عنوان پایان‌نامه
آنالیز حساسیت جریان گذرا در نیروگاههای تلمبه - ذخیره ای با در نظر گرفتن منطقه کاری ناپایدار S شکل منحنی مشخصه
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2854;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66437
- تاریخ دفاع
- ۳۰ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- علی رزقی
- استاد راهنما
- علیرضا ریاسی
- چکیده
- با توجه به افزایش مصرف برق در جهان و کاهش منابع سوخت فسیلی، روی آوردن به استفاده از انرژی‌های تجدید‌پذیر امری اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. استفاده از نیروگاههای تلمبه‌ذخیره‌ای مناسب‌ترین روش برای تنظیم بار شبک? سراسری برق و ذخیره‌ی انرژی در مقیاس بزرگ می‌باشد. به دلیل عواملی چون تغییرات بار و خاموشی اضطراری پمپ-توربین، سیستم وارد شرایط گذرا می‌شود. معادلات حاکم بر جریان گذرا در نیروگاههای تلمبه‌ذخیره‌ای از نوع معادلات مشتقات جزئی هایپربولیک شبه خطی می‌باشند که با استفاده از روش مشخصه‌ها به دو معادله دیفرانسیل معمولی مرتبه اول تبدیل می‌شوند. برای مدل‌سازی ریاضی پمپ-توربین منحنی‌های مشخصه پمپ-توربین با استفاده از تبدیلات تصحیح شده‌ی سوتر به شکل قطبی تبدیل می‌گردند تا مشکل چند مقداره بودن دبی و گشتاور واحد در ناحیه‌ی “S” شکل منحنی مشخصه‌ها برطرف شود. با شبیه‌سازی و تحلیل سناریوهای مختلف برای نیروگاه تلمبه‌ذخیره‌ای سیاه‌بیشه مشخص شد که رفتار پمپ-توربین نیروگاه در شرایط خاموشی اضطراری در حالتی که ویکت‌گیت‌ها باز بمانند به علت “S” شکل بودن منحنی‌های مشخصه ناپایدار می‌شود و سیستم به‌طور متناوب از حالت توربینی وارد ناحیه‌ی پمپاژ معکوس می‌شود و دوباره به حالت توربینی باز می‌گردد. با آنالیز حساسیت شرایط گذرا مشخص شد که با افزایش ضریب تلفات فشار اوریفیس سرج تانک از 5/0 تا 4، فشار محفظه حلزونی افزایش می‌یابد (%38/1) و سطح آب سرج تانک کاهش می‌یابد (%5/7). افزایش سرعت موج آموستیک تاثیر چندان مهمی بر ماکزیمم فشار محفظه حلزونی و ماکزیمم سرعت چرخ نمی‌گذارد (کمتر از %2) ولی دامنه‌ی نوسانات فشار را پس از بسته شدن ویکت‌گیت‌ها کاهش می‌دهد. با افزایش اینرسی سیستم فشار محفظه حلزونی و سرعت چرخ کاهش قابل ملاحظه‌ای دارند. با افزایش قطر لوله رابط سرج تانک از 24/3 تا 96/3 متر فشار محفظه حلزونی تغییر چندان مهمی نمی‌کند (کمتر از %2) اما تاثیر آن بر سطح آب سرج تانک بیشتر از %4 می‌باشد. با افزایش نرخ بسته شدن ویکت‌گیت‌ها، ماکزیمم سرعت چرخ، مینیمم فشار درفت‌تیوب و ماکزیمم فشار محفظه حلزونی کاهش می‌یابند. با افزایش زمان برداشت بار ژنراتور در زمان کاهش بار ماکزیمم سرعت چرخ کاهش می‌یابد و بیشترین تغییرات آن 49/4 درصد می‌باشد. ضریب اصطکاک متغیر تاثیر بسیار ناچیزی بر ماکزیمم فشار محفظه حلزونی و مینیمم فشار درفت‌تیوب می‌گذارد
- Abstract
- Due to growing demand for electricity and fossil fuel reduction, using renewable energy sources is increasing rapidly. Pumped storage power plants are the most reliable and cost-effective technology for storing energy in large scale and balancing power. Hydraulic transient operation in pumped storage power plants are caused by processes such as normal load variation and emergency shutdown. Governing equations for transient flow in pumped storage power plants are one-dimensional, hyperbolic partial differential equations that can be converted to two ordinary differential equations by using method of characteristics. Mathematical modeling of pump-turbine is performed by applying modified Suter transformation for converting the characteristic curves to polar form in order to solving the multi-valued problem of unit discharge and unit torque in in “S-shaped” region of pump-turbine characteristic curves. Transient analysis and simulation of different scenarios for Siah Bishe pumped storage power plant pointed out that due to the “S-shaped” characteristic of pump-turbine, transient operation at runaway become unstable. The machine operation switches from turbine mode to reverse pumping mode alternatively in runaway operation. The sensitivity of pressure rise at the spiral case, water level oscillating at surge tank, rotational speed and flow rate and torque oscillation at unstable zone of hill-chart to moment of inertia, head loss coefficient of connection tunnel of surge tank, connection tunnel diameter and acoustic wave velocity has been performed. The results show that the moment of inertia has considerable effect on the maxim torque at unstable condition of runaway. Also, more moment of inertia can well postpone the peak of pressure and rotational speed. The maximum water level of surge tank and the maximum torque at unstable condition of runaway are strongly affected by head loss coefficient of connection tunnel of surge tank and connection tunnel diameter. By using different values for acoustic wave velocity, output conditions don’t show any clear trend. Keywords: Hydraulic Transient Operation, Pumped Storage Power Plant, ''S-Shaped'' Region, Pump-Turbine, Sensitivity Analysis
