Қазақстан республикасы білім және ғылым

министрлігі

Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ

ЗЕРТТЕУ УНИВЕРСИТЕТІ

Т.Басенов атындағы "Сәулет және құрылыс" институты

"Инженерлік жүйелер және желілер" кафедрасы

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: " Шағын ГЭС-тің сушаруашылық есебі және оның негізгі құрылымдарын таңдау"

5В080500 "Су ресурстары және оны пайдалану»

Орындаған: Акпаров Б.Е.

Ғылыми жетекші,

т.ғ.д.,профессор

__________Ж.Қ.Қасымбеков

«____» __________ 2017ж.

Бақылаушы,ассистент

__________ Д.Абайұлы

«_____» ________2017ж.

Алматы 2017

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ_________________________________________

1 ГЭС сұлбасы мен жұмыс жағдайы_________________

2 Су шаруашылығы есебі мен ГЭС-тің энергетикалық

параметрлерін анықтау ___________________________

2.1 Өзеннің сумен қамту мүмкіншілігіне байланысты

су өтімін және тегеурінін анықтау__________________

2.2 Гидроэлектростанцияның қуатын анықтау_________

2.3 Реттегіш призма көлемі және бассейн тереңдігінің

өзгеруі__________________________________________

3 Турбиналық құрылымдарды таңдау_____________

3.1. Қажетті параметрлерді есептеу және турбинаны

таңдау__________________________________________

3.2 Таңдап алынған турбинаның сипаттамалары____

3.3 Турбинадан кейін орналасқан сору биіктігін

анықтау ______________________________________

3.4 Генераторды таңдау_______________________ 4 Агрегат пен ГЭС-тің жұмыстық сипаттамасы___ 5 Автоматты жылдамдық реттегішті таңдау_____ 6 Шағын ГЭС-тің негізгі бөліктерін жақсарту_____

(тапсырма бойынша) ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ_________ ҚОСЫМША______________________________________

КІРІСПЕ

Курстық жұмыстың мақсаты су электр станцияларды жобалауды үйреніп, олардың жұмыс істеу принциптерімен терең танысу және болашақта қалыптасқан теориялық білім негізінде, практикалық түрде шағын ГЭС-терді құрастыру. Қазіргі уақытта судан қуат алу баламалы энергияның бірден бір көзі болып табылады өзектілігіне оның қайта қалыпқа келетін ресурс болуында, өзін өзін реттеуінде және көп шығын қажет етпеуінде, соның негізінде су болашақ энергиясы ретінде қарастырылуда.

Қазақстанда Бұқтырма СЭС-і, Қапшағай СЭС-і, Шардара СЭС-і, т.б. бар. Су энергетикасының энергия көздері сарқылмайтын (турбина арқылы өтетін су ағынының орны өзенге немесе көлге құятын өзен және бұлақ суымен толтырылады) болуы мүмкін.

Су электр станциясы дегеніміз - су ағысының механикалық қуатын электр қуатына айналдыруға арналған гидротехникалық ғимараттар. СЭС – жылу электр станцияларына қарағанда жылдам реттелетін, икемді энергетикалық қондырғы. Олардың жиілікті реттеуде, қосымша жүктемелерді атқаруда және энергетикалық жүйенің апаттық қорын қамтамасыз етуде тиімділігі жоғары. Қуаттылығына қарай үшке бөлінеді: жоғары, орташа және шағын ГЭСтер. Шағын ГЭС-тің басты артықшылығы – электр энергиясының өзіндік құнының арзан болуы. Құрылғы қысқа мерзімде жеткізіледі, оны орнату мен іске қосудағы жер дайындау жұмыстары да жеңіл. Құрылғыны жеткізген соң турбинаға су қосу арқылы электр энергиясын өндіруді бір айдың ішінде жүзеге асыруға болады. Шағын құрылғы ГЭС-ті басқару мен қадағалауға арналған құрал-жабдығы бар. Турбина тоқтап қалса, кешен құрамындағы аккумуляторлы батарея басқаруға арналған электр энергиясын береді, сондай-ақ спутниктік байланыс арқылы бақылау орталығына мәлімет жеткізе алады. Желіге қосылмаған жағдайда дизельді генератор жүйені қайта қосуға қажетті электр энергиясын бере алады. Ал қашықтан басқару арқылы құрылғы адамның көмегінсіз-ақ қызмет атқара береді. Оның қожайыны бақылау жүйесі арқылы үйдегі компьютері, планшет, тіпті мобильді телефон арқылы басқара береді. Сондай-ақ өндірілген электр энергиясының көлемі туралы мәліметті біле алады.

Шағын ГЭС-тің кемшілігі ГЭС құрылысына арналған орындардың біразі қазірдің өзінде қолданылып жатуы; өзенде салуға болатын бөгеттер мен су қоймаларының санының шектеулі болуы; өзендегі электростанциядан алынатын энергияның төменгі ағыста қолдынылмауы болып табылады. Соған қарамастан, біздің еліміздің гидроэнергетикалық потенциалы жоғары. Қазақстанның оңтүстігі мен шығысында шағын ГЭС орнату арқылы 30млрд.кВт сағат алуға болады. 2020 жылға қарай Қазақстан қайта қалпына келтірілетін энергия көздері бойынша 106 жобаны жүзеге асырмақшы. Олардың қатарында – гидроэлектр станциясының 41 шағын жобасы, жел станциясының – 34 жобасы, күннен энергия алатын 28 жоба мен 3 биогазды құрылғы орнатылмақ.

Мақсат ретінде әрбір маман ГЭСтерден неғұрлым мол өнімділік алуға, олардың жұмыс істеу принциптерін қадағалап, шығындануын азайтып, өнімділігін көтеру және қауыпсіздік ережесін сақтау талап етіледі. ГЭСтердің ең негізгі үш түрін қарастырамыз.Олар: Бөгеттік; Деривациялық; Біріктірілген бөгеттік – деривациялық.

ГЭС-те гидравликалық энергияны пайдаланудың сұлбалары

Бөгеттік сұлба ГЭС-қа қажетті жұмыс режимін қамтамасыз ету мақсатымен ағынды реттеуге (тәуліктік, апталық, маусымдық, көп жылдық) қолданылатын, ГЭС-қа қысым өзен бөгетінің тіреу көрсеткіші есебінен су қоймасының қалыптасуымен сипатталады. Ең қуатты ГЭС-терде бөгеттік сұлба қолданылады. Мұндай сұлба жазық және таулы жағдайларда қолданылады. Осыған байланысты ГЭС-қа қысым бөгеттің биіктігіне байланысты. Мысалы, таулы жағдайда 280м биіктікте орналасқан Нурек ГЭС-нің (Тәжікстан) қуаты 2,7 млн кВт. Бөгет биіктігі 196м болатын Итайпу ГЭС (Бразилия-Парагвай) қуаты 12,6 млн кВт тең. Жазық жағдайындағы үлкен ГЭС-терде қысым аз болады. Мысалы, 54м-тең Днестров ГЭС (Украина) қуаты 0,7 млн кВт тең, ал Киев ГЭС-те 11 м-ге дейін төмендейді, қуаты 0,36 млн кВт.

Сурет 1. ГЭС сұлбалары. а-бөгеттік; б-деривациялық; в-бөгеттік – деривациялық; 1-бөгет; 2-ГЭС ғимараты; 3-деривациялық канал; 4-қысымды құбыр желісі; 5-қысымды туннель; 6-реттеуші резервуар; 7-әкетуші туннель; 8-су қабылдағыш; 9- жағалық көлбеудің табиғи беті.

Деривациялық сұлбада ГЭС-қа қысым ашық каналдар (қысымсыз деривация); қысымды туннельдер немесе құбыр желілері (қысымды деривация) негізінде қолданылатын, жасанды су өткізгіш арқылы өзен суы есебінен орталықтандырылған өзгерістер құрылу жолымен қалыптасады.

Деривациялық сұлбада ГЭС-та су қақпасы үшін көп жағдайда өзенде көбінесе ағынды реттеуді орындайтын, кішкене су қоймасын қалыптастыратын бөгет тұрғызылады.

Сурет 2. Деривациялық қысымды деривациялық ГЭС

Деривациялық сұлбада қысымдар 1000м және одан да көп. Мысалы, 0,43 млн кВт қуатты Целльрейн-Зильц (Австрия) ГЭС-те қысым 1259 м құрайды, Розеланд (Франция) ГЭС 0,5 млн кВт-1200м. Грозио (Италия) ГЭС қуаты 0,43 млн кВт -590м.

Бөгеттік-деривациялық сұлбада ГЭС-қа қысым бөгеттік сұлба және біркелкі деривациялық сұлба негізінде бөгеттің және су қоймасы құрылымының өзен көрсеткіші есебінен біркелкі қалыптасады. Бөгеттік-деривациялық сұлбада да ГЭС-қа қуатты қысым алуға болады. Мысалы, биіктігі 32м бөгеттен жасалған су қоймасының көлемі 32,6 км³, қуаты

5,3 млн кВт Черчилл Форс ГЭС-нің (Канада) қысымы(қысым) 318м құрайды.

Сұлбаны таңдау мен ГЭС-ның негізгі параметрлері аймақтың табиғи жағдайларына байланысты және нұсқаулардың техникалық-экономикалық салыстыруларына негізделіп жүргізіледі.

2 Су шаруашылығы есебі мен гэс-тің энергетикалық

параметрлерін анықтау (нақты мысал бойынша)

Есепті орындау мақсаты. Берілген қамтамасыздықпен өтетін су өтімін, ГЭС-тің есептеулі су өтімін, гидростанциядағы ағынның тәуліктік реттелуін ескере отырып тегеурінді Н және гидростанцияның қуатын N анықтау.

Бастапқы берілімдер. 50%-тік қамтамасыздықпен алынған жылдық ағындының айлық орташа өтімі (12 айға), ең жоғарғы мәнімен салыстырғанда пайыз есебімен алынған жүктеменің тәуліктік графигі, жоғарғы бьефтегі су деңгейінің жылдық көрсеткіші. Курстық жұмысты орындауды жеңілдету мақсатында әдістеме нақты мысал ретінде түсіндіріледі.

Есептеулі су өтімінің қамтамасыздығы 10 ай. Су қоймасы айдынының ауданы тапсырмада көрсетілген. Су қоймасының тәуліктік реттелуі шектеусіз. Егер әртүрлі топографиялық және басқа себептермен қойманы салу мүмкін болмаған жағдайда, онда деривациялық желіні тұрғызу арқылы су ағысын жылдамдатуға, қажетті арынмен қамтамасыз етуге болады, яғни мұндай жағдайда су ағысын реттеудің аса қажеттілігі жоқ.

Орындау тәртібі. Берілген қамтамасыздықты ескере отырып өзеннің есептеулі су өтімін Q_е анықтаймыз. Одан әрі жоғарғы және төменгі бьефтер мәні бойынша гидростанцияның су тегеурінін Н табамыз. Тәуліктік реттеу кезіндегі су қоймасынан су босатуды және су қабылдағыштағы тегеуріннің кемуін ескере отырып гидростанцияның есептік тегеурінін Н_р белгілейміз. Есептік су өтімі және тегеурін арқылы ГЭС-тің қуатын табамыз. Одан соң ағындыны тәуліктік реттеу кезіндегі су босату призмасының мөлшері мен тереңдігін қарастырамыз. Егер қажет болған жағдайда гидростанцияның есептік тегеурініне түзету енгіземіз. Есептеу жобаланып отырған ГЭС-тің өндіретін электр энергиясының мөлшерін және технико-экономикалық көрсеткішін қарастырумен аяқталады.

Жүктеменің барлық вариантқа бірдей тәуліктік графигі 1-ші кестеде келтірілген.

1-ші кесте - Гидроэлектростанцияның есептік жүктемесінің тәуліктік графигі

Сағат тар	0-2	2-4	4-6	6-8	8-10	10-12	12-14	14-16	16-18	18-20	20-22	22-24
Жүктеменің тәуліктік графигі,Р,%	29	29	41	51	70	82	48	80	100	88	72	42

2.1 Өзеннің сумен қамту мүмкіншілігіне байланысты

су өтімін және тегеурінін анықтау

Өзеннің берілген қамтамасыздықтағы су өтімін айлық орташа өтімнің графигін тұрғызу арқылы табамыз. Бұл графикті тұрғызу үшін тапсырма берілімдері бойынша көмекші кесте тұрғызылады (2 кесте). Бұл кестенің бірінші бағанасында айлар, екінші бағанасында берілген айлық су өтімдерін ең үлкен мәнінен бастап олардың кему ретімен орналастырамыз. Үшінші бағанада орташа су өтімінің ұзақтығы жазылады (1 ай). Төртінші бағанада пайызбен есептелген қамтамасыздықтың мәндері келтіріледі.

Бір жылға тең интервалды 100% деп алып, біз әрбір ай үшін табамыз. Сондықтан, тек бір айға созылатын ең үлкен 85 м³/с тең су өтімі 8,33% қамтамасыз етілген. Мәні жағынан екінші 27 м³/с су өтімі екі ай бойғы қамтамасыздыққа ие (бір айда су өтімі 85 м³/с, екіншіде 27 м³/с), немесе 16,7 %; 20,1 м³/с су өтіміне үш ай сәйкес келеді немесе 25% т.с.с.

2-ші кесте -Берілген қамтамасыздықтағы өзеннің су өтімі

№	Кему тәртібімен орналасқан су өтімі, м3/с	Су өтімінің ағу уақыты, ай	Су өтімінің қамтамасыздығы, %
1	54	1 ай	8,3
2	29	1 ай	16,7
3	15	1 ай	25,0
4	14	1 ай	33,3
5	14	1 ай	41,7
6	14	1 ай	50,0
7	13	1 ай	58,3
8	13	1 ай	66,7
9	12	1 ай	75,0
10	12	1 ай	83,3
11	12	1 ай	91,7
12	11	1 ай	100,0

2 кестеден байқайтынымыз, 10 айлық қамтамасыздыққа, немесе 83,3 %-ке 12 м³/с су өтімі сәйкес келеді.

Тәуліктік бірқалыпсыздық коэффициентін жүктеменің графигін пайдалана отырып оның ең үлкен мәнін орташасына бөлу арқылы табамыз . Орташа мәнін төмендегі өрнек бойынша есептейміз.

(1)

Сонда графиктік жүктеменің тәуліктік бірқалыпсыздық коэффициенті . ГЭС-тің есептелген су өтімі

. (2)

Т егеурінді жоғарғы және төменгі бьефтердің айырмасы арқылы анықтаймыз (1-ші сурет). Бұл жерде төменгі бьеф мөлшерін _НБ = ( 0,96- 0,98) _БВ теңдігі бойынша табуға болады.

1-ші сурет. – Гидроэлектростанцияның есептік құрылымдық сұлбасы

І — энергия сызығы; ІІ — пьезометрикалық сызық;

1 – су қабылдағыш; 2 — турбиналық құбыр; 3 — ГЭС ғимараты; 4 — генератор; 5 — турбина; 6 – спиралды камера; 7 — су сору құбыры.

Ескерту: Басқа белгілеулер «Гидравлика» пәні бойынша

Жуықтай отырып су қоймасындағы ағындыны тәуліктік реттеу кезіндегі су кету тереңдігінің ең үлкен мөлшерін 0,1 м деп аламыз. Орташа есеппен бір тәулікте су кету 0,05 м болады, ал шығу кезінде тегеурін 0,05 м-ге жоғалады. Сонда турбинаның алдындағы жоғарғы деңгейдің тәуліктік орташа саны анықталады. Алынған нәтижелерді 3 кестеге жазамыз да, 2-ші суретті тұрғызамыз.

3-ші кесте Анықталған тегеуріндер мәні

Ай лар	Өзеннің тұрмыстық су өтімі, м3/с	Жоғарғы бьефтің деңгейі, м	Төменгі бьефтің деңгейі, м	Тегеурін, м
I	12	62,72	40,704	22,016
II	13	62,72	50,4	12,32
III	14	62,72	40,8864	21,8336
IV	54	62,72	42,0096	20,7104
V	29	62,72	60,2112	2,5088
VI	15	62,72	50,4864	12,2336
VII	12	62,72	40,8	21,92
VIII	14	62,72	50,352	12,368
IX	13	62,72	60,0384	2,6816
X	12	62,72	60	2,72
XI	14	62,72	40,752	21,968
XII	11	62,72	40,6464	22,0736

Н_мес=175,3536 м

Есептелген тегеуріннің Н_е мәні ретінде алынған жылдағы арынның бір айлық орташа саны қабылданады:

(3)

3- кестеден ГЭС-тің орташа мәні 2,33 м болып ол су аз жылдары 4,5 м жоғарылап, су тасқыны кезінде 2,45 м дейін кемиді.

Тегеуріннің мәнін анықтап болған соң, 3 кесте мәліметтерін пайдалана отырып, тегеуріннің жылдық графигін тұрғызамыз (2 сурет). Абцисса (х осі) бойына айлар, ординатаға өзеннің су деңгейі орналасады. Жоғарғы бьефтің деңгейіне тең келетін мәнді тауып алып, сол арқылы өтетін горизонталь сызық жүргіземіз.