Optimalna porazdelitev obremenitve agregatov hidroelektrarneMarkeljc, Matej (Avtor) Čepin, Marko (Mentor) hidroelektrarneoptimizacijamodeliranjeizkoristekpretokHidroelektrarne omogočajo energetsko učinkovito, okolju prijazno, fleksibilno in zanesljivo pridobivanje električne energije. Izkoriščanje energije vodotokov ter sočasno zagotavljanje protipoplavne zaščite in zanesljivosti oskrbe s pitno vodo sta njihovi strateško pomembni prednosti. Poleg tega se z omilitvenimi ukrepi, implementacijami okoljsko najsprejemljivejših rešitev in rednim izvajanjem monitoringov doseže minimalne vplive na okolje, s čimer je hidroenergija najbolj čista oblika energije. Primat med obnovljivimi viri jim zagotavljajo predvsem stanovitnost, nizki obratovalno investicijski stroški na enoto proizvedene energije in možnost sodelovanja pri regulaciji sistemskih parametrov. Izmed vseh obnovljivih virov predstavljajo največjo rotacijsko maso, ki je ključna za zagotavljanje stabilnosti elektroenergetskega sistema in dušenje dinamičnih prehodnih pojavov. Namen magistrskega dela je izdelati matematične modele hidroelektrarn na spodnjem toku reke Save, z upoštevanjem dejanskih obratovalnih parametrov hidroelektrarn. Modeli omogočajo primerjavo izračunanih in v sklopu prevzemno-garancijskih meritev izmerjenih vrednosti pretokov, moči, neto padcev in izkoristkov. V nadaljevanju je potrebno modele uporabiti še za določitve optimalne angažiranosti posameznih agregatov obravnavanih hidroelektrarn. To nam omogoča ovrednotenje dejanskega vklopno-izklopnega algoritma agregatov s stališča minimizacije pretoka in s tem izboljšanja izkoristka potencialne energije, nakopičene znotraj pretočne akumulacije. Prvi del magistrskega dela obsega predstavitev hidrološkega potenciala, hidroelektrarn, njihovo delitev in sestavne dele. Opisane so tudi energijske pretvorbe, preko katerih iz energije vodotoka pridobivamo električno energijo. Sočasno s tem nastopajo tudi izgube, ki definirajo izkoristek hidroelektrarne v posamezni obratovalni točki. Opisane so v poglavju 6, kjer je natančno predstavljen tudi njihov izračun. Prikazani so tudi parametri, preko katerih lahko pridemo do zaključkov, kako prisotne izgube v največji meri znižati. V drugi polovici magistrskega dela je predstavljeno modeliranje hidroelektrarn na spodnjem toku reke Save, torej HE Boštanj, HE Arto-Blanca, HE Krško in HE Brežice, izvedeno v sklopu magistrskega dela. V Pythonu izdelani matematični modeli temeljijo na školjčnih diagramih, podanih s strani proizvajalca turbin oziroma izmerjenih v sklopu prevzemno-garancijskih meritev. Z odčitkom poljubnega, dovolj obsežnega nabora točk školjčnega diagrama in z dvodimenzionalno interpolacijo, celotno obratovalno področje turbine zapišemo v numerični obliki. Zaradi omejitev turbine moramo školjčni diagram omejiti, kar dosežemo z zapisom ustreznih funkcij. V nadaljevanju je model grajen na podlagi fizikalnih osnov in funkcij izgub iz garancijskih meritev, tako, da iz podatkov o obratovalni moči in kotah zgornje ter spodnje vode določimo potreben pretok, moč turbine, neto padce ter izkoristke posameznih elementov in celotne hidroelektrarne. Natančnost matematičnih modelov pri določanju parametrov obratovanja je dokazana s primerjavami izračunanih in izmerjenih vrednosti. V sklepnem delu magistrskega dela so predstavljeni rezultati optimizacije obratovanja hidroelektrarn, ki je izvedena s predstavljenimi modeli. Modeli omogočajo določitev optimalne razporeditve obremenitve med posamezne agregate, z namenom minimizacije pretoka in s tem prihranka energije, ki jo akumuliramo v pretočnih akumulacijah. Na podlagi obratovalne moči in bruto padca namreč program določi vse možnosti razporeditve obremenitve in z izračuni poišče kombinacijo, ki zahteva najnižji pretok oziroma omogoča najvišji izkoristek. Pri tem so upoštevane vtočne in iztočne izgube, obratovalna točka turbine in izkoristek generatorja. Na podlagi analize omejenega časovnega obdobja obratovanja hidroelektrarn je opredeljen tudi prihranek energije, dosežen z optimalno razporeditvijo obremenitve. Zaradi histereze pri dejanskem obratovanju sicer pride do nekoliko višjih pretokov, vendar je slednje neobhodno za znižanje obremenitev opreme in s tem podaljšanje njihove življenjske dobe.20222022-04-13 07:10:00Magistrsko delo/naloga136099sl