§ 60. Составление водноэнергетических характеристик ГЭС по выбранному оборудованию
Для оценки характера работы гидростанции в течение года и для определения выработки энергии и числа часов использования расчетной мощности производится уточнение водноэнергетических характеристик ГЭС по выбранному оборудованию.
Для гидростанций с суточным регулированием стока водноэнергетические характеристики составляются для каждого месяца среднего по водности и маловодного годов. В качестве расчетного маловодного принимается год с обеспеченностью стока 75%.
Определение водноэнергетических характеристик ГЭС производится в следующем порядке.
Вначале находятся величины среднемесячных расходов воды за каждый месяц, выбираемые из материалов по внутригодовому распределению расходов для рассматриваемого года. По кривой расходов Q =f(H) определяются затем отметки уровней нижнего бьефа, соответствующие принятым среднемесячным расходам. Если среднемесячный расход меньше пикового расхода по графику нагрузки и расчетного расхода ГЭС, то отметка нижнего бьефа, а также и напор находятся либо по пиковому расходу, если он меньше расчетного, либо по расчетному расходу. Для зимних месяцев уровни определяются по зимней кривой расходов, а при отсутствии такой кривой — с учетом переходного коэффициента от зимних расходов к летним
Составление водноэнергетических характеристик гидростанции, имеющей водохранилище сезонного регулирования, при выбранном оборудовании производится в общем аналогично изложенному выше, с уточнением некоторых элементов, обусловленным наличием сезонного регулирования.
Для ГЭС с сезонным регулированием стока водноэнергетические характеристики составляются для трех расчетных годов: среднего
реального, близкого по водности к среднемноголетнему, маловодного обеспеченностью 75% и маловодного обеспеченностью 90%. При. этом должны быть рассмотрены все возможные условия работы гидростанции в различные периоды ее эксплуатации. Так, если ГЭС предназначена для изолированной работы с последующим включением в энергосистему по мере ее развития, то расчеты проводятся для случаев ограничения по оборудованию и по потреблению и для случаев полного покрытия графиков потребления при изолированной, работе и при работе в энергосистеме.
Водноэнергетические характеристики ГЭС с сезонным регулированием так же, как и для гидростанций с суточным регулированием стока, содержат данные о величинах используемого расхода, напорах, среднемесячной мощности ГЭС с учетом регулирования, выработки энергии, о величинах пикового расхода и мощности ГЭС и числе часов использования максимальной мощности.
Существенное различие в расчетах ГЭС с сезонным и суточным регулированием стока заключается в определении используемого расхода. Если для расчетов ГЭС с суточным регулированием в качестве расчетных используемых расходов принимаются величины среднемесячных расходов воды в реке, то при сезонном регулировании производятся дополнительные расчеты по определению используемых расходов.
Как было указано ранее, на предварительной стадии расчетов определение используемых расходов производится путем пересчета графика потребления энергии в график водопотребления. Далее построением интегральной кривой или табличным расчетом находится емкость призмы регулирования, расчетный расход ГЭС и подбирается оборудование.
При выбранном оборудовании используемый гидростанцией расход для покрытия графика потребления находится следующим образом. По среднемесячным мощностям ГЭС, требуемым по графику потребления,при известных к.п.д. турбины и генератора, по формуле
вычисляются среднемесячные расходы.
По разности между требуемыми по графику и бытовыми среднемесячными расходами воды в реке находятся величины дополнительных расходов из водохранилища за каждый месяц. Если бытовой расход воды в реке за какой-либо месяц превышает требуемый по графику, то разность между ними показывает величину притока в водохранилище.
Величина расхода, зарегулированного водохранилищем, равна расходу, требуемому по графику потребления. В те месяцы, когда расходы воды в реке превышают потребление и часть стока идет на наполнение водохранилища, зарегулированный расход будет равен бытовому расходу за вычетом стока на наполнение водохранилища. В периоды, когда водохранилище еще не заполнено, зарегулированный расход будет равен требуемому по графику; для месяца, в котором водохранилище заполняется до отметки НПГ, зарегулированный расход равен разности между бытовым расходом и расходом на наполнение и может превышать требуемый по графику потребления. В месяц, предшествующий полному опорожнению водохранилища, зарегулированный расход определяется как сумма бытового стока и стока из водохранилища, ограниченного остатком полезной емкости. Величина используемого гидростанцией расхода принимается равной величине зарегулированного расхода, если он не превышает пиковый; в противном случае используемый расход равен пиковому.
Изложенная схема расчета относится к изолированно работающей ГЭС. Если ГЭС предназначена для работы в энергосистеме, то расчет остается таким же со следующими дополнениями.
Когда в энергосистеме, кроме ГЭС с сезонным регулированием стока, имеется другая гидростанция, например, с суточным регулированием, то из общего графика энергопотребления выделяется часть, которая может быть покрыта гидростанцией с суточным регулированием. Остальная мощность, требуемая энергосистемой, должна покрываться гидростанцией с сезонным регулированием. По этой мощности и производятся водноэнергетические расчеты ГЭС.
Если при данном распределении стока и по условиям выбранной емкости регулирования полное покрытие графика невозможно, то необходимо предусмотреть соответствующий резерв мощности или ограничение потребления в отдельные периоды года.
Водноэнергетический расчет гидростанции с сезонным регулированием стока при выбранном энергетическом оборудовании производится, исходя из условий полного покрытия графика нагрузки и наибольшей возможной выработки энергии при данной регулирующей емкости водохранилища. Расчет производится путем ряда последовательных уточнений в следующем порядке.
Вначале по известным величинам мощности за каждый месяц по формуле
подсчитываются среднемесячные расходы
воды, необходимые для покрытия графика. При этом к.п.д. турбин и генераторов принимаются постоянными для всех значений мощности; величина напора также принимается постоянной и равной расчетной величине Н.
В зависимости от полученных величин расходов и расходов в реке в створе ГЭС производится расчет работы водохранилища, исходя из условия полного покрытия графика нагрузки. В месяцы с повышенным стоком в реке против требуемого часть стока идет на наполнение водохранилища, а при полном водохранилище — в сброс. Следующий этап расчета сводится к назначению такого режима работы водохранилища, при котором сбросы отсутствуют, за исключением периода половодья. Это достигается увеличением глубины сработки водохранилища в периоды, предшествующие его наполнению. Соответственно этому, расходы воды, возможные для энергетического использования, в эти периоды увеличиваются.
По найденным величинам используемых расходов подсчитываются среднемесячные мощности ГЭС при наиболее полном возможном использовании стока. При этом напор определяется по разности отметок верхнего и нижнего бьефов, устанавливаемых с учетом сработки водохранилища и потерь напора в нижнем бьефе [по кривой Q= f (Н) и потерь в водоподводящей системе. Величины к.п.д. турбин находятся по рабочей характеристике ГЭС ηмакс=f(H) при данном напоре, а к.п.д. генератора принимается постоянным.
Вычисленные таким путем величины среднемесячной мощности ГЭС сопоставляются с требуемыми по графику. При наличии дефицита мощности ГЭС в отдельные месяцы, что может иметь место при значительном уменьшении напора из-за глубокой сработки водохранилища, следует вновь пересмотреть порядок регулирования стока внутри года, перераспределив зарегулированные расходы ГЭС так, чтобы при полном покрытии графика нагрузки и полном использовании регулирующей емкости водохранилища получить наибольшую выработку энергии, возможную в данных условиях.
Изложенный порядок водноэнергетических расчетов гидростанции при выбранном оборудовании рассмотрим на следующем примере.
Гидростанция оборудована тремя турбинами ПрК245-ВБ-120, с учетом установки лопастей φ = -|-100, и имеет расчетную мощность 7Vr3c ===== 1200 кВт. График потребления, представленный в табл. 133, частично покрывается гидростанцией с суточным регулированием (ГЭС № 1) при полной возможной отдаче ею в зависимости от мощности водотока и установленного оборудования. Остальная часть графика приходится на долю ГЭС с сезонным регулированием стока.
Таблица 133
В течение последней декады марта из-за снижения напора при пропуске половодья ГЭС № 1 простаивает и все потребление энергосистемы должно покрываться гидростанцией № 2. Исходя из требуемой мощности ГЭС № 2, по графику нагрузки определяем среднемесячные величины расходов при расчетном напоре ГЭС ηр=8,0 м, к.п.д. турбины ηт=0,85 и к.п.д. генератора ηρ=0,9 по формуле
В табл. 134 по данным о расходах в створе ГЭС (графа 2) и требуемом водопотреблении (графа 3) произведен расчет режима работы водохранилища из условия покрытия графика потребления. Объемы, используемые на наполнение водохранилища, получены по разности расходов притока к створу ГЭС и требуемых расходов потребления. Величины сработки объемов водохранилища показаны в графе 4 со знаком минус, а объемы, идущие на наполнение, — со знаком плюс.
При принятом порядке регулирования график потребления покрывается полностью, но при этом имеют место потери стока за счет сбросов в марте, апреле, июле, ноябре и декабре. Очевидно, что такой режим работы водохранилища не является рациональным. Для повышения степени использования стока и увеличения выработки энергии произведен повторный расчет режима регулирования (графы 7, 8, 9), в результате которого сбросы наблюдаются лишь в апреле; в остальные месяцы года сток используется полностью.
Исходя из принятого режима работы водохранилища и величин бытовых расходов в створе ГЭС, подсчитаны среднемесячные величины расходов, возможных для энергетического использования (используемых расходов).
По найденным величинам используемых расходов за каждый месяц в табл. 135 вычислены среднемесячные мощности ГЭС с учетом уточненных значений напоров и к.п.д. при этих расходах, а также избытки и дефициты мощности в отдельные месяцы. Из этих данных видно, что в течение десяти месяцев в средневодном году гидростанция располагает избытком мощности против требуемой по графику потребления; в январе и феврале наблюдается дефицит мощности. Кроме того, из полезной емкости водохранилища W=37,0 млн. м3 используется 28,25 млн. м3; 8,75 млн. м3 остаются неиспользованными. Поэтому необходимо дальнейшее уточнение режима регулирования, исходя из условия наибольшей выработки энергии и полного использования регулирующей емкости водохранилища.
Рис. 115. График колебания объемов водохранилища (1), горизонтов воды нижнего (2) и верхнего (3) бьефов и среднесуточных напоров ГЭС (4).
При большом количестве дополнительно вырабатываемой энергии за год за счет изменения режима работы водохранилища введение дополнительного резерва в отдельные месяцы является оправданным.
В табл. 136 приведены результаты уточненного расчета регулирования на основании данных табл. 134 и 135. При выбранном режиме регулирования водохранилище большую часть года наполнено до отметки НПГ, что повышает величину используемого напора. Полное опорожнение водохранилища приходится на конец февраля.
При полном использовании полезной емкости водохранилища и наибольшей возможной в данных условиях годовой выработке энергии в феврале наблюдается дефицит мощности и энергии. На рис. 115 представлены графики, характеризующие режим работы водохранилища, среднесуточные напоры ГЭС и колебания уровней верхнего и нижнего бьефов гидростанции в течение года.
