ИВЭ. Ч. 1. ВЭР
.pdf7. 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
№ |
№ |
№ гр. |
Отмет- |
Коэффици- |
|
Кривая |
|
|
Кривая |
|
) |
||||
вариан- |
гидрогра- |
нагруз- |
ент мощно- |
V |
= f |
( |
Z |
НБ ) |
Z |
|
= f |
( |
Q |
||
та |
фа |
ки |
ка НПУ |
сти, k, м |
ВБ |
|
|
|
НБ |
|
|
||||
1 |
1 |
|
419 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
420 |
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
|
418 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4 |
1 |
420 |
8,5 |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
5 |
5 |
417 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
6 |
6 |
|
419 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7 |
|
418 |
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
8 |
|
417 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
9 |
|
28,5 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
10 |
|
26 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
11 |
|
27,5 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
12 |
2 |
25,5 |
8,7 |
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
13 |
13 |
25 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
14 |
14 |
|
26,5 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
15 |
|
28 |
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
16 |
|
28,5 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
17 |
|
580 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
18 |
|
575 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
19 |
|
578 |
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
20 |
3 |
577 |
8,5 |
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
21 |
21 |
574 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
22 |
22 |
|
580 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
23 |
|
577 |
8,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
24 |
|
576 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.2
Гидрограф расчетного маловодного года
Варианты |
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
1 |
33,5 |
8,9 |
15,4 |
42,3 |
187 |
151 |
99 |
315 |
168 |
54 |
72,7 |
74,3 |
2 |
42,8 |
11,7 |
17,6 |
56,2 |
268 |
331 |
147 |
231 |
142 |
103 |
92 |
94 |
3 |
62,6 |
15,4 |
38,1 |
58,2 |
407 |
394 |
256 |
415 |
201 |
112 |
114 |
111 |
4 |
61,1 |
12,3 |
27,4 |
51,7 |
359 |
213 |
195 |
325 |
189 |
102 |
107 |
101 |
5 |
39,4 |
10,1 |
35,0 |
58,0 |
407 |
211 |
113 |
357 |
172 |
107 |
75 |
110 |
6 |
43,9 |
11,8 |
28,3 |
49,7 |
390 |
278 |
120 |
352 |
182 |
103 |
91 |
99 |
52
Продолжение таблицы 7.2
Варианты |
|
|
|
|
|
Месяц |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
7 |
50,2 |
13,0 |
33,8 |
58,1 |
317 |
164 |
203 |
352 |
171 |
117 |
89 |
90 |
8 |
59,6 |
9,3 |
28,1 |
57,4 |
219 |
244 |
187 |
395 |
182 |
115 |
103 |
95 |
9 |
91 |
217 |
411 |
689 |
1331 |
840 |
201 |
222 |
186 |
96 |
196 |
79 |
10 |
106 |
341 |
603 |
811 |
1550 |
953 |
430 |
398 |
324 |
109 |
315 |
93 |
11 |
99 |
312 |
546 |
766 |
1405 |
859 |
424 |
352 |
282 |
99 |
198 |
88 |
12 |
100 |
338 |
586 |
760 |
1504 |
935 |
367 |
330 |
284 |
109 |
304 |
89 |
13 |
95 |
306 |
520 |
790 |
1353 |
924 |
358 |
343 |
263 |
101 |
244 |
86 |
14 |
97 |
273 |
569 |
742 |
1367 |
938 |
385 |
333 |
240 |
94 |
254 |
79 |
15 |
96 |
222 |
442 |
809 |
1510 |
917 |
213 |
358 |
270 |
100 |
260 |
82 |
16 |
102 |
241 |
568 |
768 |
1443 |
916 |
316 |
232 |
289 |
105 |
249 |
85 |
17 |
91,2 |
109,3 |
98,1 |
134,7 |
1120 |
480 |
437 |
134 |
295 |
104 |
96,9 |
95,6 |
18 |
105 |
122,4 |
103,4 |
158,3 |
1403 |
602 |
589 |
211 |
469 |
300 |
140,8 |
138,7 |
19 |
102,4 |
121 |
100,2 |
151,5 |
1121 |
569 |
572 |
165 |
374 |
224 |
140,2 |
109,4 |
20 |
95,2 |
124 |
100,7 |
136,7 |
1153 |
503 |
534 |
211 |
316 |
163 |
122,5 |
124,3 |
21 |
97,6 |
110 |
103,9 |
158,2 |
1199 |
529 |
532 |
177 |
404 |
169 |
140,1 |
131,2 |
22 |
101,1 |
116 |
99,2 |
144,9 |
1357 |
519 |
577 |
185 |
418 |
282 |
115,0 |
98,8 |
23 |
100,3 |
121 |
101,4 |
158,1 |
1125 |
512 |
489 |
193 |
338 |
135 |
105,3 |
131,0 |
24 |
104,1 |
213 |
100,5 |
142,4 |
1293 |
552 |
446 |
181 |
372 |
187 |
101,2 |
129,0 |
Таблица 7.3
Кривая зависимости объема водохранилища от уровня верхнего бьефа
1 |
ZВБ, м |
330 |
360 |
383 |
403 |
412 |
420 |
425 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
VВБ, м3 |
0 |
0,8 |
1,22 |
2 |
2,5 |
3,08 |
3,5 |
||
|
|||||||||
2 |
ZВБ, м |
7,92 |
16,41 |
20,47 |
23,19 |
26,1 |
27,61 |
28,88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
V , м3 |
0 |
0,87 |
1,75 |
2,62 |
3,93 |
4,81 |
5,68 |
||
|
|||||||||
3 |
ZВБ, м |
393 |
480 |
520 |
540 |
550 |
577 |
587 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
V , м3 |
0 |
1 |
3,7 |
5,7 |
7 |
11,1 |
13 |
||
|
53
Таблица 7.4
Кривая зависимости уровня нижнего бьефа от расхода
1 |
ZНБ, м |
278 |
280,7 |
282,5 |
288,3 |
- |
||
|
|
|
|
|
|
|||
Q, м3 с |
0 |
140 |
420 |
5800 |
||||
|
|
|||||||
2 |
ZНБ, м |
7,8 |
8,83 |
9,74 |
10,28 |
10,48 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Q, м3 с |
0 |
439 |
1213 |
1988 |
2357 |
|||
|
||||||||
3 |
ZНБ, |
м |
393 |
394,5 |
395 |
396 |
397 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q, м3 |
с |
70 |
213 |
317 |
932 |
1740 |
||
|
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.
N |
БЫТ |
= k |
N |
Qmin |
H. |
(7.1) |
|
|
БЫТ |
|
|
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
№ |
Расчетные |
Ед. изм. |
|
|
Расчетные выражения |
|
|
Часы |
|
|||||
п/п |
параметры |
|
|
|
1 |
… |
24 |
|||||||
|
|
|
|
Предварительный выбор часа начала сработки |
|
|
||||||||
1 |
QБЫТ |
м3/с |
|
|
Определяется по п. 1 |
|
|
|
|
|||||
2 |
NБЫТ |
МВт |
|
|
|
По формуле (7.1) |
|
|
|
|
||||
3 |
PСИСТ |
МВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Расчет |
режима на основе выбранного часа начала сработки |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i +1 |
…. |
|
QБЫТ |
м3/с |
Определяется по п. 1 |
|
|
|
|
|||||||
3 |
PСИСТ |
МВт |
По расположению на ИКН |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
4 |
|
QВ |
м3/с |
По условиям п. 6. |
|
|
|
|
||||||
5 |
QГЭС |
м3/с |
= QБЫТ ±QВ |
|
|
|
|
|||||||
6 |
V нач |
м3 |
По кривойZВБ = f (V ) |
|
|
|
|
|||||||
7 |
|
V |
м3 |
= QВДХ 3600 |
|
|
|
|
||||||
8 |
V кон |
м3 |
=V нач ± |
|
V |
|
|
|
|
|||||
9 |
ВБ |
|
|
|
|
( |
|
) |
|
НПУ |
|
|
||
Z нач |
м |
= f |
V нач |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
10 |
ZВБкон |
м |
= f |
V кон |
|
) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|||||
11 |
|
|
|
м |
= (ZВБнач + ZВБкон) |
2 |
|
|
|
|||||
ZВБ |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
12 |
QХ СБ |
м3/с |
= QБЫТmax −QГЭС |
|
|
|
|
|||||||
13 |
QНБ |
м3/с |
= QБЫТ ±QВДХ +QХ СБ |
|
|
|
||||||||
14 |
|
ZНБ |
м |
По кривойZНБ = f (Q ) |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
15 |
|
H |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= Z |
ВБ |
−Z |
НБ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16 |
NГЭС |
МВт |
= kN QТУРБ H |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
17 |
ЭГЭС |
МВт·ч |
= NГЭС 3600 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
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.
Z, м |
ZВБ |
|
|
|
|
|
кривая 1 |
∆hcoop. |
HГЭС
кривая 2 |
ZНБ=f(QНБ) |
∆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