Розробка гідроелектростанцій на малих ріках

При розрахунку норми стоку при різній забезпеченості, отримані витрати з табл. А.1 при забезпеченості 1%, 80% та 95% помножено на долі норми витрат з табл. 2.2. Отримані значення представлено в табл. А.2. Для розрахункового року: Q_{p max} = 58,4 м³/с; Q_{p min} = 1,2 м³/с.

На рис. А.1 наведено гідрограф басейнів рік нижнього Дніпра та Пів. Буга. Водозбір розташовано в районі, для якого строки і тривалість сезонів наступні: весна з березня по травень (3 місяці), літо-осінь з червня по листопад (6 місяців) і зима з грудня по лютий (3 місяці). Нелімітуючий період встановлюється з березня по квітень, лімітуючий період - з травня по лютий, лімітуючий сезон - з червня по липень.

2.3 Визначення об'єму водосховища

Для визначення об'єму водосховища спочатку будують сімейство кривих площі дзеркала водосховища для кожної його горизонталі, починаючи з внутрішньої. Результати замірів і розрахунків наносять на карту в горизонтальних і вертикальних площинах.

Об'єм води між двома сусідніми горизонталями буде становити:

, м³,

де F₁ та F₂ - площі дзеркал сусідніх горизонталей;

h - вертикальна відстань між горизонталями.

Загальний об'єм буде складати:

де W_i - об'єм між двома сусідніми горизонталями.

Визначення найвигіднішого рівня спрацювання водосховища є завданням водогосподарських і енергоекономічних розрахунків. Отримані дані вносимо в табл. 2.3.

Таблиця 2.3 Характеристики водосховища

Напір, м	Довжина в-ща, км	Ширина, м	Площа, м2	Об'єм, млн. м3	Загальний об'єм, млн. м3
0	0	15,0	0,0	0,00	0,00
1	2	20,5	40989,9	0,01	0,01
2	4	26,0	103959,6	0,07	0,08
3	6	31,5	188909,2	0,14	0,23
4	8	37,0	295838,6	0,24	0,47
5	10	42,5	424747,7	0,36	0,83
6	12	48,0	575636,7	0,50	1,33
7	14	53,5	748505,6	0,66	1,99
8	16	59,0	943354,2	0,84	2,83

Продовження таблиці 2.3

9	18	64,5	1160182,7	1,05	3,88
10	20	69,9	1398991,0	1,28	5,16
11	22	75,4	1659779,1	1,53	6,68
12	24	80,9	1942547,0	1,80	8,48
13	26	86,4	2247294,7	2,09	10,58
14	28	91,9	2574022,3	2,41	12,99
15	30	97,4	2922729,7	2,75	15,73
16	32	102,9	3293416,9	3,11	18,84

Повний об'єм водосховища визначається при нормальному підпірному рівні (НПР) - найвищому рівні, що підтримується у нормальних умовах експлуатації, і дорівнює 15,73 млн. м³ . У надзвичайних умовах при пропуску розрахункових витрат повноводдя в деяких водосховищах допускається короткочасне підвищення рівня вище НПР. Цей рівень називається форсованим (ФР), а додатковий об'єм води між НПР і ФР - резервним об'ємом (3,11 млн. м³ ).

Для регулювання стоку використовується частина повного об'єму водосховища між НПР і рівнем спрацювання (РС) - підпірним рівнем, що утворюється при спорожнюванні водосховища у встановлених для регулювання межах. Цей об'єм V називається корисним, а частина повного об'єму, що не використовується при регулюванні, - мертвим об'ємом млн. м³. Ця частина загального об'єму не використовується для виробітку енергії і служить як для забезпечення водопостачання споживача, так і для нормального функціонування водосховища (відкладення наносів, утворення льоду та ін.). За даними табл. 2.3 будуємо залежність напору від об'єму водосховища (рис.2.2).

Рис. 2.2. Залежність напору від об'єму водосховища

2.4 Розрахунок регулювання стоку

При розгляді регулювання стоку будемо користуватися деякими спеціальними термінами і позначеннями:

витрата притоку , або приток, - це побутова (природна) витрата води в річці, що надходить у водосховище;

зарегульована витрата , або витрата споживання, віддача, - витрата, що поступає в процесі регулювання з водосховища в нижній б'єф гідровузла;

попуск - процес зливу води з водосховища, скидання - частина попуску, що проводиться не через турбіни ГЕС, а через водоскидні споруди.

Розрахунок регулювання стоку зводиться до складання балансу об'ємів води:

- води притоку, що надходить з природною (побутовою) витратою Q;

- води, що витікає з водосховища з витратою споживання (зарегульованою витратою) Q_p;

- води, що знаходиться у водосховищі наявним об'ємом .

При цьому витрата Q_p встановлюється, виходячи з потреб водокористувачів і водоспоживачів, але здатність задовольнити їх потреби обмежується значеннями і корисного об'єму водосховища V.

Таблично-цифровий спосіб. Розрахунковий період розбивають на низку досить малих, однакових інтервалів часу ?t і для кожного визначають значення необхідних витрат, об'ємів і т. ін., послідовно заповнюючи табл. Б.1. Цей спосіб є основним при виконанні розрахунків на ЕОМ і дозволяє на основі заздалегідь розробленої програми визначити варіанти регулювання, відкинути неприйнятні і вибрати оптимальний варіант.

Розрахунковий напір:

2.5 Підбір гідротурбін при проектуванні ГЕС

Розрахунок встановленої потужності визначається за формулою:

Потужність однієї турбіни (одинична потужність):

де - ККД гідрогенератора, що приблизно дорівнює 0,95--0,98.



Підбір турбін згідно табличних даних номенклатури. Основними параметрами кожного типу турбін, що не залежать від її розмірів, є приведені величини та . Якщо є ці значення, можна підібрати турбіну, користуючись формулами приведення.

Спочатку визначають діаметр робочого колеса, м

,

Приймаю стандартне значення діаметру осьової турбіни D₁=0,6м.

Розрахунок частоти обертання турбіни:

,

де - розрахункова приведена частота обертання, .

.

Приймаємо стандартне значення 750 об/хв , 8 полюсів.

Підбір гідротурбін з використанням головної універсальної, характеристики дозволяє розглянути роботу турбіни у всьому заданому діапазоні напорів та уточнити знайдені значення і п. Для цього на головну універсальну характеристику необхідно нанести координати трьох режимних точок, що відповідають . При цьому слід враховувати особливості роботи турбіни з напорами, що відрізняються від . При турбіна розвиває, так само як і при , номінальну потужність , при цьому потужність турбіни обмежена потужністю генератора . Лопаті направляючого апарату відкриті не повністю. При зберігається повне відкриття направляючого апарату таке саме, як і при , але потужність зменшується через нестачу напору. Координати режимних точок визначаються за формулами приведення:

;

Координату за формулами визначити не можна, оскільки ще невідома знижена потужність. Вона визначається графічно на перетині ізолінії а₀, що йде від розрахункової точки Р з ординатою .

Отримані координатні точки зображуємо на (рис. В.1), та режимні точки Н_(мін.), Р_{(розрах.)}, М_(макс.) поєднують прямими лініями, виділяючи режимну зону. За ГУХ турбіни .

На головних універсальних характеристиках нанесені ізолінії ККД моделі , приведені значення та випробувального напору Н_м для моделі. В більшості випадків Н_м= 4 м; . Це дозволяє обчислити ККД турбіни :

при Н < 150 м

2.6 Кавітація і допустима висота відсмоктування

Знижений тиск під лопатями робочого колеса може сприяти виникненню небезпечного для турбіни явища -- кавітації.

Допустиме, за умови безкавітаційної роботи, значення висоти встановлення робочого колеса над рівнем нижнього б'єфа:

,

де - коефіцієнт кавітації.

Вибір позначки осі робочого колеса у всіх випадках відбувається за формулою:

Результати розрахунків заносяться в табл 2.4:



Таблиця 2.4 Розрахунок висоти відсмоктування

	H, м	у	у +15%	Hs доп	?РК
Hmax	15	0,8	0,92	-3,80	96,20
HР	8,23	1,5	1,73	-4,19	95,81
Hmin	5	1,35	1,55	2,24	102,24

З отриманих значень обираємо найменший, тобто -4,19 м, що визначає висоту встановлення обраної турбіни нижче рівня нижнього б'єфу.

Гідрогенератор. Повна потужність генератора S пропорційна добутку струму та напруги і вимірюється в кіловольт-амперах (кВА):

.

При визначенні встановленої потужності ГЕС, як суми потужностей всіх гідроагрегатів, користуються поняттям дійсної або активної потужності генератора

,

де -- кут між векторами струму і напруги;

cos -- коефіцієнт потужності, що дорівнює 0,8--0,85.

В процесі перетворення енергії в генераторі відбуваються втрати, тому між потужністю турбіни N_T і потужністю генератора N_Г існує співвідношення

,

де -- ККД генератора (0,95--0,98).

Енергію, що виробляє МГЕС визначаємо з урахуванням зміни напору на протязі року. Отриманні значення розрахунків зводимо в табл. В.1.

Після підсумування значень енергії за кожен місяць, отримуємо значення за рік - 2,36 ГВт·год/рік.

2.7 Висновки

Знайдені гідрологічні параметри водотоку, а саме:

- середні багаторічні витрати - 7,5 м³/с;

- об'єм стоку - 2,36·10⁸ м³;

- мінімальний та максимальний витрати стоку - 1,3 м³/с та 20,4 м³/с.

Побудований внутрішньорічний гідрограф рік нижнього Дніпра та Південного Буга в якому встановлено нелімітуючий період з березня по квітень, лімітуючий період - з травня по лютий, лімітуючий сезон - з червня по липень. Визначені параметри водосховища:

- підпірний напір - 5 метрів;

- максимальний напір - 15 метрів;

- загальній об'єм водосховища - 18,84 млн. м³.

- робочий об'єм водосховища - 15,73 млн. м³.

Обрано турбіну типу ПЛ15/984-ГК-46, з розрахованим діаметром робочого колеса турбіни 0,6 м, частотою обертів 750 об/хв., та висотою установки турбіни -4,19 м. За головною універсальною характеристикою турбіни, було знайдено режимний діапазон, в якому визначений середній ККД турбіни - 98%.

Розраховано генератор для гідротурбіни з частотою обертів 750 об/хв., з 8 парами полюсів та сумарною потужністю 177,02 кВт.

Розраховано річна вироблена енергія, яка становила 2,36 ГВт·год/рік.

ВИСНОВКИ

За умовами економічної нестабільності в Україні, зниження запасів джерел для вироблення електроенергії, збільшення енергоспоживання населенням та промисловістю реальним виходом із ситуації може стати відновлення старих та споруда нових МГЕС, оптимізація з можливістю роботи при низьких напорах та малих витратах.

Різноманіття природних умов призводить до того, що напори та витрати на ГЕС змінюються в широкому діапазоні, тому конструкцію та компонування вузлів ГЕС проводять індивідуально для кожного місцерозташування.

В курсовій роботі проведено розрахунок малої ГЕС для умов роботи при низьких напорах та малих витратах.

Знайдені гідрологічні параметри водотоку, а саме:

- середні багаторічні витрати - 7,5 м³/с;

- об'єм стоку - 2,36·10⁸ м³;

- мінімальний та максимальний витрати стоку - 1,3 м³/с та 20,4 м³/с.

Побудований внутрішньорічний гідрограф рік нижнього Дніпра та Південного Буга в якому встановлено нелімітуючий період з березня по квітень, лімітуючий період - з травня по лютий, лімітуючий сезон - з червня по липень.

Визначені параметри водосховища:

- підпірний напір - 5 метрів;

- максимальний напір - 15 метрів;

- загальній об'єм водосховища - 18,84 млн. м³;

- робочий об'єм водосховища - 15,73 млн. м³.

Обрано турбіну типу ПЛ15/984-ГК-46, з розрахованим діаметром робочого колеса турбіни 0,6 м, частотою обертів 750 об/хв., та висотою установки турбіни -4,19 м. За головною універсальною характеристикою турбіни, було знайдено режимний діапазон, в якому визначений середній ККД турбіни - 98%.

Розраховано генератор для гідротурбіни з частотою обертів 750 об/хв., з 8 парами полюсів та сумарною потужністю 177,02 кВт. Розраховано річна вироблена енергія, яка становила 2,36 ГВт·год/рік.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Левчинський Д. Л. Особенности проектирования и строительства малых гидроэлектростанций в Украине / Д. Л. Левчинський, В. И. Торкатюк, А. А. Безценный. - 2010. - №95. - С. 15.

2. Барков Константин Владимирович. Анализ и методика оценки параметров малых ГЭС : Дис. ... канд. техн. наук : 05.14.08 СПб., 2005 174 с. РГБ ОД, 61:05-5/3170

3. Справочник по гидротурбинам: Справочник/В.Б. Андреев, С74 Г.А. Броновский, И.С. Веремеенко и др.; Под общ. ред. Н.Н. Ковалева. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 496 с., ил.

4. Ільїних І.І. Гідроелектростанції / І.І. Ільїних М.: Енергоатоміздат, 1988. - 248с.

5. Гребля [Електронний ресурс] // Вікіпедія. - 2017. - Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/Гребля.

6. Плотины [Електронний ресурс] - Режим доступу до ресурсу: http://www.cawater-info.net/bk/1-1-1-1-1.htm.

7. Плачкова С. Г. Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики [Електронний ресурс] / С. Г. Плачкова, І. В. Плачков. - 2012. - Режим доступу до ресурсу: http://energetika.in.ua/ua/books/book-3/part-2.

8. Справочник конструктора гидротурбин / [Л.Я. Бронштейн и др.]; под ред. Н.Н. Ковалева. - Л.: Машиностроение, 1971. - 304с.

9. Кривченко Г.И. Гидравличекие машины: Турбины и насосы. Учебник для вузов / Г.И. Кривченко. - М.: Энергия, 1978. - 320с.

10. Методичні рекомендації до виконання курсової роботи з дисципліни „Нетрадиційна енергетика та акумулювання». Укладачі: О.В. Андронова, Н.B. Яценко - 64с.



Додаток А

Розподіл стоку

Таблиця А.1 Ординати аналітичної кривої забезпеченості річних витрат

P, %	0,1	1	3	5	10	20	25	30	40	50	60	70	75	80	90	95	97	99	99,9
Ф	4,24	2,89	2,18	1,84	1,34	0,78	0,58	0,41	0,12	-0,13	-0,37	-0,60	-0,73	-0,86	-1,17	-1,38	-1,52	-1,74	-2,02
Ф·Сv	1,73	1,18	0,89	0,75	0,55	0,32	0,24	0,17	0,05	-0,05	-0,15	-0,24	-0,30	-0,35	-0,48	-0,56	-0,62	-0,71	-0,82
Kp	2,73	2,18	1,89	1,75	1,55	1,32	1,24	1,17	1,05	0,95	0,85	0,76	0,70	0,65	0,52	0,44	0,38	0,29	0,17
Qp, м3/с	20,40	16,30	14,20	13,10	11,60	9,88	9,27	8,75	7,87	7,10	6,37	5,67	5,27	4,87	3,93	3,29	2,86	2,19	1,33

Таблиця А.2 Внутрішньорічний розподіл стоку басейнів рік нижнього Дніпра та Південного Буга

Місяці та декади
Характеристика року	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	ІХ	Х	ХІ	ХІІ
			1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
	0,4	0,5	0,7	4,0	12,0	4,0	1,1	1,0	0,8	0,8	0,8	0,6	0,6	0,6	0,5	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4
Qр (Р=1%), м3/с	5,7	8,2	11,4	65,2	195,6	65,2	17,9	16,3	13,0	13,0	13,0	9,8	9,8	9,8	8,2	4,9	4,1	4,9	6,5	6,5
Qр (Р=80%),м3/с	1,7	2,4	3,4	19,5	58,4	19,5	5,4	4,9	3,9	3,9	3,9	2,9	2,9	2,9	2,4	1,5	1,2	1,5	1,9	1,9
Qр (Р=95%),м3/с	1,2	1,6	2,3	13,2	39,5	13,2	3,6	3,3	2,6	2,6	2,6	2,0	2,0	2,0	1,6	1,0	0,8	1,0	1,3	1,3



Рис. А.1. Гідрограф басейнів рік нижнього Дніпра та Південного Буга для багатоводного, розрахункового та маловодного року.



Додаток Б

Водосховище

Таблиця Б.1 Регулювання стоку

№	Найменування	Одиниця	Дати інтервалів
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Інтервал часу	Місяць	III	IV	V	VI	VII	VIII	ІХ	Х	ХІ	ХІІ	I	II
	Інтервал часу	Дні	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31	31	28
2	Витрата притоку, Q	м3/с	27,1	9,9	3,9	2,9	2,4	1,5	1,2	1,5	1,9	1,9	1,7	2,4
	Скидання	м3/с	17,9	8,6	1,4	0,4
3	Витрата споживання, Qp	м3/с	2,5
4	Витрата наповнення (+) або спустошення (-) водосховища	м3/с	6,7	-1,2	0,0	0,0	-0,1	-1,1	-1,3	-1,1	-0,6	-0,6	-0,8	-0,1
5	Зміна об'єму води у водосховищі	млн. м3	17,9	-3,2	-0,1	0,0	-0,2	-2,8	-3,4	-2,8	-1,5	-1,5	-2,2	-0,2
6	Об'єм води у водосховищі, V	млн. м3	18,7	15,6	15,5	15,5	15,3	12,5	9,1	6,3	4,8	3,2	1,1	0,9
7	Напір Н за кривою Н=f(V)	м	16,0	14,9	14,9	14,9	14,8	13,6	12,2	10,8	9,6	8,4	5,2	5,0



Додаток В

Турбіна

Рис. В.1. Головна універсальна характеристика турбіни ПЛ15/984-ГК-46

Таблиця В.1 Вироблення енергії ГЕС

Місяць	III	IV	V	VI	VII	VIII	ІХ	Х	ХІ	ХІІ	I	II
Енергія, МВт·год	273,78	246,73	254,96	246,73	253,25	232,71	202,02	184,80	158,97	143,73	88,98	77,28

Размещено на Allbest.ru

...