1.2. Принятые допущения

1. Расчет технико-экологического потенциала незамерзающего зимой водотока производится для гидрологических условий, соответствующих обеспеченности равной 50%.

2. Расходы водотока в каждом створе принимаются постоянными в течение года, равные среднегодовому.

3. Рассматриваются только МГЭС по "водотоку", которые не изменяют естественный гидрологический режим водотока.

4. Число часов использования установленной мощности T (ч) принято: для МГЭС "по водотоку" 6000 часов; для погружных свободнопоточных агрегатов 8760 ч.

1.3. Состав задания

1. Рассчитать водноэнергетический кадастр водотока и представить его графически:  (L), Q(L), N(L), i^N(L). Определить валовой (теоретический потенциал) водотока и классифицировать водоток по его энергетическим возможностям.

2. Определить значение технико-экологического потенциала водотока при условии его использования сомкнутым каскадом русловых МГЭС и погружными свободнопоточными агрегатами.

1.4. Методические рекомендации по выполнению расчетного задания №1

1.4.1. Рассчитать водноэнергетический кадастр водотока и представить его графически: (L), Q(L), N(L), i^N(L). Определить валовой (теоретический потенциал) водотока и классифицировать водоток по его энергетическим возможностям

_{Методика расчета валового потенциала участка водотока базируется на уравнении Бернулли, согласно которому полная энергия Э потока жидкости объемом W (м3) в створах 1-1 и 2-2 (см.рис.1.1) будет равна:}

, (1.4)

, (1.5)

где z (м) - удельная потенциальная энергия положения, измеряемая высотой расположения центра тяжести живого сечения водотока над некоторой заданной или принятой плоскостью сравнения; P/g (м) - удельная потенциальная энергия давления в точке центра тяжести живого сечения водотока при избыточном давлении в этой точке;  (кг/м³) - плотность жидкости; g (м/с²) - ускорение свободного падения. Для водотоков с открытой водной поверхностью величина P/g измеряется глубиной погружения данной точки в м под свободную поверхностью воды; V²/2g - удельная кинетическая энергия жидкости при  - коэффициенте Кориолиса, учитывающем неравномерность распределения скоростей стока по высоте живого сечения; V — средняя скорость потока в данном живом сечении; v — фактическая скорость потока жидкости в данной точке живого сечения (см. рис.1.1).

_{Рис. 1.1. Расчетная схема водотока}

Потенциальная валовая энергия водотока, теряемая на участке L_1-2, будет равна разности Э₁ и Э₂, т.е.

. (1.6)

Учитывая близость створов 1-1 и 2-2 можно записать:

, (1.7)

где Н_1-2 = ₁-₂ - удельная потенциальная энергия потока жидкости, называемая напором и численно равная падению уровней свободной поверхности водотока на участке L_1-2 , а ₁и ₂ - отметки уровней свободной поверхности водотока.

Разделив Э_1-2 на Т в секундах, получим среднюю мощность участка 1-2 водотока N_1-2 (кг/м или Вт):

(1.8)

или, учитывая, что 1 кГсм/с = 9,80665 Вт, а  = 1000 кгс/м получаем с округлением N_1-2 в кВт при Q_1-2, м³/с и Н_{1-2 ,} м

. (1.9)

Для определения Э_1-2 в кВтч следует умножить N_1-2 на время T в часах, т.е.

, (1.10)

где W в м³, Н_1-2 в м, а Т₁ = Т (с)/3600.

Величина валовой потенциальной энергии участка водотока Э_1-2^вал при его средней мощности N_1-2^вал будет равна

. (1.11)

Расчет водноэнергетического кадастра водотока производится методом "линейного учета". Для этого водоток делится на k участков (в данном расчетном задании на 10 створов), в пределах которых принимается, что изменение расхода реки Q_р по длине водотока происходит по линейному закону.

В качестве исходной информации обычно для i -го участка считаются заданными:

- расходы 50% обеспеченности, соответствующие условиям средневодного года, для начального (Q_i) и конечного (Q_i+1) для i -го участка;

- отметки сухого дна начального(_i) и конечного (_i+1) створа для i -го участка.

На основании этих данных рассчитывается валовой потенциал водотока N_вал и основные составляющие водноэнергетического кадастра водотока:

-  (L)- изменение отметки дна по длине;

- Q(L) - изменение расхода по длине водотока;

- N^вал(L)- изменение валовой мощности по длине водотока;

-i^N (L) – изменение удельной валовой мощности по длине водотока.

Линейный характер изменения расхода по длине i -го участка означает, что на каждом участке осуществляется расчет расхода в центре участка Q_i-i+1:

. (1.12)

_{Длина расчетного участка водотока li,i-1 определяется по формуле:}

_{li-i+1 =Li+1- Li, (1.13)}

где L_i - расстояние от начала реки до i- ого створа.

_{Перепад уровней на участке водотока H i,i-1 определяется по формуле:}

_{H i-i+1=i -i+1, (1.14)}

где _i- отметка естественного уровня водотока в i-ом створе.

Валовая потенциальная мощность i-ого участка водотока определяется по формуле:

. (1.15)

Удельная валовая мощность i-ого участка водотока определяется по формуле:

_. (1.16)

Валовая потенциальная мощность всего водотока N^вал будет определяться, как сумма потенциальных значений мощности всех участков водотока:

, (1.17)

где k – количество участков.

К категории малая гидроэнергетика следует относить все водотоки валовая потенциальная мощность, которых не превышает 25 МВт.

Результаты расчета водноэнергетического кадастра водотока представляются в табличном и графическом виде (см. табл. 1.3, рис. 1.2- 1.3).

Таблица 1.3

i	 i	Li	Qi	l i-i+1	Н i-i+1	Q i-i+1	N i-i+1	Ni	iN i-i+1
-	М	км	м3/с	км	м	м3/с	кВт	кВт	кВт/км
1	202,0	30	4,55	-	-	-	-	0	-
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
10	100,0	180	53,05	45	11,0	50,55	5455	19567	121,2

Рис. 1.2. Изменение валовой мощности и удельной валовой мощности по длине водотока

Рис.1.3. Изменение расхода и отметок естественного уровня по длине водотока