Выбор и расчёт Новинкинской МГЭС.

ПРОЕКТ НОВИНКИНСКОЙ МАЛОЙ ГЭС

Новинкинская малая ГЭС необходима для покрытия дефицита мощности и электроэнергии в Вытегорском районе гидросооружений и судоходства.

Строительство ГЭС на водотоках оказывает существенное влияние на перераспределение стока и на судоходные условия пути. Энергию выгодно вырабатывать в зимнее время, то есть во время наибольшего потребления, а в летнее время на покрытие пиковой части нагрузки обычно в дневное время. В нижний бьеф поступает значительный расход воды с очень большими скоростями. Глубины в нижнем бьефе увеличиваются, но скорости движения оказывают сильное воздействие на судоходство.

Регулирование стока оказывает существенное влияние на русловые процессы, на длительность навигации и на работу флота. В зоне подпора требуется проведение большого объёма дноуглубительных работ. В водохранилище, в связи с уменьшением скорости течения, ледостав и вскрытие ото льда сокращает длительность навигации. В нижнем бьефе из-за больших скоростей течения, наличия волны, условия судоходства ухудшаются. Кроме того, в нижнем бьефе может наблюдаться размыв дна реки, продукты которого могут увеличить отметки нижележащих перекатов и для их ликвидации необходимо выполнять дноуглубительные работы.

Здание Новинкинской ГЭС однотипно расположено на расстоянии 41 м от дренажной канавы низового откоса плотины № 13.

Пол машинного зала располагается на отметке 83,5 м. Станция оборудована также двумя вертикальными гидроагрегатами мощностью 1350 кВт. Подгенераторное помещение имеет отметку 80,1 м. Отметка подошвы 75,1 м.

Отводящий канал длиной 299 м. Отвод воды осуществляется в старое русло реки Вытегра ниже шлюза № 17 Мариинской системы. Отметка дна 77,5 м, ширина по дну 13,0 м. Крепление откосов в пределах уровня воды нижнего бьефа на длине 15 м за зданием ГЭС принято ж/б плитами толщиной 20 см по песчано-гравийной подготовке, ниже без крепления при заложении откосов 1:3.

Нормальный подпорный уровень в верхнем бьефе гидроузла принят на отметке 96.40 м; уровень мёртвого объёма – на отметке 95,90 м. Полезный объём водохранилища составляет 1,25 млн.м³. Водохранилище ГЭС может использоваться для суточного регулирования в зимний период в пределах полезной ёмкости. На ГЭС приняты агрегаты с радиально-осевыми турбинами, как наиболее простые в эксплуатации, экологически чистые – не содержащие масла в рабочем колесе и имеющие по сравнению с поворотно-лопастными турбинами, меньшую величину заглубления под уровень воды.

Параметры агрегатов:

Максимальный напор, м – 16,4
Тип турбины - РО 45
Исполнение турбины - вертикальное

Диаметр рабочего колеса, м - 1,4
Частота вращения, о/м -214,3

Высота отсасывания, м - 5,8

Мощность генератора, кВт - 1400

Выдаваемая мощность, кВт - 1326

Расход агрегата, м³/с - 9,6

Кол-во агрегатов - 2

Расход ГЭС, м³/с - 18,4

Мощность ГЭС, кВт - 2600

Выработка электроэнергии при установке на ГЭС 2-х агрегатов, рассчитана по среднесуточным расходам, сбрасываемых через водосброс (V год = 192 млн. м³) с учётом сработки Ковженского водохранилища (V год = 88 млн.м³) и зимнего притока (V год = 22 млн.м³) и дополнительного объёма стока с Южного склона (V год = 109 млн.м³). Годовая выработка энергии рассчитана при постоянном напоре нетто – 16,0 м без суточного регулирования в зимний период при работе в базе установленной мощностью 2,6 МВт.

Выбор и расчёт Новинкинской МГЭС.

При проектировании МГЭС устанавливаются основные параметры Новинкинского гидроузла и определение мощности.

Средний расход реки:

Зная средний расход реки, находим мощность всей ГЭС по формуле:

Тип турбины выбирается в зависимости от мощности и расчётного напора на ГЭС по сводным графикам применения различных типов турбин. Помимо мощности и напора к основным параметрам относятся:

- диаметр рабочего колеса, D ₁

- высота направляющего аппарата, b _о

- расход воды, Q _м

- число оборотов, n

- коэффициент быстроходности,

- КПД турбины,

- высота отсасывания,

Турбины делятся на три основных типа:

1. Свободноструйный

- Ковшовые

2. Напорные

- Радиально-осевые (РО)

- Поворотно-лопастные (ПЛ)

Свободноструйные ковшовые турбины наиболее распространенная разновидность активных гидротурбин, использующих кинетическую энергию потока. В отличии от реактивных гидротурбин, ковшовые гидротурбины не требуют отсасывающей трубы, а вода на лопасти рабочего колеса поступает непрерывно, а лишь при прохождении ими зоны действия напорной струи. Ковшовые гидротурбины применяются при напорах выше 500 – 600 м,наибольший используемый действующими турбинами напор – около 1800 м.

Радиально-осевые турбины (турбина Френсиса) используют напорное движение жидкости, то есть потенциальную энергию потока и они состоят из двух ободов (верхнего и нижнего), к которым неподвижно закреплены лопасти турбины. Они располагаются таким образом, чтобы при движении потока его радиальное направление менялось на осевое. Радиально-осевые турбины используются в основном на ГЭС с большими перепадами уровней, они позволяют получить высокую мощность ГЭС и являются эффективными.

В поворотно-лопастных турбинах (турбина Каплана) лопасти
закрепляются на втулке таким образом, чтобы они могли поворачиваться
меняя направление на осевое (лопасти подвижные). Поворотно-лопастные
турбины являются эффективными, они используют в основном
потенциальную энергию потока и применяются на равнинных реках. При
напорах до 40 метров.

Рассчитаем два варианта и выберем наиболее оптимальный вид турбины. Спиральные камеры обеспечивают равномерное движение потока по всей окружности турбины. Различают два основных типа спиральных камер:

- бетонные;

- металлические.

В бетонных спиральных камерах вода подводится к турбине по части окружности с углом охвата спирали .Спираль начинается у входного сечения и заканчивается зубом .

Существуют разные типы бетонных спиральных камер, очертания которых определяется расположением вспомогательного оборудования, пропуском расхода воды и другими обстоятельствами. Формы спиральных камер отличаются между собой соотношением параметров и т. п. Спиральная камера типа n = 0 получает развитие вниз относительно направляющего аппарата турбины и это позволяет уменьшить объём бетона в массиве подводной части здания ГЭС и освобождает пространство между перекрытием спиральной камеры и полом машинного зала, которое может быть использовано для вспомогательного оборудования станции.

После принятия формы спиральной камеры (в нашем случае n = 0) производится определение размеров его входного сечения.

Площадь входного сечения спиральной камеры, удовлетворяющая условию пропуска максимального расхода со средней скоростью, определяется по формуле: , где

.

Здесь наибольшее значение координатного угла охвата, заключённого между входным сечением, проходящим через зуб спирали; .

- расход воды, пропускаемый через турбину = 0,87-0,94 – общий КПД турбины и генератора; Н – напор на турбине; N_m – мощность на валу турбины, определяемая по зависимости: ,

где N - установленная мощность ГЭС, кВт;

m – заданное число турбин (две);

- КПД генератора.

Среднюю окружную скорость во входном сечении спирали определяем по графику, в зависимости от высоты напора (V c =3,7 м/с).