(2.22)

Объёмы, соответствующие отметкам НПУ и УМО, находятся по кривой связи объёмов и уровней верхнего бьефа (рисунок 1.2).

(2.23)

(2.24)

Полезный объём водохранилища:

(2.25)

Для расчёта необходимо знать тип регулирования водохранилища, для этого рассчитывается коэффициент зарегулированности стока по формуле:

(2.26)

где - полезный объём водохранилища, формула (2.25);

- среднемноголетний сток в заданном створе, по формуле (1.1).

Принимаем годовой тип регулирования.

2.2 Выбор установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов

2.2.1 Перераспределение стока маловодного года

Имея расчётный гидрограф маловодного года, требования, водохозяйственного комплекса и потери воды из водохранилища, требуется определить среднемесячные мощности Усть-Нерской ГЭС.

Полезный бытовой расход определяем, как разность среднемесячного расходы маловодного года и потерь воды из водохранилища:

(2.27)

где - порядковый номер месяца;

- среднемесячный расход маловодного года (таблица 2.3);

- потери напора из водохранилища: потребление, испарение, фильтрация, льдообразование (таблица 2.1).

Напор на турбину определяется с учётом потерь, как разность отметки верхнего бьефа, которую принимаем равной НПУ гидроузла и отметки нижнего бьефа, определяемая по кривой связи.

Мощность, вырабатываемая станцией:

(2.28)

где - коэффициент мощности, формула (1.1);

- расчётный расход (полезный бытовой расход по формуле (2.27) или расход ВХК);

- напор, соответствующий расчётному расходу.

За месяц сработки принимаем первый месяц после половодья в котором полезный бытовой расход становится меньше требований водохозяйственного комплекса (сентябрь). Под регулирование попали 2 месяца. Все остальные месяцы работаем с мощностью равной мощности ВХК. Намеченные среднемесячные мощности работы станции представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Намеченные среднемесячные мощности работы станции в условиях маловодного года Мощность в мегаваттах

Сразу оговорим, что в результате водноэнергетического расчёта мощности месяцев, попавших под регулирования, получается несколько меньше. Это объясняется тем, что в данном расчёте делается допущение о постоянстве и равенству уровня верхнего бьефа нормальному подпорному уровню.

2.2.2 Водноэнергетические расчёте по условию маловодного года

Основной задачей водноэнергетического расчёта (далее - ВЭР) является по известным расчётным гидрографам маловодного и средневодного года, требованиям водохозяйственного комплекса, годовому графику среднемесячных мощностей определить: гарантированные мощности для каждого месяца, минимальный уровень сработки водохранилища (т.е. уровня мертвого объёма (далее - УМО)), среднемноголетнюю выработку. Так же на основе ВЭР производится определение вытесняющей рабочей мощности и. как следствие, установленной мощности проектируемой станции.

Расчёт начинаем с момента, когда водохранилище наполнено и, следовательно, уровень воды в нем равен и .

Расход через турбины ГЭС определяем по формуле:

(2.29)

где - по формуле (2.27);

- расход воды из водохранилища.

Величиной варьируем для достижения нужной мощности. Причём если вода берутся из водохранилища - имеет знак «минус».

Расход воды в НБ определяется суммой расхода воды через ГЭС и потерь воды из водохранилища на фильтрацию:

(2.30)

Расход в нижний бьеф не может быть меньше расхода, заданного ВХК.

Для определения изменения объёма водохранилища воспользуемся формулой:

(2.31)

где - число секунд в месяце равное 259200 с.

Отметка уровня воды в ВБ на конце месяца определяется исходя из известного объёма воды в водохранилище по кривой связи (рисунок 1.2).

Принимаем следующее допущение - расход в течении месяца постоянен и при переходе от месяца к месяцу изменяется мгновенно, следовательно, отметка НБ в течении месяца постоянна и так же изменяется мгновенно при переходе от месяца к месяцу. Отметка уровня воды в НБ определяется по кривым связи в НБ (таблица 2.1), исходя из известного расхода в НБ.

Напор на турбине рассчитываем по формуле:

(2.32)

где - среднее значение отметки ВБ;

- отметка НБ, соответствующая расходу в НБ;

- потери напора (из исходных данных).

Мощность станции определяем по формуле (2.28),

где - принимаем равным расходу воды через турбины ГЭС, найденному по формуле (2.22);

- напор на турбине, найденный по формуле (2.32).

Результаты сработки - наполнения водохранилища по условию маловодного года приведены в приложении Б, таблица Б.4.

Результатом сработки наполнения являются:

- гарантированная мощность

(2.33)

- уровень мёртвого объёма

(2.34)

- полезный объём водохранилища

(2.35)

- расчётный напор

(2.36)

- график сработки - наполнения водохранилища (рисунок 2.3).

Коэффициент зарегулированности стоки:

(2.37)

Рисунок 2.3 - График сработки - наполнения водохранилища

2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС

Усть-Нерской ГЭС будет использована для покрытия пиков нагрузки Якутской энергосистемы.

Так как требуется обеспечить санитарный попуск в нижний бьеф, станция будет работать в двух режимах: один агрегат - 24 часа в сутки и на покрытие пиков нагрузки энергосистемы.

Принимаем санитарный расход:

(2.38)

Рабочая мощность определяется построением прямоугольного треугольника на ИКН зимы, катетами которого являются: катет параллельной оси энергии - гарантированная мощность в пересчёте на энергию (за вычетом энергии, вырабатываемой при пропуске санитарного расхода), катет параллельной оси мощностей - рабочая мощность, с которой необходимо работать, заданное количество часов, чтобы получить заданную выработку электроэнергии. Такой же треугольник строится и для выработки по санитарному расходу. Рабочие мощности суммируются (приложение Г, рисунок Г1, Г2).

(2.39)

На Усть - Нерской ГЭС предусматриваем нагрузочный резерв , тогда установленная мощность проектируемой станции:

(2.40)

2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года

Производится по тем формулам, что и ВЭР по условию маловодного года. Приток в водохранилище соответствует гидрографу расчётного средневодного года (таблица 2.3)

? способ 1: работа ГЭС с мощностями, равными мощностям, принятым в маловодном году (приложение Б, таблица Б.5);

? способ 2: работа ГЭС по режиму уровня в расчетном маловодном году (приложение Б, таблица Б.6);

? способ 3: работа ГЭС по следующей схеме: а) среднеинтервальная мощность в первом месяце сработки водохранилища считается равной мощности ГЭС маловодного года; за счет большего, чем в маловодных условиях, притока воды, в конце этого месяца уровень воды в водохранилище будет выше, чем в маловодном году, и в водохранилище появится дополнительный запас воды; б) во втором месяце сработки среднемесячная мощность ГЭС принимается равной сумме мощности ГЭС в маловодном году (в этом же месяце) и мощности, которая может быть получена за счет, сработки запасенного в предыдущем месяце дополнительного (по сравнению с маловодным годом) объема воды; в) порядок расчета среднемесячной мощности в третьем месяце сработки аналогичен предыдущему; для последнего месяца сработки водохранилища принимается общее для всех вариантов условие достижения отметки УМО (приложение Б, таблица Б.7).

Наполнение водохранилища производится по следующим сценариям:

? способ 1: по уровням наполнения в маловодном году (приложение Б, таблица Б.8);

? способ 2: по мощностям в период наполнения в маловодном году (приложение Б, таблица Б.9).

Из всех способов выбираем варианты с наибольшей выработкой (таблица 2.5). Принимаем: сработку по способу 1, наполнение по способу 2.

Таблица 2.5 - Выработка электроэнергии по способам сработки - наполнения в средневодном году Выработка в млрд. кВт•ч

Среднемноголетняя выработка - .

2.3 Баланс мощности энергии

2.3.1 Баланс энергии Якутской энергосистемы

Зная среднемесячные мощности Усть-Нерской ГЭС, мощности генерации и потребления энергосистемы, строим баланс энергий Якутского РДУ.

2.3.2 Баланс мощности Якутской энергосистемы

Ремонт оборудования ГЭС осуществляется в те месяцы, когда оно не полностью используется в энергосистеме. При этом продолжительность ремонта агрегатов ГЭС принимается равной 15 дням, а частота приведения - раз в 4 года.

Ремонтная площадь проектируемой ГЭС:

(2.41)

где - установленная мощность Усть-Нерской ГЭС, формула (2.39).

На тепловых станциях Якутской энергосистемы предусмотрен нагрузочный резерв и аварийный резерв - .

Капитальный ремонт оборудования ТЭС можно планировать, исходя из расчёта останова каждого агрегата в ремонт в среднем 1 раз в 2 года.

(2.42)

Баланс мощностей Якутской энергосистемы в маловодном году приведём в таблице 2.6 и чертеже 2.

Таблица 2.6 - Баланс мощности Якутской энергосистемы в маловодном году Мощность в мегаваттах

3. Основное и вспомогательное оборудование

3.1 Выбор числа и типа агрегатов

3.1.1 Построение режимного поля

Режимное поле - область допустимых режимов работы, проектируемой ГЭС. Верхней границей режимного поля является напорная характеристика при работе ГЭС с водохранилищем, наполненным до отметки НПУ, нижнем - при работе ГЭС с водохранилищем, сработанным до отметки УМО. Построение этих характеристик выполняется по следующему уравнению (таблица 3.1):

(3.1)

где - отметка уровня воды в верхнем бьефе, для верхней границы;

, для линии расчётного напора , для нижней границы ;

- отметка уровня воды в НБ в зависимости от расхода в НБ;

- потери напора в водоподводящих сооружения.

Ограничением слева на режимном поле является минимальный расход воды, определяемый заданным ограничением по условиям санитарного попуска:

(3.2)

Уравнение линии ограничения по расчётной установленной мощности имеет следующий вид:

(3.3)

где - установленная мощность Усть-Нерская ГЭС;

- коэффициент мощности;

- напор на ГЭС выбирается произвольно.

Уравнение линии ограничения по пропускной способности ГЭС:

(3.4)

где - максимальный расход через ГЭС. Определяется в точке пересечения линии ограничения по расчётной установленной мощности с линией расчётного напора;

- расчётный по мощности напор. Определяется в точке пересечения линии ограничения по расчётной установленной мощности с линией расчётного напора.

Результаты расчёты режимного поля представлены в таблице 3.1 и на рисунке 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты расчёта режимного поля проектируемой станции

Рисунок 3.1 - Режимное поле Усть - Нерская ГЭС

Из построенного режимного поля определяем:

- максимальный напор. Определяется в точке пересечения напорной характеристики по НПУ и линии ограничения по минимальному расходу:

(3.5)

- максимальный расход. Определяется в точке пересечения линии ограничения по расчётной установленной мощности с линией расчётного напора:

(3.6)

- расчётный напор. Определяется в точке пересечения линии ограничения по расчётной установленной мощности с линией расчётного напора

(3.7)

- минимальный напор. Определяется в точке пересечения напорной характеристики при УМО и линии ограничения по пропускной способности ГЭС:

(3.8)

3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам

Гидротурбины выбираем, исходя из величины максимального напора на станции и отношения минимального напора у предельному напору турбины. При этом если это отношение выбранной турбины больше, значит, данный тип турбины не подходит.