Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования 

«Южно-Уральский государственный университет

(национальный исследовательский университет)»

Политехнический институт

Энергетический факультет

Кафедра Электрические станции, сети и системы электроснабжения

Методические указания

для самостоятельной работы магистрантов по направлению

13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

по программе: «Комплексное использование возобновляемых источников энергии»

РАСЧЕТ малых гидроэлектростанций

Челябинск

2016

Методические указания предназначены для магистрантов очной и заочной форм обучения по направлению 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника», обучающихся по программе: «Комплексное использование возобновляемых источников энергии» в соответствии с программой курса

Составители

Пташкина-Гирина О.С. – канд. техн. наук, доцент

Волкова О.С. - ассистент

Рецензенты

Годлевская Е.В. – канд.пед.наук, доцент

АННОТАЦИЯ

Курсовой проект по проектированию малого водохранилища для комплексного использования водных ресурсов имеет целью научить студента основам проектирования малых водохранилищ. Именно на этой стадии определяются основные параметры водохранилища, режим его эксплуатации, степень воздействия водохранилища на окружающую природную среду.

Курсовой проект, развивая навыки самостоятельной работы, позволяет студентам углубить знания по гидроустановкам, ознакомиться с литературой по данной отрасли техники и подготовиться к выполнению дипломного проекта.

Курсовой проект выполняется на основании индивидуального задания, содержащего исходные данные, и состоит из расчётно–пояснительной записки и графической части.

В записке излагаются обоснование выбора и расчёты главных параметров основных сооружений и механизмов при комплексном использовании водных ресурсов.

Графическая часть проекта должна содержать чертежи основных сооружений. Вся работа выполняется в изложенных ниже последовательности и объёме.

Исходные данные

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:

1. Топографические и гидрологические характеристики района;

2. Данные гидрологических наблюдений за режимом реки: среднесуточные и среднемесячные расходы воды за средний гидрологический год в створе проектируемой плотины, среднегодовые расходы за многолетний период наблюдений в том же створе.

Общая часть пояснительной записки должна включать введение, в котором приводится физико-географическая, климатическая и экономическая характеристика района. Эти характеристики составляются на основе детального изучения исходных данных. В пояснительной записке должны быть освещены данные о бассейне реки, его лесистости, заболоченности, рельефе, грунтах, растительном покрове. Необходимо привести сведения о наличии промышленных и сельскохозяйственных объектов, населённых пунктов, дорог, мостов и других объектов, которые должны быть предохранены от разрушения и затопления.

1 Гидрологические расчёты

Гидрологическими расчётами определяются характеристики водотока, необходимые для выполнения водохозяйственных, водноэнергетических расчётов и для расчетов водопропускных сооружений ГЭС.

1. Определение среднемноголетнего расхода. Анализ многолетних колебаний годового стока

При производстве гидрологических расчетов возможны несколько случаев:

1. В предполагаемом створе строительства гидроузла имеется короткий ряд наблюдений за гидрометрическими величинами. В этом случае характеристики стока определяются косвенными методами, основанными, как правило, на общих закономерностях формирования стока в рассматриваемом регионе, т. е. находят реки - аналоги. Короткий ряд приводится к длинному по реке - аналогу с длинным рядом наблюдений, используя прямую регрессии в параллельные годы наблюдений (коэффициент корреляции r0.8)

2. Если в створе отсутствуют наблюдения, то стоковые характеристики определяются по картам изолиний годового модуля стока (М₀, л/скм²) и картам изолиний коэффициента вариации (C_v) помещенных в СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик». Коэффициент асимметрии (С_s) определяется методом подбора по рекам данного района.

3. В том случае, если имеется достаточно длинный ряд наблюдений за всеми характеристиками стока (40–60 лет), обработка их производится известными статистическими приемами, изложенными ниже.

По данным за многолетний период наблюдений строится кривая обеспеченности средних годовых расходов реки.

Для построения кривой обеспеченности необходимо:

Определить норму годового стока по формуле:

(1)

где Q_ср – средний расход за данный период наблюдений (норма стока); Q_i - средний годовой расход i – го члена ряда; п – число членов ряда.

1. Расположить средние годовые расходы воды в убывающем порядке.

2. Установить обеспеченность среднегодовых расходов р% по формуле Чегодаева Н. Н.:

(2)

где т – порядковый номер члена ряда (при расположении среднегодовых расходов в убывающем порядке); п – число членов ряда.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 1.

Таблица 1. Расчет параметров распределения среднегодового стока методом моментов

№ п/п	год	Средние годовые расходы воды (Qi ), м3/с	Средние годовые расходы воды (Qi,) в убывающем порядке, м3/с		Кi-1	(Кi-1)2	(Кi-1)3	Эмпирическая вероятность
1	2	3	4	5	6	7	8	9
n

3. Построить кривую обеспеченности, откладывая по оси ординат среднегодовые расходы воды Q_i (м³/с), а по оси абсцисс соответствующие им вероятность р%, как показано на рис. 1.

Условные обозначения: • – эмпирическая кривая; — – теоретическая кривая.

Рис.1. Кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды

Для построения теоретической кривой обеспеченности необходимо определить кроме нормы стока параметры этой кривой – коэффициенты вариации C_V и асимметрии C_s. Параметры распределения определяем методом моментов.

Коэффициент вариации (нормированное среднеквадратическое отклонение) характеризует степень отклонения членов ряда от среднего арифметического значения и вычисляется по формуле:

(3)

где K_i – модульный коэффициент i – го члена ряда, вычисляемый по формуле:

(4)

п – число членов ряда.

Коэффициент асимметрии выражает асимметричность ряда и определяется по формуле:

(5)

величина коэффициента асимметрии C_s может быть с достаточной точностью определена по формуле (5) только при наличии большого ряда наблюдений (превышающего 70 лет). При сравнительно небольшом ряде наблюдений (порядка 20 лет) расчётный коэффициент асимметрии находится путем подбора. Чаще всего принимается равным:

С_s = 2C_V (6)

где C_V – величина коэффициента вариации, вычисляемая по зависимости (3).

Для оценки репрезентативности выбранного ряда наблюдений необходимо рассчитать ошибки определения каждого параметра распределения:

(допустимая ошибка ); (7)

(допустимая ошибка ). (8)

По вычисленным трем параметрам подбирается теоретическая кривая распределения, которая сглаживает эмпирическую и позволяет ее экстраполировать в низкие и высокие вероятности.

В гидрологических расчета наиболее применима кривая распределения Пирсона III типа и трехпараметрическое гамма – распределение. Нормированные координаты этих распределений можно найти в справочной литературе (приложение 1).

По теоретической кривой обеспеченности находятся среднегодовые расходы трех характерных лет: 25, 50 и 75 % обеспеченности.