bpcap3

HIDROENERGETICĂ

CAP.3 LACUL DE ACUMULARE

CAP.3 LACUL DE ACUMULARE3.1. Definiţie, clasificări, funcţiuni

Lacurile de acumulare sunt amenajări hidroenergetice şi/sau de gospodărirea apelor realizate prin supraînălţarea nivelurilor apelor peste cel natural şi care reţin un volum de apă ce poate fi utilizat în scopul modificării repartiţiei în timp a debitelor cursurilor de apă.În majoritatea cazurilor lacurile de acumulare sunt amenajări artificiale realizate prin bararea transversală a cursurilor de apă (baraj frontal).Cele mai multe clasificări ale lacurilor de acumulare se raportează la următoarele criterii: tipuri constructive, mod de exploatare, ciclu de regularizare a debitelor, poziţie în schema de amenajare.


Clasificare după tipul constructiv:Lacuri de acumulare cu baraj frontal – realizate prin închiderea unei secţiuni transversale a cursului de apă printr-un baraj încastrat în cei doi versanţi care mărginesc albia râului.


Lacuri de acumulare laterale – poldere – nu întrerup cursul natural al apei, având incinta izolată de acesta printr-un baraj longitudinal cu închidere în versanţi, în aval şi de cele mai multe ori şi la capătul amonte. Admisia apei în acest lac se poate face necontrolat în perioade cu debite mari pe cursul de apă, respectiv controlat printr-un canal gravitaţional sau cu o staţie de pompare.


Lacuri de acumulare cu diguri inelare – nu sunt legate de un curs de apă fiind realizate pe terenuri cvasiplane sau pe culmi de munte sau deal prin construirea unui baraj (dig inelar) care constituie întreg conturul lacului de acumulare. Acest tip de acumulare (rezervor) este folosit în scheme ale amenajărilor hidroenergetice cu acumulare prin pompare sau ca rezervor pentru alimentări cu apă.


Lacuri de acumulare în zone depresionare – presupun un sistem de aducţiune al apei de la o sursă de apă.În afara acestor tipuri de acumulări se pot realiza şi acumulări speciale: acumulări pentru apele subterane realizate în cavităţi subterane sau în straturile acvifere;acumulări realizate în zona litoralului pentru apele maritime (centrale mareemotrice).


– Clasificare după modul de exploatare:acumulări permanente care sunt destinate fie asigurării unui nivel minim al apei fie satisfacerii folosinţelor de apă. Tendinţa în exploatarea acestora este de a le menţine pline.acumulările nepermanente destinate atenuării undelor de viitură. Tendinţa în exploatare este de a le menţine goale.acumulările mixte atât cu o tranşă permanentă cât şi cu o tranşă nepermanentă deasupra nivelului.

– Clasificare după ciclul de regularizare a debitelor:cu regularizare zilnică – corespunde unui ciclu de golire – umplere de o zi;cu regularizare săptămânală – presupune acumularea debitelor afluente pe durata maximă a unei săptămâni, astfel încât acestea să poată fi uzinate în zilele (orele) cu cerinţe mai mari în sistemul energetic;cu regularizare sezonieră – presupune acumularea unei părţi din volumul afluent din sezonul de vară în scopul uzinării acestuia iarna;cu regularizare anuală – presupune acumularea stocului de apă care nu este necesar a fi uzinat în perioadele de umplere (ploioase) în scopul posibilităţii a fi uzinat în perioadele deficitare;cu regularizare multianuală – acumulările mari care pot stoca suficient volum de apă astfel încât să nu existe necesitatea de a mai umple lacul, mai ales într-o succesiune de ani secetoşi.


– Clasificare după poziţia în schema de amenajare

La amenajările hidroelectrice, poziţia lacului în cadrul schemei determină sistemul de regularizare a debitelor (fig. 3.4.). Astfel, clasificarea lacurilor de acumulare după poziţia acestora în cadrul schemei de amenajare este:acumulări de regularizare directă – sunt amplasate pe cursul principal în apropierea secţiunii în care se urmăresc efectele principale. Lacurile sunt proprii centralei hidroelectrice fiindlegate direct de aceasta;acumulări de compensare – amplasate fie pe afluenţi fie pe cursul principal la distanţă mare de secţiunea în care se urmăresc efectele principale fie chiar în alt bazin hidrografic din care se derivă apa spre secţiunea respectivă. Regularizarea prin compensare apare la centralele hidroelectrice în cascadă care au în amonte un lac de acumulare mare;acumulări de redresare (regularizare secundară sau tampon) –amplasate în aval de una sau mai multe acumulări mari. Rolul lor este de a redistribui în timp debitele regularizate de acumularea din amonte prin transformarea debitelor uzinate care sunt variabile şi pulsatorii în debite cât mai uniforme, pentru protecţia albiei râului;acumulări mixte – în cazul în care există mai multe secţiuni ale folosinţelor deservite de aceste acumulări ele pot avea roluri diferite în raport cu fiecare dintre secţiuni.


LA1

LA2

LA3

S1

CHES2

F

În figură s-au utilizat notaţiile:S1 – secţiune de control pentru alimentarea folosinţei energetice (CHE – centrală hidroelectrică)S2 – secţiune de control pentru alimentarea folosinţei neenergetice, industrială (F)LA1 – lac de regularizare principală; controlează debitele livrate centralei hidroelectrice (realizează o redistribuire în timp a debitelor afluente în secţiunea S1 în debite uzinate)LA2 – lac de compensare; controlează debitele ce ajung în secţiunea S2 de unde sunt preluate de folosinţa neenergeticăLA2 – lac de redresare (tampon); preia neuniformităţile debitelor evacuate de centrala hidroelectrică (reţine volumele de apă şi livrează în aval un debit constant).


Funcţiuni ale lacurilor de acumulare– Lacurile de acumulare realizează două tipuri de modificări ale condiţiilor naturale:– modificarea profilului longitudinal al cursului de apă;– modificarea regimului debitelor cursului de apă.– Plecând de la aceste modificări pot fi considerate două tipuri de funcţiuni ale lacului de

acumulare:

Funcţiuni legate de modificările de nivel a apei:– asigurarea unei cote a nivelului apei pentru a permite captarea apei către folosinţă;– realizarea unei căderi concentrate pentru folosinţa hidroelectrică sau hidromecanică;– realizarea unei adâncimi minime pentru navigaţie;– realizarea unui luciu de apă pentru piscicultură, agrement, navigaţie;– asigurarea condiţiilor de desfăşurare a anumitor procese de calitate a apelor (răcirea

apelor uzate deversate de unele folosinţe – iazuri de răcire; îndepărtarea anumitor reziduuri – iazuri de decantare);

– limitarea vitezei cursului de apă pentru navigaţie sau pentru a reduce capacitatea de erodare şi de transport a debitului solid.


Funcţiuni legate de modificarea regimului debitelor:– realizarea unei concordanţe între necesarul de apă pe cursul de apă

respectiv şi regimul debitelor râului (regularizarea debitelor);– reducerea debitelor de viitură.

În plus faţă de cele două funcţiuni principale ale lacurilor de acumulare se pot enumera o serie de funcţiuni complexe ale acestora:

– realizarea unor reîmprospătări artificiale a straturilor subterane, acumulările având rolul de a crea un gradient hidraulic sporit prin ridicarea nivelului apei;

– transformarea mediului ambiant atât prin influenţa directă asupra microclimatului cât şi prin influenţa asupra condiţiilor hidrogeologice din zonă;

– separarea anumitor lacuri naturale din zonele litoralului astfel încât să se întrerupă circulaţia apei de mare înspre lac şi să se împiedice salinizarea apei acestor lacuri.

CAP.3 LACUL DE ACUMULARE3.2. Curbe caracteristice ale lacurilor de acumulare

Principalele curbe caracteristice ale lacurilor de acumulare sunt: dependenţa suprafeţei lacurilor de nivelul în lac (curba suprafeţelor S=S(H))şi dependenţa volumului lacului de nivelul în lac (curba volumelor sau curba de capacitate V=V(H)).

Curba suprafeţelor S=S(H)– Curba suprafeţelor este dată de legătura dintre suprafaţa

oglinzii apei şi nivelul apei în lac: S=S(H).– Zona lacului de acumulare este caracterizată printr-o pantă

pozitivă – coborâre a nivelului spre aval. Panta este relativ mică şi este dată de pierderi de sarcină. Se poate considera un model simplificat (static). Se consideră oglinda apei orizontală. Este adevărat dacă nu există curgere. Variabila Z reprezintă nivelul minim al apei la baraj. Acesta este dat ca o cotă absolută, dar poate fi dat şi ca o cotă relativă, de la piciorul barajului Secţiunea 0 de pe curbă reprezintă


Z0

Z1

Zk Z=ct.

Sk

Z0

Z2

Z3

Zk

Z

Z1

S1S2 S3 Sk S [mii mp, ha, kmp]

[mdM]


Secţiunea amonte este mai greu de specificat – se consideră racordarea apei cu nivelul natural. Racordarea apei la nivelul natural al râului din amonte este o valoare relativă, ea depinzând în permanenţă de debitul afluent şi de debitul uzinat (are oscilaţii zilnice).În mod convenţional se consideră poziţia pentru debitul mediu pentru cursurile de apă secţiune amonte din coada lacului.

– Pentru nivelul static lacul va depinde de nivelul apei la baraj.– Determinarea suprafeţei se face utilizând o hartă a zonei

lacului de acumulare pe care avem reprezentate linii de nivel – vezi fig. Următoare - (se unesc punctele care au aceeaşi cotă). Se obţine un număr de puncte. Unind punctele cu o linie curbă rezultă curba suprafeţelor: S=S(H).

– Curba suprafeţelor se poate reda fie grafic prin puncte, fie printr un model matematic Poate avea pante diferite


Curba volumelor sau curba de capacitate, V=V(H), reprezintă dependenţa dintre volumul de acumulare şi nivelul H la baraj.

– Curba volumelor sau curba de capacitate reprezintă dependenţa dintre volumul de acumulare şi nivelul H la baraj.

O metodă de calcul este:unde: este nivelul minim, corespunzător cu valoarea 0 pentru volumul în lac şi H este nivelul maxim, corespunzător cotei coronamentului barajului. Teoreticîn faza de proiectare, reprezintă cota talvegului râului în secţiunea barajului.A doua variantă este calcularea volumului prin estimarea integralei ca o sumă de diferenţe finite:unde

Utilizarea formulei este mai puţin eronată în zona dinspre suprafaţă şi mai mult eronată în zonele de jos unde este mai mare.

Se pot folosi exact aceleaşi puncte în care avem valori măsurate pentru suprafeţe rezultând volumul corespunzător acelor cote şi prin punctele respective se poate trasa curba volumelor sau capacităţii.

( ) ∫ ⋅=H

HHdSHV

0

( ) ∑=

Δ⋅==K

jjjKK HSHVV

1


311 KKKK

j

SSSSS

⋅++= −−

21 KK

jSSS +

= −

KmedKK

KKK HSVV

VVVΔ=Δ

⎩⎨⎧

=Δ+= − ,

00

1


– Curba de capacitate se determină în faza de proiectare, înainte ca lacul să apară.

– Curba de capacitate a unui lac de acumulare se modifică în timp, în special datorită colmatării acestuia. De aceea, curba trebuie refăcută periodic.

– Chiuveta lacului, la punerea în exploatare, se deformează (se înalţă) prin depunerea de aluviuni (colmatare). Colmatarea apare mai repede la lacurile mici şi modifică foarte mult curba de capacitate. Pentru lacurile mici, curba de capacitate trebuie refăcută mai des decât în cazul lacurilor mai mari.

– Trebuie cunoscută capacitatea reală pentru a se putea face o exploatare eficientă a lacului de acumulare.

CAP.3 LACUL DE ACUMULARE3.3. Parametrii caracteristici ai lacurilor de acumulare

Parametrii caracteristici cei mai importanţi ai lacului de acumulare sunt nivelele şi volumele care se pot citi pe curba de capacitate şi indică anumite elemente constructive ale barajului şi/sau elemente de exploatare a acumulării. De aceea, parametrii caracteristici se pot grupa în:

– parametri nemodificabili (legaţi de construcţia barajului);– parametri modificabili (legaţi, în general, de exploatarea

lacului.Alţi parametri caracteristici ai unei acumulări mai sunt: suprafeţele caracteristice, debitele caracteristice, duratele caracteristice.


– Nivelurile caracteristice reprezintă cote ale elementelor construcţiilor hidrotehnice sau cote ale nivelului apei din lacul de acumulare care sunt determinate pentru îndeplinirea funcţiunilor lacului de acumulare.

– Volumele caracteristice reprezintă volumele corespunzătoare nivelurilor caracteristice.

– Suprafeţele caracteristice sunt suprafeţele care corespund nivelurilor caracteristice.Suprafaţa globală care corespunde nivelului coronamentului este suprafaţa maximă care poate fi afectată direct de realizarea acumulării.Şi suprafaţa şi volumele sunt variabile în timp datorită a două procese: pe de o parte datorită procesului de colmatare (depunerea aluviunilor) care influenţează suprafaţa şi volumul la cotele inferioare, iar pe de altă parte datorită procesul de erodare al (patului) chiuvetei acumulării care influenţează suprafaţa la niveluri mai ridicate


– Debite caracteristice – pot caracteriza posibilităţile lacului de acumulare de a îndeplini anumite funcţiuni. Debitele evacuabile pentru folosinţe sunt în funcţie de cota apei în acumulare, de nivelul aval al apei şi de alte elemente hidraulice. În cadrul acestor debite, cele mai importante sunt debitele evacuabile pentru folosinţe la nivelul minim de exploatare şi la nivelul minim care asigură debitul necesar pentru folosinţă. Se precizează curbe de evacuare ale descărcăturilor de suprafaţă şi ale golirilor de fund având ca debite caracteristice:

– debitul maxim capabil al descărcăturilor la nivelul maxim extraordinar;

– debitul maxim capabil al descărcăturilor la nivelul coronamentului.


– Durate caracteristice de golire:– durata în care poate fi coborât nivelul lacului până la o

anumită cotă limită în caz de avarii;– durata în care poate fi realizată o pregolire a acumulării

pentru atenuarea unor viituri în tranşele de retenţie permanentă;

– durata în care poate fi evacuat volumul acumulării în tranşa nepermanentă de sub creasta stavilei astfel încât acumularea să fie în situaţia de a atenua viitura următoare.


Parametri nemodificabili sunt determinaţi de condiţiile naturale şi de elementele constructive. Ei se stabilesc în momentul realizării lucrării şi asupra lor se poate acţiona numai prin modificări aduse părţii constructive. Ei sunt stabiliţi prin decizii strategice, fiind parametrii de proiectare necesari pentru promovarea lucrărilor de gospodărire a apelor şi hidroenergetice. Niveluri caracteristice nemodificabile:

– nivelul talvegului –cota talvegului râului la piciorul barajului;– nivelul golirii de fund – cota golirii de fund;– nivelul prizei de apă – cota prizei de apă;– nivelul crestei deversorului – cota crestei deversorului;– nivelul crestei stavilelor de pe deversor;– nivelul coronamentului barajului.


Volume caracteristice nemodificabile:– volumul neevacuabil este volumul cuprins între pragul golirii

de fund şi cota talvegului;– volumul evacuabil sub nivelul prizei este volumul cuprins

între nivelul minim energetic şi cota golirii de fund. Acesta, împreună cu volumul neevacuabil, formează volumul mort;

– volumul util maxim teoretic. Vm+Vumaxt = V brut maxim teoretic;

– volumul nepermanent maxim teoretic.Parametrii modificabili sunt determinaţi de condiţiile de exploatare. Se pot modifica prin schimbarea regimului de exploatare fără intervenţii asupra părţii constructive. Sunt stabiliţi prin decizii operative (de exploatare) şi sunt în competenţa organelor de exploatare.


Variaţia în timp a acestora poate fi privită în două moduri:variaţia în funcţie de etapa de exploatare;variaţia în funcţie de momentul calendaristic ca urmare a modificării funcţiunilor acumulării în diferite perioade ale unui an (parametrii variabili).

– Niveluri caracteristice modificabile:– nivelul minim de exploatare;– nivelul normal de retenţie;– nivelul minim tehnic de exploatare;– nivelul maxim extraordinar (valoare probabilistică);– nivelul centrului de greutate al acumulării.

Volum util cu restric\ii 926.00 mil mc

Volum de gard` 131.00 mil mc

90.00 mil mc Volum de atenuare

Volum brut permanent 1130.00 mil mc

520.00 Coronament baraj

509.00 Prag deversor de suprafa\`

425.00 Talveg r@uV (mil mc)S (ha)

V=

1130

.00

mil

mc

V=

1000

.00

mil

mc

V=f(H)S=f(H

)513.00 NNR

470.00 Nivel minim energetic cu restric\ii Prag priz` central`

433.00 Prag goliri de fund

V=

204.

00 m

il m

c

V=

240.

00 m

il m

c

Volum total 1220.00 mil mc

Volum global 1351.00 mil mc

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000

425

430

435

440

445

450

455

460

465

470

475

480

485

490

495

500

505

510

515

520519.00 Grind` inferioar`

516.00 Nivel maxim extraordinar

473.00 Nivel minim energetic f` r` restric\ii

Volum util f` r` restric\ii 890.00 mil mc

Volum de rezerv` de fier 36.00 mil mc

204.00 mil mc Volum mort

V=

1220

.00

mil

mc

V=

1351

.00

mil

mc

Ax goliri434.25 mdM433.00 mdM

509.00 mdM

516.00 mdM

Prag deversor

V=

1030

.00

mil

mc

190.00 mil mc Volum de atenuare

V=

8.00

mil

mc

8.00 mil mc Volum neevacuabil 196.00 mil mc Volum evacuabil sub nivelul prizei


Volume caracteristice modificabile:– volumul de rezervă (rezervă de fier);– volumul util (volumul cuprins între NmE şi NNR, care este de

fapt volumul din lacul de acumulare care este uzual utilizat);– volumul brut permanent (este format din volumul mort şi

volumul util); – volum nepermanent este diferenţa între volumul la nivelul

maxim extraordinar şi volumul la NNR (volumul util). Este un volum care poate apărea doar în caz de viitură;

– volumul de siguranţă sau gardă, este diferenţa de volum dintre volumul corespunzător cotei coronamentului şi volumul maxim extraordinar.

CAP.3 LACUL DE ACUMULARE3.4. Regularizarea debitelor

Regimul hidrografic al debitelor afluente pe un râu nu se potriveşte cu regimul debitelor consumate (energetic sau pentru alte folosinţe).Apele mari din primăvară şi uneori, toamnă şi apele mici din vară şi iarnă nu satisfac nevioile energetice şi hidrotehnice. Se poate spune că există apă multă când nu trebuie şi apă puţină când trebuie. De aceea s-a recurs la regularizarea debitelor.Prin regularizarea debitelor înţelegem redistribuirea în timp a debitelor afluente într-o secţiune a cursului de apă în regim natural astfel încât să se realizeze o apropiere de regimul debitelor necesare în secţiunea respectivă.


Regularizarea debitelor este realizată în principal cu ajutorul acumulărilor (lacuri de acumulare amplasate în secţiune sau amonte). Regularizarea poate fi realizată şi prin derivaţie (aducţiuni de apă). Procesul regularizării depinde de volumului util al lacului. Calculul volumului util al unui lac de acumulare se poate face pornindu-se de la coeficientul de acumulare dorit (tipul de regularizare dorită), bineînţeles, urmându-se anumite reguli, de exemplu, pentru un lac situat într-o zonă de şes nu se va alege o regularizare multianuală (ar implica un lac întins pe o suprafaţa extrem de mare şi foarte scump).


Formula coeficientului de acumulare este:

iar Wan reprezintă stocul de debit afluent mediu multianual (timpul este în secunde şi debitul în m3/s);Vu – volumul util al lacului de acumulare.Studiul reţinerii de apă (regularizare prin acumulare) se extinde pe ani, sezoane, luni, săptămâni sau zile şi căteodată poate fi şi orară.În funcţie de coeficientul de acumulare, regularizarea debitelor poate fi:zilnic – orară: acoperă vârfurile de dimineaţă şi de seară, realizând acumulări în golurile de zi şi de noapte ale graficului zilnic de sarcină;săptămânală;sezonieră;anuală: compensează sezoanele între ele, asigurând acumularea în lac primăvara pentru a uzina iarna;multianuală: compensează anii ploioşi, normali şi secetoşi, acumulează în anii ploioşi pentru a uzina în cei secetoşi fără a fi nevoie să se golescă lacul.

anmman TQW ⋅=

an

u

WV

=α


Regularizarea zilnic - orară a debitelorSatisfacerea cerintelor zilnice de putere ale sistemului electroenergetic în concordanţă cu variaţia zilnică a debitului unui râu se realizează prin regularizare zilnică.Pentru regularizarea zilnică este necesar un lac de acumulare care să aibă un coeficient de acumulare cuprins între valorile.....Volumul disponibil (afluent) într-o zi este dat de relaţia:iar volumul consumat este

În cazul regularizării zilnice Vd = Vc.

∫=24

0

dtQV dd

∫=T

cc dtQV0


O ipoteză simplificatoare de calcul este aceea că debitul este aproximat a fi constant în timpul zilei şi debitele consumate în vârfurile de sarcină se aproximează la valori constante.Centrala va funcţiona în timpul celor două vârfuri de sarcină ale zilei.În fiecare zi lacul se umple de două ori şi se goleşte de două ori.

Există un bilanţ zilnic al debitelor, exprimat cu relaţia:

Volumul lacului se determină prin calculul volumului acumulat în orele de gol sau a volumului care trebuie dat în plus în orele de vârf:

În cazul regularizărilor săptămânal – lunare şi sezoniere lacul de acumulare se goleşte de mai multe ori pe an. Pentru a caracteriza utilizarea lacului se introduce coeficientul de utilizare al acumulării α.

în care Vu poate fi volumul util pentru următoarele trei cazuri:- zilnică: a = 0,5 ... 1,0;- săptămânală: a = 20 .... 52;- anuală: a = 100 .... 365.

)()()()( avaddzaznan QQQQTQQTQQTV

unde Qafl m reprezintă debitul mediu zilnic disponibil.


−×+−××=−××+−××= 3600360036003600

nnsszzddmafl TQTQTQTQQ ×+×+×+×=× 24

u

u

VV

a ∑=

Regularizarea sezonieră sau anuală a debitelorÎn cazul regularizării sezoniere sau anuale a debitelor apar două perioade caracteristice de umplere şi golire a lacului.Perioada de umplere a lacului se realizează în lunile cu debite mari, de primăvară, iar perioada de golire are loc în lunile cu debit mic, de iarnă, când consumul de energie electrică este maxim.Pentru ca un lac să asigure o regularizare sezonieră sau anuală trebuie să aibă un volum util important. Amenajarea trebuie să conţină un lac pe derivaţie sau baraj de înaltă sau medie cădere. Oscilaţiile de cădere sunt date de variaţia nivelului în lac. Pierderile de sarcină depind în general de regimul de funcţionare zilnic al centralei, variaţiile de nivel în aval fiind mici. Ca atare se poate considera că pierderea pe derivaţie este relativ constantă şi pierderea datorată nivelului în lac, variabilă.În perioada de golire a lacului debitele afluente au o variaţie redusă, iar dacă şi debitul mediu uzinat are o variaţie redusă se poate considera că debitul prelevat din lac este constant ceea ce duce la un calcul facil al căderii medii date de baraj în toată perioada de golire, pe baza nivelului iniţial şi final.În cazul în care există variaţii importante ale debitului afluent, debitul prelevat din lac nu mai este constant. Astfel, căderea medie este afectată de un coeficient kLG:


Unde Qa1, Qa2, ... , Qan – debitul mediu afluent pe intervalele de timp t1, t2, ... , tn;QG – debitul mediu al întregii perioade de golire având durata tG = t1 + t2 + ... + tn;Intervalele de timp ti sunt alese astfel încât atât debitul afluent cât şi cel prelevat să nu varieze foarte mult, putând fi considerate constante.Dacă t1 = t2 =....= tn, Qa1 = Qa2 =....= Qan şi V01 = V02 =...=V0n, atunci kLG = 1.Similar, se determină şi coeficientl kLU pentru perioada de umplere a lacului.


))(())((

...))(())((

),0),1(,1

)12(1222)01(0111

dnOmLGnGGdnnnmnnnan

dnmadnma

hhkVtQhhVtQ

hhVtQhhVtQ

+Δ+=+Δ++

++Δ+++Δ+

−−


∑=

=n

iiG EE

0

( ).../10

))](([81.96 MWh

hhVVWE dibiioiGiT

i+−+⋅⋅

=η

Energia în perioada de golire a lacului se calculează cu relaţia:

unde Ei sunt energiile corespunzătoare intervalelor de timp ti.Energia corespunzătoare unui interval de timp i se calculează curelaţia:

unde, hT - randamentul total al amenajării;WGi – volumul mediu afluent în luna i;V0i – volumul mediu în lac la începutul perioadei i;Vi – volumul mediu la sfârşitul perioadei i;hbi - căderea netă medie dată de baraj în perioada i;hdi – căderea netă dată de de derivaţie în perioada i.


0)( ≥− ioi VVioi VV ≥

Valoarea parantezei este pozitivă deoarece

adică volumul la începutul perioadei este mai mare decât volumul la sfârşitul perioadei (lacul se goleşte).În mod similar se calculează energia perioadei de umplere a lacului. În acest caz, valoarea parantezei e negativă deoarece volumul la începutul perioadei este mai mic decât volumul la sfârşitul perioadei (lacul se umple).Problema care se pune în cazul consumului de apă din lac în perioada i este că nu trebuie să depăşească a anumită valoare predefinită, astfel încât lacul să nu se golească prea mult în perioada de golire şi nici să se umple prea repede în perioada de umplere. De asemenea, volumul nu trebuie să depăşească volumul util dar nici să fie sub valoare minimă energetică. Aceste nivele etalon se realizează în cadrul unei curbe de exploatare, iar calcului energiei pe perioade de timp, în general lunare, se numeşte plan de exploatare.

Planul de exploatare al unei amenajări noi, poate calcula o energie medie multianuală posibil a fi realizată astfel încât să se realizeze eficienţa economică a acesteia, la nivel de studiu de fezabilitate. De asemenea, prin planul de exploatare se alocă energia “de proiect” a amenajării respective, energie etalon pentru anii de exploatare ce vor urma.Planul de exploatare se realizează pe baza unui şir de debite suficient de mare astfel încât să fie acoperitor din punct de vedere hidrografic (ani ploioşi, normali, secetoşi etc).

Principiile de exploatare a lacurilor de acumulare, care sunt incluse în planul de exploatare sunt:în perioadele de ape mari este ideal ca lacul să acumuleze întregul volum de apă în exces;în lunile de vară şi de toamnă lacul să fie menţinut aproape de NNR pentru a se obţine o energie maximă;în perioada de iarnă lacul trebuie golit astfel încât să intre în primăvară gol pentru a putea prelua excesul de debit;intervalul de timp între golire şi umplere să fie cât se poate de scurt astfel încât să existe cât mai puţine pierderi de energie datorate căderii mici.


Folosinţele de apă pot modifica planul de exploatare, impunând restricţii. Dacă cerinţa este prelevată din lac, atunci volumul afluent se modifică astfel încât să se poată asigura folosinţa. Dacă folosinţa este asigurată după turbinare, debitul

Regularizarea multianuală a debitelorPrin studiul de compensare a debitelor disponbile Qd, prin adaptarea acestora la debitele consumate prin uzinare sau prin asigurarea altor folosinţe, cu ajutorul acumulărilor cu regularizare zilnic-orare, săptămânale, sezoniere sau anuale. Se reuşeşte stabilirea cel mult anuală a echilibrului hidroenergetic.Însă debitul mediu anual Qm variază de la an la an şi pentru o succesiune de ani ploioşi se va pierde un volum important deoarece valoarea volumului util al lacului de acumulare nu este suficientă să compenseze variaţiile multianuale, fiind calculată pentru un an mediu. De asemenea, în cazul unei succesiuni de ani secetoşi planul de exploatare nu asigură un volum minim care să compenseze lipsa de apă fără a fi golit lacul. De aceea este util a se realiza un volum care asigură o regularizare multianuală şi un plan de exploatare pe baza unui grafic dispecer. Posibilităţile unui lac mare cu regularizare multianuală sunt date de curba integrală a diferenţelor de debit şi de metoda „firului întins”.

turbinat se modifică astfel încât să se asigure folosinţa.


1. Curba integrală a debitelorÎn calculele de regularizare se utilizează frecvent curba integrală a debitelor. Din momentul t = 0 se calculează volumele afluente în lac pe baza relaţiei:

Într-un mod mai simplist, calculul se efectuează astfel:

unde Qa este debitul mediu afluent şi Qai este debitul mediu afluent în intervalul de timp (ti-ti-1).Relaţia de mai sus se utilizează în momentul în care se calculează curba integrală a debitelor pe intervale egale de timp, de genul lună, săptămâna sau zi.


∑∑ Δ=−= − iaiiiaia tQttQV )( 1

∫=T

aa dtQV0

Exemplu de curbă integrală a debitelorCurba integrală a debitelor este o reprezentare a unor volume în funcţie de timp. Şirul de volume sunt formate din volume cumulate (stocuri de apă) scurse pe o secţiune a râului pe intervale de timp.Calculul volumelor se face astfel:

Unde , Este o reprezentare a unor volume în funcţie de timp care, fiecare, reprezintă volumul cumulat (stocul de apă) scurs pe o secţiune a râului din momentul iniţial 0 până în momentul curent t (tabelul şi figura de mai jos).De exemplu, în cazul şirului de debite medii lunare pe râul Brădişor, pe un interval de 49 ani, considerăm intervalul Dt de timp fiind o lună. Vom avea 588 de intervale, corespunzătoare celor 588 de luni cuprinse în 49 ani.Ca atare primul interval de timp este chiar Dt, adică la sfârşitul primei luni există un volum (stoc) afluent W1=Q1 Dt. La sfârşitul celui de-al doilea interval de timp (a doua lună), va exista un stoc afluent W2=W1+Q2 Dt. Astfel, la sfârşitul ultimei luni de analiză (cu numărul de ordine 588), stocul afluent total este W488=W487+Q488 Dt.Diferenţa DW=Wn-Wn-1 reprezintă volumul afluent în intervalul de timp Dt.

( )dttQVt

∫=0],0[ Tt∈


( ) ttQ )(,0 ∀≥


Stocurile medii afluente pe râul Brădişor, pe parcursul unui an, la sfârşitul fiecărui interval de timp Dt (1 lună)

Luna V(mil. m3)

I 23.1

II 41.7

III 60.8

IV 155.9

V 284.5

VI 407.1

VII 539.9

VIII 583.6

IX 670.9

X 715.9

XI 743.9

XII 770.7


Panta tangentă la curba integrală a debitului în punctul este proporţională cu mărimea debitului în momentul corespunzător .

Punctele de inflexiune ale curbei integrale a debitelor corespund cu punctele de debit extreme maxime sau minime.

Dezavantaje:dacă T este foarte mare şi este de ordinul anilor, valorile V fiind crescătoare, cresc spre valori foarte mari şi deci intervalul de variaţie al lui V între 0 şi V este foarte larg şi în cazul reprezentării grafice este nevoie de o scară foarte mică.


Un exemplu de curbă integrală a diferenţelor de debit se va realiza pe un şir de debite afluente medii lunare ale râului Brădişor, pe o perioadă de 30 ani. Intervalul/pas de timp considerat este o lună.Tabelul debitelor este primul tabel de mai jos, tabelul cu diferenţe de volume în tabelul următor şi curba trasată în figură. Volumul de referinţă considerat este volumul mediu anual. Diferenţele de volume sunt calculate prin diferenţa între volumul afluent la momentul de timp considerat şi volumul constant al debitului de referinţă ales. Curba are volumul 0 la începutul primei luni şi la sfârşitul ultimei luni (la începutul primului interval de timp şi la sfârşitul ultimului interval de timp).

La sfârşitul primei luni, volumul este V1-V0.


Debitele medii afluente pe râul Brădişor, pe parcursul a 30 ani (mil.m3)

Anul I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Medii

1 8.62 7.69 7.12 36.70 48.00 47.30 49.60 16.30 33.70 16.80 10.80 10.00 24.39

2 8.43 7.51 6.62 8.84 43.20 171.00 8.19 6.89 5.46 5.30 4.64 6.02 23.51

3 4.40 4.08 3.76 7.90 23.40 19.40 12.20 5.35 6.20 4.48 4.45 5.53 8.43

4 5.00 11.80 9.68 39.70 50.00 25.00 15.00 10.10 8.86 48.70 24.10 9.31 21.44

5 8.54 8.89 7.87 17.70 81.00 14.20 6.15 5.97 8.48 9.64 13.00 16.50 16.50

6 16.40 11.20 13.10 25.00 27.80 13.00 4.91 3.26 4.29 3.10 17.30 33.60 14.41

7 16.30 26.90 29.10 14.40 9.50 13.00 10.90 7.35 8.03 5.17 11.10 48.90 16.72


8 36.50 15.30 8.71 34.40 51.40 79.40 21.90 9.18 5.81 5.14 10.40 14.10 24.35

9 13.50 11.50 5.00 7.53 19.50 41.30 28.50 12.90 8.82 4.96 22.00 14.20 15.81

10 10.00 8.71 7.90 34.90 21.20 6.54 4.22 3.81 3.26 5.03 29.40 26.20 13.43

11 10.60 7.36 13.40 30.50 42.70 20.10 16.70 15.70 5.30 6.39 4.65 15.30 15.73

12 4.76 7.02 8.41 37.90 27.70 15.90 8.41 5.39 4.52 9.84 12.00 17.40 13.27

13 15.80 9.68 11.20 39.40 49.40 61.10 16.00 9.75 7.91 5.15 2.61 3.35 19.28

14 3.80 3.94 7.45 11.50 51.40 37.00 11.60 8.41 5.25 7.91 9.92 12.30 14.21

15 9.92 9.92 20.10 24.20 71.90 22.00 23.00 14.00 12.50 0.00 0.08 0.00 17.30

16 8.22 9.77 6.66 29.20 59.50 31.40 17.00 9.61 6.08 5.17 5.28 6.98 16.24

17 5.46 10.10 18.90 46.40 27.50 22.90 18.20 11.50 7.78 5.76 15.40 15.40 17.11

18 9.31 8.15 7.72 18.00 59.70 19.20 16.60 7.16 4.50 3.72 6.93 8.22 14.10

19 5.01 4.39 6.61 12.80 25.90 21.70 15.50 17.90 9.32 5.83 7.97 7.45 11.70

20 6.20 8.41 10.70 20.50 45.70 33.20 26.40 16.40 6.67 5.79 15.60 39.40 19.58

21 10.30 2.00 5.83 15.20 34.10 44.40 14.10 8.98 4.89 6.57 23.60 8.63 14.88


22 6.58 6.20 17.60 40.70 50.80 23.00 12.30 8.43 5.88 4.64 10.20 6.83 16.10

23 5.57 6.65 7.73 24.70 41.80 21.10 10.40 8.07 7.63 5.68 4.55 4.28 12.35

24 3.31 3.39 4.90 12.00 17.40 10.70 10.30 10.20 5.84 33.20 18.00 16.90 12.18

25 10.40 7.69 12.40 16.90 78.70 35.60 9.49 5.60 5.20 4.75 3.61 4.65 16.25

26 3.12 10.30 5.82 24.30 31.80 17.50 19.30 17.20 10.70 5.83 18.30 8.72 14.41

27 6.27 4.94 8.10 27.50 62.10 39.20 20.50 8.63 8.11 5.68 5.73 5.73 16.87

28 6.50 6.52 7.77 31.80 31.10 11.30 8.89 19.70 17.40 9.41 14.30 9.32 14.50

29 6.86 10.80 11.80 25.70 53.90 41.90 43.70 13.30 9.84 5.70 7.77 20.50 20.98

30 13.70 8.89 15.50 56.90 69.10 48.80 31.80 11.70 5.82 5.43 5.20 3.95 23.07

9.31 8.66 10.25 25.77 43.57 33.60 17.06 10.29 8.14 8.36 11.30 13.32 16.64


Diferenţele de debit, calculate pe râul Brădişor, pe parcursul a 30 ani (mil.m3)

Anul I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

1 -21.07 -44.58 -69.58 -16.86 65.57 146.15 232.78 231.90 276.75 277.18 261.84 244.40

2 222.84 198.85 172.53 152.04 221.85 627.52 605.33 579.71 550.34 520.55 489.03 461.13

3 428.97 395.98 362.14 339.18 356.96 364.22 352.56 322.90 295.48 263.53 231.51 202.32

4 171.74 159.03 140.75 201.37 289.05 311.03 306.73 289.55 269.12 353.38 373.00 353.74

5 332.47 312.11 289.08 291.87 461.02 454.62 427.06 399.03 377.60 359.21 349.66 349.30

6 348.68 334.40 325.10 347.08 376.42 366.87 336.05 300.90 268.45 232.88 234.63 279.21

7 278.33 305.30 338.06 332.18 313.43 303.87 288.80 264.39 241.78 211.65 197.10 281.89

8 334.09 330.58 309.75 356.43 447.79 612.74 626.57 606.98 578.53 548.32 531.93 525.26

9 517.02 503.53 472.95 449.02 456.54 521.36 552.54 542.72 522.18 491.50 505.59 499.19

10 481.75 460.92 437.96 485.96 497.96 471.43 438.80 405.09 369.94 339.44 372.98 398.12

11 382.25 357.88 349.37 385.81 454.30 463.41 463.58 461.12 431.33 404.40 372.90 369.39


12 338.18 312.91 291.29 347.17 376.25 374.32 352.70 323.14 291.30 273.44 261.26 263.27

13 261.07 242.79 228.51 288.33 374.43 491.28 489.61 471.52 448.59 418.40 381.54 346.63

14 312.89 279.53 255.39 241.89 333.25 386.77 373.53 351.91 321.99 299.06 281.41 270.02

15 252.37 234.72 243.82 263.70 408.93 423.03 439.76 432.83 421.96 378.24 334.73 291.01

16 268.89 250.85 224.63 257.65 370.30 409.10 410.06 391.59 363.85 333.72 303.88 278.50

17 249.13 231.95 237.90 316.12 344.67 361.14 365.25 351.75 328.48 299.89 296.65 293.40

18 274.15 251.84 228.41 232.00 345.17 351.91 351.81 326.91 295.02 261.08 235.57 213.45

19 182.90 150.72 124.37 114.29 138.63 151.94 148.96 152.28 133.05 104.65 81.88 57.74

20 30.31 8.70 -6.90 3.25 79.63 123.16 148.82 148.20 122.01 93.51 90.79 150.61

21 133.96 95.50 67.10 63.33 109.22 182.18 175.52 155.40 124.53 98.08 116.38 95.34


22 68.91 41.49 44.02 107.26 197.05 213.77 202.38 180.81 152.54 121.02 104.11 78.34

23 49.25 23.01 -0.39 20.80 86.93 98.66 82.27 59.76 36.09 7.30 -24.46 -56.93

24 -91.95-

126.76-

157.60-

169.79-

167.78-

183.38-

200.03-

216.94-

245.31-

201.78-

198.20-

197.50

25 -213.89-

237.40-

248.53-

247.84 -84.74 -34.90 -53.68 -82.68-

112.73-

143.97-

178.20-

209.70

26 -245.22-

261.87-

290.30-

270.15-

230.30-

228.03-

221.03-

219.55-

235.15-

263.55-

259.17-

279.98

27 -307.22-

337.96-

360.39-

331.84-

212.36-

153.06-

142.90-

163.94-

186.35-

215.14-

243.80-

272.46

28 -299.10-

325.68-

348.98-

309.13-

271.12-

285.14-

305.50-

297.45-

295.44-

314.43-

320.57-

339.80

29 -365.49-

380.82-

393.53-

369.71-

271.78-

205.39-

134.26-

143.03-

160.89-

189.63-

212.93-

202.77

30 -210.49-

230.85-

233.83-

128.02 9.86 94.39 134.24 121.27 92.84 63.39 33.34 0.00


Curba integrală a debitelor medii lunare afluente pe râul Brădişor, pe o perioadă de 30 ani

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276 288 300 312 324 336 348 360

T[luni]

DV


Graficul dispecerModul de exploatare a acumulărilor determină regimul puterilor şi energiilor produse de centralele hidroelectrice şi condiţiile în care se pot asigura consumatorii cu apă din aval. Exploatarea acumulărilor se poate schimba de la o perioadă la alta, în funcţie de priorităţile economice ale perioadei respective. Astfel, de exemplu, din punct de vedere energetic, se poate stabili o exploatare a acumulărilor cu menţinerea nivelelor în lac la cote superioare (evitându-se însă deversările). În acest mod se renunţă însă la rolul regularizator al acumulărilor. Din cauza căderilor mari ce se realizează, rezultă cantitatea maximă a energiei ce se poate produce, dar cu o repartiţie necontrolată în cursul anului, energia fiind produsă conform regimului debitelor afluente (multă în perioada de ape mari de primăvară şi puţină în semestrul de iarnă). În cazul în care în Sistemul Energetic Naţional sunt dificultăţi în acoperirea vârfului de iarnă, poate apare necesară o exploatare a acumulărilor, care să asigure maximum de transfer de apă din perioada de ape mari către perioada de iarnă. În acest mod se produce o cantitate mai mare de energie în perioada de iarnă, dar datorită variaţiilor mari ale nivelului lacului de acumulare rezultă căderi mai mici şi pe total an, se obţine o producţie de energie mai redusă faţă de cazul precedent.


Lacul de acumulare are un rol important pentru regularizarea debitelor în scopuri energetice, exploatarea efectuându-se în limitele unui volum util stabilit.Graficul dispecer stabileşte pentru fiecare perioadă caracteristică din timpul anului mărimea debitelor care pot fi livrate din lac în special pentru producerea de energie electrică şi, acolo unde este cazul şi pentru alte folosinţe, aceasta făcându-se în limita unui volum existent în lac la începutul perioadei respective.Scopul realizării unui grafic dispecer este de a asigura un debit asigurat iarna maxim, de a utiliza complet volumul util al lacului (golirea completă sau aproximativă în perioadele deficitare), de a umple lacul în semestrul de vară pentru a putea realiza transferul de stoc în semestrul de iarnă al anilor deficitari (secetoşi), de a reduce la maxim deversările (pentru utilizarea cât mai completă a debitului captat), totul în conformitate cu necesităţile sistemului energetic.Graficul dispecer trebuie să asigure o funcţionare optimă în toate perioadele hidrologice caracteristice.Graficul dispecer cuprinde 4 - 5 trepte corespunzătoare unor ani hidrologici caracteristici: extrem (cel mai secetos), secetos cu asigurarea de 97%, secetos cu asigurarea 90%, normal cu asigurarea 50% şi anul ploios cu asigurarea 15%.Pentru valorile situate intermediar celor 5 ramuri debitul regularizat se obţine printr-o interpolare liniară între ramuri în funcţie de volumul în lac.


Graficul dispecer are două delimitări importante situate una pe ramura extremă şi care are rolul de a îngheţa debitele pe limita anului extrem în cazul în care volumul se situează sub ramură, iar cealaltă pe ramura ploioasă şi are rolul de a îngheţa debitele regularizate pe această ramură în cazul în care volumul tinde să depăşească respective treaptă superioară.Planul de exploatare care urmează în general după elaborarea unui grafic dispecer are rolul de a demonstra aplicabilitatea graficului dispecer în cazuri concrete cu rezultate care-i demonstrează eficienţa.În exploatarea unei centrale hidroelectrice cu lac de acumulare cu regularizare anuală sau multianuală, pentru maximizarea energiei produse este obligatorie utilizarea unui grafic dispecer în optimizarea folosirii cât mai eficiente a lacului de acumularea aferent.Transferul de stoc multianual permite o producţie de energie relativ bună chiar şi în anii deficitari din punct de vedere hidrologic, în special asigurarea unui stoc în lac pentru cazurile în care este necesară completarea afluentului care variază de la an la an.


Astfel, ramurile din semestrul de vară sunt poziţionate, pe ani hidrologici, mai sus decât în semestrul de iarnă, în conformitate cu politicile de exploatare fundamental diferite în cele două situaţii: vara se urmăreşte umplerea cât mai pronunţată a lacului chiar şi în situaţii hidrologic dificile; iarna se urmăreşte o utilizare raţională a volumului acumulat, pentru a completa

semestrul de vară este mai mare, cu atât sunt mai mari disponibilităţile de consum de apă în semestrul de iarnă.

Un exemplu de utilizare a graficului dispecer este următorul:avem un grafic dispecer ca în figura de mai jos;presupunem că suntem în luna aprilie şi avem la început de lună, un volum în lac de cca 54 mil.m3;dacă ducem o linie orizontală pentru volumul 54 mil.m3, se observa că aceasta se situează pe curba corespunzătoare anului secetos;debitul uzinat citit pentru punctul respectiv este de 3,7 m3/s;acesta este primul debit uzinat considerat de referinţă în planul de exploatare;acest debit poate fi uşor modificat în plus sau minus, în funcţie de debitul afluent în acea lună în lac şi de condiţiile care se pun într-un plan de exploatare (să nu se depăşească volumul util la sfârşit de lună, să nu se depăşească debitul instalat după corecţia sa privind evitarea deversărilor etc.).

corespunzător afluxul natural, variabil de la an la an. Cu cât rezerva de volum acumulată în


Planul de exploatarePlanul de exploatare al unei amenajări este practic simularea exploatarării atât a lacului de acumulare cât şi a centralei (centralelor) hidroelectrice. Planul de exploatare ţine seama de toate condiţiile care se cer pentru o exploatare optimă şi calculează energia medie posibil a fi produsă de o amenajare hidroelectrică.Planul de exploatare se aplică atât amenajărilor care nu sunt încă construite, pentru a calcula producţia de energie posibilă pentru respectiva amenajare şi a stabili eficienţa viitoarei amenajări, cât şi în cazul amenajărilor în funcţiune, dar care necesită modernizare, pentru a putea calcula eventualele beneficii care ar putea apare în urma modernizării amenajării şi a se stabili eficienţa modernizării.

Modul de calcul al unui plan de exploatare, în cazul unei amenajări noi, este următorul:se stabileşte perioada caracteristică din punct de vedere hidrologic, cu şirul de ani aferent;se stabilesc intervalele de timp pe care se va aplica calculul (dacă sunt debite afluente lunare, intervalul va fi o lună, dacă sunt zilnice, intervalul va fi o zi etc.);


Planul de exploatare cuprinde, acolo unde este cazul şi condiţii specifice asigurării debitelor pentru folosinţe complexe.

Planul de exploatare se poate realiza şi în cazul amenajărilor fără lac de acumulare cu redresare anuală sau multianuală, deci fără grafic dispecer, însă trebuie să se specifice lunar nişte limite de volum necesare a fi consumate din lac (limite care se pot calcula utilizându-se metoda firului întins).

Planul de exploatare poate fi utilizat şi în cazul amenajărilor cu lacuri cu regularizare zilnică, prin adaptarea condiţiilor la acest tip de regularizare.

bpcap3

Documents