1.5. Образец выполнения расчетного задания №1

1.5.1. Исходные данные

1. Рассматривается участок открытого водотока, который разбит на 10 створов (i=1,…, 10). Исходная информация по створам представлена в таблице 1.7

Таблица 1.7

Исходные данные по водотоку

Створ реки	i	Li	Qi-0	Zi-0max	Zimin
i	м	км	м3/с	м	м
1	202,0	30	4,55	217,1	204,0
2	194,0	40	6,55	208,1	194,0
3	181,0	50	7,05	193,1	181,0
4	174,0	65	10,05	184,1	174,0
5	170,0	70	10,55	180,1	172,0
6	157,0	80	14,05	167,1	159,0
7	141,5	95	14,55	151,6	143,5
8	125,0	115	24,05	135,1	127,0
9	111,0	135	48,05	121,1	113,0
10	100,0	180	53,05	110,1	102,0

2. На участке между створами 2-4 расположен заповедник, и не допускается нарушение естественного режима водотока.

3. Для участка водотока, приходящегося на заповедник, заданы следующие условия:

- скорость течения воды:

• участок 2-3 : V_расч^зап 0=3.5 м/с;

• участок 3-4 : V_расч^зап =2.5 м/с.

- минимальные глубины водотока по фарватеру:

• участок 2-3 : h_зап^min =1.0 м;

• участок 3-4 : h_зап^min =1.8 м.

4. Заданы основные технические параметры погружных свободно-поточных гидроагрегатов (см.табл.1.2); КПД =0,2.

5. Параметры унифицированного оборудования МГЭС для размещения на водотоке: русловые МГЭС; K_N=7,8; Н^min =2 м и H^max =8 м.

1.5.2. Выполнение расчетной части

1. Расчет водноэнергетического кадастра водотока

Расчет водноэнергетического кадастра водотока произведем по формулам (1.12)-(1.17) (см. табл.1.8, рис. 1.5-1.6).

Таблица 1.8

Расчет водноэнергетического кадастра водотока для варианта №0

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	-
2	194,0	40	6,55	10	8,0	5,55	436	436	43,6
3	181,0	50	7,05	10	13,0	6,80	867	1303	86,7
4	174,0	65	10,05	15	7,0	8,55	587	1890	39,1
5	170,0	70	10,55	5	4,0	10,30	404	2294	80,8
6	157,0	80	14,05	10	13,0	12,30	1569	3863	156,9
7	141,5	95	14,55	15	15,5	14,30	2174	6037	145,0
8	125,0	115	24,05	20	16,5	19,30	3124	9161	156,2
9	111,0	135	48,05	20	14,0	36,05	4951	14112	247,6
10	100,0	180	53,05	45	11,0	50,55	5455	19567	121,2

Вывод: Валовой потенциал водотока: N^вал =19,567 МВт < 30 МВт, следовательно водоток можно отнести к категории малая гидроэнергетика.

Э^вал= N^валT=19567 8760=81,81млн. кВтч в год.

Рис. 1.5. Изменение валовой мощности и удельной валовой мощности по длине водотока

Рис. 1.6. Изменение расхода и отметок естественного уровня по длине водотока

2. Определение технико-экологического потенциала водотока

Разбиение водотока на ступени начинается с конечного 10-го створа водотока (самая низкая отметка). Для этого из точки А (см.рис.1.7), соответствующей L =180 км (10-й створ), проводится вертикальная линия до пересечения с Z₁₀^max =110,1 м – точка В, и затем из точки В проводится горизонтальная линия влево до пересечения с линией Z^min(L), т.е. определяется точка С, соответствующая местоположению створа МГЭС2 (L =146,9 км) и определяются параметры МГЭС1 (см. рис.1.7 и табл.1.9).

Таким образом, для МГЭС1 в 10-ом створе определяется напор:

Н_ГЭС1= Z₁₀^max- Z₁₀^min.=8,5 м.

Проверяем на возможность использования заданного оборудования на данном водотоке по условия выполнения неравенства:

Н^min =2 м<Н_ГЭС1=8,5м < H^max=8 м.

Поскольку Н_ГЭС1> H^max, то снижаем напор МГЭС1 до значения H^max=8 м.

Расчет технико-экологических ресурсов ведем для условий маловодного года - расходы 95% обеспеченности Q_расч. Принимаем допущение, считая, что в маловодный год расходы будут определяться на базе расходов средневодного года Q_k по формуле (1.21).Результаты расчета сведены в таблицу 1.9 и представлены на рисунке 1.7.

Таблица 1.9

Расчет технико-экологического потенциала водотока при использовании каскадом МГЭС

Номер ГЭС	Lk	Qk	Qрасч k	НПУk	Zнб k	НГЭСk		NГЭСk		Э ГЭС k
-	км	м3/с	м3/с	м	м	м		кВт		млн кВт*ч
1	180,0	53,05	31,83	110,0	102,0	8,00		1986		17,40
2	147,1	49,39	29,63	118,0	110,0	8,00		1849		16,20
3	127,7	39,31	23,58	126,1	118,1	8,00		1472		12,89
4	116,2	25,51	15,30	134,1	126,1	8,00		955		8,37
5	106,3	19,90	11,94	142,2	134,2	8,00		745		6,53
6	96,5	15,27	9,16	150,2	142,2	8,00		572		5,01
7	88,4	14,33	8,60	158,3	150,3	8,00		537		4,70
8	80,6	14,07	8,44	166,3	158,3	8,00		527		4,61
9	74,3	12,06	7,23	174,4	166,4	8,00		451		3,95
10	40,0	6,55	3,93	203,0	195,0	8,00		245		2,15
Сумма							9339		81,81

Рис.1.7. Разбиение водотока каскадом МГЭС

На участке водотока 2-4 рассматривается размещение погружных свободнопоточных ГЭУ (варианты оборудования представлены в таблице 1.2).

Из данных таблицы 1.2 и п.3 исходных данных следует, что на участке водотока 2-3 невозможна реализация потенциала водотока с помощью бесплотинных ГЭС со свободнопоточными погруженными агрегатами.

На участке 3-4 возможна установка первого варианта указанных агрегатов из таблицы 1.2 с D₁₌ 0,5 м и N_a=0.304 кВт при V_p=2,5 м/с , для L_min=10,0 м. Длина участка 3-4 составляет 15 км. Это означает, что здесь технически возможно установление 1500 агрегатов с общей мощностью в 456 кВт. Результаты размещения погружных свободнопоточных ГЭУ на участке водотока 2-4 представлены в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Расчет технико-экологического потенциала водотока при условии его использования с помощью погружных свободнопочных агрегатов

Участок	Vр	l j, j-1	hрmin	Вар.		nагр		N		Э б/пл МГЭС
-	м/с	км	м	-		шт.		кВт		млн кВт*ч
2-3	3,5	10	1,0	0		0		0		0
3-4	2,5	15	1,8	1		1500		456		3,99
Сумма					1500		456		3,99

В таблице 1.11 представлены итоги ГЭП рассматриваемого водотока.

Таблица 1.11

Итоговая таблица результатов расчета

Категории потенциала	N	Э	N	Э
	кВт	106 кВт*ч в год	%	%
1. Валовой	19567	171,41	100,0	100,0
2. Технико-экологический			в % от валового
-плотинные МГЭС	9339	81,81	47,7	47,7
-бесплотинные МГЭС (свободнопочные)	456	3,99	2,3	2,3
МГЭС всего	9795	85,80	50,1	50,1

Вывод: как видно из таблицы 1.11 только 50,1 % от валовых ресурсов рассматриваемого водотока возможно использовать при соблюдении экологических требований и заданных параметров оборудования.