6. Основные понятия и зависимости, необходимые для проведения водноэнергетических расчетов: напор, расход, мощность, выработка.

Количество механической энергии текущей жидкости е в любом произвольно выбранном сечении потока определяется по уравнению Бернулли:.

Сумма энергий положения z0 и давления p/ρg равна отметке уровня воды в бьефе z:

Напор - брутто выражается через разность удельных энергий потока в верхнем и нижнем бьефах ГЭС:

Если на ГЭС установлены реактивные турбины то пренебрегают скоростным напором, поэтому

При установке на ГЭС активных турбин (ковшовых) учитывается лишь скоростной напор

Разность напора-брутто и потерь напора является напором-нетто: .

Энергия, содержащаяся в объеме воды W, определяется произведением веса этого объема (Wρg) на удельную энергию: , где W — объем воды, м3; Q — расход воды, м3/с; t — время, с.

Разность количеств механической энергии, содержащейся в начальном и конечном сечениях рассматриваемого участка водотока, например между верхним и нижним бьефами ГЭС, т. е. энергия участка Э_уч, используется турбинами ГЭС для выработки электроэнергии: .

Где .

где Q_ГЭС — расход воды через ГЭС; Q_ПР — расчетный, проектный приток в водохранилище гидроузла;

Q_В-ЩА— расход сработки (+) или наполнения (—) водохранилища; Q_сб — поступление воды через водосбросные и водосливные сооружения, называемое обычно холостым сбросом;

Q_шл — затраты воды на шлюзование, рыбоход; Q_Ф— потери воды на фильтрацию;

Q_НБ — расход воды в нижнем бьефе гидроузла; Q_ЕСТ— естественный приток к створу гидроузла;

Q_БЕЗВ — безвозвратное водопотребление выше створа гидроузла; Q_ИСП — потери воды на дополнительное испарение; Q_Л — потери воды на льдообразование.

Количество электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС в 1 с, т. е. мощность ГЭС Qгэс, вычисляется по формуле: . Единица мощности в СИ — ватт, 1 Вт=1 Дж/с.

При исчислений N_гэс в кВт, Эгэс в кВт-ч имеют следующий вид: .

Затраты электроэнергии на работу насосной станции и ГАЭС в насосном режиме определяют по формулам: , .

Отличие формул от заключается лишь в использовании ηа в знаменателе и разном исчислении значений Нн: для ГЭС Нн=Нбр—Δh, а для НС Hн=Hбр+ Δh, где Δh — потери напора.

7. Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты, их сущность и цель.

Водохозяйственный расчет

Сущность водохозяйственных расчетов заключается в решении уравнения водного баланса в каждый расчетный отрезок времени Δt, продолжительность которого выбирается в зависимости от требуемой точности расчетов, интенсивности изменения притока, располагаемой гидрологической информации и других факторов.

Водноэнергетические расчеты

Обычно выполняются совместно с водохозяйственными расчетами, под которыми понимается совокупность операций по регулированию стока водохранилищами и определению расходов воды в нижнем бьефе гидроузла Q_НБ.

Целью водноэнергетических расчетов является:

1. определение водноэнергетических показателей ГЭС, НС, ГАЭС и ПЭС при различных параметрах гидроузла;

2. составление многолетней характеристики режима работы гидроузла при выбранных в результате технико-экономических расчетов параметрах.

Основными водноэнергетическими показателями ГЭС считаются:

• средняя многолетняя выработка электроэнергии Э;

• гарантированная (минимальная, обеспеченная) мощность ГЭС N_ГАР расчетной или нормированной обеспеченности - это минимальная среднесуточная (среднемесячная, среднесезонная или среднегодовая) мощность, которую ГЭС обеспечивает с заданной надежностью. В отечественной проектной практике в качестве гарантированной мощности ГЭС с водохранилищем годичного регулирования используется средняя месячная (обычно декабрьская) мощность, либо может использоваться средня мощность за всю межень, либо среднегодовая;

• располагаемая (пиковая) мощность N_РАСП ГЭС расчетной обеспеченности - это максимальная мощность, которая может быть получена на ГЭС в течение суток по напору, расходу, состоянию оборудования, допустимой амплитуде колебаний уровней как в верхнем, так и в нижнем бьефе гидроузла.

Эти показатели используются в первую очередь для определения экономических характеристик гидроэнергетических установок. Э, N_ГАР и N_РАСП должны определяться для всех вариантов схемы использования водотока, местоположения гидроузла и его главных параметров, а именно: нормального подпорного уровня (НПУ); уровня мертвого объема (УМО) или глубины сработки (высоты сливной призмы) h_СР, установленной мощности ГЭС N_УСТ (N_УСТ — сумма номинальных активных мощностей всех гидроагрегатов).

Аналогичные показатели должны определяться при выборе типоразмера и диаметра рабочего колеса турбин d_r, диаметра трубопроводов, размеров водоподводящего канала и других параметров гидроузлов, а также при разработке правил управления водными ресурсами. Например, в техническом проекте ГЭС Аль-Баас с водохранилищем суточного регулирования Э, N_ГАР и N_РАСП определялись не только применительно к разным вариантам НПУ, N_УСТ, d_T, числа гидроагрегатов, правил управления водными ресурсами вышележащего водохранилища многолетнего регулирования стока, но и, что в проектной практике ранее не делалось, для вариантов размеров расчистки русла в нижнем бьефе.

Основные показатели проектируемой ГЭУ вычисляются с учетом ее влияния на аналогичные показатели других ГЭУ, работающих с проектируемой в одном каскаде или в одной электроэнергетической системе.