Лекция 7 Основные параметры, влияющие на мощность ГЭУ.

Характеристики бьефов. Напорные характеристики гидроэнергетических установок. Баланс напоров и расходов гидроэнергетических установок. Виды потерь напора и расхода.

7.1 Напор, используемый гэс.

Мощность ГЭС является функцией не только расхода, но и напора, поэтому процесс водно-энергетического регулирования связан с учетом того и другого.

Верхний бьеф ГЭС.

Для получения на ГЭС напора естественное падение участка реки сосредоточивается в одном месте с помощью плотины или деривационных сооружений. Однако создать у турбин ГЭС напор, равный по величине полному паде­нию реки на данном участке, никогда не удается. При работе ГЭС часть естественной энергии реки должна расхо­доваться на продвижение воды от начала используемого участка реки до турбин и от турбин до выхода в естествен­ное русло реки. Такие потери напора и энергии реки всег­да неизбежны. Сначала мы рассмотрим потери напора в верхнем бьефе ГЭС.

Поверхность воды в водохранилище может быть гори­зонтальной, как это показано на рис. 1, только в том случае, когда в нем нет никакого

течения воды. При наличии притока воды в водохранилище и работе ГЭС по­верхность воды в водохранилище всегда имеет криволиней­ную форму. Продольный разрез по оси водохранилища изображен на рис. 2. Если известны гидравлические ха­рактеристики водохранилища и величина протекающего через него расхода воды, то всегда можно найти форму кривой свободной поверхности, т. е. кривую подпора с по­мощью способов, излагаемых в курсе гидравлики.

Вследствие криволинейности свободной поверхности воды в водохранилище разность уровней воды, измеренных в верхнем бьефе у плотины и в нижнем бьефе ГЭС, Нпл=Zвб-Zнб

всегда меньше полного падения на используемом участке на величину потерянного напора АН_подп (рис. 2).

Если плотина служит для образования регулирующего стока водохранилища, уровень воды у плотины меняется во времени. Колебания уровня воды в водохранилище при регулировании происходят в некоторых определенных пределах. Верхний предел или нормальный подпорный горизонт (НПГ) или нормальный подпорный уровень (НПУ) представляет собой то наивысшее поло­жение уровня воды в водохранилище, при котором ГЭС и сооружения гидроузла работают с соблюдением нормальных запасов надежности, предусматриваемых технически­ми условиями. Выше отметки НПУ уровень воды в водо­хранилище может, как правило, подниматься сравнительно редко, во время пропуска многоводных паводков. Нижний предел или горизонт мертвого объема (ГМО) или уровень мертвого объема (УМО) определяется условиями получения от ГЭС оптимальных в технико-эко­номическом отношении величии мощности и энергии в пе­риоды опорожнения и заполнения объема водохранилища, используемого для регулирова­ния стока. Этот объем, на­зываемый полезным или рабо­чим объемом, ограничен зер­калами воды на отметках НПУ и УМО у плотины. Опорожне­ние полезного объема водохра­нилища, связанное с регулиро­ванием стока, приводит к сни­жению уровней воды в верхнем бьефе и соответствующему уменьшению действующих на ГЭС величин напоров в период сработки водохранилища.

С изменением положения уровня воды у плотины ГЭС меняется форма кривой подпора. Вследствие этого меняется также и величина потерь напора на подпорной кривой.

Если водохранилищем служит озеро, находящееся в подпоре от плотины ГЭС, то положение уровня воды у плотины зависит от положения- уровня воды в озере (г_оз) и от величины расхода воды, используемого в каж­дый момент ГЭС. Примерный вид такой зависимости пока­зан на рис. 3.

У деривационных ГЭС, где плотина служит не для соз­дания напора, а только для обеспечения работы водопри­емных сооружений, она имеет обычно небольшую высоту, и поэтому потери на кривой подпора в большинстве слу­чаев ничтожно малы.

Потери напора в деривационных сооружениях могут достигать большой величины и определяются гидравличе­скими расчетами. Они зависят от величины расхода воды, пропускаемого через деривационные сооружения, и их гид­равлических характеристик.

Часть напора теряется также в турбинных трубопрово­дах; и в других сооружениях, через которые проходит во­да, например в предохранительных решетках и затворах.

Для крупных русловых ГЭС, пропускающих через свои сооружения большие объемы воды, абсолютная величина потерь энергии при малой величине потерянного напора может достигать очень больших значений. Так, например, для Волжской ГЭС имени В. И. Ленина или Сталинград­ской ГЭС, у которых средний годовой объем используе­мого в турбинах стока будет составлять более 200 км³, дополнительная потеря напора, равная всего, лишь 1 см, приведет к годовой потере энергии в размере около 4,5*10⁶ кВт-ч. Для замены этой потерянной энергии нужно было бы ежегодно сжигать более 2,5 • 10⁶ кг угля.