Определение напора. Производительность генерирующей станции

Напор гидроэлектростанции зависит от географических и топографических характеристик местности. Важно различать следующие параметры:

- полный напор, который представляет собой разницу между уровнями воды выше водозабора и в месте сброса вод в реку ниже по течению, или в случае применения частично погруженной лопастной турбины с высотной отметкой оси вала;

- напор высоты падения воды — давление, оказываемое водой на турбину при прохождении через нее. Он получается вычитанием из полного напора всех потерь энергии, включая потери потенциальной энергии в результате трения, вызванного такими компонентами как решетки, затворы и трубопроводы. Эти энергетические потери зависят от скорости воды на входных отверстиях и могут достигать нескольких десятых метра в случае больших напоров.

Таким образом, напор высоты падения воды, который определяет мощность агрегата, постоянно изменяется. Он зависит от следующих параметров:

- уровень воды верхнего бьефа, который подвержен внутригодовой изменчивости для многих станций и плотин;

- сток через турбины, зависящий от потребности в электричестве;

- расход реки или ее сток, который может вызвать повышение уровня воды в нижнем бьефе, например во время паводков, когда через водослив проходит значительное количество воды. Такое случается, когда величина полного напора недостаточна для вращения турбин в период паводков.

Напор высоты падения воды должен быть ниже полного напора. Он может быть вычислен сразу после принятия инженерных решений, касающихся ключевых компонентов установки. Предлагаемая для использования на стадии предварительного проектирования формула (см. уравнение 4.8) учитывает только средние потери энергии, наблюдаемые на многих гидроэлектростанциях. Для более точного определения выработки энергии во многих случаях необходимо оценивать ежедневную производительность станции и определять среднее значение напора высоты падения воды.

Таким образом, мощность гидроэлектростанции существенно изменяется в соответствии с преобладающими гидравлическими условиями, но для простоты рассмотрения максимальная производительность станции всегда представляется как количество электричества, выработанное при максимальном стоке при наивысшем значении напора высоты падения воды.

Производительность генерирующей станции. Количество электричества, выработанное гидроэлектростанцией, — самый важный из требующих определения факторов, поскольку знание его позволяет оценить годовую доходность системы и, следовательно, ее финансовую жизнеспособность. Производительность системы можно определить через мощность в кВт х ч:

E = ∑ P_it_i , (4.11)

Где ∑ — количество электричества в кВт x ч, а P_i — мощность станции в течение рассматриваемого периода t_i.

Мощность определяется величинами напора высоты падения воды в заданный момент и расхода воды в тот же момент. Рассчитать ее можно по среднему значению напора высоты падения воды, зависящего от среднего расхода за гидравлически относительно однородный период.

Для расчета прибыли необходимо определить не только количество произведенной электроэнергии, но также и график ее выработки, соотнесенный с ценами реализации, поскольку рыночные цены на электричество изменяются.

В этой связи желательно установить фиксированные цены для различных периодов на рассматриваемой территории и оценить производительность гидроэлектростанции в соответствии с ценами каждого ценового периода и в соответствии с полезным расходом потока за эти периоды. Такое исследование, хотя и выполняется экономистами, основано на данных о выходной продукции прогностических моделей, разрабатываемых гидрологами.

На подготовительных этапах проектирования и на территориях с ограниченным количеством рассматриваемых гидроэлектростанций производительность выработки электроэнергии за определенный период может быть рассчитана по следующей формуле:

E = 8 AH/3600 (4.12)

где E — энергия в кВт x ч, произведенная за определенный период, A — полезный объем в м³ за выбранный период, а H — полный напор в метрах.

Эта упрощенная формула учитывает средние энергетические потери гидроэлектростанций, а также среднюю эффективность всех установленных узлов. Обычно применение этой формулы обеспечивает точность расчета около 5 процентов.