§ 51. Графические расчеты регулирования стока
Если суммировать по гидрографу притока или по графику потребления в хронологической последовательности значения стока за определенные интервалы времени, то можно построить графическую зависимость изменения объемов стока от времени. Получаемая при этом кривая носит название суммарной или интегральной кривой.
Отсюда следует, что, наоборот, имея водохранилище полезной емкостью W0, можно определить гарантированный зарегулированный в этом водохранилище расход Qгap. Для этой цели отрезок КМ, выражающий объем водохранилища W0, нужно разместить между кривой использования стока и прямой ОВ так, чтобы при горизонтальном положении он своими концами лежал на обеих линиях. Ордината, на величину которой этот отрезок отстоит от оси объемов, выражает величину зарегулированного расхода Qзap.
§ 52. Регулирование стока при каскаде ГЭС
Каскадом ГЭС называется ряд гидростанций, расположенных на одном водотоке и связанных между собой в водохозяйственном отношении. В зависимости от характера использования водотока могут быть созданы разомкнутый и сомкнутый каскады. В разомкнутом каскаде гидростанций между ступенями каскада остается недоиспользованный участок реки; при сомкнутом каскаде кривая подпора нижней ступени распространяется до ближайшей верхней ГЭС.
При разбивке используемого участка реки на ступени необходимо добиваться создания по возможности наибольших напоров на каждой ступени. В целях уменьшения суммарных потерь суточного регулирования всего каскада желательно размещать гидростанции сомкнутым или даже подтопленным каскадом.
Последовательность расположения гидроэлектростанций в каскаде с различной степенью регулирования стока, а следовательно, и с разным характером их энергетического режима возможна в нескольких вариантах. Оптимальный вариант выбирается путем технико-экономического анализа, который производится, исходя из следующих соображений:
а) режим гидростанций каскада должен проектироваться с расчетом достижения наибольшего энергетического эффекта всего каскада в целом при соблюдении оптимального энергетического режима каждой ГЭС в отдельности;
б) энергоснабжение потребителей должно быть обеспечено полностью.
Расчет регулирования стока для каскада гидростанций следует вести, начиная с верхнего водохранилища, добиваясь при его помощи наибольшего возможного выравнивания стока. Следует иметь в виду, что водохранилище верхней ступени каскада может регулировать сток только с вышерасположенной части бассейна. Водохранилища нижележащих ступеней регулируют сток, сбрасываемый водохранилищами, расположенными выше, и сток с промежуточной части бассейна между гидростанциями.
Поэтому расчетным притоком для верхнего водохранилища является сток с прилегающей к нему площади бассейна; для следующего нижележащего водохранилища расчетный приток слагается из сброса из верхнего водохранилища и дополнительного притока с промежуточной части бассейна.
Расчет регулирования стока верховым водохранилищем производится, как для изолированной гидростанции. Если каскад состоит из гидростанций с водохранилищами суточного регулирования, то распределение стока в створах всех ГЭС принимается как незарегулированное.
При наличии верхнего водохранилища с сезонным регулированием стока приток к следующему водохранилищу может быть определен из выражения
(178)
где Vн — объем стока, поступающий в нижерасположенное водохранилище, Vп — сток с промежуточной части бассейна между водохранилищами, Vв — объем воды, срабатываемый верхним водохранилищем, ∆V — неэнергетический забор воды и потери.
Это же соотношение может быть записано в виде расходов воды:
Если у верхней ГЭС имеется водохранилище с сезонным регулированием стока, то в створе нижерасположенной ГЭС распределение стока находится следующим образом.
Из ординат гидрографов бытового стока за характерные годы для створа нижнего водохранилища вычитаются ординаты соответствующих гидрографов для створа верхнего водохранилища и по разности этих ординат строится гидрограф притока с промежуточной части бассейна.
Далее, имея график нагрузки верхней гидростанции, устанавливают режим верхнего водохранилища и в соответствии с его режимом строят гидрограф водоотдачи в нижнее водохранилище.
Суммированием ординат гидрографов отдачи из верхнего водохранилища с ординатами гидрографа промежуточного притока получают гидрографы стока за характерные годы для створа нижележащего водохранилища. Эти гидрографы в случае необходимости корректируются с учетом потерь стока из водохранилища.
По полученным гидрографам строятся затем кривые обеспеченности и кривые использования стока и производятся дальнейшие расчеты. Расчетное распределение стока в створе нижней ГЭС может быть определено также и другим способом. В этом случае в расчетном створе принимается естественное распределение стока, которое затем корректируется на величину сбросов, поступающих из верхнего водохранилища.
Таблица 123
№ | Распределение стока, м3/сек. | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | Год |
1 | Естественное | 3,13 | 4,11 | 17,1 | 40,3 | 10,6 | 5,51 | 5,08 | 7,46 | 8,65 | 11,0 | 10,1 | 6,70 | 10,8 |
2 | Сбросы из верхнего водохранилища ... | + 2,33 | + 1,56 | — | -5,45 | — | — | — | — | — |
|
| + 1,56 | 10,8 |
3 | Трансформированное .. | 5,46 | 5,67 | 17,1 | 34,8 | 10,6 | 5,51 | 5,08 | 7,46 | 8,65 | 11,0 | 10,1 | 8,26 | 10,8 |
4 | Потери на испарение ... |
| — | — | 0,1 | 0,2 | 0,17 | 0,16 | 0,14 | 0,09 | 0,06 | 0,03 | — | 0,08 |
5 | Потери на фильтрацию. . . | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 |
6 | Трансформированное с учетом потерь .. | 4,99 | 5,20 | 16,6 | 34,2 | 9,93 | 4,87 | 4,45 | 6,85 | 8,09 | 10,4 | 9,63 | 7,79 | 10,2 |
Так, в табл. 123 представлено среднее многолетнее распределение стока в створе ГЭС, трансформированное верхним водохранилищем и откорректированное с учетом потерь. Как видно из этой таблицы, верхнее водохранилище большую часть года работает при НПГ и срабатывается в течение трех зимних месяцев: декабря, января и февраля. Дополнительные расходы за счет сбросов из верхнего водохранилища в эти месяцы увеличивают соответственно сток в створе нижней ГЭС. Наполнение водохранилища происходит в апреле, вследствие чего приток к расчетному створу в этом месяце уменьшается на величину суммарных сбросов в зимний период.
Подобно приведенному рассчитывается распределение стока и для остальных расчетных годов.
Глубина сработки призмы регулирования водохранилища назначается из условия обеспечения покрытия пика нагрузки и выработки энергии, требуемой по графику потребления.
При суточном регулировании высота сливной призмы определяется потребностью покрытия суточного графика нагрузки для зимнего месяца. ’При этом она не должна превышать примерно 10—15% от наибольшего напора, во избежание значительного снижения напора и потерь мощности ГЭС.
При сезонном регулировании глубина сработки устанавливается на основе сопоставления ряда расчетных вариантов покрытия графиков потребления с учетом снижения выработки энергии за счет уменьшения напора.
Исходя из выбранной полезной емкости водохранилища и гидрографа притока, находится гарантированный расход, обеспеченный в течение года. По величине гарантированного расхода с использованием графиков потребления вычисляется расчетный расход гидростанции, определяется ее мощность и производится предварительный выбор гидротурбин.
На основании принятых параметров ГЭС производится расчет регулирования, в результате которого уточняются расчетные расход и напор ГЭС и окончательно выбирается оборудование. Подробнее этот вопрос рассмотрен в главе XII.
Полученное таким путем распределение расходов в нижнем бьефе гидростанции в результате ее работы по заданному графику является исходным для подсчетов распределения стока в створе нижерасположенной ГЭС каскада.
