Глава XI
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ГЭС И ВЫБОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
§ 53. Определение мощности гидростанции
При водноэнергетических расчетах ГЭС различают установленную мощность гидростанции, располагаемую мощность, обеспеченную и необеспеченную части мощности.
Установленной мощностью гидростанции Nyст называется мощность на шинах ГЭС при работе всех турбин с максимальным открытием направляющих аппаратов, при уровне верхнего бьефа на отметке НПГ и уровне нижнего бьефа на отметке, соответствующей расходу всех турбин при данном напоре. Если мощность агрегатов ограничена выбранными генераторами, установленная мощность определяется с ограничением по генератору.
Располагаемая мощность ГЭС — наибольшая мощность, которая может быть развита гидростанцией в данный момент времени в соответствии с возможным для использования расходом воды и с имеющимся напором.
Обеспеченная часть установленной мощности ГЭС Νοб — мощность, обеспечиваемая водотоком при минимальном расчетном расходе. Необеспеченная часть установленной мощности — мощность, которая в отдельные периоды года должна быть получена для покрытия графика от другого источника энергии.
. Мощность гидростанции определяется по следующей формуле:
(179)
где Q — расчетный расход гидростанции в м3/сек., Н — расчетный напор гидростанции в метрах, η — к.п.д. агрегатов.
Для гидростанций, работающих без регулирования, в качестве расчетного расхода принимается обычно среднемесячный расход обеспеченностью 75% в среднем по водности году.
При наличии суточного регулирования расчетный расход гидростанции определяется по формуле QГЭС=K-Qp м3/сек., где К — коэффициент суточной неравномерности потребления, определяемый по расчетному графику энергопотребления, Qp — расход воды в реке принятой расчетной обеспеченности. Поскольку проектируемая гидростанция должна обеспечить покрытие пика графика потребления энергии в период наибольшего спроса, в качестве расчетного принимается суточный график потребления зимних суток.
Что же касается расхода расчетной обеспеченности, то он при существующей практике проектирования принимается таким же, как и при расчете ГЭС без регулирования, т. е. равным среднемесячному расходу обеспеченностью 75% в средневодном году. Следует отметить, что использование среднемесячных расходов той или иной принятой обеспеченности для расчета гидростанций без регулирования или с суточным регулированием стока является принципиально неверным и ведет к ошибочному назначению мощности ГЭС.
Как указывалось выше, гидростанция, рассчитанная по среднемесячному расчетному расходу, не сможет обеспечить среднесуточную проектную мощность и выработку энергии вследствие неравномерности стока в течение месяца.
При выборе расчетного расхода гидростанции следует исходить из необходимости получения гарантированной мощности ГЭС и выработки энергии, обеспеченным в течение определенного периода.
Так, если принимается обеспеченность расходов, равная 75% в средневодном году, то имеется в виду получение мощности ГЭС и энергии с такой же обеспеченностью. Очевидно, что получение мощности ГЭС и выработки энергии заданной обеспеченности возможно лишь при использовании средних суточных расходов той же обеспеченности.
Поскольку гидростанции, рассчитанные по среднемесячным [расходам и работающие без регулирования стока или с суточным регулированием, не могут производить выравнивание стока в течение месяца, то часть времени они будут работать на среднемесячном расходе со сбросом излишков стока. Остальную часть месяца ГЭС работают на пониженном расходе против расчетного.
Таким образом, используемый гидростанцией расход оказывается ниже среднего, вследствие чего средняя мощность ГЭС и выработка оказываются ниже расчетных.
Из сопоставления кривых обеспеченности суточных (рис. 98) и средних месячных расходов для одной из проектируемых сельских гидростанций видно, что при одной и той же расчетной обеспеченности 75% среднемесячный расход превышает среднесуточный на 65%. Следовательно, в рассматриваемом случае для того, чтобы получить мощность ГЭС и выработку энергии, обеспеченные на 75% в средневодном году, необходимо использовать среднесуточный расход Qcyт=3,0 м3/сек., также обеспеченный на 75%. Использование среднемесячного расхода той же обеспеченности Qмec = 5,0 м3/сек. в качестве расчетного расхода ГЭС завысит мощность ГЭС и проектную выработку энергии на 65% и снизит их обеспеченность до 52%.
При подсчете выработки энергии необходимо учитывать колебания напоров в течение года. Строго говоря, при использовании среднесуточного расхода заданной обеспеченности в качестве расчетного необходимо также учитывать ежесуточные колебания напоров. Однако это дело довольно трудоемкое и не вызывается практической целесообразностью. Поэтому при подсчетах выработки энергии используются данные о среднемесячных напорах. Колебания уровня нижнего бьефа в течение суток, вызываемые суточным регулированием стока, обычно не учитываются, так как они мало влияют на положение среднесуточного уровня нижнего бьефа.
При вычислении среднемесячных напоров уровень верхнего бьефа принимается на отметке НПГ или на уровне середины высоты сливной призмы — в зависимости от наличия на ГЭС суточного регулирования стока. Среднемесячные уровни нижнего бьефа находятся по величинам среднемесячных расходов, снятых с кривой расходов Q=f(H). При этом с учетом периодов, для которых вычисляются уровни, следует пользоваться летней или зимней кривыми. Среднемесячные потери определяются по разности отметок верхнего бьефа и среднемесячных отметок нижнего бьефа за каждый месяц.
Если гидростанция располагает водохранилищем с сезонным регулированием стока, то для определения ее мощности и при подсчетах выработки энергии также используются данные о среднемесячных напорах. Расчетный напор в этом случае определяется как средне-взвешенная величина из средних месячных напоров с учетом среднемесячных расходов воды по формуле
(180) где Qп — среднемесячные расходы воды в м3/сек., Нп — напоры в метрах, соответствующие среднемесячным расходам, tn — периоды времени, в течение которых наблюдаются расходы Qп.
При предварительном выборе мощности ГЭС для определения среднемесячных напоров и расходов используется расчетный график водопотребления, перестраиваемый из графика потребления энергии. Для уточнения расчетов по предварительно выбранному оборудованию расчетные напор и расход находятся с учетом регулирования стока водохранилищем. В табл. 124 приведено вычисление расчетного напора ГЭС с сезонным регулированием стока по уточненным величинам среднемесячных расходов и напоров. Детальные водноэнергетические расчеты приведены в следующей главе.
Таблица 124
