CUPRINS
1.
2. 3. 4.
Tema Tema proiectului si introducere Calcul Calculee și reprez reprezent entări ări grafic graficee 1.1 Debite medii anuale 1.2 Debite medii lunare multianuale 1.3 Debitul modul (debitul mediu multianual) 1.4 Curba de regim 1.5 Curba de durată (clasată) 1. Curba de capacitate !leger !legerea ea perioad perioadei ei caracter caracterist istice ice Calcul Calculul ul curbe curbeii integr integrale ale a difer diferen en țelor elor de debite debite Determinarea Determinarea debitel debitelor or regulariza regularizate te prin metoda metoda firului firului "ntins "ntins
1
Se consi consider dera a o amena amenajar jare e hidro hidroene energ rgeti etica ca forma formata ta dintr dintr-un -un lac de acumu acumular lare e important care alimenteaza o centrala hidroelectrica.
Se considera cunoscute urmatoarele date :
-
Debite Debitele le medii medii lunar lunare e auente auente in acumula acumulare re in regim regim natur natural al pentru pentru o perioad perioada a de 25 de ani, prezentate in abelul 1. !unile sunt ordonte dupa ani hidrologici.
-
"urb "urba a de ca capa paci cita tate te a lacu laculu luii de ac acum umul ular are e este este prez prezen enta tata ta sub sub for forma de perechi de #alori $h, %&, unde h reprezinta adancimea apei in lac masurata in sectiunea barajului si % #olumul de apa din lac corespunzator, abelul 2. 'lte date sunt prezentate in abelul (:
-
cota biefului a#al #al $debusarea centralei hidroelec ecttrice&) cota prizei de apa pentru alimentarea centralei hidroelectrice)
-
cota ni#elului normal de retentie) cota co ta pici picior orul ulu ui bar baraj ajul ului ui fata fata de ni#e ni#elu lull *ar *arii ii +e +egr gre, e, co cons nsid ider erat at ca ni#e ni#ell de de referinta)
randamentul me mediu al al am amenajarii, co considerat co constant in indiferent de de
cadere si debitul turbinat) coe co eccient ent de de in instala talarre in in cen centtrala rala hidr hidro oelec electtrica. ica.
Se cere cere sa se deter etermi mine ne nive nivelu lull mini minim m acumularii.
ener energ getic etic de explo xploat atar are e a
entru rezol#area acestei probleme se compara patru #ariante astfel: •
•
%arianta , in care se considera e/ploatarea lacului cu ni#el constant la +0+ in aceasta #arianta de e/ploatare se considera ca lacul de acumulare a fost creat e/clusi# pentru concentrarea debitelor in sectiunea barajului si nu realizeaza si functia de regularizare a debitelor, "3 turbinand debitele medii lunare auente in regim natural in acumulare) rei rei #ariante de ni#el minim de e/ploatare e/ploatare corespunzand corespunzand unor coecienti de acum ac umul ular are e de 1, 1, 2 si respe espect cti# i# (4 (4 din din stoc stocul ul me medi diu u anua anuall aue auent nt,, numerotate in ordine 1, 2, si (. Se #erica faptul ca in #arianta ( ni#elul minim de e/ploatare nu coboara la mai putin de un metru deasupra prizei de apa a centralei.
Se cons consid ider era a ca opti optima ma vari varian anta ta pent pentru ru care care valo valoar area ea ener energi giei ei produse este maxima, valoarea find considerata din punct de vedere al
2
asigurarii energiei, anotimpului si tipului energiei produse in raport cu curba zilnica de sarcina.
entru reducerea #olumului de calcule se sugereaza alegerea unei perioade caracteristice de 5 ani si efectuarea calculelor pentru aceasta perioada.
(
abel 1. Debite medii lunare pentru o perioada de 25 de ani, in 'n7!un apr a 1 22,8 9 2 (9,1 1 ( (8,8 5 9 98,5 ( 5 29, < 8 ; 1
2<, 5 9<, < (8,8 < (1,<
12
9<, < 15,2 9 95,2
1(
2<,8
19
(9,( 5 21,5 2 91,(
11
15 1< 18 1
15,1 ( ((
1;
(,(
2
(8,8 ; 9(,2
21
mai 58, ( 2,2 9 5,5 ( 99,5 9 (<, ; 99,8 2 55, ( 59,; ( 5,( ( 51, ( (2,1 1 98, 9 (<,9 2 (5,9 ; 1<,5 8 98,< < (,1 < (,1 5 99,( < 9,1
iun
52,2 ( 18,5 9 (5, 2 9,8 5 1;, 5 (5,( 1 (, 9 5,8 ( 2, 5 5(,2 ( 2;,; 5 (,5 1 21, < 2, 2 2, 9 58,5 ( 9, 1 1<,8 < ((,( 2 2<,5 9 9;,2 51,1
iul
aug
sep
oct
no#
dec
91,2 5 (9,9 9 25,9 < 1,1 9 19,( 9 1,1 2 2<,5 29,5 15,< ( 9,1 < 1,8 1 2(,1 2 ;,<;
2,( (<,( < 22,; 2 1
1(,; 1 2,8 9 ;,<
1(,( ( 11,5 1 ,;
21,8 9 11, 11,(
12,9 < 1,8 ; 12,9
1<,5 ; ((, < 9, ; 12, 9 2,5 ( 19,5 1;,<
11,9 ; 19,2 < 1,; ( ;,8
12,9 ( ;,9
29,9 ( 11,8 12,9
19,5 1 ;,(;
1(,< ( 2,; 29,( 5 8 19,1 ;,(8 ; 1(,< 1,5 8 8 29,5 12, ; 11,5 8, ( 18, (5,< ; ,5 ;,<1
15,< 1(,8 1 2 ;,52 11,5 ; 8,5 5,( <,<;
19,; 9 8,1
;,(5 9
6 ian
feb
mar
1,8 ;,( 1<,9 5 11,; 1,2 11,< ( 2 1,8 1,; 1,1 < ; 1 1,( (<, 1<, 1,< 12,5 15,2 5 8 ( 9 ; 18 28,1 2,9 1(,5 1,9 15,9 8 < 9 5 8,; 19, 1, ;,<; ;,15 ;,11 < 2 1;,9 2<,1 1<,2 11,9 1,1 19,5 < 9 2 ( ; ; 8,81 1,2 ;,< ;,<; 11,1 9 8,28 ,< ,9; 1,2 1,5 8,91 ; 2 1,< (,8 19,2 1, ;,<; 11,2 ( 9 1 ( <,;; <,;< ,25 8,;8 11,9 11,9 2 2 59,; (<,( 11,8 ;,; 1 12 ( 2 ; 19,; 2 15,< 12, 12, 15, 9 < ; ; 1 9,< 2<,< 25,2 15,8 21,; (1,< < 9 5 < 2 ,< 18, (9, 28,2 15,1 1(, < 5 5 2 9 ,9 8,95 19,9 11,1 1,< ,<5 9 8 1 1,9 25,2 1(,; ;,92 ;,15 12, < ; 1 5 ;,11 2;,8 1,1 11,8 1,1 1<,; ; < < 1 8 ;,;; ;,(5 <,; 1,2 <,<< 11, 2 2 1(,8 1(,; 18, 1,9 19,8 19, < < < 9 2 8,< <,8< 8, 8, 5,;( 1,8
22 2( 29 25
1<,5 ( 29,2 1 95,8 ( 2<,; (
; 9<,< 1 59,< ( 52, ( 9;, (
(<,( < 9<,5 99,
9 21,1 ((,1 ( 22, 9 95,1 (1, 8 5
1 11,; 1 25,; ( 11,< 2 (,< 8
8,<9 1, 22, 18,9 < ;,59 ,;8 1<,( 12,( ; ;
1 1(,9 12, 11,5 11,5 21,8 1 < < 1 19, 11,< ;,55 ,12 ;,1< ( < 8,;; 11,( , 11,< 1(,8 < 1 1(,2 11,8 1(,5 15,5 19,2 5 8 1
abel 2. "urba de capacitate a acumularii
abel (. *arimi caracteristice amenajarii hidroenergetice =a# ;,5 md* = ; md* =pa 1<,2 md* =+0+ 21,5 md* >"3 , ?i 2,;2 -
5
Introducere
!a realizarea unei scheme de amenajare hidroenergetica a unui curs de apa, unul dintre cele mai importante il reprezinta lacul de acumulare. 'cesta este in general format prin bararea cursului de apa cu un baraj trans#ersal si realizeaza doua roluri importante din punct de #edere hidroenergetic: concentrarea caderii in sectiunea barajului si regularizarea debitelor. 'cumulari importante se gasesc in zona muntoasa unde este posibila realizarea unui #olum cat mai mare pentru lac cu inundarea unor zone cat mai restranse. Debitul unui curs de apa de deneste ca ind #olumul de apa care strabate o sectiune trans#ersala a raului in unitatea de timp, #ariaza continuu si este o marime comple/a si dicil de determinat. Debitele se obtin prin in#entariere pe un numar foarte mare de ani $25@9 ani& a #alorilor medii orare, zilnice, lunare etc. masurate la statiile hidrometrice. "a debit caracteristic pentru un rau se poate considera debitul cu asigurarea de 5 sau ;-;54 sau, in general, debitul mediu multianual.
1. Calcule si reprezentari grafce
1.1
Debite medii anuale
Debitele medii anuale reprezinta #aloarea medie a debitelor inregistrate pe o perioada de un an. An abelul 9 sunt reprezentate aceste debite.
1.2
Debite medii lunare multianuale
Debitele medii lunare multianuale reprezinta #aloarea medie a debtelor inregistrate intr-o anumita luna pe o perioada de mai multi ani. An proiect, este #orba de o perioada de 25 de ani, iar #alorile debitelor medii lunare multianuale sunt trecute in tabelul 9.
1.3 Debitul modul (debitul mediu multianual
Debitul modul reprezinta media aritmetica a debitelor anuale pe un sir indelungat de an. An proiect am calculat pentru o perioada de 25 de ani, media aritmetica a debitelor medii anuale si este trecut in tabelul 9.
<
abel 9. Debite medii m(7s6
1.! Curba de regim
"urba de regim sau hidrograful reprezinta #ariatia in timp a debitului. entru a reprezenta curba de regim, este important de stabilit perioada si pasul de timp pentru care se construieste. entru a construi o curba de regim, este necesar sa se calculeze debitele medii pe inter#ale de timp. Debitul mediu pe un inter#al de timp se obtine cu relatia:
unde
reprezinta #olumul scurs prin sectiunea de referinta in perioada T . Daca
se mediaza un sir de debite pe inter#ale de timp Bt , se obtine un sir de debite medii, QBt . An functie de pasul de timp Bt pentru care se determina #alorile medii, rezultatul medierii poate : 8
QBt C z Q, Ql, Qan) pentru B t C 1 zi, 1 luna, 1 an.
1." Curba de durata
An multe dintre cazurile practice nu intereseaza succesiunea cronologica a #alorilor debitului ci durata lor. Durata unei #alori a debitului reprezinta fractiunea din orizontul de timp considerat, cat #aloarea respecti#a a fost prezenta $realizata, depasita, disponibila&. 0eprezentarea graca a #alorilor debitului in ordine descrescatoare pastrand in abscisa pasul de timp cu care se cunosc debitele medii se numeste curba de durata sau curba clasata a debitelor. 'ceasta curba arata ca pentru un inter#al de timp, , pe un anumit rau si intr-o anumita sectiune, o anumita #aloare a debitului, E, a fost depasita o anumita durata, dE. An gura de mai jos, cu #alorile din tabelul 9 ale debitelor medii anuale, dar ordonate in mod descrescator, s-a realizat curba de durata.
1.#
Curba de capacitate
"urba de capacitate reprezinta #ariatia #olumului de apa din acumulare in functie de cota sau de adancime. entru simplicarea utilizarii ulterioare a curbei de capacitate a acumularii se propune apro/imarea acesteia printr-o functie putere, , unde % reprezinta #olumul de apa din lac corespunzator unei adancimi masurate in sectiunea barajului h, iar a si m sunt coecienti care se determina prin metoda celor mai mici patrate. entru determinarea coecientilor a si m, am calculat mai intai termenii /? si F?, in functie de #alorile din tabelul 2:
abel 8. Determinarea termenilor /? si F?
;
unde /?Cln $h&, iar F?C ln$%& Se determina apoi termenii a si m: C 1,;8
C ,989
'm recalculat #alorile #olumelor de apa din lac si le-am trecut in tabelul 5.
abel 5. %olumele de apa din lac calculate cu relatia de apro/imare
2 $%&'&&$ )&I*$D&I C$$C+&IS+IC& entru reducerea #olumului de calcule se poate alege o perioada caracteristica. 'ceasta este reprezentati#a pentru intreaga perioada istorica pentru care se dispune de masuratori de debite, este mai scurta diminuandu-se 1
corespunzator #olumul de calcule, iar rezultatele si concluziile elaborate se pot e/tinde si considera #alabile pentru intreg sirul de debite. erioada caracteristica trebuie sa respecte urmatoarele conditii: G anii sa e consecuti#i, G debitul mediu sa e apropiat de debitul mediu multianual, G caracterul hidrologic sa e apropiat de cel al intregii perioade.
entru respectarea conditiilor de mai sus se determina mai intai caracterul hidrologic pentru ecare an in parte. An acest scop se impart in cate trei inter#ale egale inter#alul cuprins intre debitul mediu multianual, m si debitul ma/im multianual, ma/ si inter#alul cuprins intre debitul mediu multianual si debitul minim multianual, min. 3chidistantele celor doua inter#ale se calculeaza cu relatiile:
An urma realizarii calculelor s-au obtinut urmatoarele #alori in
ma/ 9 ( m 2 1 min
:
2;,1 2<,25 2(,9; 2,89 1,98 1<,2 1(,;(
De la #alori ma/ime catre minime se considera pentru un an cu debitul mediu Qan ca este: - foarte ploios $H& pentru: Qma/ I Qan J Qma/ K BQma/, - ploios $& pentru: Qma/ K BQma/ I Qan J Qm L BQma/, - normal $+& pentru: Qm L BQma/ I Qan J Qm K BQmin, - secetos $S& pentru: Qm K BQmin I Qan J Qmin L BQmin. - foarte secetos $HS&: min L BminI an J min 11
An tabelul < se prezinta caracterul hidrologic al celor 25 de ani pentru care am a#ut masuratori de debite. abel <. "aracterul hidrologic al celor 25 de ani
An continuare se prezinta debitele medii multianuale pe o perioada de 5 ani consecuti#i, tabelul 8: abel 8. Debitele medii multianuale pe o perioada de 5 ani consecuti#i, in
'n7!un a 1-5 2-< (-8 9- 5-; <-1 8-11 -12 ;-1( 1-19 11-15 12-1<
5m 22,1< 2, 21,51 21,<< 2,2( 21,;< 21,29 21,82 2, 21,2; 1;,5 2,<8 12
:
1(-18 19-1 15-1; 1<-2 18-21 1-22 1;-2( 2-29 21-25
1;,9; 1;,95 1;,21 1;,5( 1,;; 1,55 1;,89 2,18 2,;
'm ales ca perioada caracteristica perioada de 5 ani incepand cu anul 2 deoarece debitul mediu pe aceasta perioada este apropiat de debitul modul, iar caracterul celor 5 ani este in medie normal. Debitele lunare din perioada aleasa se gasesc in tabelul . abel . Debitele pentru perioada caracteristica de 5 ani aleasa, in
3 C$%C%% D&-I+&
C-&I
I+&'$%&
$
7s6
DI/&&+&%*
D&
"urba integrala a debitelor si curba integrala a diferentelor debitelor medii lunare se calculeaza cu relatiile:
1(
lun delta R a mQ7s6 mQ6 2,89 1 (9,11 (5,<5 2 2,29 ((,5 ( 18,59 29,; 9 (9,99 <,;15 M marime importanta asociata debitului mediu multianual, in functie de care se dimensioneaza lacul in 5 (<,(< 11,;1 acumulare, este stocul mediu anual auent in < 2,89 122,29 acumulare $abelul ;& care se poate, e#entual, 8 11,51 ;,((9 recalcula corespunzator debitului mediu al perioadei 7s&. 11, 89,1; caracteristice, 5 $5C2, ; 1,8; <;,51( 1 11,;( 9<,12; 11 1,22 1,29 abel ;. "urba integrala a diferentelor de debit 12 11,< -<,19 #olume in lac,N, in 1( (8,85 (,<99 19 5,5( 11<,;8; 15 (5,2 159,992 1< 25,9< 1<<,81( 18 22,;2 182,2;1 ". D&+&0I$&$ D&-I+&%* 1 ;,< 19(,952 1; ,; 112,2;5 &'%$I$+& )I 0&+*D$ /I%I 2 11,( 8,251 I+IS 21 12,9 <5,18 Daca nu se cunosc cerintele de apa din a#al, 22 1,8< (,<9 metoda care se utilizeaza pentru regularizare in cazul 2( 1,;; ((,<1 lacurilor mari este metoda Orului intinsP. 29 1,11 5,<1 entru studiul regularizarii debitelor in cazul unui 25 98,5( 8<,111 #olum util %u cunoscut, se translateaza curba integrala 2< 99,59 1(,<<2 a diferentelor de debit cu segmentul corespunzator 28 9,85 1;1,225 #olumului util %u de pe scara #olumelor. "urba 2 1,19 19,2< superioara corespunde ni#elului minim de e/ploatare 2; 1 18<,1 $lac gol&, iar cea inferioara ni#elului retentiei normale ( 1(,<( 158,;19 $lac plin&. An acest mod se obtin limitele de regularizare: depasirea curbei inferioare conduce la de#ersari, iar a (1 1,(5 151,99; celei superioare coboara ni#elul in lac sub ni#elul (2 (<, 1;(,<( minim. (( 1<,8 11,12; '#and cele doua limite, se traseaza rul intins (9 1,<( 159,(2 luand ca punct de plecare inceputul primului inter#al si (5 12,59 1(2,599 ca punct nal sfarsitul ultimului inter#al de timp din (< 15,2; 11,15 sirul celor n ani $ca si cum ar un r de care se trage, (8 29, 12,59< intre cele doua curbe&. ( (<,; 1<,2; Determinarea debitelor regularizate s-a realizat (; 1;,5 1<<,(18 pentru trei #ariante de #olum util ale lacului de 9 19,(9 19;,29 acumulare, si anume care corespund unor coecienti 91 2,;5 19;,<8 de acumulare de 14, 24 si respecti# (4 din stocul 92 29,(8 15;,<; mediu annual auent in acumulare in anul mediu. 9( 18 19;,9< 99 28,18 1<5,2( 95 2,9< 1<9,;18 9< 1(,59 195,888 19 98 1,95 11,9;( 9 15,9 19,259 9; 2<,5 12,1
%olumele utile pentru cei trei coecienti: % u1C<5,< mil.m(, %u2C1(1,21 mil.m(, %u(C1;<,1 mil.m(. entru a putea aplica metoda rului intins pentru regularizarea debitelor, se procedeaza astfel: pe gura urmatoare se tranzlateaza curba integrala a diferentelor debitelor in lungul a/ei #olumelor, in sens negati# cu #aloarea #olumului util corespunzator #ariantei 1) curba nou obtinuta se tranzlateaza cu #aloarea corespunzatoare #ariantei 2 si noua curba cu #aloarea corespunzatoare #ariantei (. Se obtin trei culoare de latimi egale cu #alorile #olumelor utile din cele trei #ariante studiate. "urba care limiteaza superior un culoar reprezinta curba de lac gol din #arianta respecti#a, iar cea care il limiteaza inferior - curba de lac plin. *etoda rului intins consta in a parcurge pentru ecare #arianta, deci ecare culoar, pe drumul cel mai scurt, intre punctul de abscisa si punctul de abscisa < $in abscisa s-a reprezentat timpul in luni iar perioada caracteristica aleasa pentru studiu are 5 ani&.unctul initial al rului intins are aceeasi ordonata cu punctul nal si se alege catre curba de lac gol, catre mijlocul culoarului de latime egala cu #olumul util sau catre curba de lac plin dupa cum ultimul an al perioadei caracteristice este secetos, normal sau ploios. 'rgumentul pentru aceste alegeri il constituie faptul ca se considera ca perioada caracteristica se repeta in mod identic, anterior primului an ind ultimul iar ulterior ultimului an ind primul. Debitele regularizate sunt proportionale cu pantele portiunilor de r intins. entru determinarea acestora se utilizeaza o metoda graca. Se construieste pe acelasi grac al curbei integrale a diferentelor debitelor o a/a #erticala pentru debite, se alege o scara de reprezentare a acestora si se duce o perpendiculara in dreptul #alorii debitului mediu multianual al perioadei caracteristice, 5. !a o distanta numita lungime polara, lp, se gureaza un punct, P, numit pol. !ungimea polara se calculeaza cu ajutorul unei relatii intre scarile de reprezentare utilizate pentru marimile zice de pe grac, si anume: debitul, timpul si #olumul. Se poate scrie astfel pentru lungimea polara: roductiile medii lunare de energie pentru cele patru #ariante studiate sunt calculate si prezentate in tabelele 1.
15
1<
18
1
1;
An tabelul 11 se prezinta centralizarea rezultatelor pentru ecare dintre #ariantele de e/ploatare considerate. abel 11. "entralizarea rezultatelor
Mbser#atii si concluzii: •
•
•
•
An urma analizei datelor se alege #arianta cu #olumul util egal cu 14 din stocul mediu anual, energia echi#alenta este ((92,( *Nh, aceasta reprezentand ma/imul de energie produsa dintre #ariantele studiate. n #arianta 1 #olumul util ind mic, rezultT o elasticitate micT a amenajTrii, dar cTderi mari, respecti# puteri mari la bornele generatorului. %arianta ( este apropiata de #arianta 1, UnsT are #alori mici ale puterii instalate, rezultand randamente mai scazute. %arianta 2 este cea mai slabT deoarece energia totalT produsT este mai micT, iar mare parte din aceasta este neasiguratT, rezultVnd o #aloare micT a lui ?.
2
