НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ
КАФЕДРА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан
Факультета энергетики
______________
“___” _____________200 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
РЕЖИМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВОК НЕТРАДИЦИОННОЙ И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
ООП:
140202 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии – инженер
Факультет энергетики
Курс 5 семестр 9
Лекции – 34 час
Практические работы – 17 час
Курсовая работа – семестр 9
Самостоятельная работа – 49 час;
Экзамен – 9 семестр;
Всего – 100 час;
Новосибирск
2006
.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 650900 Электроэнергетика, специальности 140202 - Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Регистрационный номер ГОС 214 тех/дс, утверждено 27.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС - СП.05, шифр дисциплины по учебному плану – СД.06
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Системы электроснабжения предприятий, протокол заседания кафедры № 5 от 31 августа 2006 г.
Программу разработал
Доцент кафедры СЭСП, к. т.н., доцент
Заведующий кафедрой СЭСП
Д. т.н., профессор
Ответственный за основную
Доцент каф. АЭЭС, к. т.н., доцент
1. Внешние требования
Таблица 1.1
Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
СП.05. СД.06 | РЕЖИМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВОК НЕТРАДИЦИОННОЙ И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Постановка и методы решения задачи оптимизации режимов работы традиционных и малых ГЭС при работе на автономного и объединенного потребителя; особенности оптимизации краткосрочных и длительных режимов работы ГЭУ; состав и требование к исходной информации: использование методов математического программирования и пакетов прикладных программ в решении задачи; особенности расчета режимов каскадов ГЭУ. Методы расчета и оптимизации режимов приливных и волновых электростанций; особенности исходной информации; методы расчета режимов солнечных и ветровых энергоустановок и электростанций при работе на автономного и объединенного потребителя; особенности расчета режимов энергокомплексов в составе разных типов энергоустановок с накопителями энергии. | 100 |
1.4.5. Квалификационные требования
Подготовка выпускника должна обеспечивать квалификационные умения для решения профессиональных задач:
- Выполнение работ по разработке проектов электроэнергетических установок различного назначения, определение состава оборудования и его параметров, схем электроэнергетических объектов; Разработка балансов мощности и энергии в смешанной энергосистеме, расчет долгосрочных и краткосрочных режимов основного оборудования электроэнергетических установок; Оптимизация режимов электростанций на долгосрочный и краткосрочный период; Анализ и принятие решений по реализации рассчитанных режимов.
Инженер должен знать:
· Методические, нормативные и руководящие материалы, касающиеся выполняемой работы;
· Методику расчета энергетических балансов в тепловых и смешанных энергосистемах, в которые включены установки нетрадиционной и возобновляемой энергетики;
· Методы оптимизации долгосрочных и краткосрочных режимов основного оборудования;
· Методы оценки оптимальных режимов.
1.7. Требования к профессиональной подготовленности выпускника
Инженер должен знать:
· Современные тенденции развития методов, средств и систем конструкторско-технологического обеспечения энергетического производства;
· Аналитические и численные методы для анализа математических моделей, технологических процессов с использованием компьютерной техники.
Инженер должен владеть:
· Современными методами математического моделирования технологических процессов, оборудования, автоматизации расчетов с использованием компьютерной техники;
· Математическими оптимизационными методами, их практической реализацией на персональных компьютерах.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Таблица 2.1
Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения дисциплины в учебный план направления или специальности | Стандарт направления |
Адресат дисциплины | Студенты специальности: 100900 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии |
Главная цель дисциплины | Обеспечение базы инженерной подготовки, теоретическая и практическая подготовка в области использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики, развитие инженерного мышления, приобретение знаний, необходимых для практической деятельности. |
Ядро дисциплины | Задачи баланса энергосистем с целью получения режимов энергоустановок и их последующая оптимизация. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного освоения дисциплины | · Для успешного изучения дисциплины студенту необходимы знания, получаемые из курсов математического анализа, информатики, физико-математических основ энергетики, систем электроснабжения. · Опыт работы на персональном компьютере, знание прикладных программы (MathCad, Excel, Delphi и др.). |
Уровень требований по сравнению со Стандартом | Соответствует требованиям Стандарта |
Объем дисциплины в часах | 34 час лекций, 17 час практических занятий |
Основные понятия дисциплины | Энергетические балансы, режимы, оптимизация режимов. |
Практическая часть дисциплины | Практическая часть дисциплины содержит практические занятия и курсовую работу. Студенты применяют теоретические положения для расчета балансов энергосистем с установками нетрадиционной и возобновляемой энергетики с последующей оптимизацией режимов отдельных станций. Для проведения практических занятий используются программные комплексы для работы в терминальном классе. |
Направленность дисциплины на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса, направленность на саморазвитие | Обобщение, анализ, синтез, классификация, абстрагирование, моделирование, выделение главного, формулирование проблем. |
Дисциплина и современные информационные технологии | Представление современных информационных технологий как инструмента, используемого в дисциплине (программные средства MatCad, Excel, Delphi и др. как средство выполнения расчетов, анализа, принятия решения). |
3. Цели учебной дисциплины
Таблица 3.1
Цели учебной дисциплины
После изучения дисциплины студент будет
иметь представление: | |
1 | о задачах разработки балансов энергосистем, решаемых в процессе прогнозирования режимов, и методах их оптимизации в зависимости от учета различных ограничений. |
2 | о различиях в подходах к решению задач долгосрочных и краткосрочных режимов |
3 | о задачах оптимизации режимов электростанций |
знать: | |
4 | понятие энергетического баланса, оптимального режима электростанций на уровне энергосистемы и самой станции |
5 | методы расчета оптимальных режимов электростанций для различных периодов (долгосрочных и краткосрочных) |
6 | методы анализа оптимальных режимов с учетом различных ограничений |
уметь: | |
7 | использовать основы математического анализа, физико-математических основ энергетики и информатики для решения режимных задач |
8 | производить расчеты по разработке балансов мощности и энергии для станций, входящих в энергосистему, получать оптимальные расчеты как отдельных электростанций, так и энергосистем в целом |
9 | представлять результаты решения отдельных задач в удобной для восприятия форме |
10 | осуществлять самооценку и самоконтроль при расчете режимных задач в целом |
иметь опыт: | |
11 | по расчету реальных балансов любых энергетических систем и по дальнейшей их оптимизации |
12 | по выполнению необходимых расчетов использовать современную электронно-вычислительную технику |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Таблица 4.1
Лекционные занятия (34 час)
Блок, модуль, раздел, тема | Часы | Ссылки на цели |
Введение. Основы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НиВИЭ). Причины использования НиВИЭ в мире. Общая оценка использования НиВИЭ в России. Барьеры и препятствия на пути использования НиВИЭ. Ресурсы России по использованию НиВИЭ. Гидроэнергетический потенциал России. Микро - и мини ГЭС, их классификация. | 2 | 1 |
Основные характеристики речного стока. Понятие стока реки, его изменчивость в разрезе суток, недели, сезона, года и нескольких лет. Гидрограф речного стока. Интегральная кривая стока. Кривая продолжительности стока. | 2 | 1,2,12 |
Схемы традиционных ГЭС, а также схемы мини - и микро-ГЭС. Схемы напорных и безнапорных ГЭС. Способы напора: плотинный и деривационный. ГАЭС, ПЭС, мини - и микро-ГЭС. Режимные особенности ГЭС. | 2 | 1,2,5,12 |
Характеристики водохранилища и нижнего бьефа. Основное назначение водохранилища ГЭС. Полезный, резервный и мертвый объемы водохранилища. Статические и динамические характеристики водохранилища. Показатель зарегулированности стока. Потери воды из водохранилища. Характеристики нижнего бьефа. Неустановившийся режим нижнего бьефа. | 2 | 1,2,3,8,12 |
Потребление электрической энергии. Общая характеристика потребителей электрической энергии. Структура потребления электрической энергии России. Способы расчета энергопотребления. Графики потребления электроэнергии. Суточные, недельные, сезонные и годовые графики нагрузки, их показатели. | 2 | 1,4,8,11,12 |
Балансы мощности и энергии. Балансы мощности и энергии в различных энергосистемах, резервы мощности и из назначение. Величина резервов мощности. Режимные особенности ГЭС. Основные требования, предъявляемые к ГЭС со стороны энергосистемы. Суточные, недельные, сезонные и годовые балансы мощности и энергии. | 2 | 1,4,8,11,12 |
Участие ГЭС в энергобалансах энергосистемы. ГЭС без регулирования речного стока в суточных и годовых балансах. ГЭС с суточным регулированием речного стока в суточных и годовых балансах. Место ГЭС в суточных и годовых графиках, возможности нести различные виды резервов. ГЭС с годовым регулированием речного стока в суточных и годовых балансах. Место ГЭС в суточных и годовых графиках, возможности нести различные виды резервов. ГЭС с многолетним регулированием речного стока в суточных и годовых балансах. Место ГЭС в годовых графиках. | 4 | 1,2,6, 8,11 |
Характеристики агрегатов и электростанций. Виды энергетических характеристик. Энергетические характеристики тепловых электростанций. Энергетические характеристики гидроэлектростанций. Методы построения оптимальных характеристик электростанций. | 4 | 3,5,6, 10 |
Оптимальные режимы энергосистем. Постановка задачи. Оптимальное распределение активных и реактивных нагрузок в тепловой энергосистеме. Критерии оптимизации. Учет различных режимных ограничений. Оптимальное распределение активных и реактивных нагрузок в смешанной энергосистеме. Критерии оптимизации. Учет различных режимных ограничений, а также ограничений по расходу воды на ГЭС. Учет потерь активной и реактивной мощности при оптимальном распределении нагрузок между станциями энергосистемы. | 6 | 3,5,6, 7,9,12 |
Внутристанционная оптимизация режимов электростанций. Постановка задачи. Определение оптимального состава агрегатов для случаев, когда характеристики агрегатов одинаковые и разные. Методы выбора оптимального состава агрегатов. Использование метода динамического программирования для выбора оптимального состава агрегатов, способ учета некоторых станционных ограничений. | 5 | 3,5,7,9, 12 |
Оптимизация долгосрочных режимов ГЭС. Долгосрочная оптимизация режимов. Методы оптимизации режима водохранилища одиночной ГЭС. Особенности оптимизации режима группы ГЭС, работающих совместно в энергосистеме. Последовательная корректировка долгосрочного режима водохранилища. | 2 | 2,5,10,12 |
Заключительная лекция | 1 | 2,3 |
Таблица 4.2
Практические занятия (17 час)
Блок, модуль, раздел, тема | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Составление суточного баланса мощности в смешанной энергосистеме | Изучают методику распределения максимальной нагрузки между станциями системы при заданной установленной мощности и энергии на ГЭС | 3 | 1,2,4,8,12 |
Построение энергетических характеристик электростанций | Изучают методику построения оптимальных характеристик станций в двух постановках: при одинаковых характеристиках агрегатов и при разных характеристиках | 2 | 3, 5, 7, 12 |
Оптимальное распределение активных и реактивных нагрузок в тепловой энергосистеме | Изучают методику оптимального распределения активных и реактивных нагрузок в тепловой энергосистеме методом Лагранжа с учетом и без учета потерь в сети | 4 | |
Оптимальное распределение активных и реактивных нагрузок в смешанной энергосистеме | Изучают методику оптимального распределения активных и реактивных нагрузок в смешанной энергосистеме методом Лагранжа с учетом и без учета потерь в сети | 4 | |
Внутристанционная оптимизация режимов ГЭС | Изучают методику расчетов по определению оптимального состава агрегатов ГЭС различными методами: направленного перебора вариантов и методом динамического программирования | 4 |
Структура учебной дисциплины
5. Учебная деятельность
В течение семестра студенты выполняют курсовую работу, которая охватывает основные разделы курса.
Цель. При выполнении курсовой работы студент приобретает навыки расчетов по составлению балансов смешанной энергосистемы и определению графиков нагрузки отдельных электростанций с последующей оптимизацией их режимов. При выполнении курсовой работы для оценки правильности выполненных расчетов используются программы для ПК, разработанные на кафедре.
Требования к оформлению пояснительной записки.
1. Данные для выполнения курсовой работы следует выбирать из таблицы согласно двум последним цифрам своей зачетной книжки, последовательно вычитая максимальный номер варианта из таблицы до тех пор, пока номер не станет меньше, или равен максимальному номеру в таблице. Например, если шифр зачетки равен 38104746, а максимальное число вариантов в таблице равно 25, то вариант курсовой работы будет 46 – 25 = 21.
2. Курсовая работа, выполненная не для своего варианта, не рассматривается.
3. Правила оформления курсовой работы – стандартные.
4. Варианты курсовой работы приведены в таблицах 5.1 - 5.6.
5. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному на рис. 5.1.
Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА “СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ” Курсовая работа по Режимам использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии "Оптимизация режимов ГЭС" Факультет энергетики Группа Эн2-12 Шифр зачетной книжки 38104746 Студент Преподаватель Новосибирск 2006 |
Рис. 5.1. Образец титульного листа
Задание на курсовую работу
1. Определить место ГЭС в суточном графике нагрузки энергосистемы и рассчитать первоначальный суточный график нагрузки ГЭС.
2. Построить оптимальные характеристики электростанций:
- для ТЭС: b=f(Nтэс), B=f(Nтэс);
- для ГЭС: q=f(Nгэс), Q=f(Nгэс).
Для ГЭС характеристики строятся без учета индивидуальных характеристик агрегатов (по усредненному агрегату).
3. По методу Лагранжа определить оптимальный график нагрузки ГЭС с учетом оптимальных характеристик электростанций для двух вариантов: без потерь и с потерями активной мощности в сети.
4. Выполнить внутристанционную оптимизацию режима ГЭС по методу динамического программирования с учетом индивидуальных характеристик агрегатов.
5. Оценить по величине снижения расхода топлива оптимальное распределение нагрузки между станциями энергосистемы. Проанализировать влияние потерь активной мощности в сети.
6. Оценить эффект внутристанционной оптимизации на ГЭС.
Исходные данные к курсовой работе
Таблица 5.1
Суточный график нагрузки энергосистемы (МВт)
t | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Pt | 1535 | 1435 | 1385 | 1370 | 1370 | 1410 | 1540 | 1900 | 2255 | 2355 | 2325 | 2205 |
t | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
Pt | 2045 | 2145 | 2220 | 2155 | 2055 | 2450 | 2800 | 2710 | 2635 | 2535 | 2295 | 1945 |
Эквивалентное сопротивление электрической сети: Rэкв тэс = 5,5 Ом; Rэкв гэс = 3,5 Ом; |
Таблица 5.2
Среднесуточный расход воды (м3/с) и суточная выработка электроэнергии (МВт·ч) на ГЭС
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Qср. сут | 684 | 743 | 600 | 700 | 760 | 723 | 692 | 865 | 715 | 884 |
Эгэс сут | 15558 | 16900 | 13648 | 15922 | 17287 | 16445 | 15740 | 19675 | 16263 | 20107 |
Nгэс уст = 1575 МВт; Н = 111,5 м |
Таблица 5.3
Характеристики ТЭС
Nтэс | 600 | 800 | 1000 | 1000 | 1200 | 1300 | 1300 | 1400 | 1600 |
bтэс | 0,012 | 0,02 | 0,024 | 0,032 | 0,04 | 0,047 | |||
Bтэс | 35 | 38 | 43 | 50 | 56 | 63 | 78 | ||
Nтэс мин = 600 МВт; Nтэс макс = 1600 МВт |
Таблица 5.4
Расходные характеристики агрегатов (м3/с) ГЭС
Nагр | Q1 | Q2 | Q3 | Q4 | Q5 | Q6 |
43,75 | 45,30 | 62,06 | 52,02 | 55,14 | 57,93 | 60,21 |
87,50 | 83,77 | 98,32 | 98,80 | 95,77 | 100,18 | 92,15 |
131,25 | 129,52 | 136,87 | 143,64 | 138,70 | 144,34 | 130,21 |
175,00 | 182,54 | 177,73 | 191,55 | 183,93 | 190,41 | 174,40 |
218,75 | 242,83 | 220,87 | 242,52 | 231,45 | 238,40 | 224,71 |
262,50 | 310,40 | 266,32 | 296,55 | 281,27 | 288,30 | 281,15 |
Н = 111,5 м |
Таблица 5.5
Минимальные и максимальные мощности агрегатов (МВт) ГЭС
Номер агр. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Nагр мин | 40 | 60 | 40 | 60 | 60 | 60 |
Nагр макс | 200 | 262,5 | 200 | 262,5 | 262,5 | 262,5 |
Н = 111,5 м |
Таблица 5.6
Обязательный состав работающих агрегатов ГЭС (признак обязательности: 1-обязателный, 0-нет)
Номер агр. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Признак обяз. | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Проводится в соответствии с планом ООП – экзамен (9 семестр). К экзамену допускаются студенты, выполнившие все практические задания и курсовую работу. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п. 8.
7. Список литературы
7.1. Основная литература
1. . Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник. – Новосибирск:
Изд-во НГТУ, 2005. – 300 с. –(Серия «Учебники НГТУ»).
2. Обрезков лекций по курсу «Гидроэнергетические установки». Часть 2. – М.: Изд-во МЭИ, 1972 .
3. Гидроэнергетика / Под ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 606 с.
7.2. Дополнительная литература
4.Горнштейн режимы гидростанций в энергетических системах. - М.; Л.: Госэнергоиздат., 1959. – 248 с.
5. Никитин гидроэнергетических расчетов. – Л.; Высшая школа. 1959..
8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
Экзамен (семестр 9). Оценка – по пятибалльной системе.
Экзаменационные вопросы
1. Возобновляемые источники энергии. Состояние на современном этапе. Барьеры и препятствия на пути использования ВИЭ.
2. Схемы ГЭС.
3. Основные характеристики речного стока.
4. Характеристики водохранилища и нижнего бьефа ГЭС.
5. Общая характеристика потребителей электроэнергии. Расчет энергопотребления.
6. Графики нагрузки и энергии потребителей энергосистем.
7. Классификация энергосистем. Преимущества э/объединений.
8. Режимные особенности ГЭС.
9. Понятие баланса мощности и энергии в э/с. Резервы мощности.
10. Суточные, недельные, месячные и годовые балансы энергосистем.
11. Основные требования э/с, предъявляемые к ГЭС.
12. ГЭС без регулирования речного стока в энергобалансе э/с.
13. ГЭС с суточным регулированием речного стока в энергобалансе э/с.
14. ГЭС с годовым регулированием речного стока в энергобалансе э/с.
15. ГЭС с многолетним регулированием речного стока в энергобалансе э/с.
16. Характеристики и режимные особенности ТЭС.
17. Энергетические характеристики ГЭС.
18. Принципы оптимизации краткосрочных режимов ГЭС. Декомпозиция задачи.
19. Критерии оптимизации краткосрочных режимов ГЭС.
20. Управление режимами э/с. Основные требования к э/снабжению потребителей.
21. Оптимальное распределение активной нагрузки между ТЭС э/с, методом Лагранжа.
22. Оптимальное распределение активной нагрузки в смешанной э/с, методом Лагранжа.
23. Учет потерь мощности в сети при оптимальном распределении нагрузки.
24. Условия использования метода Лагранжа при оптимальном распределении нагрузки между станциями.
25. Постановка задачи внутристанционной оптимизации режимов ГЭС.
26. Внутристанционная оптимизация режимов ГЭС для случая, когда характеристики агрегатов одинаковые.
27. Внутристанционная оптимизация режимов ГЭС для случая, когда характеристики агрегатов разные.
28. Внутристанционная оптимизация режимов ГЭС методом динамического программирования.
29. Учет ограничений по допустимому диапазону мощностей агрегатов и обязательному составу в методе ДП.
ОБРАЗЕЦ
экзаменационного билета
Министерство образования РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ | Экзаменационный билет № 1 По дисциплине Режимы использования установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики Факультет энергетики Курс 5 |
| Возобновляемые источники энергии. Состояние на современном этапе. Барьеры и препятствия на пути использования ВИЭ. Распределить нагрузку Рн между двумя ТЭС методом Лагранжа, если: b1(N1) = 4 + 0,2·N1; b2(N2) = 2 + 0,3∙N2; Pн = 240; r1 = 12; r2 = 3; U = 220. Составил Дата г. Утверждаю: Зав. кафедрой____________________ |
