KVS - Protok. Potreba na snazi tokom dana

Transcript

1 KVS - Protok Potreba na snazi tokom dana 1

2 2

3 Srednja dnevna potreba snage Snaga (MW) Vrijeme (dani) Odgovarajuće potrebi na snazi pokazuje se potreba na količini vode. Tijekom dana se mijenja potreba na vodi značajno. Tijekom godine srednja dnevna potreba se mijenja ali je relativno ujednačena tokom godine. Za regulaciju dotoka odnosno njegovu prilagodbu (transformaciju) potrebama na snazi koriste se akumulacije. 3

4 Akumulacije Pogled s brane Valići -Rječina JEZERA Prema načinu formiranja: Prirodna jezera Umjetna jezera akumulacije (nastaju pregrađivanjem riječnog toka u dolinama, kotlinama ) Lokvarsko jezero 4

5 Reguliranje/izravnanje protoka U određenom trenutku korisniku treba osigurati: Potrebne količine vode i Odgovarajuću kakvoću vode U periodu kada ima više vode nego što je potrebno za ostvarenje potreba korisnika višak vode se akumulira u akumulaciji da bi se mogao koristiti kada je sušni period i kada nema dovoljno vode za potrebe korisnika manjak. Q (m 3 /s) + VODOOPSKRBA NAVODNJAVANJE + + PLOVIDBA ENERGETIKA VIŠAK = MANJAK VIŠAK PROTOK UKUPNA POTREBA T (mjeseci) 5

6 Q (l/s) potrebno raspoloživo T (24h) V (volumen) Q sr Q dot V ak α Q sr = T V = tgα T (365 dana) AKUMULACIJE dijelovi: NRR MR Preljev PRIRODNI VOLUMEN KORISNI VOLUMEN MRR MRTVI VOLUMEN Temeljni ispust MR maksimalna razina vode NRR normalna/radna razina vode MRR minimalna radna razina vode 6

7 Korisni volumen akumulacije - volumen predviđen za osiguranje potreba korisnika (vodoopskrba, navodnjavanje, proizvodnja el. energije, ) Treba predvidjeti dio volumena za zadržavanje vodnog vala. Q ULAZNI HIDROGRAM Q UL (t) Mrtvi volumen prostor koji ne možemo koristiti, često je zatrpan nanosom. IZLAZNI HIDROGRAM Q IZ (t) t Preljev služi za evakuaciju velikih voda: Fiksni MR NRR Sa zapornicom MR=NRR Krivulja volumena i površine akumulacije Duboke akumulacije - razina vode vodoravna NRR MR Preljev h (m ili m n.m.) A (h) MRR Temeljni ispust V (h) V (m 3 ) ΔV = i A + A i 2 (i+ 1) * ΔH i V m V kor n V = ΔV i= 0 i A (m 2 ) 7

8 h (m ili m n.m.) A (h) dp = dv = A dh A + i A i+ 1 ΔV = Δh 2 hmax Adh(h h ) = V 0 h0 t = hmax Adh (h - h h0 V kor 0 kor ) = t = dh t hmax dv (h - h0 ) Φ = V V h0 Φ V kor z kor t t t težište volumena kor h max h 0 h V m ENERGETSKI EKVIVALENT korisnog volumena akumulacije u odnosu na: -minimalnu razinu: -bilo koju razinu: dp dv V kor V (h) P(V(h))=Φ V t W = (kwh) 367 kor V (m 3 ) A (m 2 ) V (t' + z) W = kor (kwh) 367 Plitke akumulacije: Volumen nije jednoznačno određen On je u funkciji uspora i vodotoka Uspor husp 1,01 (1%) h p hprir h u Uspor računamo sa 95% male vode. Dužina uspora L=f(Q,h) proizlazi iz h usp /h prir =1,01. Za 95% korištenja: Q Q 95% 95% 8

9 Krivulja protoka / Protočna krivulja Protočna krivulja donje vode: H (m ili m n.m.) Q (H) zavisnost protoka od razine vode u nizvodnom koritu H Q Q (m 3 /s) POKAZATELJI: Iskoristivost rijeke Iskoristivost izgradnje Iskoristivost rijeke s akumulacijom Doprinos akumulacije Bonitet akumulacije Bonitet usporne građevine Odnos korisnog volumena i ukupnog godišnjeg dotoka Energetska vrijednost akumulacije 9

10 Iskoristivost rijeke (I R ) Q T Q linija iskoristivosti rijeke I R Qmax Qi Qi V kor Qmin t [%] Qi-instalirani protok, najveći protok koji se može propustiti kroz zahvatni ulaz =VELIČINA IZGRADNJE 0 1 linearno ISKORISTIVOST RIJEKE: I R =V kor /V V-ukupni volumen vode IR Iskoristivost izgradnje (I IZ ) Q Q linija iskoristivosti izgradnje I IZ Qmax T Qi Qi linija iskoristivosti V kor Vpot=Qi T rijeke I R Qmin 100% t [%] Qi-instalirani protok, najveći protok koji se može propustiti kroz zahvatni ulaz =VELIČINA IZGRADNJE 0 1 ISKORISTIVOST IZGRADNJE: IIZ I IZ =V kor /V pot =V kor /Q i T Vpot-potencijalno moguća iskoristiva voda 10

11 Iskoristivost rijeke s akumulacijom (I RA ) T ΔV I RA =(V kor +ΔV)/V UK Qi V kor V KOR -volumen koji se koristi za instalirani protok Q i ΔV-volumen koji se dodaje 100% Doprinos akumulacije (D ak ) D ak =(I RA -I R )/I R =ΔV/V kor -omjer dodatnog prema iskorištenom volumenu IR 100% Qi I R Q Qmax IR ΔV=f(IR) A IR=f(V AK ) -ako izgradimo veću akumulaciju ništa ne dobivamo jer nemamo dovoljno vode na raspolaganju iz rijeka da bismo je napunili Qi QSR V= Qdt t Qmin ΔV ΔV V AK max V AK 100% iskoristivi volumen T 11

12 Bonitet akumulacije (β) A max h max Vak β = A h max max Pokazatelj vrijednosti akumulacije Važan s obzirom na cijenu zemljišta (terena) Što je β veći napraviti ćemo veću akumulaciju na istom prostoru V ak volumen akumulacije Bonitet usporne građevine (β ak/g / β g/ak ) Pokazatelj ugrađenog materijala i akumulacije Koliko je m 3 akumulacije ostvareno ugradnjom za 1m 3 materijala u građevinu V ak V β = ak volumen akumulacije ak/g V V g volumen građevine g Koliko je m 3 materijala ugrađeno u građevinu za 1m 3 akumulacije V β = g/ak V g ak 12

13 Odnos korisnog volumena i ukupnog godišnjeg dotoka Daje nam predodžbu o stupnju moguće transformacije (izravnanja). γ GOD V = V AK GOD γ >0,5 -izjednačavanje volumena u nekoliko godina γ ~0,25 izjednačavanje volumena u tijeku jedne godine Godišnja regulacija: Nepotpuna γ =2-3% (0,02-0,03) Potpuna (znači da možemo osigurati srednju godišnju protoku) γ =20-30% (0,20-0,30) Višegodišnja regulacija: DN VAK Nepotpuna γ ~50% godišnjeg protoka γ = DN Potpuna γ 100% godišnjeg protoka VPOT Dnevna regulacija: Nepotpuna γ ~5% potrebe Potpuna γ ~25% potrebe Vrste akumulacija: Prema vrsti izravnanja protoka: Višegodišnje (višak vode iz vodnih godina prebacuje se u period sušnih godina) Godišnje ili sezonske (višak vode iz vodnih perioda u toku jedne godine prebacuje u sušne periode iste godine) Tjedne Dnevne (princip kao kod vodospreme) Kompenzacijski bazeni (služi da dotok koji je transformiran vraća u prirodno stanje, npr. mogu se graditi se kod vršnih HE za osiguranje biološkog minimuma kada HE ne radi) Prema namjeni: Višenamjenske Jednonamjenske Prema dubini: duboke i plitke 13

14 Promjene u okolini izgradnjom HG (formiranjem akumulacija) Lokvarsko jezero Utjecaji/promjene Posredni Neposredni Pozitivni Negativni Neutralni Intenzivni Zanemarivi Vremenski (prije, za vrijeme, za vrijeme korištenja i nakon) Utjecaji HG Kratkotrajni Dugotrajni Na: Prirodu Umjetnu pr. Čovjeka Tlo Voda Zrak Živi svijet Prirodne vrijednosti Infrastruktura Naselja Kulturna i povijesna dobra Psihološki Sociološki Gospodarski 14

15 Utjecaj na okoliš - zakoni ( Zakon o vodama Zakon o prostornom uređenju Pravilnik o procjeni utjecaja na okoliš Primjeri: Rijeka Drava: HE Varaždin ( ) nije trebala studija utjecaja na okoliš HE Čakovec ( ) trebala je studija utjecaja na okoliš (Pravilnik o procjeni utjecaja na okoliš temelji se na iskustvima gradnje HE Čakovec, napravljena malo prije puštanja u rad) HE Dubrava ( ) - trebala je studija utjecaja na okoliš HE Vinodol (1952): Akumulacija Bajer sva voda ide na HE Ličanka je presušila Lika i Gacka - stara korita su suha HE Čakovec BRANA AKUMULACIJA 1 2 HE 3 2 PRITOKA Presjek staro/napušteno korito Presjek 2-2 Kanal za prihvat površinske vode P.V. h> v< PREGRADNE GRAĐEVINE od prirodnog Pokrovni sloj slabo propusan materijal Presjek 3-3 šljunak, pijesak m Ovo je bilo prirodno korito Trajno sniženje razine podzemnih voda 15

16 Neposredne promjene: tlo vode Lokvarsko jezero (prazno) prenamjena površine zauzimanje zemljišta površinske podzemne Površinske vode Promjene u protocima - krivulja trajanja protoka (prije i nakon izgradnje brane) Krivulja trajanja protoka prije izgradnje brane Krivulja trajanja protoka u napuštenom koritu Podzemne vode Povišenje/sniženje razine podzemnih voda Q Q i Q d >Q i Q B T % Posredne promjene PRIRODA: zrak, živi svijet i prirodne vrijednosti Mijenjanje mikroklime BIOCENOZA (skup živih organizama-suživot) + BIOTOP (životna sredina) EUTROFIKACIJA STVORENE VRIJEDNOSTI I UMJETNA PRIRODA: Infrastruktura Naselja Kulturna i povijesna dobra (arheološki lokaliteti) ČOVJEK: Psihičke Sociološke Gospodarske 16

17 Problemi vezani uz akumulacije: Zatrpavanje nanosom uzvodno od brane: erozija korita nizvodno mrtvi prostor vijek trajanja akumulacije ( godina) potrebno je smanjiti količinu nanosa koji dolazi u akumulaciju (pregrade na pritocima) osigurati ispiranje nanosa kroz temeljne ispuste i preko preljeva osigurati čišćenje nanosa iz akumulacije (ako je moguće) Vododrživost akumulacije (procjeđivanje kroz bokove doline i dno) Letaj (Boljunčica) Očuvanje kvalitete akumulirane vode Gubitak uslijed isparavanja Utjecaj akumulacije na klimu, ekologiju, kulturno naslijeđe i kvalitetu vode Plavljenje površina (naselja, poljoprivredne površine, infrastruktura, ) Porast/sniženje razine podzemnih voda Potpuno ili djelomično rušenje brane može uzrokovati katastrofalne posljedice Punjenje i pražnjenje akumulacije može uzrokovati inducirane potrese Naglo pražnjenje može izazvati klizišta U korištenju akumulacije postoji sukob interesa različitih korisnika Priprema površina koje će se potopiti nakon izgradnje potapanja 17

18 DIMENZIONIRANJE AKUMULACIJE Godišnja regulacija dotoka s i DOTOK POTREBA s i - stanje sustava (ovisno o ulazu, U I elementima akumulacije, sustavu za upravljanje, prethodnom stanju, V ak izlaznom stanju) - volumen akumulacije V AK SUSTAV ZA UPRAVLJANJE - Zahvati (zatvarači) -Preljev -Ispuštanje Stanje se opisuje volumenom V ak i ili visinom kod brane h i (kod plitkih akumulacija; h i, Q i ) ULAZ dotok (prirodni i transformirani-sustav akumulacija) Q PRIRODNI t Dotok se prognozira procjenjuje raznim metodama (npr. može se koristiti metoda MONTE CARLO, niz iz prošlosti preslikamo kao budući niz) PRISTUPI: DETERMINISTIČKI PRISTUP grafički analitički STOHASTIČKI PRISTUP (određuje vjerojatnost) bolje i kvalitetnije TIPOVI ZADATAKA: 1) Ako znamo ulaz i izlaz, kolika mora biti akumulacija? U I V ak =? 2) Poznati ulaz i akumulacija, koliki je izlaz? U V ak I=? 18

19 SUMARNE KRIVULJE DOTOKA ULAZA IZLAZA POTREBA Q [m 3 /s] Δt1 V [m 3 ] β i α SUMARNA KRIVULJA V1 V2 Vj t0 t1 t2 t [s] t0 t1 t2 t [s] t1 t2 tj V1= Qdt V2= Qdt t0 t1 V1=Q*Δt1 Δt=const. Sumarna krivulja je uvijek rastuća ili horizontalna (npr. za Q=0). tgα=δv/δt nagib sekante predstavlja srednji protok na nekom intervalu tgα=q sr i tgβ=q - nagib tangente u bilo kojoj točki odgovara protoku u toj točki JEZERSKA JEDNADŽBA (BILANCNA J.) t t Q DOT dt= Q IZ dt ± ΔV t0 t0 ULAZ U AKUMULACIJU Q DOT *Δt = Q IZ *Δt ± ΔV VOLUMEN KOJI OSTAJE U AKUMULACIJI V DOT VOLUMEN KOJI KORISTIMO V K V IZ VOLUMEN KOJI SE GUBI NA PRELJEVU V PR V DOT =V IZ ± ΔV 19

20 U 1. TIP ZADATKA: V AK =? I V [m 3 ] SUMARNA KRIVULJA POTREBE SUMARNA KRIVULJA DOTOKA (ULAZ) VDOT ΔV ΔV=V DOT -V POT VAK VPOT t i t [s] V0- POČETNO STANJE ΔV AKUMULACIJE lδv + l VAK- POTREBAN VOLUMEN VAK lδv - l V0 t [s] AKUMULACIJE U OVOM TRENUTKU JE AKUMULACIJA PRAZNA VAK = ΔV + max + ΔV - max MODEL ZA ANALITIČKI PRORAČUN VDOT VPOT ΔV m 3 m 3 m 3 max Uzimamo ekstremne vrijednosti min 20

21 POTPUNO GODIŠNJE IZRAVNANJE: poznata nam je potreba Q SR - unutar godine moramo osigurati prosječni protok V [m 3 ] Q SR dotok Sumarna krivulja dotoka VAK Sumarna krivulja potreba T=jedna godina T 2. TIP ZADATKA: Poznati ulaz i akumulacija, koliki je izlaz? U I =? V ak 21

22 Kriteriji regulacije 1. Q radno Q instalirano 2. V preljeva minimum 3. minimum Q radno maksimum 4. Ujednačen režim rada (minimalan broj promjena radnog protoka) (koristi se kosokutni koordinatni sustav) 22

23 23

24 24

25 Dnevna regulacija Polazeći od potreba koje su neujednačene u odnosu na ujednačen dotok tijekom dana akumulacija se koristi za odgovarajuću transformaciju dotoka. U proučavanju potrebne veličine akumulacije, padova, snage i energije koriste se svi protoci. Pri proučavanju akumulacija utvrđuju se ekstremna stanja, što omogućuje upravljanje raspoloživom količinom vode u svim uvjetima rada. 25

26 SATNA REGULACIJA (DNEVNA) Q [m 3 /s] Q SR na osnovu hidrograma Q i instalirana protoka ili kapacitet Q SR *24*3600=Q i *t k *3600 Q SR Q SR =(t k /24)*Q i 24 - tk 24 tk t VAK V AK =Q SR *(24-t k )*3600= t k /24*(24-t k )*Q i *3600= =Q i *150*t k *(24-t k ) tk[h] V AK [m 3 ] V MAX Q SR =Q i / Q i Q i tkmin=1h Q i 12 tk 26

27 27

28 Vrijeme koncentracije (t k ) je konstantno razlika samo kod malog dotoka u odnosu na kriterij 1 (t k promjenjivo i manje od t kmax ) 28

29 29

30 30

31 31

32 Primjer proračuna snage i energije uz dnevnu regulaciju dotoka. 32

33 Primjer proračuna snage i energije uz dnevnu regulaciju dotoka. Primjer rada hidroelektrane Varaždin 33

34 34

35 TJEDNA REGULACIJA Q [m 3 /s] Q RADNO (Radni protok) Q DOT *7*86400=Q RADNO *5,5*86400 Q DOT =5,5/7*Q RADNO ; V AK =Q DOT *1,5*86400 V AK =5,5/7*Q RADNO *1,5*86400 S N P U S Č P S N P 1,5 5,5 t [dani] =101828Q RADNO Q RADNO 35

36 Primjer tjedne regulacije a) hidrogram b) dijagram volumena 36