ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΕΡΓΑ. Αγγελίδης Π., Αναπλ. Καθηγητής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

Transcript

1 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΕΡΓΑ Αγγελίδης Π., Αναπλ. Καθηγητής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΕΣ

2 Χαρακτηριστικά και τύποι ταμιευτήρων Ταμιευτήρας (τεχνητός) είναι χώρος αποθήκευσης νερού που δημιουργείται με την κατασκευή φράγματος ή άλλου έργου ανάσχεσης και κύριο σκοπό έχει την αποθήκευση του νερού, τη ρύθμιση των φυσικών παροχών και την εξασφάλιση επιθυμητής στάθμης για διάφορες χρήσεις όπως υδροδυναμικές εγκαταστάσεις, αρδεύσεις, υδρεύσεις κ.ά. Τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός ταμιευτήρα προσδιορίζονται από τις καμπύλες στάθμης χωρητικότητας και στάθμης - επιφανείας. Στις καμπύλες στάθμης χωρητικότητας δίδεται η χωρητικότητα του ταμιευτήρα σε κάθε στάθμη με σημείο αναφοράς τη στάθμη της θάλασσας. Στις καμπύλες στάθμης επιφανείας δίδεται η επιφάνεια του νερού που αντιστοιχεί σε κάθε στάθμη. Οι τιμές της επιφανείας αυτής προκύπτουν από τοπογραφικούς χάρτες με εμβαδομέτρηση σε κάθε ισοϋψή. Ο υπολογισμός του αντιστοίχου όγκου γίνεται με ολοκλήρωση της σχέσης στάθμης επιφανείας:

3 V = 2 h h 1 Edh Οι καμπύλες στάθμης όγκου και στάθμης επιφανείας σχεδιάζονται συνήθως στο ίδιο σχήμα. Τα απαιτούμενα τοπογραφικά στοιχεία λαμβάνονται από τοπογραφικούς χάρτες με κλίμακες 1:50000 ως 1:5000 ανάλογα με τη σπουδαιότητα και το μέγεθος του έργου.

4

5 Η ρυθμιστική ικανότητα ενός ταμιευτήρα εξαρτάται από τη χωρητικότητά του στις διάφορες χαρακτηριστικές στάθμες. a: είναι η ελάχιστη στάθμη του ταμιευτήρα και είναι συνήθως η στάθμη του φυσικού εδάφους πριν από την κατασκευή του φράγματος. d: είναι η ελάχιστη στάθμη λειτουργίας, λίγο ψηλότερα από το άνω στόμιο της υδροληψίας. Κάτω από την στάθμη αυτή ο όγκος του ταμιευτήρα «νεκρός όγκος» και είναι αδύνατο να χρησιμοποιηθεί με οποιοδήποτε τρόπο. b: είναι στάθμη κανονικής λειτουργίας του ταμιευτήρα και είναι συνήθως η ανώτατη στάθμη των θυροφραγμάτων όταν είναι κλειστά. c: είναι η μέγιστη στάθμη που μπορεί να φτάσει το νερό στον ταμιευτήρα όταν παροχετεύεται η μέγιστη προβλεπόμενη πλημμύρα (μελέτης).

6 Οι κύριες σκοπιμότητες κατασκευής ενός ταμιευτήρα είναι: 1) Υδροδυναμική εκμετάλλευση 2) Αρδεύσεις 3) Αντιπλημμυρική προστασία 4) Υδρεύσεις οικισμών κ.ά. ενώ ως δευτερεύουσες σκοπιμότητες μπορεί να θεωρηθούν: 1) Εξυπηρέτηση θερμοηλεκτρικών σταθμών 2) Ψυχαγωγία-τουρισμός-σπόρ 3) Ιχθυοτροφεία κ.ά. Ανάλογα με τη σκοπιμότητα κατασκευής ενός ταμιευτήρα διακρίνονται σε ταμιευτήρες: απλής σκοπιμότητας πολλαπλής σκοπιμότητας

7 Οι ταμιευτήρες απλής σκοπιμότητας δεν εντάσσονται συνήθως σε διασυνδεδεμένο υδραυλικό σύστημα ταμιευτήρων και μπορεί να αφορούν: Υδροδυναμική εκμετάλλευση Αντιπλημμυρική προστασία Αρδεύσεις ή Υδρεύσεις οικισμών

8 Οι ταμιευτήρες πολλαπλής σκοπιμότητας διακρίνονται στους ταμιευτήρες με ενιαίο ωφέλιμο όγκο για όλες τις προβλεπόμενες χρήσεις και στους ταμιευτήρες όπου υπάρχει διαχωρισμός των ωφέλιμων όγκων. Λειτουργίες όπως υδροδυναμικές εκμεταλλεύσεις και υδρεύσεις-αρδεύσεις είναι συμβιβαστές μεταξύ τους ενώ η αντιπλημμυρική προστασία είναι ασυμβίβαστη με υδροδυναμική εκμετάλλευση. Αυτό συμβαίνει διότι η μεν αντιπλημμυρική προστασία προϋποθέτει χαμηλές στάθμες ενώ η υδροδυναμική εκμετάλλευση αντίστοιχα υψηλές. Οι πολλαπλές σκοπιμότητες ανεβάζουν συνήθως τη μέγιστη στάθμη του ταμιευτήρα και ακολούθως το μέγιστο ύψος και το κόστος κατασκευής του απαιτουμένου φράγματος.

9 ιαχείριση Ταμιευτήρων Υδρολογικά στοιχεία Σε κάθε υδρολογική λεκάνη όπου πρόκειται να κατασκευασθεί ταμιευτήρας πρέπει να μελετηθούν σε βάθος χρόνου τα υδρολογικά στοιχεία, ώστε να είναι δυνατή η ανάλυση του υδατικού ισοζυγίου της λεκάνης που δίδεται από την έκφραση: P = E + R + ΔV όπου P=V p όγκος ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων E=V ET όγκος εξατμισοδιαπνοής R=V F όγκος διηθουμένου +V R επιφανειακής απορροής V = μεταβολές όγκου νερού στην ακόρεστη και κεκορεσμένη ζώνη, στις εδαφικές κοιλότητες κ.ά. Υδρογράφημα είναι το διάγραμμα ενός υδραυλικού μεγέθους (συνήθως παροχής) συναρτήσει του χρόνου.

10 Καμπύλη διαρκείας είναι το διάγραμμα ενός διατεταγμένου υδραυλικού μεγέθους συναρτήσει του ποσοστού του χρόνου κατά τον οποίο το μέγεθος αυτό απαντάται με ίση ή μεγαλύτερη τιμή. ΚΑΜΠΥΛΗ ΙΑΡΚΕΙΑΣ ΠΑΡΟΧΩΝ 250 ΠΑΡΟΧΗ (m^3/s) % 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% % ΠΟΣΟΣΤΟ ΧΡΟΝΟΥ Για τον υπολογισμό του ποσοστού αυτού διατάσσονται οι τιμές παροχής κατά σειρά φθίνοντος μεγέθους και υπολογίζεται η αθροιστική συχνότητα υπέρβασης κάθε τιμής.

11 Αθροιστική καμπύλη παροχής σε μια διατομή είναι το διάγραμμα χρόνου αθροιστικού όγκου νερού που διέρχεται από τη διατομή. Η κλίση της αθροιστικής καμπύλης παροχής σε μια χρονική στιγμή t είναι ίση με την παροχή τη χρονική στιγμή αυτή όπως προκύπτει από την εξίσωση: εφω = dσv dt = Q (t) ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΣ ΟΓΚΟΣ (10^6 κμ) ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΕΙΣΡΟΩΝ Β ΟΜΑ Α

12 Η κλίση της ευθείας που συνδέει δύο σημεία της καμπύλης σε χρόνους t 1 και t 2 αντίστοιχα δίνει τη μέση παροχή στο διάστημα [t 1,t 2 ]: ΣVt 2 ΣVt1 εφω = t t 2 1 ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΕΙΣΡΟΩΝ ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΣ ΟΓΚΟΣ (10^6 κμ) Β ΟΜΑ Α

13 Είναι γνωστό ότι οι φυσικές παροχές σε μια διατομή ενός υδατορρεύματος είναι μεταβλητές κατά την διάρκεια ενός η περισσότερων υδρολογικών κύκλων. Είναι επίσης προφανές ότι οι χρήσεις του νερού είναι πολλές και ποικίλες (παραγωγή ενέργειας, αρδεύσεις, υδρεύσεις, κ.τ.λ.) και η παροχή κατανάλωσης παρουσιάζει μια μεταβλητότητα στο χρόνο οπωσδήποτε διαφορετική από αυτή των φυσικών παροχών. Σε μια πλήρη εκμετάλλευση προφανώς θα ισχύει: T q ( t) dt = φ 0 0 T όπου Τ : η εξεταζόμενη χρονική περίοδος q φ (t) :φυσική παροχή q x (t) :παροχή κατανάλωσης q x ( t) dt

14 Για να είναι δυνατή η εξασφάλιση της q x (t) σε όλη την περίοδο μελέτης είναι απαραίτητη η δυνατότητα αποθήκευσης κάποιων ποσοτήτων νερού σε ένα ταμιευτήρα. Προκύπτει λοιπόν, ότι η λειτουργία των ταμιευτήρων συνίσταται στη ρύθμιση εισερχόμενων και εξερχόμενων παροχών, ώστε να είναι δυνατή η χρήση του νερού σε ρυθμούς διαφορετικούς από τους φυσικούς. Η χωρητικότητα που πρέπει να έχει ένας ταμιευτήρας για να εξασφαλίσει κάποιο «σενάριο» χρήσης λέγεται ωφέλιμος όγκος του ταμιευτήρα και προκύπτει τόσο μεγαλύτερος όσο πιο έντονα διαφοροποιείται ο ρυθμός χρήσης του νερού από εκείνων των φυσικών εισροών.

15 Η γενική εξίσωση που συνδέει τις παροχές εισόδου - εξόδου σε ένα ταμιευτήρα είναι: q x = q q d dt όπου V είναι ο υπάρχων όγκος νερού στον ταμιευτήρα. Η παραπάνω εξίσωση μπορεί να γραφεί: q x = q q dh A dt όπου Α είναι το εμβαδόν της επιφάνειας του ταμιευτήρα και h η στάθμη του νερού μέσα σε αυτόν.

16 Οι φυσικές παροχές έχουν μια περιοδική μεταβλητότητα στο χρόνο και ο σχεδιασμός λειτουργίας δηλαδή η διαχείριση ενός ταμιευτήρα μπορεί να γίνει με δύο τρόπους προσεγγίσεις: Έχοντας μια χρονοσειρά q φ (t) του παρελθόντος μπορούμε να δεχθούμε, ότι αυτή η χρονοσειρά θα επαναληφθεί με τον ίδιο τρόπο στο μέλλον. Στην περίπτωση αυτή έχουμε ένα προσδιοριστικό (deterministic) τρόπο προσέγγισης. Ηχρονοσειράq φ (t) μπορεί να ληφθεί ως ένα δείγμα από ένα άπειρο πληθυσμό γεγονότων και να εξετασθεί με πιθανοκρατικούς όρους με βάση τις συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας του πληθυσμού. Η προσέγγιση αυτή συνιστά την πιθανοκρατική προσέγγιση της διαχείρισης των ταμιευτήρων.

17 Η μέθοδος της αθροιστικής καμπύλης για τον προσδιορισμό του ωφελίμου όγκου στηρίζεται στην απλουστευτική παραδοχή, ότι η λειτουργία του ταμιευτήρα επαναλαμβάνεται περιοδικά. Η παραδοχή αυτή απέχει πολύ από τις απαιτήσεις λειτουργίας ταμιευτήρων, ιδιαίτερα υπερετήσιας ρύθμισης, στην ικανοποίηση της βέλτιστης οικονομοτεχνικής αξιοποίησης. Για την πληρέστερη μελέτη χρησιμοποιούνται προσδιοριστικά και στοχαστικά μοντέλα με την χρήση γραμμικού ή δυναμικού προγραμματισμού, οπότε είναι δυνατή η βέλτιστη οικονομοτεχνική αξιοποίηση ταμιευτήρα ή συστήματος ταμιευτήρων διατεταγμένων σε ποταμό ή σύστημα ποταμών.

18 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1. Χαρακτηριστικά στοιχεία ενός ταμιευτήρα απλής σκοπιμότητας Υδροδυναμικό έργο ευρίσκεται στα κατάντη ταμιευτήρα ο οποίος τροφοδοτείται από ποταμό για τον οποίο οι μέσες εβδομαδιαίες παροχές του τυπικού υδρολογικού έτους φαίνονται στον πίνακα 1. Οι συντεταγμένες των καμπύλων επιφανείας - χωρητικότητας του ταμιευτήρα δίνονται στον πίνακα 2. Η στάθμη του ταμιευτήρα στην αρχή του τυπικού έτους βρίσκεται σε υψόμετρο 634 m. Το έργο διαθέτει σταθμό 2 μονάδων ο οποίος λειτουργεί με μέσο ωφέλιμο ύψος Ηn =45m.Η εγκατεστημένη ισχύς κάθε μιας μονάδας είναι 31 Mw.

19 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 Χαρακτηριστικά στοιχεία ενός ταμιευτήρα απλής σκοπιμότητας Mέσες εβδομαδιαίες παροχές του τυπικού υδρολογικού έτους α/α. ΠΑΡΟΧΗ α/α ΠΑΡΟΧΗ α/α ΠΑΡΟΧΗ α/α ΠΑΡΟΧΗ εβδο (m 3 /s) εβδο. (m 3 /s) εβδο. (m 3 /s) εβδο. (m 3 /s (1) (2) (1) (2) (1) (2) (1) (2)

20 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 Χαρακτηριστικά στοιχεία ενός ταμιευτήρα απλής σκοπιμότητας Τιμές στάθμης παροχής όγκου ταμιευτήρα ΣΤΑΘΜΗ ΟΓΚΟΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΤΑΘΜΗ ΟΓΚΟΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ (m) (10 6 m 3 ) (Km 2 ) (m) (10 6 m 3 ) (Km 2 ) 600 0,0 0, , ,6 0, , ,0 1, , ,0 2, , ,0 3, , ,0 4, , ,0 4, , ,0 5, , ,0 6, , ,0 7, , ,0 8,1

21 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 Χαρακτηριστικά στοιχεία ενός ταμιευτήρα απλής σκοπιμότητας Η λειτουργία των μονάδων γίνεται με βάση τις παρακάτω παραδοχές: α. Η πρώτη μονάδα λειτουργεί συνεχώς όλο το έτος. β. Η δεύτερη μονάδα λειτουργεί συνεχώς από την 1η ωςκαιτη 14η εβδομάδα και τη 48η ωςκαιτη52η. γ. Ο συντελεστής απόδοσης των υδροστροβίλων είναι 0,86 και των γεννητριών 0,95.

22 Ζητούνται : 1) Η χάραξη των καμπύλων επιφανείας χωρητικότητας του ταμιευτήρα. 2) Η χάραξη του υδρογραφήματος των φυσικών παροχών για το τυπικό έτος. 3) Η χάραξη της αθροιστικής καμπύλης εισροών στον ταμιευτήρα 4) Ο προσδιορισμός της μέσης ετήσιας φυσικής παροχής. 5) Ο απαιτούμενος ωφέλιμος όγκος του ταμιευτήρα για την παραπάνω λειτουργία των μονάδων 6) Η ετήσια καμπύλη μεταβολής της στάθμης του ταμιευτήρα. 7) Η καμπύλη διάρκειας των μέσων εβδομαδιαίων παροχών καθώς και των διαθέσιμων παροχών του σταθμού παραγωγής. 8) Η συνολική ενέργεια που παράγεται από το σταθμό κατά τη διάρκεια του τυπικού έτους.

23 ΛΥΣΗ 1. Καμπύλες στάθμης - επιφανείας χωρητικότητας του ταμιευτήρα ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ 30 (km3) ΣΤΑΘΜΗ (m) ΟΓΚΟΣ (106 m3/s)

24 ΛΥΣΗ 2. Το υδρογράφημα φυσικών παροχών. 250 Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ 200 ΠΑΡΟΧΗ ΠΟΤΑΜΟΥ Β ΟΜΑ Α

25 ΛΥΣΗ 3) Υπολογίζεται ο όγκος νερού που εισρέει κάθε εβδομάδα από την εξίσωση V=Qtόπου t = 7*24*3600 ο χρόνος μιας εβδομάδας σε δευτερόλεπτα. Στη συνέχεια σχηματίζεται ο πίνακας α/α ΠΑΡΟΧΗ (m 3 /s) V(10 6 m 3 ) ΣV(10 6 m 3 ) α/α ΠΑΡΟΧΗ (m 3 /s) V(10 6 m 3 ) ΣV(10 6 m 3 )

26 ΛΥΣΗ 3. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΕΙΣΡΟΩΝ ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΣ ΟΓΚΟΣ (10^6 κμ) Β ΟΜΑ Α

27 ΛΥΣΗ 4). Η μέση ετήσια παροχή είναι 6 V 3687 *10 3 Q = = = 117m / T 365* 24*3600 s 5). Υπολογίζεται η παροχή που απαιτείται για τη λειτουργία κάθε μονάδας από την εξίσωση : Ι = 9,81 n Q H ωφ όπου n = n σ n γ n μ Q I = = = 85,9m s 9,81nH 9,81*0,86*0,95* 45 / ωφ όταν λειτουργούν και οι 2 μονάδες 3 Q = 2* Q = 171,8 m / ολ s Στη συνέχεια κατασκευάζεται η αθροιστική καμπύλη καταναλώσεων

28 ΛΥΣΗ Ο όγκος νερού που καταναλίσκεται εβδομαδιαίως είναι: V=Qt=171.8*7*24*3600=104*10 6 m 3 V = Qt = 85.9*7*24*3600=52*10 6 m 3 για λειτουργία 2 μονάδων για λειτουργία 1 μονάδας Για να βρεθεί ο ωφέλιμος όγκος που απαιτείται για την κατανάλωση αυτή μετατοπίζεται κατακόρυφα και παράλληλα προς τον εαυτό της η ΕΖΗΘ ώστε να έχει ένα κοινό σημείο με την καμπύλη εισροών. Η κατακόρυφη απόσταση Ζ Ζ =ΑΒ+Γ σε μονάδες όγκου είναι ο απαιτούμενος ωφέλιμος όγκος του ταμιευτήρα για την παραπάνω λειτουργία. Οόγκοςαυτόςσύμφωναμετο Σχήμα είναι 375*10 6 m 3.

29 ΛΥΣΗ

30 ΛΥΣΗ Η επαλήθευση της τιμής του ωφελίμου όγκου που υπολογίστηκε με τη γραφική μέθοδο προκύπτει στον πίνακα, και είναι η διαφορά μεταξύ της μέγιστης τιμής του όγκου νερού στον ταμιευτήρα που είναι 428x10 6 m 3 και της ελάχιστης που είναι 53 x10 6 m 3 ήτοι ίσος με 375*10 6 m 3. α/α ΔV(10 6 m 3 ) V(10 6 m 3 ) α/α ΔV(10 6 m 3 ) V(10 6 m 3 ) α/α ΔV(10 6 m 3 ) V(10 6 m 3 ) α/α ΔV(10 6 m 3 ) V(10 6 m 3 )

31 ΛΥΣΗ 6. Για τον υπολογισμό της ετήσιας μεταβολής της στάθμης του ταμιευτήρα υπολογίζονται οι διαφορές εισροών και κατανάλωσης κατά τη διάρκεια κάθε εβδομάδας ήτοι : V=V εισ -V εκρ Η διαφορά αυτή προστίθενται αλγεβρικά στο προϋπάρχοντα όγκο νερού στον ταμιευτήρα: V i+1 =V i + V Αρχικός όγκος νερού είναι ο όγκος που αντιστοιχεί στην αρχική στάθμη που είναι 634 m. Ο όγκος αυτός προκύπτει από την καμπύλη επιφανείας-χωρητικότητας και είναι 293*10 6 m 3. Τελικά σχηματίζεται ένας πίνακας. Από τις καμπύλες επιφανείας χωρητικότητας σε κάθε τιμή του όγκου αντιστοιχεί μια τιμή της στάθμης του ταμιευτήρα. Με βάση την αντιστοιχία αυτή κατασκευάζεται το επόμενο σχήμα.

32 ΛΥΣΗ 6.

33 ΛΥΣΗ 7) Η καμπύλη διάρκειας δίνει το ποσοστό του χρόνου για το οποίο εμφανίζεται παροχή ίση η μεγαλύτερη από δεδομένη τιμή. Για τον υπολογισμό του ποσοστού αυτού διατάσσονται οι τιμές παροχής κατά σειρά φθίνοντος μεγέθους και υπολογίζεται η αθροιστική συχνότητα υπέρβασης κάθε τιμής. Έτσι προσδιορίζεται η σχετική συχνότητα εμφανίσεως κάθε παροχής και στη συνέχεια η αθροιστική συχνότητα εμφανίσεώς της. Αναλυτικά σχηματίζεται ο ακόλουθος πίνακας και αντίστοιχα το σχήμα.

34 ΛΥΣΗ 7) α/α ΠΑΡΟΧΗ (m 3 /s) ΠΟΣΟΣΤΟ ΧΡΟΝΟΥ % α/α ΠΑΡΟΧΗ (m 3 /s) ΠΟΣΟΣΤΟ ΧΡΟΝΟΥ % (1) (2) (3) (1) (2) (3) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00

35 ΛΥΣΗ 7) ΚΑΜΠΥΛΗ ΙΑΡΚΕΙΑΣ ΠΑΡΟΧΩΝ 250 ΠΑΡΟΧΗ (m^3/s) % 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% % ΠΟΣΟΣΤΟ ΧΡΟΝΟΥ

36 ΛΥΣΗ 8) Η συνολική ενέργεια που παράγεται σε ένα έτος από τους 2 σταθμούς είναι : Ε 1 = 19*7*24*31000 = 98,952*10 6 Κwh E 2 = 52*7*24*31000 = 270,816*10 6 Κwh E ολ = Ε 1 +Ε 2 =369,768*10 6 Κwh

37 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 3 από σημειώσεις κ. Μπέλλου. Υπολογισμός ωφέλιμου όγκου ταμιευτήρα πολλαπλής σκοπιμότητας Υδροηλεκτρικό έργο διαθέτει ταμιευτήρα ετήσιας ρύθμισης ο οποίος τροφοδοτείται από ποταμό του οποίου τα υδρολογικά στοιχεία δίδονται στον πίνακα 1: ΜΗΝΕΣ ΠΑΡΟΧΗ (10 6 m 3 /μήνα) ΜΕΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ (mm) ΕΞΑΤΜΙΣΗ (mm) ΑΠΑΙΤΗΣΗ ΑΡΔΕΥΣΕΩΣ (m 3 /s) (1) (2) (3) (4) (5) ΜΑΡ ,0 ΑΠΡ ,0 ΜΙΑ ,5 ΙΟΥΝ ,0 ΙΟΥΛ ,0 ΑΥΓ ,0 ΣΕΠΤ ,0 ΟΚΤ ,0 ΝΟΕ ,0 ΔΕΚ ,0 ΙΑΝ ,0 ΦΕΒ ,0

38 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 3 από σημειώσεις κ. Μπέλλου. Η επιφάνεια του ταμιευτήρα είναι 12.5 km 2. Το έργο διαθέτει σταθμό δυο μονάδων ονομαστικής ισχύος 50 MW που λειτουργούν με μέσο ωφέλιμο ύψος πτώσεως H n = 122,5 m και συνολικό βαθμό αποδόσεως n = 0,83. Ζητούνται: 1) Ο ωφέλιμος όγκος του ταμιευτήρα για συνεχή λειτουργία των μονάδων. 2) Ο όγκος νερού που υπερχειλίζει κατά την διάρκεια ενός έτους. 3) Η απαιτούμενη αύξηση του ωφέλιμου όγκου για να μην υπερχειλίζει καμία ποσότητα νερού (πλήρης αξιοποίηση) και η αύξηση της ονομαστικής ισχύος των στροβίλων για την εκμετάλλευση του νέου ωφέλιμου όγκου.

39 Λύση 1)Για συνεχή λειτουργία των υδροστροβίλων απαιτείται παροχή που υπολογίζεται από την εξίσωση της ισχύος: I = 9,81QHn n η παροχή θα είναι : I Q = = 9,81nH 9,81* 0,83*122,5 n = 50,1m 3 / s (1) (2) 3 Για τους 2 στροβίλους : Q = 2Q = 100,2( m / s) (3) Ακολούθως συντάσσεται ο πίνακας (2) ολ Για συνεχή λειτουργία των υδροστροβίλων απαιτείται ετησίως όγκος νερού ίσος προς: V = = 6 3 Q * 365* 24 *3600 = 100,25*365* 24 * ,9 *10 m

40 ΠΑΡΟΧΗ Ρ-Ε Άρδευ- ΕΙΣΕΡΧΟΜ ΟΓΚΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΝ-OUT ΠΟΤΑΜΟΥ ση ΟΓΚΟΣ ΑΘΡΟΙΣΤ ΠΑΡΟΧΗ ΟΓΚΟΣ ΑΘΡΟΙΣΤ (10^6m^3/μην (mm) (m^3/s) (10^6 m^3) (10^6 m^3) (m^3/s) (10^6 m^3) (10^6 m^3) 0 ΑΡΧΙΚΟΣ ΑΝΑΓΚΑΙΟΣ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ OKT NOE ΕΚ ΙΑΝ ΦΕΒ =max 10.1 =min ΩΦ ΕΛΙΜΟΣ ΟΓΚΟΣ Προσοχή: Ο ωφέλιμος όγκος υπολογίζεται από τη μέγιστη τιμή της υγρής και από την ελάχιστη τιμή της ακολουθούμενης ξηρής περιόδου του όγκου.

41 Στο σχήμα (1) η ευθεία ΟΙ παριστάνει την κατανάλωση για την συνεχή λειτουργία των 2 μονάδων. Γιατηλειτουργίααυτήοαπαιτούμενος ωφέλιμος όγκος προκύπτει από την μετατόπιση της ευθείας ΟΙ ούτως ώστε να εφάπτεται στο κατώτερο και ανώτερο σημείο της «ξηράς» περιόδου της αθροιστικής καμπύλης εισροών. Ως «ξηρά» περίοδος θεωρείται η χρονική περίοδος κατά την οποία η εκροή νερού προς τα κατάντη, δηλαδή η κατανάλωση, είναι μεγαλύτερη της εισροής. Η κατακόρυφη απόσταση των μετατοπισμένων ευθειών δίνει σε μονάδες όγκου τον απαιτούμενο ωφέλιμο όγκο για τη συνεχή λειτουργία των στροβίλων. Αν υπάρχουν περισσότερες της μιας ξηρές περίοδοι τότε ως ωφέλιμος όγκος λαμβάνεται ο μεγαλύτερος από τους προκύπτοντες σε κάθε μια από τις περιόδους αυτές. 6 V i = kab = 200*10 *1,6 = ωφ 320*10 6 ( m 3 )

42 2) Ο συνολικός όγκος που εισρέει στον ταμιευτήρα κατά τη διάρκεια ενός έτους προκύπτει από τον πίνακα : V εισ = Ο συνολικός όγκος που εκρέει μέσω των στροβίλων είναι : Ο όγκος υπερχειλίσεως θα είναι : 4107, 2*10 m V = 3159,9*10 m εκρ 6 3 V = V V = 947,3*10 m υπερ εισ εκρ 3

43 3) Μετηνπροϋπόθεσηότιηκατανάλωσηνερούείναισταθερήστηνπερίπτωσητης πλήρους αξιοποιήσεως του εισρέοντος νερού, η καμπύλη καταναλώσεως παριστάνεται από την ευθεία ΟΙΙ (Σχ. 1). Ο απαιτούμενος ωφέλιμος όγκος προκύπτει από την παράλληλη μετατόπιση της ευθείας ΟΙΙ προς τον εαυτό της ώστε να εφάπτεται στα ακρότατα σημεία της αθροιστικής καμπύλης εισροών (Σχ.1). Ο ωφέλιμος όγκος που απαιτείται για την λειτουργία αυτή είναι η κατακόρυφη απόσταση των παραλλήλων αυτώνηοποίαπαριστάνεταιμετοευθύγραμμοτμήμααδ. Σε μονάδες όγκου το τμήμα αυτό αντιστοιχεί σε όγκο: V2ωφ = κ AΔ= 200*10 m x3.5 = 700.0*10 m Η αύξηση της ονομαστικής ισχύος θα προκύψει από τις εξισώσεις : Ι ι =9,81*n*Q I *H n Ι 0 =9,81*n*Q 0 *H n I Q QT V I Q QT V 4107,2*10 6 i i i 2 = = = = = ,9*10 1, 30 Η αύξηση της ονομαστικής ισχύος ανέρχεται σε 30 % επί της αρχικής

44 ΠΑΡΟΧΗ Ρ-Ε Άρδευ- ΕΙΣΕΡΧΟΜ ΟΓΚΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΝ-OUT ΠΟΤΑΜΟΥ ση ΟΓΚΟΣ ΑΘΡΟΙΣΤ ΠΑΡΟΧΗ ΟΓΚΟΣ ΑΘΡΟΙΣΤ (10^6m^3/μην (mm) (m^3/s) (10^6 m^3) (10^6 m^3) (m^3/s) (10^6 m^3) (10^6 m^3) 0 ΑΡΧΙΚΟΣ ΑΝΑΓΚΑΙΟΣ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ OKT NOE ΕΚ ΙΑΝ ΦΕΒ =max =min ΩΦ ΕΛΙΜΟΣ ΟΓΚΟΣ