Лабораторно-практическая работа по курсу «Нетрадиционные источники энергии» Малая гидроэнергетика: методы расчёта основных категорий потенциала водотока с учётом требований социально-экологического характера Исходные данные: 1. Рассматривается участок открытого водотока (далее – просто водотока) с заданными отметками естественных уровней воды в нём – ∇ (м), по длине водотока – 𝐿𝑗 (км) и расхода воды – 𝑄𝑗 (м3/с), где 𝑗 – номер створа (𝑗 = 1, … , 10). Нумерация створов идёт сверху-вниз по течению; 2. В верхнем 1-м створе задано ограничение по максимальному поднятию уровня воды – 𝑍0max доп. = 202,0 (м) (социально-экологические требования для верхнего течения водотока); 3. В самом нижнем – 10-м створе задано ограничение по минимальному уровню воды 𝑍кmin доп. = 102,0 (м) (обеспечение гарантированных судоходных глубин); 4. На участке между створами 2-4 не допускается нарушение естественного режима водотока (заповедник). 5. На участке между створами 4-10 задано ограничение по минимальнодопустимому уровню воды (𝑍𝑗min ; 𝑗 = 4, … , 10) по условиям рыбного хозяйства. 6. Во всех створах существует ограничение по максимально-допустимому уровню поднятия отметки воды 𝑍𝑗max ; 𝑗 = 1, … , 10 (по условиям затопления и подтопления территории). Все указанные в п. п. 1-6 исходные данные приведены в таблице 1. Таблица 1. Исходные данные по водотоку. Створ 𝑍𝑗max 𝑍𝑗min ∇𝑗 L𝑗 Q𝑗 реки м км м3/с м м 𝑗 1 200,0 30,0 4,5 215,0 202,0 2 195,0 40,0 6,5 207,0 195,0 3 181,0 50,0 7,5 193,0 181,0 4 174,0 65,0 10,0 184,5 174,0 5 170,0 70,0 10,5 180,0 172,0 6 157,0 80,0 13,0 167,0 159,5 7 141,5 95,0 14,5 152,0 143,5 8 125,0 115,0 24,5 135,0 127,5 9 111,5 135,0 48,0 121,0 113,0 10 100,0 180,0 53,0 110,0 102,0 В дальнейшем значения 𝑄𝑗 и 𝑍𝑗max пересчитываются в соответствии с ниже приведёнными формулами: 𝑄𝑗 = 𝑄𝑗 + 0,1 ∙ 𝑁, 𝑍𝑗max = 𝑍𝑗max + 0,1 ∙ 𝑁, где 𝑁 – номер варианта по журналу. 7. В таблице 2 приведены данные по потребителям электроэнергии, расположенным вдоль изучаемого водотока и не имеющим энергетической связи с энергосистемой. В том числе: П𝑙 – номер -го потребителя (𝑙 = 1, … , 6); 𝐿𝑙 (км) – расстояние вдоль реки от её истока до 𝑙-го потребителя; 𝑃𝑙 (кВт) – мощность 𝑙-го потребителя; 𝑙𝑙 (км) – расстояние от 𝑙-го потребителя до водотока; 𝑅𝑙 (км) – экономический радиус 𝑙-го потребителя для заданного варианта энергоснабжения и заменяемого малой ГЭС альтернативного варианта энергоустановки (дизельная установка). Таблица 2. Исходные данные по потребителям электроэнергии. Потребитель 1 2 3 4 5 6 𝑙 П𝑙 Км 45 55 60 105 125 170 𝐿𝑙 кВт 15 25 18 180 50 300 𝑃𝑙 Км 0,1 5,0 0,1 2,0 5,0 0,5 𝑙𝑙 км 0,2 0,3 0,2 2,3 0,6 3,5 𝑅𝑙 8. Для участка водотока, приходящегося на заповедник, заданы следующие условия: скорость течения воды: зап. участок 2-3: 𝑉расч. = 3,5 м/с; зап. участок 3-4: 𝑉расч. = 2,5 м/с; минимальные глубины водотока по фарватеру: min участок 2-3: ℎзап. = 1,0 м; min участок 3-4: ℎзап. = 1,8 м. 9. Заданы основные технические параметры бесплотинных свободнопоточных гидроагрегатов и условия применения для тех участков водотока, где недопустимо изменение естественного режима (заповедник между створами 24) (смотри таблицу 3). В таблице 3 представлены: Д1 – диаметр рабочего колеса; ℎдоп. (м) – минимально допустимая глубина потока для установки свободнопоточных агрегатов для заданных значений Д1 и 𝑉р (м/с) – скорости потока; 𝐿min (м) – минимально-допустимое расстояние между свободнопоточными агрегатами, расположенными друг за другом вдоль реки. Принимается, что КПД указанных агрегатов равно 20 %. Таблица 3. Параметры погружных свободопоточных агрегатов при КПД = 0,2. 𝑉р = 3,5 м/с 𝑉р = 2,5 м/с ℎдоп. , м Вариант Д1 , м 𝐿min , м 𝑁а , кВт 𝑁а , кВт 1 0,50 1,5 0,836 0,304 10,0 2 1,12 2,0 4,29 1,56 22,4 10. Принимается, что коэффициент мощности русловых малых ГЭС (МГЭС) 𝐾𝑁 = 7,8. Рабочий диапазон напоров: для вариантов с 1 по 5 – от 2 до 8 м; для вариантов с 6 по 11 – от 3 до 8,5 м; для вариантов с 12 по 30 – от 4 до 9 м. Состав задания: 1. Рассчитать водноэнергетический кадастр водотока и определить его валовой или теоретический потенциал и классифицировать водоток по его энергетическим возможностям. 2. Рассчитать значение технико-экономического потенциала водотока при условии его использования: сомкнутым каскадом русловых малых ГЭС “поводотоку”; бесплотинными гидроэнергетическими установками (ГЭУ) (при невозможности реализации предыдущего решения по каким-либо условиям). 3. Исследовать целесообразность энергетического потенциала водотока с учётом требований конкретных потребителей, не имеющих связи с энергосистемами, а также социально-экологических ограничений. Принятые допущения: 1. Расчёт основных категорий потенциала незамерзающего зимой водотока производится для гидрологических условий, соответствующих обеспеченности равной 50 %. 2. Расходы водотока в каждом створе считаются постоянными в течение года, то есть 𝑄𝑖 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. 3. Рассматривается ГЭС “по водотоку”, которые не изменяют естественный гидрологический режим водотока. ГЭС 4. Установленная мощность плотинных ГЭС 𝑁уст.𝑖 (кВт) определяется в каждом ом расчётном створе ГЭС; местоположение каждой ГЭС определяется расчётным путём. 5. Число часов использования установленной мощности ГЭС “по водотоку” ℎ (ч) принято равным 3000 ч. 6. Энергоснабжение -го потребителя от ГЭС считается эффективным (целесообразным), если расстояние от потребителя до водотока или местоположения ГЭС (𝐿𝑙 ) будет меньше экономического радиуса (𝑅𝑙 ), то есть 𝐿𝑙 < 𝑅𝑙 (смотри таблицы 2 и 3). 7. Считается, что альтернативным вариантом ГЭС вариантом является дизельная электростанция (ДЭС). 8. Принято, что к малым ГЭС относятся станции с установленной мощностью ГЭС 𝑁уст.𝑖 до 30 МВт и единичной мощностью агрегата до 10 МВт. 9. “Живое” сечение реки представляет собой перевёрнутый равнобедренный треугольник. Бесплотинные ГЭС в этом случае могут располагаться вдоль водотока только по фарватеру и в одну линию. 10. Число часов использования бесплотинных ГЭС составляется 8000 ч.
