ИВЭ. Ч. 1. ВЭР

Таблица 1.3

H м

QУЧ,м3с

N ,кВт

NУД,кВткм

∑N ,кВТ

Э,кВ т ч

8. Построить кадастровый график, т. е. графическое представление гидроэнергетических ресурсов реки: Z = f(L), Q = f(L), NУД = f(L), NΣ = f (L )

(рис. 1.2);

Рис. 1.2. Кадастровый график потенциальных энергоресурсов реки

11

9. На основе всей полученной информации сделать вывод о том, какой створ обладает наибольшим энергетическим потенциалом и какой створ наиболее целесообразно использовать для строительства ГЭС.

12

2.ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ СТОКА

ВСТВОРЕ РЕКИ

Цель: научиться строить по имеющимся гидрологическим данным кривую обеспеченности стока реки и определять по ней маловодный и средневодный годы.

Термины и определения [1]:

- гидрологические расчеты: раздел инженерной гидрологии, в задачи которого входит разработка методов, позволяющих рассчитать значения различных характеристик гидрологического режима;

- гидрологические характеристики: количественные оценки элемен-

тов гидрологического режима;

- методы гидрологических расчетов: технические приемы, позво-

ляющие рассчитать, обычно с оценкой вероятности их появления, значения различных характеристик гидрологического режима;

- обеспеченность гидрологической характеристики: вероятность то-

го, что рассматриваемое значение гидрологической характеристики может быть превышено среди совокупности всех возможных ее значений (P, %);

- расчетная обеспеченность: обеспеченность гидрологической характеристики, принимаемая при строительном проектировании для установления значения параметров гидрологического режима, определяющих проектные решения;

- расчетный расход воды: расход воды заданной вероятности превышения, принимаемый в качестве исходного значения для определения разме-

ров проектируемых сооружений (Q, м3с);

-объем стока: количество воды, протекающее через рассматриваемый створ водотока за какой-либо период времени (W , км3);

-водохозяйственный год: расчетный годичный период, начинающийся с самого многоводного сезона;

-лимитирующий период: часть водохозяйственного года, неблагоприятная для осуществления проектируемых мероприятий либо по водопотреб-

лению и водопользованию, либо по борьбе с наводнениями и осушению болот;

-нелимитирующий период: часть водохозяйственного года за вычетом лимитирующего периода;

-свободное состояние русла: состояние русла, характеризующееся отсутствием препятствий (ледяных образований, водной растительности, сплавного леса и т. д.), которое влияет на зависимость между расходами

иуровнями, а также отсутствием подпора;

-подпор воды: повышение уровня воды из-за наличия в русле препятствия для ее движения;

13

гидрограф: график изменения во времени расходов воды за год или часть года (сезон, половодье или паводок) в данном створе водотока.

Задачи

1.Построить на основе исходных данных кривую обеспеченности стока реки в заданном створе.

2.Определить по кривой гидрографы маловодного и средневодного года.

3.Сделать вывод о роли кривой обеспеченности в решении задач гидроэнергетики.

Основные сведения

В связи с климатическими и физико-географическими условиями, речной сток подвержен значительным колебаниям, как в течение года, так и за ряд лет (внутривековой, вековой циклы и т. д.). Некоторые из этих колебаний во времени и пространстве являются случайными и зависящими от столь большого числа переменных факторов, что учесть их в явном виде гидрология не в состоянии. Однако большинство факторов, определяющих сток, имеют вероятностный характер. Это позволяет производить описание с использованием методов теории вероятностей и математической статистики.

Одним из методов теории вероятностей, применяемых к исследованию гидрологических явлений, является кривая обеспеченности, которая дает в общей форме характеристику распределения того или иного гидрологическо-

го элемента за период наблюдений (W , Q). Что особенно важно, эта кривая

при современном уровне гидрологических знаний, является единственным основанием для суждения о вероятности появления в будущем гидрологического явления большого или меньшего по величине, чем любое заданное значение. Чем длиннее ряд, тем выше точность расчетов.

Кривая обеспеченности дает возможность решить многие задачи гидроэнергетики, такие как:

1.Расчет максимальных и минимальных притоков.

2.Определение расходов расчетной обеспеченности и гарантированной мощности проектируемой ГЭС.

3.Разработка режимов регулирования стока водохранилищами.

4.Расчет размеров водосбросных отверстий плотин.

5.Сравнение различных рек по одинаковым показателям, что позволяет делать широкие гидрологические обобщения.

Наиболее важным является второй пункт. Остановимся на нем подробнее.

Гарантированная мощность (NГАР ) – мощность, которая точно бу-

дет получена в расчетных маловодных условиях.

Гарантированная мощность определяется на основе гидрографа маловодного года. К маловодным обычно относятся года с обеспеченностью от

14

85 % до 96 %. Конкретный маловодный год выбирается из условия расчетной обеспеченности. Для выполнения данной задачи, а также при курсовом и дипломном проектировании, принимаем расчетную обеспеченность маловодного года равную 90 %.

На рисунке 2.1 представлена теоретическая кривая обеспеченности среднегодовых расходов, а также распределение лет разной водности на ней.

Рис. 2.1. Теоретическая кривая обеспеченности расхода в створе реки

Исходные данные

В качестве исходных данных для построения кривой обеспеченности берется ряд гидрологических наблюдений (прил. 2) в створе реки, состоящий из гидрографов, расходы которых усреднены на месячном интервале (варианты задаются преподавателем).

Порядок выполнения расчетов

1. В качестве исходных данных задан гидрологический ряд среднемесячных расходов воды за период в n лет в створе реки. Рассчитаем среднегодовые значения расходов каждого года, а также среднемесячные значения и среднемноголетний расход. Далее выделим границы лимитирующих сезонов: половодья и межени. Месяцы, в которых расходы превышают среднегодовые значения, отнесем к половодью, а те месяцы, где расходы ниже среднегодовых – к межени. В разные годы граница сезонов может смещаться, соответственно необходимо назначить четкую границу, оценив по среднемесяч-

15

ным расходам по отношению к среднемноголетнему расходу принадлежность данного месяца к сезону.

2. Ранжируем по убывани ю среднегодовые значения расходов. При ранжировании расходов необходимо столбец с названием года, в котором наблюдались данные расходы, сортировать в соответствии с изменившимся порядком расположения расходов. В результате получается два столбца: один со среднемноголетними расходами, расположенными по убыванию и второй

ссоответствующ ими годами.

3.Организуем третий столбец таблицы, в котором нумеруем строки по порядк у.

4.Значение обеспеченности (вероятности) для каждого члена ранжированного по убыванию ряда определяем по формуле:

P = n m+1 100,

где m – порядко вый номер расхода в убывающем ряду; n – общее количество лет в статисти ческом ряду.

5. Строим график. По оси абсцисс откладываем обеспеченность среднегодового расхода в процентах, по оси ординат – расход, соответствующий каждой обеспеченности. Полученная в результате эмпирическая кривая обеспеченн ости будет иметь вид, представленный на рисунке 2.2.

Р ис. 2.2. Э мпирическая кривая обеспеченности

16

6.Определяем маловодный и средневодный год по кривой обеспеченности. Маловодный год определяется по расходу, соответствующему 90 % обеспеченности, средневодный – 50 % обеспеченности.

7.Проводим оценку выбранных лет по внутригодовому распределению расходов. Для этого рассчитываем среднеполоводные и среднемеженные расходы в соответствии с границей сезонов, определенной в п. 1. Далее повторяем расчет с п. 2 по п. 6 для полученных среднеполоводных и среднепаводковых значений расходов. Кривые обеспеченности среднеполоводных, среднемеженных и среднегодовых расходов совмещаем на одном графике. Если год, определенный как маловодный (или средневодный) по среднегодовому расходу во внутригодовом распределении не попадает на 90 % (или 50 %) обеспеченности, необходимо рассчитать коэффициенты приведения меженных и половодных расходов к заданной обеспеченности и скорректировать расходы внутри года, сохраняя, однако, среднегодовые значения неизменными.

8.Расчет коэффициентов приведения облегчается, если обозначить определенным цветом базовый год.

9.Представить полученные гидрографы маловодного и средневодного года на одном графике. В случае если значение какого-нибудь месяца средневодного года меньше значения этого же месяца маловодного года, провести корректировку расходов средневодного года следующим образом: увеличить вышеупомянутый расход средневодного года до значения маловодного года за счет месяца, относящегося к тому же сезону (половодью или межени)

стем, чтобы среднегодовое значение не изменилось.

10.В выводе дать определение кривой обеспеченности и объяснить, для чего она используется. Обосновать выбор гидрографов маловодного и средневодного года.

17

3.ПОСТРОЕНИЕ СУТОЧНОГО ГРАФИКА

ИИНТЕГРАЛЬНОЙ КРИВОЙ НАГРУЗКИ

Цель: рассмотреть особенности формирования суточного графика нагрузки и интегральной кривой нагрузки и на их основе научиться определять режим работы ГЭС в суточном балансе энергосистемы.

Задачи

1.Построить суточный график нагрузки энергосистемы в соответствии с исходными данными.

2.Построить интегральную кривую нагрузки (ИКН) на основе полученного суточного графика нагрузки.

3.Разместить существующую и проектируемую ГЭС на ИКН и определить их режим работы в суточном балансе энергосистемы.

Основные сведения

Графики нагрузки энергосистемы являются основной характеристикой ее режима работы. В зависимости от характера потребителей форма графиков нагрузки различна. Они будут отличаться также в зависимости от времени года.

Графики нагрузки определяют как режим работы системы в целом, так и всех элементов, от генерирующих источников до воздушных линий.

Существуют графики суточные, недельные, сезонные, годовые и т. д. При этом суточные графики служат основой для построения недельных и годовых графиков при соответствующем усреднении.

Суточный график нагрузки принято разделять на три режимные зоны: базовую, полупиковую, пиковую (рис. 3.1). Работа в каждой из зон накладывает определенные ограничения на режим работы электростанции.

Рис. 3.1. Режимные зоны суточного графика нагрузки энергосистемы

18

Роль ГЭС в покрытии суточного графика нагрузки

В настоящее время все крупные гидроэлектростанции являются частью ЭЭС, и каждая станция покрывает лишь часть графика нагрузки. Помимо ГЭС в покрытии графика нагрузки участвуют тепловые электростанции (теплоэлектроцентрали − ТЭЦ и конденсационные станции − КЭС, атомные электростанции − АЭС), а также гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), способные потреблять мощность из системы в насосном режиме (НР) и генерировать ее в турбинном режиме (ТР). На рисунке 3.2 представлен пример покрытия графика нагрузки различными типами станций.

Рис. 3.2. Примерный суточный график нагрузки современной мощной энергосистемы

Размещение электростанции в какой-либо части графика нагрузки определяет ее режим работы в течение суток.

Обычно ГЭС размещаются в пиковой или полупиковой части суточного графика нагрузки, однако в зависимости от внешних факторов и особенностей режима регулирования могут частично или полностью разместить в его базовой части.

Если мощность ГЭС достаточно велика по отношению к мощности энергосистемы, то она может выполнять функцию нагрузочного резерва системы.

Методика размещения ГЭС в балансе энергосистемы основана на применении ИКН.

Интегральной кривой суточного графика нагрузки называется суточная зависимость выработки электроэнергии от мощности:

19

P

Э =∫ tdP.

0

При построении ИКН и размещении на ней гидроэлектростанции, опираются на следующие положения:

1)Определяется место ГЭС в режимных зонах графика нагрузки. Расположение ГЭС влияет на особенность ее эксплуатации и режим работы водохранилища.

2)За суточный период необходимо обеспечить выработку электроэнергии ГЭС, определяемую ее годовым режимом по принципу максимального вытеснения мощности тепловых станций.

3)На основе гарантированных мощностей станции определяется выработка электроэнергии ГЭС, которая может быть использована как базовая или регулирующая, то есть выработка электроэнергии, связанная с обеспечением требований потребителей ВХК. Оставшаяся выработка электроэнергии может использоваться в энергетических интересах. При этом ГЭС может работать в пиковой, полупиковой или базовой части графика нагрузки.

Опираясь на данные положения, производится выбор режима работы ГЭС в суточном балансе энергосистемы (табл. 3.1).

Порядок выполнения расчетов

Построение суточного графика нагрузки

Суточные графики нагрузки скачиваются с сайта системного оператора so-ups.ru в соответствии заданной реальной энергосистемой России. Необходимо скачать данные для типичных зимних и летних суток. Типичные зимние сутки выбираются из интервала 20-25 декабря, типичные летние сутки – 2025 июня. Выбранный день не должен являться выходным или праздничным.

Если проектируется гидростанция малой мощности для работы на местную нагрузку, либо ГЭС, которая будет работать на изолированную от крупной энергосистемы нагрузку, например, на Якутию, то графики нагрузки рассчитываются теоретически по рекомендациям приведенным ниже.

Для заданного района расположения изолированной энергосистемы и числа часов использования максимума нагрузки T по справочным данным

определяются коэффициенты плотности суточного летнего βСУТЛ и βСУТЗ зимнего графиков, а также коэффициент летнего снижения нагрузки относительно зимнего статического максимума αЛ (прил. 4).

20