Энергетические характеристики агрегатов и ГЭС

1. Энергетические характеристики агрегатов и ГЭС

7-1
Курс «Общая энергетика и гидроэнергетика»
Тема II-7
Энергетические характеристики
агрегатов и ГЭС
Подготовил:
доц. В.Л.Жирнов

2. тема: Энергетические характеристики ГЭС

7-2
тема: Энергетические характеристики ГЭС
План лекции
1.
Классификация энергетических характеристик гидроагрегатов.
2.
Основные виды энергетических характеристик гидротурбин.
3.
Энергетические характеристики агрегатных блоков и ГЭС в целом.
4.
Методы получения энергетических характеристик агрегатов.
Цель лекции
Изучение энергетических характеристик
гидротурбин, агрегатных блоков и ГЭС в целом.
Способы получения энергетических характеристик.
Задачи
1.
Изучение связей между входным энергетическим ресурсом и
выходным энергетическим продуктом.
2.
Освоение методики построения энергетических характеристик
агрегатных блоков и ГЭС в целом.
3.
Методы измерения и учета энергетических ресурсов на ГЭС.

3. Основные понятия

7-3
Основные понятия
Энергетические характеристики отражают процесс
преобразования подведенной энергии в полезную энергию в
зависимости от определяющих параметров.
Энергетические характеристики предопределяют экономические
производственные функции предприятия по выпуску
энергетической продукции.
Абсолютные - характеризуют связи по физическим
объемам и параметрам (расходы, напоры, мощности)
Виды
характеристик Относительные - характеризуют связи по
:
относительным объемам и параметрам (КПД, удельные
расходы и др.)
Дифференциальные - характеризуют связи по
приращению физических объемов и параметров от
определяющих факторов.
Агрегирование
характеристик:
Характеристики
элементов
и узлов
Характеристики
агрегатных
блоков
Характеристики
станции
в целом

4. Расходная характеристика турбины

7-4
Расходная характеристика турбины
Расходная характеристика отражает связь мощности
и расхода воды через агрегат
Н
МИН
Н
Расход
Q
м3/с
Р
Н
Q
XX
Мощность турбины
Q
XX
- расход холостого хода - затраты
энергоресурса на преодоление
потерь (гидравлических,
механических и др.)
МАХ
NТ
МВт
• Свойства:
• Характеристика
нелинейная;
• Чем больше напор
(калорийность
ресурса), тем меньше
требуется расхода
воды.
Для практического
применения обладает
большой погрешность
использования

5. Рабочая характеристика турбины

7-5
Теоретическая зависимость
%
т
КПД турбины
ПЛ
турбина
ПР и РО
турбины
N
ПРЕД
N
ПРЕД
Н
т
МАКС
мощность турбины
%
Коэффициент полезного действия
Рабочая характеристика турбины
NТ
МВт
- предельная мощность турбины,
определяемая срывом потока на
лопастях рабочего колеса.
МАКС
МИН
Н
Р
Мощность турбины
Н
МАКС
NТ
МВт
Максимальное значение КПД
достигается в одной точке
рабочей характеристики
Синхронный поворот лопастей направляющего аппарата и
лопастей рабочего колеса (двойное регулирование) обеспечивает
поддержание высокого значения КПД в широком диапазоне
изменения мощностей и напоров !!

6. Главная эксплуатационная характеристика турбины

7-6
Н
м
Изолинии
равных КПД
ЛОГ
МАКС
86%
Напор
Н
Главная эксплуатационная
характеристика турбины
90%
88%
ЛОГ - линия ограничения по
генератору (определяется
электрической мощностью
генератора)
92%
Н
Н
ЛОТ - линия ограничения по
турбине (определяется
максимальной пропускной
способность турбины)
Р
ЛОТ
МИН
Мощность
NТ
МВт
Нр - расчетный напор
(минимальный напор, при
котором турбина еще выдает
установленную мощность
генератора).
Главная универсальная характеристика турбины определяет
энергетические параметры от определяющих факторов и зону
допустимых рабочих режимов

7. Энергетический баланс агрегатного блока

7-7
Энергетический баланс агрегатного блока
N (Q , H )
П
П
подведенная
N (Q , H )
П
Г
Г
Г
N
Водоподводящие
сооружения
Генератор
Турбина
гидравлическая
гидравлическая
НВС
Подвод
гидравлической
энергии
механическая
QТ
НТ
Преобразование
в турбине
Преобразование
в генераторе
Агрегатный
блок в целом
ВС
Т
9.81 QГ (НП НВС)
9.81 QП НП
Q Н
Q Н
Г
Г
П
П
9.81 (QГ QТ ) (НГ НТ )
ГЕН
9.81 QГ НГ
N
N
N
МЕХ
ГЕН
МЕХ
АГР
N МЕХ
NЭЛ
2
;
ВС Т ГЕН
v
НВС r Г
2g
2
кГ Q ;
0.85 0.96
0.9 0.96
Т
0.96 0.98
ГЕР
0 .8 0 .9
АГР
ВС
NМЕХ NЭЛ
;
QТ ) (НГ НТ )
Г
П
электрическая
;
МЕХ
ГЕН
полезная
Потери напора в ВС
N
9.81 (Q
N
N
ГЕН
N
9.81 Q Н
ГЕН
П
П
;

8. Агрегатные характеристики

7-8
Агрегатные характеристики
Характеристика удельного
расхода
Расходная характеристика
агрегата
Nэл 9.81 Qп Нп вс т ген;
1
Q
п
q
Nэл 9.81 Hп вс т ген
Q м3/с
Нрасч
Нмакс
Удельный расход агрегата
Расход агрегата
Нмин
q
(м3/с)/кВт
Нмин
Нрасч
Нмакс
NЭЛ
Эл. мощность агрегатного блока
МВт
NЭЛ
Эл. мощность агрегатного блока
МВт

9. Дифференциальная характеристика

7-9
Дифференциальная характеристика
Характеристика относительных
приростов (предельных затрат)
Характеристика потерь
агр вс т ген;
1. На основе расходной
характеристики
1
1 )
N Nэл (
агр
2. На основе
характеристики потерь
Нмин
Нрасч
Нмакс
Относительный прирост
Потери мощности агрегата
N кВт
q*
(м3/с)/кВт
Q п ;
q*
Nэл
q*
1
9.81 Hп
(1
Нмин
МВт
Нрасч
Нмакс
NЭЛ
Эл. мощность агрегатного блока
N
);
Nэл
NЭЛ
Эл. мощность агрегатного блока
МВт

10. Расходная характеристика ГЭС

7-10
Расходная характеристика ГЭС
Расход
Q
м3/с
Н
МИН
Все ГЭС многоагрегатные –
число агрегатов 3 – 50 шт
Агрегаты ГЭС
однотипные
Н
Р
ЛОТ
ЛОГ
Точки
оптимального
включения
Н
МАКС
Задача: сколько агрегатов
и с какой нагрузкой
необходимо включить ?
Критерий:
QГЭС Q АГРi Ni min;
Z
при :
2 Агрегата
Nгэс
1 Агрегат
Мощность
МВт
Использование:
Текущее диспетчерское управление
Экономическое планирование и учет
ресурсов
NГЭС Ni
Z
Условие оптимальности:
равномерное
распределение нагрузки
между работающими
агрегатами.

11. Методы получения энергетических характеристик

7-11
Методы получения энергетических характеристик
Напор - измеряется оперативно и всегда
Электрическая мощность - измеряется оперативно и
всегда
Измерения:
Расход - измеряется периодически и не всегда !!???
Определение расхода гидротурбины:
МЕТОД
Испытание моделей
По перепаду давлений
в спиральной камере
Вертушками
Ультразвуковые
расходомеры
ПРИНЦИП
Погр.
ИСПОЛЬЗОВ.
Изготовление уменьшенной
копии турбины и испытание ее
на стенде
Установка манометров в двух
сечениях спиральной камеры
турбины
>10%
Для новых
станций
>5%
Низкая
надежность
Установка в проточной части
большого числа вертушек и
измерение их скорости
вращения
По скорости прохождения
ультразвука в потоке
>2%
Большие
затраты
>1%
Большие
затраты