Кафедра «Гідротехнічне і енергетичне будівництво»
Курсовий проект:
«Водноенергетіческіе розрахунки»
Мінськ 2008

Зміст

"1-3" Зміст ............................................ .................................................. ....... 2
Введення ................................................. .................................................. ....... 3
1. Регулювання стоку графічним способом ............................................ 4
1.1 Побудова гідрографів природних і можливих до використання витрат 4
1.2 Розрахунок регулювання стоку методом графічних побудов ............ 6
2. Визначення потужностей ГЕС по водотоку і середньозваженого напору 9
3. Вибір встановленої потужності ГЕС .............................................. ....... 12
4. Розрахунок ємності добового регулювання ГЕС ....................................... 15
5. Складання паспорта водноенергетіческіх характеристик ГЕС .......... 17
Література ................................................. .................................................. . 19

Введення

Курсовий проект виконується з метою освоєння методики визначення основних енергетичних параметрів ГЕС. Отримані в результаті цих розрахунків параметри (встановлена ​​потужність і вироблення електроенергії, значення витрат і коливань рівнів води у водосховищі і нижньому б'єфі та ін) необхідні для проектування гідротехнічних споруд, вибору обладнання, виконання техніко-економічних обгрунтувань.

1. Регулювання стоку графічним способом

1.1 Побудова гідрографів природних і можливих до використання витрат

Гідрограф природного стоку річки викреслюється за значеннями заданих середньомісячних витрат за розрахунковий період.
Для більш точного визначення потужностей проектованої ГЕС, забезпечених по воді і натиску, розрахунки регулювання стоку необхідно вести за видатками річки, можливим до використання.
Для цього в гідрограф природного стоку вносяться корективи, пов'язані з урахуванням втрат води з водосховища на фільтрацію, випаровування і льодоутворення.
Втрати води на фільтрацію оцінюються приблизно по заданій висоті шару води, що втрачається протягом року з водосховища, при середньому наповненні його ємності.
Річний обсяг води, що втрачається на фільтрацію , Визначається за допомогою кривої витрат: .
Фільтраційний витрата передбачається рівномірним протягом року:

Втрати води на додаткове випаровування за той чи інший відрізок часу у вигляді шару води визначаються як різниця між випаровуванням з поверхні води і з суші.
У курсовому проекті річний обсяг втрат на випаровування визначається за висотою річного шару випаровування при середньому наповненні водосховища: .
Помісячні витрати втрат води на випаровування залежать від всерединірічного розподілу середнього випаровування:

Р _i - частка випаровування в i-му місяці,%;
- Тривалість місяця, с.
Для південно-східного району

Місяці	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Р I,%	1	1	3	7	16	17	19	17	11	5	2	1
Q і, м 3 / 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

Втрати води на льодоутворення в умовах порівняно високого ступеня зарегулювання стоку носять тимчасовий характер (поворотні) і не викликають помітного погіршення енергетичних характеристик водотоку. З урахуванням цього коригування гідрографа річки на льодоутворення не проводиться.

Місяці	Q природний, м 3 / с	Q ф, м 3 / с	Q і, м 3 / с	Q корисний, м 3 / с	Q ср, м 3 / 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
Q ср за 3 роки					123,1859

1.2 Розрахунок регулювання стоку методом графічних побудов

Розрахунки з регулювання стоку полягають у послідовному в часі зіставленні обсягів притоку та споживання води.
За гідрограф відкоригованих витрат у косокутної системі координат будується ІКС. Ординати ІКС визначаються як різниця між сумарним фактичним стоком і умовним рівномірним за період від початку регулювання до розрахункового моменту часу. Розрахунок зручно вести в табличній формі.

Рік	Місяць	Δt, 10 6 з	Q, м 3 / с	Фактичний стік, 10 6 м 3		Фіктивний стік, 10 6 м 3		Різниця стоку, 10 6 м 3
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

Регулювання стоку повинне вестися з урахуванням найбільш ефективного його використання, що відповідає вимогам не тільки гідроенергетики, а й інших водокористувачів.
При регулюванні стоку за інтегральними кривими зіставлення корисно-побутових припливних витрат з запроектованими потреби витрачається також виражається в інтегральній формі, тобто проведенням інтегральної кривої споживання при заданих корисному об'ємі водосховища V _п = 680.10 ⁶ м ³ та режимі регулювання - з забезпеченням зрошення Q _ор = 25 м ³ / с. Для цього будується допоміжна інтегральна крива-еквідістанта. Вона проводиться зміщеною вниз по вертикалі на величину корисного обсягу водосховища і утворює зону, в межах якої будується інтегральна крива віддачі.

2. Визначення потужностей ГЕС по водотоку і середньозваженого напору

Проведення інтегральної кривої споживання відповідно до режиму роботи ГЕС дозволяє побудувати гідрограф середньомісячних зарегульованих витрат, а також хронологічні графіки зміни УВБ і УНБ, напорів і потужностей ГЕС по водотоку.
УВБ для кожного інтервалу часу визначаються за об'ємом води у водосховищі за допомогою топографічної характеристики.
Для побудови графіка коливань УНБ використовуються значення зарегульованих витрат, можливих до використання ГЕС і обумовлених по лінії споживання, а також криву зв'язку рівнів у створі проектованої ГЕС і витрат води у НБ.
Корисний натиск ГЕС в загальному випадку визначається як різниця статичного напору і втрат напору в енергетичних водоводах.

Місяць	УВБ, м	УНБ, м	Напір, м		Q м 3 / с	Потужність N ГЕС, 10 3 кВт	Вироблення Е, 10 6 кВт · год	Е · Н, 10 6 кВт · год · м
			Н ст	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

Втрати напору в енергетичних водоводах дериваційних ГЕС визначаються по залежності:

По величинам зарегульованих витрат і корисних напорів для кожного розрахункового інтервалу часу може бути визначена потужність ГЕС по водотоку по залежності:



За обчисленими значеннями потужностей будується хронологічний графік зміни потужностей ГЕС, забезпечених зарегульованим водотоком і натиском:

Хронологічний графік дає наочну картину послідовності зміни потужностей ГЕС. Для повноти уявлення про роботу ГЕС і характеристики потужності ГЕС з точки зору її забезпеченості необхідно побудувати графік забезпеченості потужностей ГЕС. Забезпеченість тієї чи іншої потужності ГЕС визначається за формулою:
m - порядковий номер потужності в спадному ряду потужностей ГЕС;
n - загальне число потужностей ГЕС в ряду.
Величина середньозваженого з вироблення напору ГЕС Н _ср.вз визначається за формулою:

3. Вибір встановленої потужності ГЕС

Величина встановленої потужності ГЕС залежить як від потужності зарегульованого водотоку, так і від умов роботи ГЕС в електроенергосістеме. Встановлена ​​потужність ГЕС складається з трьох частин: .
Гарантована потужність ГЕС визначається виходячи з забезпеченого по воді її участі в покритті певної частини розрахункового добового графіка навантаження електроенергосістеми, складеного на перспективу. З усіх можливих середньодобових потужностей ГЕС по водотоку з допомогою графіка їх забезпеченості за значенням розрахункової забезпеченості Р _р = 75% призначається величина забезпеченої потужності ГЕС . З цієї потужності визначається забезпечена добовий виробіток електроенергії ГЕС .
З метою врахування розвитку електроенергосістеми на перспективу погодинні ординати заданого добового графіка навантаження рекомендується множити на поправочний коефіцієнт К = 1,3 (на кінець першої п'ятирічки).
Розміщення забезпеченої вироблення в добовому графіку навантаження електроенергосістеми і визначення гарантованих потужностей ГЕС виробляється за допомогою аналізуючого кривої Е = f (Р).
Проектована ГЕС повинна приймати максимальну участь у покритті піку добового графіка навантаження. При цьому передбачається, що на ГЕС є можливість вести необмежену добове регулювання стоку ( може розміщуватися в будь-якій частині графіка навантаження).
У нижній б'єф необхідно пропускати санітарний витрата Q _сан = 11,9 м ^3. У базисі графіка навантаження електроенергосістеми розміщується базисна потужність (Н = 166 м - середньо грудневий натиск ГЕС) і відповідна їй вироблення електроенергії , Що відповідають санітарному витраті.
Іншу частину забезпеченої середньодобової вироблення електроенергії ГЕС доцільно розмістити в піке графіка навантаження електроенергосістеми
.
Добовий графік потужностей ГЕС при такому режимі її роботи може бути отриманий суміщенням базисної та пікової зон у графіку навантаження, а величина гарантованої потужності - підсумовуванням базисної та пікової складових

Додаткова потужність , Як правило, має місце на ГЕС з обмеженим тривалим регулюванням річкового стоку, коли можливі середньодобові потужності по водотоку значно перевершують гарантовану потужність.
Визначення величини додаткової потужності вимагає спеціальних енергоекономічні розрахунків. У першому наближенні можна приймати забезпеченість по водотоку суми потужностей в межах 10 ÷ 15%. Отже, додаткова потужність ГЕС . Розташовувати на ГЕС додаткову потужність немає необхідності .
Резервна потужність повинна забезпечувати безперебійну роботу електроенергосістеми в цілому. На попередній стадії проектування її величина може бути прийнята рівною 10% від , Тобто .
Встановлена ​​потужність ГЕС:
.

4. Розрахунок ємності добового регулювання ГЕС

Так як від ГЕС при її роботі в піковій частині добового графіка навантаження потрібно резкопеременний режим потужності, що забезпечується пропуском через її турбіни змінних витрат води, виникає необхідність у визначенні величини обсягу для перерозподілу добового припливу .
Розрахунок добового регулювання ГЕС виробляється графоаналітичним способом за допомогою інтегральної кривої турбінного стоку. Для цього підраховуються витрати води через гідротурбіни:

- Значення потужності ГЕС;
- Напір ГЕС, м (приймається постійним і рівним среднедекабрьскому натиску ГЕС Н _ср = 166);
- ККД гідроагрегату.

Годинники
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

За отриманим гідрограф витрат через ГЕС будується інтегральний графік добового турбінного стоку.
Регулююча добова ємність або корисний об'єм басейну добового регулювання визначається в масштабі обсягів відстанню по вертикалі між верхньою і нижньою дотичними до інтегральної кривої турбінного стоку, проведеними паралельно напрямку променя, що відповідає середньому витраті ГЕС .
Відношення обсягу до забезпеченого середньодобовим припливу визначає значення відносної регулюючої ємності.

5. Складання паспорта водноенергетіческіх характеристик ГЕС

1. Характеристики природного стоку і водосховища:
1. Середньорічний стік W = 3905,8 · 10 ⁶ м ³
2. Корисний об'єм водосховища V _п = 680.10 ⁶ м ³
3. Коефіцієнт ємності водосховища β = 17,4%
4. Максимальний середньомісячний витрата Q _max = 374,856 / с
5. Мінімальний середньомісячний витрата Q _min = 11,862 м ³ / с
6. Середньобагаторічний витрата Q _ср = 123,19 м ³ / с
2. Характеристика зарегульованого режиму ГЕС:
1. Максимальний зарегульований витрата = 274,9 м ³ / с
2. Мінімальний зарегульований витрата = 73,4 м ³ / с
3. Обсяг холостого скидання W _СБР = 0 м ³
4. Обсяг використовуваного стоку W _ісп = 3905,8 · 10 ⁶ м ³
5. Коефіцієнт використання стоку До _ісп = 100%
6. Напори:
Максимальний Н _max = 190,1 м
Мінімальний Н _min = 152,8 м
Середньозважений Н _{ср вз} = 166,06 м
7. Середньорічне виробництво електроенергії ГЕС
по зарегульованому водотоку 4995,3 · 10 ⁶ кВт · год
8. Середньодобова забезпечена потужність ГЕС 110.10 ³ кВт
9. Забезпечена добовий виробіток електроенергії 12,64 · 10 ⁶ кВт · год
10. Гарантована потужність ГЕС 375.10 ³ кВт
11. Встановлена ​​потужність ГЕС 412,5 · 10 ³ кВт
12. Максимальна потужність ГЕС 412,4 · 10 ³ кВт
13. Мінімальна потужність ГЕС 17,44 · 10 ³ кВт
14. Максимальна витрата ГЕС 256,68 м ³
15. Мінімальний витрата ГЕС 11,9 м ³
16. Максимальний УНБ 239,3 м
17. Мінімальний УНБ 237 м
18. Забезпечений середньодобовий припливне витрата
19. Забезпечений добовий приплив
20. Середньодобова витрата ГЕС
21. Регулююча добова ємність
22. Коефіцієнт добової ємності

Література

1. Методичні вказівки до курсового проекту «Водноенергетіческіе розрахунки» з курсу «гідроелектричні станції» для студентів спеціальності 29.04 - «Гідротехнічне будівництво» І.В. Синіцин Мінськ 1990.
2. Гідроелектричні станції / Под ред. В.Я. Кареліна, Г.І. Кривченко. 3-тє вид. Перераб. і доп. - М.: Вища школа, 1987. - 446 с.