Малинин Н. К.
Теоретические основы гидроэнергетики: Учебник для вузов. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. (Кроме параграфов, перевод которых в приемлемого качества веб-формат затруднителен).
Рассматриваются различные формы проявления гидроэнергии. Анализируется процесс преобразования энергии на разных типах гидроэнергетических установок (ГЭУ): ГЭС, ГАЭС. НС. ПЭС, энергокомплексы и каскады ГЭУ. Излагаются математические основы методов минимизации потерь энергии на ГЭУ и выбора оптимальных режимов ГЭУ в энергетической и водохозяйственной системах с учетом требований охраны окружающей среды. Приводятся алгоритмы решения различных водноэнергетических задач и блок-схемы их реализации на ЭВМ. Изложение ведется с использованием системного анализа и методов математического программирования.
Для студентов гидроэнергетических и водохозяйственных специальностей вузов.
50-летию кафедры гидроэнергетики посвящается
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние 20—25 лет в гидроэнергетике произошли значительные изменения как по ее содержанию, так и особенно в области методов решения чрезвычайно усложнившихся задач проектирования и эксплуатации различных типов гидроэнергетических установок и их каскадов. Прежде всего это объясняется созданием в стране сложных энергетических и водохозяйственных систем, работающих, как правило, в условиях напряженного водного и топливно-энергетического балансов и как следствие этого повышением требований, предъявляемых к гидроэнергетике как отрасли энергетики, с одной стороны, и технической науке — с другой.
Гидроэнергетика все более стала приближаться к разряду математически строгих технических наук, где все меньшая часть отдается описательным разделам. Этому процессу способствовали указанные выше усложняющиеся требования практики и большие достижения в области использования вычислительной техники и вычислительной математики, позволяющие эффективно решать различные задачи оптимального комплексного использования водных ресурсов с помощью гидроэнергетических установок разного типа с водохранилищами.
Естественно, что рассматриваемые тенденции в гидроэнергетике были своевременно учтены при разработке учебных планов специальности «Гидроэлектроэнергетика», по которой готовятся специалисты широкого профиля, связанные с проектированием и эксплуатацией гидроэнергетических установок различного типа. С этим связано, в частности, выделение в учебном плане трех самостоятельных учебных дисциплин, ранее входивших в общий профилирующий курс «Гидроэнергетика»: «Теоретические основы гидроэнергетики», «Управление режимами и эксплуатация ГЭС» и «Проектирование ГЭС». Целесообразность и необходимость выделения указанных дисциплин в самостоятельные объясняется как высоким современным научным уровнем каждой из них, так и стремлением повысить уровень усвоения студентами специфических вопросов каждой из этих дисциплин. Методическая эффективность этого была подтверждена опытом реализации подобных учебных планов в Московском энергетическом институте и Новосибирском электротехническом институте в конце 70-х — начале 80-х годов.
Расширение круга и содержания дисциплин, входящих в квалификационную характеристику этой специальности, потребовало изменения и ее названия: до декабря 1979 г. «Гидроэнергетические установки», а сегодня — «Гидроэлектроэнергетика». Логическим завершением естественного процесса современного развития содержания и назначения энергетических специальностей, в том числе и рассматриваемой, явилось создание нового учебного плана и новых типовых программ по всем профилирующим дисциплинам, отвечающим современным требованиям науки и техники. В связи с этим была разработана и новая квалификационная характеристика специальности «Гидроэлектроэнергетика».
Содержание указанной характеристики, а также всех профилирующих дисциплин получило одобрение специалистов в процессе экспертного опроса, проведенного кафедрой гидроэнергетики /МЭИ в 1982—1983 гг. по заданию Минвуза СССР.
Существенная переработка учебных планов этой специальности потребовала создания и соответствующих учебников и учебных пособий, отвечающих современному уровню развития гидроэнергетики.
До настоящего времени в гидроэнергетике было принято в основном издание универсальных учебников, охватывающих несколько профилирующих курсов. Подобное построение учебников объяснялось действующими традициями и отражало уровень развития соответствующих дисциплин.
В отличие от предыдущих изданий в гидроэнергетике предлагаемый учебник по своему объему и содержанию соответствует новой программе, разработанной автором для курса «Теоретические основы гидроэнергетики» и утвержденной для специальности «Гидроэлектроэнергетика» в 1983 г.
Предметом учебника является технологический процесс получения, преобразования и использования гидравлической энергии разными типами гидроэнергетических установок (ГЭС. НС, ГАЭС, ПЭС и т. д.) с водохранилищами, работающими в составе энергетических и водохозяйственных систем. В учебнике рассматриваются различные формы гидроэнергии (энергия поверхностного стока, и прежде всего естественных водотоков; энергия приливов- отливов; энергия волн и морских течений и т. д.) и их особенности; методы расчета потенциала гидроэнергии. Проводится анализ энергетических особенностей технологического процесса преобразования энергии на различных типах ГЭУ; исследуются энергетические и режимные особенности ГЭУ, различающихся по виду регулирования стока, способу создания напора и назначению в народном хозяйстве. Все перечисленные вопросы являются основой проведения различных водноэнергетических расчетов ГЭУ для эксплуатации и проектирования. При этом в учебнике под водноэнергетическими расчетами понимаются любые расчеты для ГЭУ базирующиеся на использовании балансов напора, расхода, мощности и энергии.
Отличительной особенностью изложения материала в учебнике является системный подход к рассматриваемым вопросам. Особое внимание уделяется графическому пояснению теоретических положений, что способствует лучшему усвоению изучаемого материала. С той же целью приводятся и структурные схемы решения различных задач на ЭВМ, которые позволяют наиболее наглядно представить все взаимосвязи изучаемого процесса.
Предлагаемый учебник не ставит своей задачей дать практическое руководство к выполнению водноэнергетических расчетов. Основная его задача в методическом смысле — дать читателю ясное понимание физической сущности изучаемых вопросов, научить его корректно ставить различные задачи, правильно выбирать математический метод и алгоритм их решения применительно к конкретным условиям, а также научить правильно оценивать и анализировать получаемые результаты.
Материал учебника излагается в предположении, что его читатели знакомы с профилирующими дисциплинами, предшествующими курсу «Теоретические основы гидроэнергетики», в том числе: «Математические задачи гидроэнергетики», «Гидромеханика и гидравлические машины», «Гидротехнические сооружения», «Инженерная гидрология».
В свою очередь, курс «Теоретические основы гидроэнергетики» является необходимым для изучения двух других основных профилирующих курсов: «Управление режимами и эксплуатация ГЭС» и «Проектирование ГЭС». Основные положения этих курсов и других, входящих в учебный план специальности «Гидроэлектроэнергетика», изложены в учебниках, изданных в 1981 г.: «Гидроэнергетика» под ред. В. И. Обрезкова и «Гидроэнергетические установки» под род. Д. С. Щавелева. В указанных учебниках излагаются гидрологические основы гидроэнергетики, принципы и структуры управления режимами ГЭС, информационное и программное обеспечение водноэнергетических задач АСДУ ЕЭС СССР, технико-экономические основы проектирования ГЭС.
Таким образом, предлагаемый учебник будет служить существенным дополнением к уже изданным по энергетике, так как он посвящен вопросам, которые освещены пока еще недостаточно полно.
В предлагаемом учебнике получил свое отражение многолетний опыт подготовки инженеров-гидроэнергетиков в МЭИ. В нем отражены и те достижения, которые внесли в развитие гидроэнергетики как технической науки такие институты, как ВНИИЭ, Гидропроект, СЭИ, Энергосетьпроект, ЛПИ, МЭИ, НЭТИ и другие научно-исследовательские и учебные организации.
Поскольку книга имеет главным образом учебное назначение, то в ней, как обычно, отсутствуют ссылки на использованную литературу. Приведенный в конце учебника список литературы следует рассматривать как источники, где читатели могут найти более подробные сведения по изучаемым вопросам.
При подготовке и написании учебника автор опирался па помощь и поддержку всего коллектива кафедры гидроэнергетики МЭИ, возглавляемой чл.-кор. АН СССР П. С. Непорожним.
Неоценимая помощь оказана автору рецензентами — коллективом кафедры использования водной энергии ЛПИ имени М. И. Калинина под руководством доктора техн. наук проф. Ю. С. Васильева и доктором техн. наук проф. Е. В. Цветковым, а также редактором — канд. техн. наук Д. Н. Коробовой. Их замечания и предложения, способствовавшие улучшению содержания учебника, с благодарностью приняты и учтены автором.
Среди сотрудников кафедры гидроэнергетики МЭИ, принимавших участие в оформлении рукописи, особо следует отметить З. И. Маликову, В. А. Буштедт, А. А. Иванову и Н. Б. Боркову, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Автор
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Нижние индексы*
* В скобках даны примеры написания величин с индексами.
