zвб (м)
V (км^3)	0,1	0,4	0,9	2,3	4,6	8,8	14,6		29,3

3. Отметка НПУ – 102 м

4. Критерий оптимизации Э_ГЭС→max

5. Гидрограф реки за период сработки водохранилища:

Варианты	Гидрографы реки (м3/с)
				1192,5	1012,5
		737,5
			1487,5
			1599,6	1135,2	980,4
	1066,5
	429,4
	937,5		1587,5
		762,5

Порядок выполнения работы:

1. Построить характеристики верхнего Z_вб=f(V) и нижнего Z_нб=f(Q) бьефов.

2. Произвести расчет оптимальной глубины сработки водохранилища табличным методом.

2.1 Для определения оптимальной глубины сработки примем следующие допущения:

1). В течение всего периода сработки водохранилища примем величину бытового расхода как среднее значение за период сработки:

, (5.3)

где Qi – средний расход на месячном интервале, м³/с, взятый из гидрографа, t – период сработки, месяцев.

2). Период сработки водохранилища достаточно велик, поэтому для расчета среднего за период напора Н_ГЭС величину hср необходимо осреднить.

Примем:

, (5.4)

где Z_ВБН, Z_ВБК – начальная и конечная отметки верхнего бьефа (рис. 5.4).

V, км³

hcр

z_вб, м

▼z_вбкон

▼z_вбнач = НПУ

∆V

Рис. 5.4. Зависимость уровня верхнего бьефа в водохранилище от его объема

2.2. Расчет оптимальной глубины сработки ведется табличным способом, общий вид представлен в таблице 5.1.

В основе расчета лежит метод подбора.

Рассмотрим поэтапно порядок заполнения таблицы:

· Итак, шаг, с которым будем срабатывать водохранилище, примем равным 1 метр и будем подбирать hср с целью получения максимальной выработки;

· Начальный объем водохранилища Vнач может быть найден по объемной характеристике верхнего бьефа. Сработка водохранилища всегда начинается с отметки НПУ независимо от того, на какую величину hср мы планируем сработать объем, поэтому Vнач=const;

· Конечный объем Vкон зависит hср и также определяется по объемной характеристике верхнего бьефа (рис.5.4.);

· Сработанный объем ∆Vсраб имеет место быть только при hср≠0, иначе объем воды, взятый из водохранилища, будет равен 0;

· Расход воды Qвдх – мгновенное значение. Т – время сработки водохранилища в секундах. Бытовой расход Qбыт = const – принимается среднее значение за все месяцы сработки.

Таблица 5.1

Расчет оптимальной глубины сработки водохранилища

Параметр	Ед.изм.	Расчетное выражение	Расчетные значения
hсработки	м	метод подбора с шагом 1 метр				…
Vнач	км3	по хар-ке Zвб=f(V)	const
Vконеч	км3	по хар-ке Zвб=f(V)
∆Vсраб	м3	= (Vнач-Vконеч)*10^9
Qвдх	м3/с	=
Qбыт	м3/с	по выражению (5.3)	соnst
QГЭС=Qнб	м3/с	= Qбыт+Qвдх
Zнб	м	по хар-ке Zнб=f(Q)
Н	м	= ▼Zвб-▼Zнб=(НПУ- hср)-▼Zнб
Эбыт	млн.кВтч	= 8,5*Н*Qбыт*Т
Эвдх	млн.кВтч	= 8,5*Н*Qвдх*Т
ЭГЭС	млн.кВтч	= Эбыт+Эвдх

· Суммарный расход в нижний бьеф Qгэс позволяет найти отметку нижнего бьефа Zнб по характеристике нижнего бьефа Zнб=f(Q) (рис.5.5)

Z_нб, м

▼z_нб

Q_ГЭС

Q, м³/с

Рис. 5.5. Зависимость уровня нижнего бьефа от расхода через ГЭС

· При расчете напора Н необходимо учитывать два фактора: сработка всегда ведется от НПУ; hср усредняется по (5.4).

· Расчет Эвдх и Эбыт представляет собой умножение мощности на время сработки в часах. Проследите, как меняются эти величины, а вместе с ними и суммарная энергия, и отразите это в выводах по работе.

· Критерием окончания расчета, то есть получения оптимального hср, является следующее: если, то hcр_i – оптимальная глубина и расчет заканчивается.

· Произведите расчет графическим способом: на основе рассчитанных в таблице значений постройте график зависимости энергий от глубины сработки (рис.5.3).

· Зная величину оптимальную величину hср, находим УМО и по объемной характеристике верхнего бьефа определяем величину полезного объема водохранилища Vпол.

На основе проделанной работе сделайте выводы о методе расчета, о полученных величинах УМО, максимальной энергии и полезного объема и проч.

ЗАДАНИЕ № 6

Дата добавления: 2015-12-08