11. Диспетчерское регулирование работой водохранилищных гидроузлов.

Диспетчерское регулирование представляет собой совокупность правил и положений по обеспечению гарантированной водоотдачи, сработки и наполнения водохранилища и работе в экстремальных условиях. При построении правил управления водохранилищными гидроузлами, исходят из основных положений теории управления. Считают, что – вектор неконтролируемых факторов на отрезке времени, тогда – представляет собой вектор управляющих воздействий .

Для условий пропуска половодья, целевая функция имеет вид:

При наличии ГЭС, в условиях избытка вод, управление водохранилищным гидроузлом должно обеспечить минимум холостых сбросов, которые возникают, когда попуск воды в НБ превышает пропускную способность гидросилового оборудования.

В основе диспетчерского регулирования лежит правило: в каждый интервал того или оного сезона года размер воотдачи назначается в соответствии с запасов воды в водохранилище. Наиболее распространенной формой диспетчерских правил – графическая зависимость построенная в координатах: время-объем (уровень). Эта зависимость представляет собой серию кривых, делящих емкость водохранилища на отдельные зоны:

• -гарантированной отдачи;

• -повышенный отдачи ;

• -пониженной отдачи;

• холостых сбросов.

Пользуясь диспетчерским графиком, можно на любой момент времени получить рекомендации по назначению водоотдачи из водохранилища.

Например, если на момент времени t_a объем воды в водохранилище равен W_a , то поскольку точка А находится в зоне пониженной водоотдачи, забор воды из водохранилища будет ниже гарантированного, ВХК будет работать в условиях дефицита водных ресурсов. При объеме воды в водохранилище W_в на момент времени t_в - гидроузел работает в зоне гарантированной отдачи.

Диспетчерский график составляется на стадии проектирования, индивидуально для каждого гидроузла. С появлением новых водопотребителей в составе ВХК – график пересматривается. Например, включение ГЭС в состав гидроузла значительно увеличивает зону повышенной отдачи и сократить зону холостых сбросов. Очертания зон устанавливают на основании водохозяйственных (водноэнергетических) расчетов.

2.1 Понятие о полном, техническом и экономическом потенциале рек.

Почти три четверти земной поверхности покрыты водой. Значительное количество воды, испаряясь с водных пространств, в виде осадков выпадает на поверхность земли на различной высоте над уровнем океанов, морей и озёр. Спускаясь с гор и возвышенностей в виде больших и малых водостоков, она обладает определённой энергией, которая может быть эффективно использована.

В естественном состоянии эта энергия расходуется на преодоление внешних и внутренних сил трения, взаимодействие потока с руслом, перемещение наносов, размывы русла и транспортирование частичек грунта.

Так как, эти процессы при прочих равных условиях на различных реках протекают по-разному, то практический интерес вызывает определение критерия оценки энергетических ресурсов реки.

Выделим участок реки, заключённый между створами 1 – 1 и 2 – 2. Пусть через поперечное сечение 1 – 1 за некоторое время Z протекает объём жидкости W.

Используя уравнение Бернулли, можно определить количество энергии содержащееся в этом объёме воды:

где Z₁ – отметка водной поверхности в створе 1 – 1;

Р₁ – среднее давление воды в створе 1 – 1;

γ – объемная масса воды;

g – ускорение свободного падения;

v – средняя скорость потока в створе 1 – 1.

Для этого же объема воды (W) запишем количество энергии, которым обладает поток в створе 2-2

Разность двух полученных величин представляет собой то количество энергии, которое расходует река между створами 1-1 и 2-2

ΔЭ = Э₁ – Э₂

Учитывая, что в естественных условиях разность кинетических энергий настолько незначительна, что ею можно пренебречь,

Z₁ – Z₂ = H и .

получим уравнение

ΔЭ = H∙W∙ γ

Имея значение энергии, перейдем к мощностям

Считая, что γ = 1000 кг/м³ , получим

N = 1000∙H∙Q, [кг∙м/с]

Перейдем к мощности, измеряемой в кВт, имея 1 кВт = 102 кг∙м/с, получим

N = 9,81∙O∙H, [кВт]

Уравнение получено из предположения, что количество воды в створах 1-1 и 2-2 одинаково, в действительности расход увеличивается к устью Q_2-2>Q_1-1, поэтому при оценке потенциальной мощности используют среднее значение расхода

С учетом этого получим окончательное уравнение для определения полного (теоретического) потенциала участка реки

N = 9,81∙Q∙H, [кВт]

Полный водно-энергетический потенциал характеризуется среднегодовой потенциальной мощностью, не учитывающей потерь. Подсчет полного потенциала ведется на основе водно-энергетических измерений. Определенные подобным образом ресурсы регистрируются в форме записей и графиков, называемых гидроэнергетическим кадастром. (См. рис.)

Для реальной и практической оценки водной энергии используют понятие технического потенциала, представляющего собой полный потенциал с учетом неизбежных потерь:

- в расходах воды – испарение с водной поверхности, фильтрация, утечки через различные уплотнения и т.д.;

- в напорах – гидравлические в водоворотах и кроме того, некоторые участки рек (верховые и устьевые) практически не могут быть использованы;

- электромеханические потери мощности в гидроэнергетическом оборудовании.

Суммарные потери при освоении гидроэнергетического потенциала составляют 36%.

Экономический потенциал представляет собой часть технического, которая по современным представлениям и экономическим оценкам может быть использована. Экономический потенциал величина переменная, зависящая от многих факторов (изученность территории, удаленность от линий энергосистемы, стоимость энергии и т.д.).

2.2. Водно-энергетический кадастр

Государственный водно-энергетический кадастр содержит систематизированные данные о количестве и качестве вод, а также об возможности их использовании в гидроэнергетике. Государственный водный кадастр основывается на данных государственного учета вод и их использования и мониторинга вод.

Составление ВЭК для отдельных территорий распадается на ряд мероприятий

1. картомерические работы, связанные с первичной обработкой картографич мат-лов, включающие в себя составление каталога рек, измерение их длин, площадей водосборов и т.д.

2. гидрологические работы, связанные со сбором и обработкой полученных данных по расходу стоку рек, включающие в себя также определение других гидрологических характеристик, необходимых для обоснованного подхода к исчислению расходов рек в неизученных створах и само исчисление этих расходов.

3. Собственно кадастровые подсчёты, связанные с последующей классификацией выявленных ресурсов по качественным и количественным признакам и обобщением полученных результатов исследований для всей рассматриваемой территории в целом.

Дополнительным элементом работ является оформление графических характеристик к кадастру, что существенно облегчает пользование кадастрируемыми данными

Потенциальная мощность рек Белоруссии определяется в размере 854 тыс. кВт, что равно мощности Днепрогэса. Наибольшую энергетическую ценность представляют собой реки Западная Двина и Неман. Незначительным потенциалом обладает бассейн р. Припять и белорусский участок р. Западный Буг.

В свое время широкое распространение получили гидроэлектростанции небольшой мощности на малых реках как один из наиболее доступных источников местного энергоснабжения.