|
После выбора одного или, как
правило, нескольких створов проектируемой ПЭС следует провести
предварительную оценку этих створов по их эффективности и сопоставление с
другими вариантами энергоснабжения. Для этого прежде всего необходимо
определить ориентировочную мощность и выработку, которые могут быть получены
в данном створе, но не для кадастровой оценки общего энергопотенциала
бассейна, а с учетом регулирования энергии прилива и реализации ее при работе
гидроагрегатов, т. е. для предварительной, а также кадастровой оценки
технического потенциала ПЭС.
Для решения этой задачи предложен ряд способов, в числе
которых можно отметить, например, г р а ф и- ческий и аналитический
Графический способ, предложенный Л. Б. Бернштейном,
основывается на том, что для определения режима регулирования, т. е. закона
сра- ботки (или наполнения) бассейна ПЭС через турбины может быть предложено
практически безгранично большое число вариаций от почти мгновенного
опорожнения бассейна при максимальном напоре (т. е. если всю накопленную во
время прилива воду пропустить через турбины во время малой воды) до
постепенного снижения уровня во время отлива при минимальном напоре,
создающемся за счет небольшого сдвига фазы моря и бассейна.
Учитывая установленный выше принцип наибольшего
использования энергопотенциала прилива, поставленную задачу следует,
очевидно, решать на получение от данного бассейна ПЭС максимальной отдачи.
Такое решение может быть получено при использовании насосной работы для
увеличения выработки ПЭС. Альтернативой этому решению является использование
насосной работы ПЭС для совмещения периодов генерирования ПЭС с временем
прохождения пиков в энергосистеме, что приводит к некоторой потере выработки,
но дает вытеснение мощности ТЭС.
Эти вариации режима, позволяющие в определенных условиях
обеспечить повышение эффективности ПЭС, должны учитываться на последующих
стадиях проектирования, но они не оказывают кардинального влияния на выбор
параметров ПЭС на предварительных стадиях проектирования.
Как определить режим сработай бассейна ПЭС,
удовлетворяющий поставленной задаче получения максимальной отдачи ПЭС?
В гл. 6—8 дано строгое решение этой задачи методом
динамического программирования. Этот метод должен применяться на дальнейших
стадиях проектирования, когда произведен выбор створа и намечены основные
параметры ПЭС.
Для вариантного сравнения различных створов и составления
предварительного схематического проекта необходимо получить ориентировочную
оценку технического потенциала предлагаемой ПЭС и основных параметров ее
работы /Унач и Q.
Исходными, так же как и для кадастровых оценок валового
энергопотенциала, должны быть основные характеристики створа: площадь
бассейна и величина прилива.
Полученные зависимости помимо простоты должны обеспечивать
достаточную надежность и степень точности, необходимую для предварительных
расчетов. Параметры, соответствующие уровню технического потенциала, должны
отличаться от параметров, соответствующих валовому потенциалу, тем, что в
первом случае выработка и мощность определяются с учетом реальной пропускной
способности и КПД гидроагрегатов ПЭС при условии обеспечения такого
наполнения (опорожнения) бассейна ПЭС, при котором будет получена
максимальная отдача.
Благодаря строгой закономерности прилива, наблюдаемой на
побережьях с правильным полусуточным характером прилива (т. е. во всех
рассматриваемых створах ПЭС, за исключением Пенжинского), оказывается
возможным задачу регулирования решить только для одной средней величины
прилива, а затем с учетом коэффициентов прилива.распространить полученное
решение на весь репрезентативный ряд лунного месяца и года. Эта возможность
Предопределяется симметрией отклонения в течение лунного месяца величины
прилива от среднего значения в сторону высоких и малых приливов.
Мареограмма в любом пункте побережья Мирового океана, где
прилив имеет правильный полусуточный характер, при малых значениях показателя
прилива Д (например, для Ла- Манша 0,05, Мурманского и Беломорского побережий
0,5, см. табл. 3.1) может представлять ход прилива в любом пункте побережья с
таким характером прилива и будет отличаться лишь по масштабу высот. Поэтому
для перехода от мареограмм для пункта, в котором проведено регулирование
поилива на максимум выработки, к рассматриваемому створу следует масштаб
высот умножить на коэффициент отношения средних величин прилива этих двух пунктов.
При расчете графическим способом полученный результат
должен быть умножен на площадь бассейна в рассматриваемом створе.
При построении графика хода уровней в бассейне ПЭС можно
приближенно принять сработку бассейна по прямой линииТакое допущение является
некоторым отступлением от принципа максимального использования приливной
энергии, при котором ход уровня в бассейне должен, как отмечалось выше,
соответствовать естественному ходу уровней в море со сдвигом фазы,
определяемым начальным напором.
При регулировании прилива по методу динамического
программирования с применением ЭВМ такое изменение расходов действительно
имеет место. Однако, поскольку при допущении неизменности расхода конечная
сработка сливной призмы бассейна ПЭС не будет существенно отличаться от
получаемой при точном расчете, это отступление не должно существенно
сказываться на результате.
При построении графика уровня бассейна необходимо принять
определенную ординату начала сработки. Очевидно, что эта ордината не может
совпадать с уровнем полной и малой воды при наполнении из-за необходимости
накапливания напора на турбину. Поэтому в графике регулирования допускается
некоторая потеря сливной призмы. Высота потерянной при этом призмы
определится, если принять в расчет график не с первой волны, а с последующих.
На 5.1 представлена сработка уровня расчетного бассейна с
величиной прилива 5,44 м при разных значениях расхода («веер» прямых,
начинающихся в точке с начальным напором #нач = 2,5 м). Такой напор принят произвольно для последующе го варьирования в поиске оптимального расхода.
Flo напорам, снимаемым последовательно как разность уровней бассейна и моря,
и расходу построен график мощности для различных значений расхода. При этом
мощность ПЭС определялась по формуле N — 7 QH, соответствующей
средневзвешенному значению КПД агрегата, принимаемому так же, как и при
кадастровой оценке речных энергоресурсов. По полученным значениям выработки в
пересчете на год строится график годовой выработки в зависимости от расхода.
Такие же графики строятся и для других значений #нач (1; 1,5; 2 м).
Высшая точка семейства этих графиков и является условно
искомой, а режим, соответствующий этой точке, принимается обеспечивающим
максимальную отдачу. Отношение этой отдачи к валовому энергопотенциалу,
вычисленное для данного расчетного случая и равное 0,34, ввиду подобия
приливных синусоид на побережьях с правильным полусуточным приливом и
является коэффициентом для перехода от валового к техническому энергопотенциалу.
Следовательно, с учетом формула технического энерг потенциала, кВт-ч,
бассейна ПЭС определится выражением
Таким образом, технический энергопотенциал бассейна
рассматриваемой ПЭС равен одной трети валового^ а также пропорционален
площади бассейна и квадрату средней величины прилива.
Поскольку приливные синусоиды, а следовательно, и графики
регулирования подобны, остальные параметры ПЭС можно получить умножением
параметров, полученных в расчетном случае, на отношение величин прилива в
рассматриваемом и расчетном бассейнах. Так, если при величине прилива 5,44 м оптимальный н а - чальный напор равен 2,5 м, то в общем случае начальный напор т. е. начальный
напор для получения наибольшей выработки принимается при кадастровой оценке
технического потенциала прилива равным половине величины прилива.
Аналогично р ас четны й расход, определенный в 250 м3/с, в
общем случае при площади бассейна 5, км2, определяется, м3/с, по формуле Q =
250 —-—5 = 46 (5.3) 5,44
Для определения установленной мощности следовало бы
исходить из максимальной величины прилива. Но ввиду малой обеспеченности этой
величины в расчет принимается величина среднесизигийного прилива, имеющего
коэффициент 1,23 по отношению к средней величине его г мального напора в
течение цикла, равного 1,1 #нач, определяется по формуле Л/уст = 7QH = 7 •
1,23- 46,4 ср • 1,23 х X 0,5Лср = 243ЛсР 5 или с округлением NyCT = 250AlpS.
В дальнейших стадиях проектирования установленная мощность
подлежит уточнению исходя из эффективности дополнительной энергии, получаемой
при увеличении установленной мощности, соответствующей превышению значения
величины прилива сверх среднесизигийной.
Для определения мощности ПЭС, кВт, при любой величине
прилива может быть предложена зависимость ЛГтек = 7 QH
= 7 - 0.46Л • 46/4S = 150Л25
Приведенные формулы показывают, что полученный график
мощности ПЭС может рассматриваться как типовой при регулировании ПЭС на
максимум отдачи.
С помощью формул по известным Аср и 5 можно определить
параметры ПЭС.
Аналогично могут быть получены параметры однобассейновой
ПЭС одностороннего
Недостаток графического способа заключается в том, что в
нем не учитывается эффект насосной работы и принимается ход уровня при
выравнивании бьефов таким же, как для турбинного режима, т. е. не учитываются
реальная пропускная способность и число водопропускных отверстий. Но
поскольку эффект насосной работы определяется относительно небольшим 44
предварительной оценки точность проектных параметров.
Так, для Мезенской ПЭС по графическому методу jVycT = 250-
Ю*-62х Х1458 —14,6 ГВт и Э = 0,67-10е-62х х 1458=39 ТВт-ч/год, а по методу
динамического программирования — соответственно 15 ГВт и 50 ТВт-ч/год.
Для ПЭС Ране по приближенным формулам iVycT =
250-106-8,462 х х 15,5 =280 МВт и 3=0,67-106х х8,462-15, 5= 0,7 ТВт- ч/год.
Разность с осуществленным проектом составляет 11—13 % и объясняется тем, что
на ПЭС Ране установлено меньшее число агрегатов (24 вместо 36) и ограниченное
число водопропускных отверстий (6 вместо 10).
Сопоставление параметров запроектированных ПЭС и полученных
по формулам для однобассейновой установки одностороннего действия также дает
близкие результаты. Так, ПЭС Кобекуид по проекту 1982 г. имеет мощность 4,28 ГВт и выработку 12,26 ТВт-ч/год, по формулам для односторонней работы
мощность ПЭС составляет 7,8 ГВт, а годовая выработка 15 ТВт-ч.
Аналогичные допущения принимаются при определении
оптимальных теоретических значений основных безразмерных расчетных
показателей
ПЭС с использованием упрощенной схемы метода Жибра
поедложен~ ных Прендлом
Сущность способа заключается в определении основных
показателей ПЭС по отношению к максимально возможным. При этом на основе
моделирования режимов работы ПЭС выведены оптимальные безразмерные
теоретические значения показателей ПЭС как одно-, так и двустороннего
действия.
Таким образом, по предлагаемому методу потенциальная энергия
или мощность принимаются по (5.1) , но с введением поправки по безразмерному
коэффициенту, учитывающему модельные исследования для выбора оптимума, в
результате чего, зная среднюю амплитуду и площадь отсекаемой акватории, можно
оценить параметры ПЭС и правильно интерпретировать результаты расчетов,
выполненных методами пошаговой оптимизации с учетом конкретных условий створа
и конструктивных решений.
Ниже даются формулы для определения основных показателей
ПЭС с использованием оптимальных безразмерных теоретических параметров и
значения этих параметров.
На основе модельных исследований Прендл предложил
оптимальные теоретические безразмерные параметры f для определения площади
водопропускных отверстий и расчетного напора агрегата ПЭС
|