Курсовая работа: Водноэнергетические расчеты

Название: Водноэнергетические расчеты
Раздел: Рефераты по геологии
Тип: курсовая работа

Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовой проект:

«Водноэнергетические расчеты»

Минск 2008

Содержание

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 напора9

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:

Рi – 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, 106 с 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 Vп =680·106 м3 и режиме регулирования – с обеспечением орошения Qор =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 , 103 кВт Выработка Э, 106 кВт·ч Э·Н, 106 кВт·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 Нср.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 Рр =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 Qсан =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 Нср =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=3905,8·106 м3

2. Полезный объем водохранилища Vп =680·106 м3

3. Коэффициент емкости водохранилища β=17,4%

4. Максимальный среднемесячный расход Qmax =374,856/с

5. Минимальный среднемесячный расход Qmin =11,862м3 /с

6. Среднемноголетний расход Qср =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 Wсбр =0 м3

4. Объем используемого стока Wисп =3905,8·106 м3

5. Коэффициент использования стока Кисп =100%

6. Напоры:

Максимальный Нmax =190,1 м

Минимальный Нmin =152,8 м

Средневзвешенный Нср. вз =166,06 м

7. Среднегодовая выработка электроэнергии ГЭС

по зарегулированному водотоку 4995,3·106 кВт·ч

8. Среднесуточная обеспеченная мощность ГЭС 110·103 кВт

9. Обеспеченная суточная выработка электроэнергии 12,64·106 кВт·ч

10. Гарантированная мощность ГЭС 375·103 кВт

11. Установленная мощность ГЭС 412,5·103 кВт

12. Максимальная мощность ГЭС 412,4·103 кВт

13. Минимальная мощность ГЭС 17,44·103 кВт

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.