Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»
Курсовой проект:
«Водноэнергетические расчеты»
Минск 2008

Содержание

  "1-3" Содержание..................................................................................................... 2
Введение.......................................................................................................... 3
1. Регулирование стока графическим способом............................................ 4
1.1 Построение гидрографов естественных и возможных к использованию расходов     4
1.2 Расчет регулирования стока методом графических построений............ 6
2. Определение мощностей ГЭС по водотоку и средневзвешенного напора 9
3. Выбор установленной мощности ГЭС..................................................... 12
4. Расчет емкости суточного регулирования ГЭС....................................... 15
5. Составление паспорта водноэнергетических характеристик ГЭС.......... 17
Литература.................................................................................................... 19

Введение

Курсовой проект выполняется с целью освоения методики определения основных энергетических параметров ГЭС. Полученные в результате этих расчетов параметры (установленная мощность и выработка электроэнергии, значения расходов и колебаний уровней воды в водохранилище и нижнем бьефе и др.) необходимы для проектирования гидротехнических сооружений, выбора оборудования, выполнения технико-экономических обоснований.

1. Регулирование стока графическим способом

1.1 Построение гидрографов естественных и возможных к использованию расходов

Гидрограф естественного стока реки вычерчивается по значениям заданных среднемесячных расходов за расчетный период.
Для более точного определения мощностей проектируемой ГЭС, обеспеченных по воде и напору, расчеты регулирования стока необходимо вести по расходам реки, возможным к использованию.
Для этого в гидрограф естественного стока вносятся коррективы, связанные с учетом потерь воды из водохранилища на фильтрацию, испарение и льдообразование.
Потери воды на фильтрацию оцениваются приближенно по заданной высоте слоя воды, теряемой в течение года из водохранилища, при среднем наполнении его емкости.
Годовой объем воды, теряемой на фильтрацию , определяется с помощью кривой расходов: .
Фильтрационный расход предполагается равномерным в течение года:

Потери воды на дополнительное испарение за тот или иной отрезок времени в виде слоя воды  определяются как разность между испарением с поверхности воды и с суши.
В курсовом проекте годовой объем потерь на испарение  определяется по высоте годового слоя испарения  при среднем наполнении водохранилища: .
Помесячные расходы потерь воды на испарение зависят от внутригодового распределения среднего испарения:

Р_i – доля испарения в i‑ом месяце, %;
 – продолжительность месяца, с.
Для юго-восточного района

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
РI, %	1	1	3	7	16	17	19	17	11	5	2	1
Qи, м3/с	0,008	0,008	0,02	0,05	0,012	0,013	0,014	0,013	0,008	0,04	0,015	0,008

Потери воды на льдообразование в условиях сравнительно высокой степени зарегулирования стока носят временный характер (возвратные) и не вызывают заметного ухудшения энергетических характеристик водотока. С учетом этого корректировка гидрографа реки на льдообразование не производится.

Месяцы	Qестественный, м3/с	Qф, м3/с	Qи, м3/с	Qполезный, м3/с	Qср, м3/с
I	26	0,13	0,008	25,862	111,7693
II	25	0,13	0,008	24,862
III	37	0,13	0,02	36,85
IV	92	0,13	0,05	91,82
V	176	0,13	0,012	175,858
VI	251	0,13	0,013	250,857
VII	213	0,13	0,014	212,856
VIII	241	0,13	0,013	240,857
IX	149	0,13	0,008	148,862
X	67	0,13	0,04	66,83
XI	36	0,13	0,015	35,855
XII	30	0,13	0,008	29,862
I	17	0,13	0,008	16,862	95,76925
II	16	0,13	0,008	15,862
III	24	0,13	0,02	23,85
IV	78	0,13	0,05	77,82
V	117	0,13	0,012	116,858
VI	195	0,13	0,013	194,857
VII	262	0,13	0,014	261,856
VIII	225	0,13	0,013	224,857
IX	128	0,13	0,008	127,862
X	52	0,13	0,04	51,83
XI	19	0,13	0,015	18,855
XII	18	0,13	0,008	17,862
I	32	0,13	0,008	31,862	162,0193
II	12	0,13	0,008	11,862
III	58	0,13	0,02	57,85
IV	124	0,13	0,05	123,82
V	234	0,13	0,012	233,858
VI	328	0,13	0,013	327,857
VII	375	0,13	0,014	374,856
VIII	316	0,13	0,013	315,857
IX	259	0,13	0,008	258,862
X	112	0,13	0,04	111,83
XI	54	0,13	0,015	53,855
XII	42	0,13	0,008	41,862
Qср за 3 года					123,1859

1.2 Расчет регулирования стока методом графических построений

Расчеты по регулированию стока заключаются в последовательном во времени сопоставлении объемов притока и потребления воды.
По гидрографу откорректированных расходов в косоугольной системе координат строится ИКС. Ординаты ИКС определяются как разность между суммарным фактическим стоком и условным равномерным за период от начала регулирования до расчетного момента времени. Расчет удобно вести в табличной форме.

Год	Месяц	Δt, 106с	Q, м3/с	Фактический сток, 106 м3		Фиктивный сток, 106 м3		Разность стока, 106 м3
1	I	25,862	2,680	69,310	69,310	330,138	330,138	-260,828
	II	24,862	2,420	60,166	129,476	298,110	628,248	-498,772
	III	36,850	2,680	98,758	228,234	330,138	958,386	-730,152
	IV	91,820	2,590	237,814	466,048	319,052	1277,438	-811,390
	V	175,858	2,680	471,299	937,347	330,138	1607,576	-670,229
	VI	250,857	2,590	649,720	1587,067	319,052	1926,628	-339,561
	VII	212,856	2,680	570,454	2157,521	330,138	2256,766	-99,245
	VIII	240,857	2,680	645,497	2803,018	330,138	2586,904	216,114
	IX	148,862	2,590	385,553	3188,570	319,052	2905,956	282,615
	X	66,830	2,680	179,104	3367,675	330,138	3236,094	131,581
	XI	35,855	2,590	92,864	3460,539	319,052	3555,146	-94,606
	XII	29,862	2,680	80,030	3540,570	330,138	3885,284	-344,714
2	I	16,862	2,680	45,190	3585,760	330,138	4215,422	-629,662
	II	15,862	2,420	38,386	3624,146	298,110	4513,532	-889,386
	III	23,850	2,680	63,918	3688,064	330,138	4843,670	-1155,607
	IV	77,820	2,590	201,554	3889,618	319,052	5162,722	-1273,104
	V	116,858	2,680	313,179	4202,797	330,138	5492,860	-1290,063
	VI	194,857	2,590	504,680	4707,477	319,052	5811,912	-1104,435
	VII	261,856	2,680	701,774	5409,251	330,138	6142,050	-732,799
	VIII	224,857	2,680	602,617	6011,867	330,138	6472,188	-460,321
	IX	127,862	2,590	331,163	6343,030	319,052	6791,240	-448,210
	X	51,830	2,680	138,904	6481,934	330,138	7121,378	-639,443
	XI	18,855	2,590	48,834	6530,769	319,052	7440,429	-909,661
	XII	17,862	2,680	47,870	6578,639	330,138	7770,568	-1191,929
3	I	31,862	2,680	85,390	6664,029	330,138	8100,706	-1436,677
	II	11,862	2,420	28,706	6692,735	298,110	8398,816	-1706,081
	III	57,850	2,680	155,038	6847,773	330,138	8728,954	-1881,181
	IV	123,820	2,590	320,694	7168,467	319,052	9048,006	-1879,539
	V	233,858	2,680	626,739	7795,206	330,138	9378,144	-1582,937
	VI	327,857	2,590	849,150	8644,356	319,052	9697,195	-1052,839
	VII	374,856	2,680	1004,614	9648,970	330,138	10027,334	-378,363
	VIII	315,857	2,680	846,497	10495,467	330,138	10357,472	137,995
	IX	258,862	2,590	670,453	11165,919	319,052	10676,523	489,396
	X	111,830	2,680	299,704	11465,624	330,138	11006,662	458,962
	XI	53,855	2,590	139,484	11605,108	319,052	11325,713	279,395
	XII	41,862	2,680	112,190	11717,299	330,138	11655,851	61,447

Регулирование стока должно вестись с учетом наиболее эффективного его использования, отвечающего требованиям не только гидроэнергетики, но и других водопользователей.
При регулировании стока по интегральным кривым сопоставление полезно-бытовых приточных расходов с проектируемыми потребными расходами также выражается в интегральной форме, т.е. проведением интегральной кривой потребления при заданных полезном объеме водохранилища V_п=680·10⁶ м³ и режиме регулирования – с обеспечением орошения Q_ор=25 м³/с. Для этого строится вспомогательная интегральная кривая-эквидистанта. Она проводится смещенной вниз по вертикали на величину полезного объема водохранилища и образует зону, в пределах которой строится интегральная кривая отдачи.

2. Определение мощностей ГЭС по водотоку и средневзвешенного напора

Проведение интегральной кривой потребления в соответствии с режимом работы ГЭС позволяет построить гидрограф среднемесячных зарегулированных расходов, а также хронологические графики изменения УВБ и УНБ, напоров и мощностей ГЭС по водотоку.
УВБ для каждого интервала времени определяются по объему воды в водохранилище с помощью топографической характеристики.
Для построения графика колебаний УНБ используются значения зарегулированных расходов, возможных к использованию ГЭС и определяемых по линии потребления, а также кривую связи уровней в створе проектируемой ГЭС и расходов воды в НБ.
Полезный напор ГЭС в общем случае определяется как разность статического напора и потерь напора в энергетических водоводах.

Месяц	УВБ, м	УНБ, м	Напор, м		Q м3/с	Мощность NГЭС, 103кВт	Выработка Э, 106кВт·ч	Э·Н, 106кВт·ч·м
			Нст	Н
I	401	237,1	163,9	162,34	79	113,432	81,671	13258,43
II	396	237,1	158,9	157,34	79	109,938	79,155	12454,30
III	391	237,1	153,9	152,34	79	106,445	76,640	11675,32
IV	391	237,1	153,9	152,34	79	106,445	76,640	11675,32
V	391	238,2	152,8	147,22	149,4	194,536	140,066	20620,50
VI	406	238,2	167,8	162,22	149,4	214,357	154,337	25036,54
VII	410	238,2	171,8	166,22	149,4	219,643	158,143	26286,46
VIII	424	237,9	186,1	181,85	130,4	209,735	151,009	27460,89
IX	427,8	237,9	189,9	185,65	130,4	214,118	154,165	28620,55
X	424	237	187	185,65	73,4	120,526	86,779	16110,76
XI	421	237	184	182,65	73,4	118,579	85,377	15594,29
XII	416	237	179	177,65	73,4	115,333	83,039	14752,21
I	408	237	171	169,65	73,4	110,139	79,300	13453,49
II	399	237	162	160,65	73,4	104,296	75,093	12063,96
III	392	237	155	153,65	73,4	99,752	71,821	11035,55
IV	391	237	154	152,65	73,4	99,103	71,354	10892,38
V	391	237	154	152,65	73,4	99,103	71,354	10892,38
VI	398	237,8	160,2	156,19	126,6	174,895	125,925	19668,57
VII	411	237,8	173,2	169,19	126,6	189,452	136,405	23078,87
VIII	427	237,7	189,3	185,53	122,8	201,509	145,087	26917,97
IX	427,8	237,7	190,1	186,33	122,8	202,378	145,712	27150,61
X	426	237,2	188,8	187,16	81	134,085	96,541	18068,63
XI	418	237,2	180,8	179,16	81	128,354	92,415	16556,99
XII	409	237,2	171,8	170,16	81	121,906	87,772	14935,31
I	399	237,2	161,8	160,16	81	114,742	82,614	13231,44
II	391	237,2	153,8	152,16	81	109,010	78,487	11942,63
III	391	238	153	148,58	132,9	174,655	125,752	18684,73
IV	391	238	153	148,58	132,9	174,655	125,752	18684,73
V	391	238	153	148,58	132,9	174,655	125,752	18684,73
VI	405	239,3	165,7	146,81	274,9	356,949	257,003	37729,98
VII	418	239,3	178,7	159,81	274,9	388,557	279,761	44707,92
VIII	424	239,3	184,7	165,81	274,9	403,145	290,265	48128,07
IX	427,8	239,3	188,5	169,61	274,9	412,385	296,917	50359,36
X	426	237,6	188,4	185,08	115,2	188,582	135,779	25130,28
XI	420	237,6	182,4	179,08	115,2	182,469	131,377	23527,35
XII	413	237,6	175,4	172,08	115,2	175,336	126,242	21724,01
Σ							14985,793	3702473,2

Потери напора в энергетических водоводах деривационных ГЭС определяются по зависимости:

По величинам зарегулированных расходов и полезных напоров для каждого расчетного интервала времени может быть определена мощность ГЭС по водотоку по зависимости:



По вычисленным значениям мощностей строится хронологический график изменения мощностей ГЭС, обеспеченных зарегулированным водотоком и напором:

Хронологический график  дает наглядную картину последовательности изменения мощностей ГЭС. Для полноты представления о работе ГЭС и характеристики мощности ГЭС с точки зрения ее обеспеченности необходимо построить график обеспеченности мощностей ГЭС. Обеспеченность той или иной мощности ГЭС определяется по формуле:
m – порядковый номер мощности в убывающем ряду мощностей ГЭС;
n – общее число мощностей ГЭС в ряду.
Величина средневзвешенного по выработке напора ГЭС Н_ср.вз определяется по формуле:

3. Выбор установленной мощности ГЭС

Величина установленной мощности ГЭС зависит как от мощности зарегулированного водотока, так и от условий работы ГЭС в электроэнергосистеме. Установленная мощность ГЭС состоит из трех частей: .
Гарантированная мощность ГЭС  определяется исходя из обеспеченного по воде ее участия в покрытии определенной части расчетного суточного графика нагрузки электроэнергосистемы, составленного на перспективу. Из всех возможных среднесуточных мощностей ГЭС по водотоку с помощью графика их обеспеченности по значению расчетной обеспеченности Р_р=75% назначается величина обеспеченной мощности ГЭС . По этой мощности определяется обеспеченная суточная выработка электроэнергии ГЭС .
С целью учета развития электроэнергосистемы на перспективу почасовые ординаты заданного суточного графика нагрузки рекомендуется умножать на поправочный коэффициент К=1,3 (на конец первой      пятилетки).
Размещение обеспеченной выработки в суточном графике нагрузки электроэнергосистемы и определение гарантированных мощностей ГЭС производится с помощью анализирующей кривой Э=f(Р).
Проектируемая ГЭС должна принимать максимальное участие в покрытии пика суточного графика нагрузки. При этом предполагается, что на ГЭС имеется возможность вести неограниченное суточное регулирование стока (  может размещаться в любой части графика нагрузки).
В нижний бьеф необходимо пропускать санитарный расход Q_сан=11,9 м³. В базисе графика нагрузки электроэнергосистемы размещается базисная мощность  (Н=166 м – средне декабрьский напор ГЭС) и соответствующая ей выработка электроэнергии , отвечающие санитарному расходу.
Остальную часть обеспеченной среднесуточной выработки электроэнергии ГЭС целесообразно разместить в пике графика нагрузки электроэнергосистемы
.
Суточный график мощностей ГЭС при таком режиме ее работы может быть получен совмещением базисной и пиковой зон в графике нагрузки, а величина гарантированной мощности – суммированием базисной и пиковой составляющих

Дополнительная мощность , как правило, имеет место на ГЭС с ограниченным длительным регулированием речного стока, когда возможные среднесуточные мощности по водотоку значительно превосходят гарантированную мощность.
Определение величины дополнительной мощности  требует специальных энергоэкономических расчетов. В первом приближении можно принимать обеспеченность по водотоку суммы мощностей  в пределах 10÷15%. Следовательно, дополнительная мощность ГЭС . Располагать на ГЭС дополнительную мощность нет необходимости .
Резервная мощность должна обеспечивать бесперебойную работу электроэнергосистемы в целом. На предварительной стадии проектирования ее величина может быть принята равной 10% от , т.е. .
Установленная мощность ГЭС:
.

4. Расчет емкости суточного регулирования ГЭС

Так как от ГЭС при ее работе в пиковой части суточного графика нагрузки требуется резкопеременный мощностной режим, обеспечиваемый пропуском через ее турбины переменных расходов воды, возникает необходимость в определении величины объема для перераспределения суточного притока .
Расчет суточного регулирования ГЭС производится графоаналитическим способом с помощью интегральной кривой турбинного стока. Для этого подсчитываются расходы воды через гидротурбины:

 – значение мощности ГЭС;
 – напор ГЭС, м (принимается постоянным и равным среднедекабрьскому напору ГЭС Н_ср=166);
 – КПД гидроагрегата.

Часы
1	17,44	11,90	42,83802
2	17,44	11,90	85,67604
3	17,44	11,90	128,5141
4	17,44	11,90	171,3521
5	17,44	11,90	214,1901
6	17,44	11,90	257,0281
7	17,44	11,90	299,8661
8	17,44	11,90	342,7041
9	47,94	32,71	460,4596
10	106,44	72,62	721,909
11	93,44	63,75	951,4265
12	21,94	14,97	1005,318
13	17,44	11,90	1048,156
14	17,44	11,90	1090,994
15	73,94	50,45	1272,613
16	281,94	192,37	1965,145
17	369,69	252,24	2873,218
18	376,19	256,68	3797,256
19	327,44	223,41	4601,55
20	236,44	161,32	5182,319
21	164,94	112,54	5587,463
22	86,94	59,32	5801,014
23	21,94	14,97	5854,906
24	17,44	11,90	5897,744

По полученному гидрографу расходов через ГЭС строится интегральный график суточного турбинного стока.
Регулирующая суточная емкость или полезный объем бассейна суточного регулирования  определяется в масштабе объемов расстоянием по вертикали между верхней и нижней касательными к интегральной кривой турбинного стока, проведенными параллельно направлению луча, отвечающего среднему расходу ГЭС .
Отношение объема  к обеспеченному среднесуточному притоку  определяет значение относительной регулирующей емкости.

5. Составление паспорта водноэнергетических характеристик ГЭС

1. Характеристики естественного стока и водохранилища:
1.                 Среднегодовой сток                                            W=3905,8·10⁶м³
2.                 Полезный объем водохранилища                      V_п=680·10⁶м³
3.                 Коэффициент емкости водохранилища             β=17,4%
4.                 Максимальный среднемесячный расход           Q_max=374,856/с
5.                 Минимальный среднемесячный расход             Q_min=11,862м³/с
6.                 Среднемноголетний расход                               Q_ср=123,19м³/с
2. Характеристика зарегулированного режима ГЭС:
1.                 Максимальный зарегулированный расход                 =274,9м³/с
2.                 Минимальный зарегулированный расход                  =73,4м³/с
3.                 Объем холостого сброса                                    W_сбр=0 м³
4.                 Объем используемого стока                     W_исп=3905,8·10⁶м³
5.                 Коэффициент использования стока                   К_исп=100%
6.                 Напоры:
Максимальный                                                             Н_max=190,1 м
Минимальный                                                               Н_min=152,8 м
Средневзвешенный                                                       Н_{ср. вз}=166,06 м
7.                 Среднегодовая выработка электроэнергии ГЭС
по зарегулированному водотоку                       4995,3·10⁶кВт·ч
8.                 Среднесуточная обеспеченная мощность ГЭС 110·10³ кВт
9.                 Обеспеченная суточная выработка электроэнергии  12,64·10⁶ кВт·ч
10.            Гарантированная мощность ГЭС            375·10³кВт
11.            Установленная мощность ГЭС                 412,5·10³кВт
12.            Максимальная мощность ГЭС                 412,4·10³кВт
13.            Минимальная мощность ГЭС                            17,44·10³кВт
14.            Максимальный расход ГЭС                     256,68 м³
15.            Минимальный расход ГЭС                      11,9 м³
16.            Максимальный УНБ                                 239,3 м
17.            Минимальный УНБ                                   237 м
18.            Обеспеченный среднесуточный приточный расход  
19.            Обеспеченный суточный приток             
20.            Среднесуточный расход ГЭС                           
21.            Регулирующая суточная емкость            
22.            Коэффициент суточной емкости              

Литература

1.     Методические указания к курсовому проекту «Водноэнергетические расчеты» по курсу «Гидроэлектрические станции» для студентов специальности 29.04 – «Гидротехническое строительство» И.В. Синицын Минск 1990.
2.     Гидроэлектрические станции/ Под ред. В.Я. Карелина, Г.И. Кривченко. 3‑е изд. Перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 446 с.