ВАРИАНТ 8. Гидроэнергетика. Кадастр.

ВАРИАНТ 8

+ также могу сделать другие варианты - Кнопка для заказа новой работы: https://studwork.cc/order/new?userId=36226

_

Задание в ДЕМО ФАЙЛЕ,

ЧАСТЬ ДЛЯ ПОИСКА ДУБЛИРУЮ НИЖЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ №1:

«ВОДНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КАДАСТР ВОДОТОКА»

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

- расход 50% обеспеченности, соответствующий условиям средневодного года, для начала (Qi) и конца (Qi+1) i -го участка водотока;

- отметки сухого дна начала (Δj ) и конца (Δj+1) i -го участка.

- расстояние от начала реки до i- ого створа Li. Расстояние от истока (0-й створ) до i-го створа

Номер

створа

1

2

3

4

5

Li? км

3

5

6

4

7

Вариант 1

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

5500

10

2

5000

30

3

2000

40

4

1000

50

5

0

55

Вариант 2

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

2600

10

2

1600

15

3

1100

25

4

600

30

5

100

40

Вариант 3

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

4000

20

2

3000

30

3

1500

50

4

1000

55

5

0

60

Вариант 4

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

3200

10

2

2200

50

3

1200

90

4

700

100

5

200

110

Вариант 5

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

4200

10

2

3200

20

3

2200

100

4

1200

150

5

200

200

Вариант 6

Номер

створа

Δj,м

Qj, м3/с

1

4000

10

2

3000

20

3

1500

50

4

1000

100

5

0

200

Вариант 7

№ створа

j

Qj

j

м

м3/с

1

4860

128

2

4730

184

3

4110

243

4

3795

284

5

3490

316

Вариант №8

№ створа

j

Qj

j

м

м3/с

1

4617

134,4

2

4494

193,2

3

3905

255,15

4

3605

298,2

5

3316

331,8

Вариант №9

№ створа

j

Qj

j

м

м3/с

1

5300

15

2

4950

35

3

2200

65

4

850

95

5

0

120

Вариант №10

№ створа

j

Qj

j

м

м3/с

1

2750

25

2

1820

45

3

1350

58

4

785

95

5

215

112

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ЗАДАНИЮ

1. Методика расчета водно-энергетического кадастра реки

Рассмотрим реку от истока до места впадения – устье. Для определения теоретического (валового) потенциала реку разбивают на створы – поперечное сечение русла реки. Границы створов соответствуют местам изломов профиля водотока или местам впадения притоков. Рассмотрим один из участков реки – от створа 1 до створа 2 (см.рис. 1).

Рис. 1 - Схема разбиения водотока на створы

Методика расчета валового потенциала участка водотока базируется на уравнении Бернулли, согласно которому полная энергия Э потока жидкости объемом W (м3) в створах 1-1 и 2-2 (см.рис.1) будет равна:

P α V 2

Э1  (z1  1  1 1 )W  ρ  g , (1)

ρ  g 2  g

P α V 2

Э2  (z2  2  2 2 ) W  ρ  g , (2)

ρ  g 2  g

где z (м) - удельная потенциальная энергия положения, измеряемая высотой расположения центра тяжести живого сечения водотока над некоторой заданной или принятой плоскостью сравнения; P/g (м) - удельная потенциальная энергия давления в точке центра тяжести живого сечения водотока при избыточном давлении в этой точке;  (кг/м3) - плотность жидкости; g (м/с2) -ускорение свободного падения. Для водотоков с открытой водной поверхностью величина P/g измеряется глубиной погружения данной

Э

12

точки (в м) под свободную поверхность воды; V2/2g - удельная кинетическая энергия жидкости при  -коэффициенте Кориолиса, учитывающем неравномерность распределения скоростей стока по высоте живого сечения; V— средняя скорость потока в данном живом сечении; v— фактическая скорость потока жидкости в данной точке живого сечения (см. рис.2.1).

Потенциальная валовая энергия водотока, теряемая на участке L1-2, будет равна разностиЭ1 и Э2, т.е.

 P   P    V 2   V 2  . (3)

Э12  Э1  Э2  gW  z1  1    z2  2    1 1 2 2 



 g  

g   2g 

Потенциальная валовая энергия водотока на участке 1-2 (при условии близко расположенных створов и равной скорости в начале и конце участков):

Э12   gW 1 2    gWH12 , (4)

где Н1-2 = 1-2 - удельная потенциальная энергия потока жидкости, называемая напором и численно равная падению уровней свободной поверхности водотока на участке L1-2 , а

1 и 2 - отметки уровней свободной поверхности водотока. В нашем случае Н - напор является фактором интенсивности или показателем энергоемкости жидкости. Значение же W - фактор экстенсивности или количественный показатель потребления энергоресурса.

Разделив Э1-2 на Т в секундах, получим среднюю мощность водотока N1-2в килограмм-сила-метр в секунду или в Вт:

N12

 Э12  

T

g W H T

12  

g Q12

H12

, (5)

или, учитывая, что 1 кГсм/с = 9,80665 Вт, а  = 1000 кгс/м получаем с округлениемN1-2 в кВт при Q1-2, м3/с и Н1-2 , м

N12  9,81Q12  H12 в кВт. (6)

Если расчет гидроэнергетических ресурсов производится, как принято в гидроэнергетике для среднемноголетних условий, соответствующих обеспеченности 50% (р=50% ), то величина валовой потенциальной энергии водотока Э1-2вал при его средней мощности N1-2валбудет равна:

вал

12

 8760

 N вал . (7)

Так как величина расхода воды по длине участка обычно не постоянна, то для расчета Э1-2вал и N1-2вал используют обычно метод линейного учета, т.е. предполагают линейный характер изменения расхода вдоль участка. Это означает, что вместо Q1-2следует подставлятьQ1-2,равное

j j

j

Q1 2

 Q1  Q2

2

. (8)

Из сказанного следует, что для расчета валовых гидроэнергетических ресурсов следует иметь значения Н1-2 иQ1-2 для каждого участка водотока.

Во всех странах мира и в том числе России (и бывшем СССР) определение валового потенциала осуществляется методом линейного учета.

Для Н1-2 практически это означает необходимость наличия продольного профиля водотока с указанием месторасположения расчетных створов и изменения уровней поверхностей воды по длине водотока, т.е. =(L), где L - расстояние от некоторого начального створа, принятого за нуль отсчета. Расчет продольного профиля водотока и длины реки, как правило, проводятся с помощью топографических карт масштаба не менее 1:100000. Возможно использование при этом и голографических изображений земной поверхности, реализуемых с помощью космических средств или аэрофотосъемки.

Для определения расхода воды при наличии информации используются разные подходы:

1. на основе измеренных и обработанных данных прошлых наблюдений, если в этом створе есть водомерный пост;

2. по картам модулей стока m(L);

3. по картам осадков hос (L).

При этом определение расходов должно производиться для обеспеченности 50%.

Используются карты масштаба 1:100000 с изолиниями модулей среднегодового стока m в [л/скм2] в данном бассейне. С помощью таких же карт определяется и величина водосборной поверхности бассейна для каждого j-го створа, т.е. Fj(Lj) в км2 и соответствующий ему модуль стока mj(Lj). В этом случае величина Qj в м3/с определяется по формуле:

Q  m  F 10 3 . (9)

При использовании карт осадков, т.е. hос(L), где обычно hос берутся в (мм/год) расчет Qj в м3/с можно произвести по формуле:

Q  h  F  106

j j j 3,68760 . (10)

В современных условиях для расчета(L),Q(L) можно использовать геоинформационные системы (ГИС), в которых заложены снятые со спутников

топографические карты, на которые можно наложить карты с зависимостями m(,) или

hос(,), где ,- координаты точки: широта и долгота.

На основе вышеперечисленных расчетов строится водно-энергетический кадастр реки (ВЭК):  (L)- изменение отметки дна по длине водотока; Q(L) - изменение расхода по длине водотока; Nвал(L)- изменение валовой мощности по длине водотока; iN(L) – изменение удельной валовой мощности по длине водотока; валовой потенциал водотока Nвал.

В качестве исходной информации обычно для i-го участка считаются заданными:

- расходы 50% обеспеченности, соответствующие условиям средневодного года, для начала (Qi) и конца (Qi+1) для i -го участка;

- отметки сухого дна начала(i) и конца(i+1) створа для i -го участка.

- расстояние от начала реки до i- ого створа Li. Расчет ведется при следующих допущениях:

1. Расчёт ведётся методом линейного учёта, принятого на МИРЭК-1961 для всех стран мира, т.е. расход между створами меняется по линейному закону.

2. Принимается, что расходы реки в створах постоянны в течение года.

3. Принимается, что все требования участников ВХС и потери уже учтены в расходах и в расчётах не учитываются.

Расчет водно-энергетического кадастра открытого водотока производится по формулам (11)-(18) по методу «линейного учета».

Длина участка реки между створами:

lj,j-1 = Lj - Lj-1. [км] (11) Разница уровней на участке j-1 j реки:

Hj.j-1 = 𝛻j-1 - 𝛻j. [м] (12) Расход в створе водотока:

Qj = mj · Fj · 10-3, [м3/с] (13) где mj – модуль стока; Fj – площадь водосборной поверхности бассейна.

Средний расход воды на участке j-1 j реки:

𝑄j,j-1

= 𝑄𝑗−1+𝑄𝑗. [м3/с] (14)

2

Потенциальная мощность участка j-1 j реки:

𝑗=1

𝑁j.j-1

= 𝑄𝑗,𝑗−1· 𝐻𝑗,𝑗−1. [МВт] (15)

102

Удельная потенциальная мощность участка j-1 j реки:

iN..j,j-1

= 𝑁𝑗,𝑗−1. [МВт/км] (16)

𝑙𝑗,𝑗−1

Полная валовая мощность:

𝑁вал = Σ𝑘0

𝑁𝑗,𝑗−1. [МВт] (17)

Полная валовая энергия:

Эвал = 𝑁вал 8760. [МВт·ч/год] (18) Все расчеты следует представлять в табличном виде (см.табл.1) и графическом виде (см.рис.2). Таблица 1

Водноэнергетический кадастр водотока

Рис. 2. Водноэнергетический кадастр водотока

Особенности зависимостей ВЭК:

1. (L), Q(L), Nвал(L) - кусочно-линейные функции; (L)-монотонно убывающие; Q(L) и Nвал(L)– монотонно возрастающие;

2. iN (L)- кусочно-постоянная любого вида.

Водноэнергетический кадастр реки может существенно отличаться от представленного на рисунке 2, что связано с особенностями профиля реки (см.рис.3) или особенностями формирования расхода по длине реки (см.рис.4) .

Рис.3 - Зависимости (L)



 

р.

р. ВолгаВолга

р.

р. СудакСудак

L

L

L

L

L

L

р.

р. ВолховВолхов



 

Озеро

Озеро

Водопады

Водопады



 

Рис.4 - Зависимости Q(L)

1.2 Пример расчета валового гидроэнергетического потенциала открытого водотока и водно-энергетического кадастра реки

Дано: Рассматривается участок открытого водотока, который разбит на 5 створов (i=1,…, 5). Исходная информация по створам представлена в таблице 2. Таблица 2

Исходные данные по водотоку

Створ реки

i

Li

mi

Fi

I

м

км

м3/с

км2

1

2500

50

10

1000

2

2000

100

12

1500

3

1000

150

12,5

2000

4

500

200

14

2500

5

0

250

15

3000

Рассчитать:

1. Водноэнергетический кадастр водотока и представить его в графическом виде: (L), Q(L), N(L), iN(L).

2. Валовой гидроэнергетический потенциал водотока

Расчет водноэнергетического кадастра рассматриваемого водотока производился по формулам (11)-(18) и представлен в табличном и графическом виде (см. табл. 3, рис. 4).

Таблица 3

Водноэнергетический кадастр водотока

I

 i

Li

mi

Fi

Qi l i-i+1 Н i-i+1 Q i-i+1 N i-i+1 Ni iN i-i+1

-

м

км

м3/с

км2

м3/с км м м3/с кВт кВт кВт/км

1

2500

50

10

1000

10 – – – – 0 –

2

2000

100

12

1500

18 50 500 14 68,63 68,63 1,37

3

1000

150

13

2000

26 50 1000 22 215,69 284,31 2,16

4

500

200

14

2500

35 50 500 30,50 149,51 433,82 0,75

5

0

250

15

3000

45 50 500 40 196,08 629,90 0,33

Полная валовая мощность водотока составляет Nвал =629,9 МВт.

Рис.4. Изменение Q(L) и (L)

50,00

50,00

45,00

45,00

40,00

40,00

35,00

35,00

30,00

30,00

25,00

25,00

20,00

20,00

15,00

15,00

10,00

10,00

5,00

5,00

0,00

0,00

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

Qj

Qj

отм

отм NΣNΣ

500

500

0

0

0

0 5050 100100 150150 200200 250250 300300