ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ РЕЖИМА РАБОТЫ ГЭС В МАЛОВОДНОМ ГОДУ

Расчет работы водохранилища ГЭС производится календарным методом на заданный режим среднемесячных мощностей. Метод основан на решении по интервалам времени Dt_i уравнения водного баланса:

, (9.1)

где Q_акi – расход аккумуляции, т.е. разность притекающего и зарегулированного расходов;

DV_вi – изменение объема водохранилища (плюс – при увеличении его, минус – при сработке);

Q_испi, Q_х.сбрi, DQ_вi – соответственно используемый, сбросной и уходящий расходы на потери из водохранилища.

Все результаты расчетов сводятся в табл.10, где:

1 - временной интервал осреднения (месяц, декада), зависящий от степени неравномерности притока;

2 - бытовой расход воды, определяемый согласно главе 2;

3 - 6 - потери воды из водохранилища, которые задаются как исходные данные к проекту либо определяются по формулам (3.1-3.7): потери 3 (на шлюзование) существуют при наличии сквозного судоходства на реке; потери 4 (на фильтрацию в нижний бьеф) для реки не являются безвоз­вратными, они зависят от напора; потери 5 (на дополнительное испарение со средней площади водохранилища за данный интервал времени) определяются по формуле (3.1); потери 6 (на льдообразование) обусловлены оседанием льда на борта водохранилища, весной лед возвращается в водохранилище в виде дополнительного притока воды;

7 - полезный бытовой приток:

, (9.2)

8 – отбор из верхнего бьефа на нужды водохозяйственного комплекса Q_{от i};

9 – полезный бытовой приток

, (9.3)

10 - сработка или наполнение водохранилища Q_B;

11 - холостой, помимо турбин, сброс воды из водохранилища в нижний бьеф;

12 - турбинный расход ГЭС Q_ГЭСi;

13- расход в нижний бьеф гидроузла

, (9.4)

14 - приращение объема водохранилища;

, (9.5)

15- полезный объем воды в водохранилище на конец расчетного интервала;

, (9.6)

16 - уровень воды в водохранилище, соответствующий объему верхнего бьефа, определяется по зависимости (см. рис.2.);

17- средний уровень верхнего бьефа:

, (9.7)

18- уровень нижнего бьефа, соответствующий расходу в нижний бьеф гидроузла, определяется по зависимости (см. рис.3);

19- напор нетто

, (9.8)

где DН_i - суммарные потери напора на решетках и в водоподводящих сооружениях (задаются в исходных данных);

20 - среднеинтервальная мощность ГЭС

, (9.9)

где k_N - коэффициент мощности с учетом средневзвешенного КПД гидроагрегата;

21 - располагаемая по напору мощность ГЭС, определяемая по ограничениям принятого типа турбин; до выбора турбин в качестве ограничения их мощности следует принять линию, которая строится по формуле

, (9.10)

где Q_max - максимальная пропускная способность турбин при расчетном напоре Н_Р;

Qi - пропускная способность ГЭС при напорах H_i<H_р;

22 - среднеинтервальная выработка электроэнергии ГЭС

, (9.11)

Расчет хода уровня воды водохранилища ГЭС ведется на заданный режим среднемесячных мощностей гидроэлектростанций при известной приточности расчетного маловодного года.

Порядок расчета режима работы ГЭС в курсовом проекте:

1. Выбор исходных данных проводится в соответствии с главой 1.

2. Режим работы ГЭС задается в виде зависимости (см. главу 8).

3. Расчет начинается с момента времени, для которого известен уровень воды в водохранилище, а именно:

- перед началом весеннего половодья, когда водохранилище бывает, сработано до мертвого объема и, следовательно, уровень его может быть задан (если это оговорено в исходных данных);

- после окончания весеннего половодья, когда водохранилище заполнено и, следовательно, уровень воды в нем равен отметке НПУ (если в исходных данных задана только отметка НПУ).

4. Обязательным условием для водно-энергетических расчетов является равенство уровней воды в водохранилище в начале и в конце расчетного периода регулирования. Это условие обусловлено необходимостью использования всей полезной емкости водохранилища.

5. Расчет регулирования стока при заданных условиях проводится методом последовательного приближения, исходя из требования использования всего полезного объема водохранилища в расчетном маловодном году. Так как потери определяются по среднему уровню воды за расчетный интервал времени (испарение), или по напору (потери на фильтрацию), или по падению уровня за расчетный интервал (потери на оседание льда на бортах водохранилища), расчет по каждому интервалу времени также проводится методом последовательного приближения. После окончания расчета режима работы ГЭС в данном интервале времени и определения гарантированной мощности последняя сравнивается со значением мощности, полученным в результате покрытия графика нагрузки (см. главу 8). Если с принятой точностью они совпадают, проверяется правильность оценки потерь (см. главу 3), и при необходимости уточнения потерь, расчет данного интервала повторяется. Если же разница между расчетной и заданной гарантированной мощностью превышает принятую допустимую погрешность, режим работы ГЭС уточняется путем изменения расхода ГЭС в ту или иную сторону. Для упрощения расчетов в курсовом проекте потери можно принять средними и постоянными за весь период регулирования.

Расчет режима работы ГЭС для гидрографа притока 90% обеспеченности для заданной гарантированной мощности считается законченным, если установлено, что полезный объем водохранилища полностью использован, т. е. достигнута в период опорожнения отметка УМО и водохранилище заполнено после прохождения половодья до отметки НПУ. Если уровень воды в водохранилище к концу расчетного периода ниже, чем в начале, то гарантированная мощность ГЭС должна быть уменьшена, так как используемый на ГЭС объем стока в этом случае больше, чем он может быть в расчетном маловодном году. Если же в условиях расчетного маловодного года (при годовом цикле регулирования стока) уровень воды в конце цикла превышает начальный, то гарантированная мощность должна быть увеличена.

Если в исходных данных отсутствует отметка УМО, то предельная отметка сработки принимается по минимально допустимому напору для нормальной работы турбинного оборудования. В каждом конкретном случае достижение этой отметки не является обязательным, поскольку максимальное вытеснение мощностей может выполняться и при меньшей сработке водохранилища.

В приведенном примере для проведения расчета режима работы ГЭС в маловодном году принимается заданным:

- расчетный гидрограф маловодного года (см. табл.4);

- предварительный режим работы ГЭС в виде зависимости (см. табл.9);

- начало расчетного периода принято X месяц, после окончания половодья;

- уровень воды в начале расчетного периода на начало октября принят равным ÑНПУ=225м;

- характеристики водохранилища приняты согласно исходным данным главы 1.

Результаты водно-энергетических расчетов работы ГЭС в маловодном году приведены в табл.11.

Согласно приведенным расчетам отметка УМО принята равной 211,9м, поскольку она низшая за расчетный период.

Таблица 10

Расчет водноэнергетического регулирования стока водохранилищем ГЭС

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ГЭС И ПЛАНИРОВАНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Установленную мощность ГЭС по выполняемым в системе функциям можно представить в виде суммы:

, (10.1)

Выбор производится в процессе технико-экономических расчетов и не входит в задачу данного курсового проекта. В данном проекте вычисляется одно из возможных значений этой мощности. Вытесняющая рабочая мощность ГЭС определяется из условия максимума вытеснения тепловых мощностей системы (см. главу 9).

При определении резервной мощности ГЭС необходимо учитывать следующее.

1. Нагрузочный резерв системы определяется из условия поддержания частоты и напряжения в допустимых пределах. Этот резерв колеблется от 1 до 3% зимнего максимума нагрузки. Большее значение соответствует изолированным энергосистемам. Разделение нагрузочного резерва между ТЭС и ГЭС осуществляется приближенно: пропорционально их максимальным рабочим мощностям.

2. Аварийный резерв системы выбирается в пределах 10% зимнего максимума нагрузки, и он не должен быть меньше максимальной единичной мощности самого крупного агрегата системы. Для расположения части аварийного резерва системы на ГЭС необходимо соответственно предусмотреть дополнительный полезный объем водохранилища. В средневодных условиях аварийный резерв, отнесенный на ГЭС, может быть обеспечен за счет избытков воды по сравнению с маловодными условиями.

Планирование капитального ремонта оборудования энергосистемы производится по следующим принципам.

Ремонт оборудования ГЭС осуществляется в те месяцы, когда оно не полностью используется в энергосистеме, т. е. на ГЭС имеется свободная мощность. При этом продолжительность ремонта агрегатов ГЭС принимается равной 15 дням, а частота их проведения - 1 раз в 4 года.

Капитальный ремонт оборудования ТЭС можно планировать, исходя из расчета останова каждого агрегата в ремонт в среднем 1 раз в 2 года. Предусмотрены следующие средние нормы простоя оборудования:

АЭС - 30 дней;

КЭС с поперечными связями - 15 дней;

блочные КЭС - 30 дней.

Расчет необходимой ремонтной площади тепловых электростанций производится укрупнено с разделением оборудования на блочное оборудование и оборудование с поперечными связями. Расчетная ремонтная площадь за каждый месяц сравнивается с соответствующей фактической площадью свободной мощности за год, полученной из годового графика максимальных мощностей.

Фактическая ремонтная площадь оценивается по сумме свободных мощностей станция за год. Свободная мощность при этом определяется как разность между установленной мощностью и используемой в каждом расчетном интервале. В случае если фактическая ремонтная площадь меньше требуемой, необходимо установить дополнительный ремонтный резерв в системе.

Пример определения установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов оборудования

При составлении баланса учитываем следующее: аварийный резерв составляет 8% от рабочей мощности, нагрузочный резерв – 2% от рабочей мощности. Так как на проектируемой ГЭС не предусматривается дополнительного объема водохранилища, то на ней устанавливаем только нагрузочный резерв (10% от рабочей мощности).

Установленную мощность ГЭС представим в виде суммы:

, (10.2)

Вытесняющая рабочая мощность ГЭС определяется из условия максимума вытеснения тепловых мощностей системы. N_{выт.раб} определяется по первому или двенадцатому месяцу (см. табл.1). Для этих месяцев .

Резерв для станции принимаем 10% от рабочей мощности станции. . Таким образом, установленная мощность проектируемой ГЭС равна:

Установленную мощность КЭС представим в виде суммы:

, (10.3)

определяется по 1 или 12 месяцу (см. табл.12). Для этих месяцев .

Аварийный резерв для станций составляет 8% от рабочей мощности станции, нагрузочный резерв – 2%:

,

.

Таким образом, установленная мощность проектируемой ГЭС равна:

, (10.4)

Планирование капитального ремонта оборудования энергосистемы производится по следующим принципам.

Ремонт оборудования ГЭС осуществляется в те месяцы, когда оно не полностью используется в энергосистеме, т.е. на ГЭС имеется свободная мощность. При этом продолжительность ремонта агрегатов ГЭС принимается равной 15 дням, а частота их проведения – 1 раз в 4 года.

Ремонтная площадь существующих ГЭС:

, (10.5)

Ремонтная площадь проектируемой ГЭС:

, (10.6)

В дальнейшем, после выбора оборудования, эта площадь уточняется.

Капитальный ремонт оборудования ТЭС можно планировать, исходя из расчета останова каждого агрегата в ремонт в среднем 1 раз в 2 года. Предусмотрены следующие нормы простоя оборудования:

КЭС с поперечными связями – 15 дней;

блочные КЭС – 30 дней.

(10.7)

Свободная мощность на КЭС в сумме за год составляет . Поскольку свободной мощности больше, чем необходимо для проведения ремонтов установка дополнительной ремонтной мощности не требуется. Баланс мощности энергосистемы в маловодном году приведен в табл.12 и на рис.8. Баланс годового графика среднемесячных нагрузок приведен на рис.9.