فهرست مطالب

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 2 (تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/06/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سعید اشرف واقفی، سید جمشید موسوی، بنفشه زهرایی صفحات 1-16
    اکثر مطالعات رسوب زدایی از مخازن سدها مستقل از مساله بهره برداری از مخرن به موضوع می پردازند. از طرف دیگر مدل های بهینه سازی بهره برداری از سدهای مخزنی تیز تاکنون عمدتا با تاکید بر اهداف تامین نیازهای آبی، انرژی، سیلاب و زیست محیطی و بدون توجه به مسئله خروج رسوبات ورودی به مخزن توسعه یافته اند. این امر منجر به ناهماهنگی بین تصمیمات مرتبط با رسوب زدایی و سایر اهداف بهره برداری از مخازن سدها می شود. در این مقاله و بر اساس یک دیدگاه نوین تلفیقی، یک مدل بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد ارائه شده است که در آن دو هدف تامین نیاز پایین دست و خروج رسوبات از مخزن تواما منظور می شوند. در تدوین تابع هدف خروج رسوبات از مخزن از روش برنامه ریزی عملیات فلاشینگ استفاده شده است و مقدار خروجی سالانه رسوبات از مخزن از روش فلاشینگ برآورد شده است. با وزن دادن به دو تابع هدف تامین نیاز و خروج رسوبات، عملکرد مدل بهینه سازی در اهمیت دادن به دو معیار در سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مدل بهینه سازی غیرخطی حاصل، از الگوریتم رقابت استعماری ( ICA) استفاده شده است. با در نظر گرفتن مطالعه موردی سد سفیدرود، در سناریوهای مختلف عملکرد مدل بهینه سازی بررسی شده است. بر این اساس و با مقایسه نتایج مدل بهینه سازی با نتایج واقعی بهره برداری از مخزن سد سفیدرود در یک دوره پنج ساله راهکارهای اجرایی مناسب برای عملیات آینده فلاشینگ در مخزن سد مذکور برای دست یابی به راندمان رسوب زدایی بالاتر و تامین بهتر نیازهای پایین دست ارائه شده است.
    کلیدواژگان: رسوب زدایی از مخزن سد، فلاشینگ، مدل بهینه سازی بهره برداری از مخزن، الگوریتم رقابت استعماری، سد سفیدرود
  • شهرام درخشان، داوود زارع، مجید پسندیده پور صفحات 17-24
    در مطالعه حاضر توربین جریان متقاطع نصب شده در نیروگاه دره تخت ازنا مورد بررسی قرار گرفته است. این نیروگاه با دبی 840 لیتر بر ثانیه و 50 متر ارتفاع، در سرعت دورانی 600 دور بر دقیقه، تنها 198 کیلووات برق تولید می کند. برای ملاحظه دلایل افت عملکرد، جریان عبوری از توربین با استفاده از نرم افزار تجاری Ansys/CFX شبیه سازی گردید. برخی از نقاط شبیه سازی شده با استفاده از داده های توربین واقعی اعتبار سنجی شدند. برای مدل کردن چرخش بین صفحات چرخ، محفظه و نازل از مدل چرخ یخ زده استفاده شده است. جریان به صورت سه بعدی وگذرا حل شده و مدل توربولانسی k-ε به کار رفته است. برای مدل کردن جریان دو فاز آب- هوا از مدل همگن سطح آزاد استاندارد استفاده شده است. در بخش نتایج منحنی های عملکرد توربین بدست آمده اثر استفاده از شیر هوا مورد بررسی قرار گرفت. از مهمترین عوامل افت توان خروجی، شکل نامناسب نازل و عدم استفاده از شیر مکش هوا، تشخیص داده شدند. در نهایت با اصلاح توربین، بازده آن از 50 درصد (بازده محاسباتی) در مورد 1 به 66 درصد در مورد 3 افزایش یافت. به عبارت دیگر بازده توربین جریان متقاطع نیروگاه ازنا 16 درصد افزایش داده شد.
    کلیدواژگان: توربین جریان متقاطع، توربین آبی میشل، بانکی، شبیه سازی عددی، نیروگاه آبی کوچک، نیروگاه آبی ازنا
  • سعید جمالی صفحات 25-37
    نیروگاه های آبی نقش مهمی را در مدیریت تامین نیاز پیک برق بر عهده دارند. این امر منجر به توسعه اینگونه نیروگاه ها در کشور مختلف جهان شده است. با این وجود، پیش بینی می شود، میزان برق تولیدی نیروگاه های آبی در آینده تحت تاثیر تغییر اقلیم قرار گیرد. این تاثیرات ناشی از اثر گذاری تغییر اقلیم بر چرخه هیدرولوژی و ویژگی های آب و هوایی مناطق مختلف جهان خواهد بود. در کشورهای در حال توسعه، بر خلاف کشورهای توسعه یافته، بررسی پتانسیل آسیب پذیری زیرساخت ها بیش از ساخت امکان پذیر است. این امر منجر به کاهش ریسک وقوع خسارت های آتی خواهد شد. از آنجاکه تولید برق نیروگاه های آبی بطور مستقیم وابسته به آورد رودخانه است؛ با بررسی اثرات تغییر اقلیم می توان از میزان آسیب پذیری این زیرساخت ها در مواجهه با تغییر اقلیم پیش از ساخت آگاهی یافت تا متناسب با آن آسیب پذیری ها، راهکارهای مدیریت تطبیقی متناسب را اجرا کرد. در این پژوهش اثرات پتانسیل تغییر اقلیم بر نیروگاه های آبی در دست مطالعه، ساخت و بهره برداری حوضه کرخه، در سه افق زمانی بررسی شده است. بدین منظور یک مدل شبیه سازی منابع آب جهت برآورد میزان تولید انرژی برقابی تحت سناریوهای مختلف تغییر اقلیم، توسعه داده شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد قواعد بهره برداری که مبتنی بر داده ها مشاهده ای حوضه هستند، هر چند در افق زمانی کوتاه مناسب اند؛ اما از ستبری کافی در افق های میانه و دور برخوردار نیستند. بنابراین مدیریت تطبیقی جهت افزایش سازگاری لازم الاجرا خواهد بود.
    کلیدواژگان: تغییر اقلیم، حوضه کرخه، مدل شبیه سازی منابع آب، نیروگاه آبی
  • مهرنوش صادقی پور*، عباس سروش، آرش حسین زاده صفحات 38-52
    یکی از موارد نامطلوب برای سدهای خاکی، احداث آن در «دره تنگ» است؛ زیرا در این شرایط، احتمال وقوع پدیده انتقال بار یا انتقال تنش (Load Transfer) و بالطبع احتمال تفاوت در نتایج تحلیل های دو بعدی و سه بعدی سد افزایش می یابد. در واقع، رفتار سدهای خاکی سنگریزه ای در دره های تنگ، متاثر از اثر سه بعدی دره است. هندسه سد و به طور خاص، نسبت طول تاج به ارتفاع سد بر اثر سه بعدی تاثیرگذار است و در مواردی که فاصله تکیه گاه های سد کم و دره سد تنگ باشد، انجام تحلیل سه بعدی برای سدهای بزرگ واقع در دره های تنگ، ضروری به نظر می رسد. تاکنون تحقیقات گسترده ای با عناوین و هدف های مشابه با تحقیق حاضر، روی دامنه گسترده ای از سدهای خاکی و سنگریزه ای انجام گرفته است، اما نظر به این که، بیشتر تحقیقات به صورت مدل سازی و تحلیل دوبعدی می باشد، مطالعه ای جامع تر و به صورت سه بعدی ضروری به نظر می رسد تا تفاوت های این دو نوع آنالیز به منظور انتخاب روش بهینه به دست آید. این مقاله، تلاشی است برای بررسی اثر سه بعدی «دره تنگ» بر رفتار سد «سنگریزه ای مارون» که با 365 متر طول تاج و 165 متر ارتفاع (1/2L/H=) در جنوب غربی ایران واقع شده است. در راستای این هدف، تحلیل های دوبعدی و سه بعدی سد با استفاده از نرم افزار «ABAQUS» برای بررسی فشار آب حفره ای و تغییرشکل های افقی ناشی از آبگیری انجام گرفته و نتایج حاصل از این دو نوع تحلیل به تفصیل با یکدیگر و با نتایج ابزار، مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سد خاکی، سنگریزه ای، سد مارون، تحلیل سه بعدی، دره تنگ، فشار آب حفره ای، قوس زدگی
  • پوریا اکبرزاده صفحات 53-60
    در نیروگاه های برق آبی، به ویژه در واحدهایی با آبراهه طولانی و مخازن موج گیر غول پیکر، که حجم زیادی از آب، داخل آنها جای می گیرد، تخلیه سریع و مطمئن این حجم آب از آبراهه در هنگام تعمیرات و بازرسی های دوره ای یا اجباری، یکی از مسائل مهم و درخور توجه است. یکی از روش های سنتی تخلیه آبراهه چنین نیروگاه هایی، استفاده از لوله های تخلیه ای است، که به «پنستاک» متصل شده و به کمک یک سری شیرآلات تنظیمی و فشار شکن، آب را به سمت گالری تخلیه هدایت می کند. بزرگ بودن ابعاد آبراهه و مخازن موج گیر و حجم قابل توجه آبی که در این مجموعه ذخیره شده است، باعث می شود، تخلیه با روش یادشده بسیار زمان بر شود و در برخی موارد تا چند روز به طول بینجامد. برای کاهش این زمان، به تازگی روش دیگری نیز در نیروگاه های برق آبی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد، که تخلیه آب از طریق توربین با گشودن جزئی دریچه های تنظیمی است. در این روش که با دوران چرخ توربین همراه است، حجم قابل توجهی از آب در زمانی بسیار کم به پایین دست نیروگاه هدایت می شود. با وجود مزیت کاهش زمان تخلیه، در استفاده از این روش، ملاحظه های خاصی؛ مانند کنترل سرعت توربین، عملکرد یاتاقان ها، ارتعاش های واحد و عملکرد چرخ توربین ضرورت دارد. در این تحقیق روش تخلیه آبراهه از طریق توربین با مدل سازی ریاضی و عددی، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. میزان «افزایش سرعت چرخ توربین»، زمان تخلیه در گشودگی های مختلف دریچه های تنظیمی و عملکرد «هیدرولیکی توربین» از موارد فنی است، که در تحقیق پیش روی، مورد تحلیل و محاسبه های عددی ریاضی قرار می گیرد. این روش برای نیروگاه برق آبی در دست احداث سیمره، که بزرگ بودن ابعاد آبراهه و مخزن موج گیر از مشخصه های آن است، به عنوان نمونه، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
    کلیدواژگان: نیروگاه برق، آبی، تخلیه از طریق توربین، افزایش سرعت، دریچه های تنظیمی، نمودار عملکرد
  • جعفر نژاد رجبعلی بیشه، مهدی درویش پسند، علیرضا ریاسی، سید احمد نوربخش صفحات 61-67
    مهم ترین هدف این مقاله، تصحیح هیل چارت نیروگاه مارون است. به این منظور از روش های عددی به کمک نرم افزار ANSYS CFX برای شبیه سازی جریان در اجزای توربین استفاده شده است؛ که شامل موارد زیر است: محفظه حلزونی، پره های ثابت، پره های متحرک، رانر و درافت تیوب. هندسه چرخ به وسیله CMM و هندسه سایر اجزا به وسیله نقشه های موجود، به کمک نرم افزار CATIA رسم شده است. شبیه سازی جریان، برای دبی های مختلف ورودی، در بازشدگی های متفاوت پره های متحرک، شکل گرفت تا اطلاعات کافی برای رسم هیل چارت به دست آید. نتایج نشان داد که در مقایسه با هیل چارت قبلی، در بهترین نقطه کاری توربین، در حالی که مقدار بازده، کاهش یافته است اما میزان هد افزایش پیدا کرده است. این تغییرها به طور مشابه در سایر نقاط کاری توربین نیز مشاهده می شود. همچنین نتایج، حاکی از بروز کاویتاسیون شدید در لبه خروجی چرخ می باشد.
    کلیدواژگان: توربین فرانسیس، شبیه سازی عددی، چرخ توربین، پره های متحرک، توربولانس
|
  • S. Ashrafvaghefi, J. Mosavi, B. Zahraee Pages 1-16
    In the literature, optimization of reservoir operation has been mostly carried out to achieve certain objectives including water and/or energy supply, flood control, and environmental preservation. These objectives can be less important for the reservoirs with high sedimentation. Sefid-Rud Reservoir in Iran has been facing extreme sedimentation rates in the past. A major challenge in operation of this reservoir has been to create a tradeoff between sediment removal and water supply to downstream users. The lack of modeling tools for balancing sediment removal with water supply objectives has been the main driving force behind this study. In this paper, a new approach is proposed for monthly reservoir operation optimization of Sefid-Rud Reservoir considering water supply and sediment removal objectives concurrently. The model minimizes the total deficit in supplying demands and maximizes the total volume of sediments removed from the reservoir. The sediment outflow is determined debased on Tsinghua university flushing equation. A new evolutionary algorithm “Imperialist Competitive Algorithm (ICA)” is used to solve the resulted nonlinear optimization model. Five scenarios were assessed for depending on the relative weights assigned to each of objectives of sediment removal and water supply. Based on the results obtained, the feasibility of increasing efficiency of flushing operation while supplying downstream water demands was illustrated. Moreover, the significance of the improved system’s operation with higher long-term reliability of supplying downstream water demands and sediment removal, compared to historical operation, was investigated.
    Keywords: Sediment removal, Flushing, Multi Objective Reservoir Operation, Imperialist Competitive Algorithm (ICA), Sefid, Rud Dam
  • Sh Derakhshan Pages 17-24
    Small hydroelectric power stations became attractive for generating electrical energy after the oil price crisis of the seventies. The main component of a small hydroelectric power is the turbine part. Cross flow turbine is one of the impulse turbines types that can be applied for a wide-range of water heads and flow rates. In the present study, an installed cross flow turbine with rated capacity 340kW that are currently utilized only 180 kW in its rated point (50 m, 0.840 m3/s, N= 600 rpm), has been analyzed with using CFD for considering the reason of its rated low output power. Turbine geometry included runner, casing, shaft, nuzzle and guide vane has been simulated using Ansys/CFX flow solver to determine the turbine characteristic curves in various rotational speeds. Some simulated points have been verified using available real data of actual turbine.
    Keywords: Cross Flow turbine_Michell – Banki turbine_Numerical simulation_micro hydro power plant_Azna hydro power plant
  • S. Jamali Pages 25-37
    Given the important role of hydropower in peak electricity management, Middle Eastern countries are actively pursuing development of more hydropower resources by construction of large dams. Nonetheless, climate change is expected to affect the future productivity of hydropower by influencing the hydrologic cycle and different climate variables in the region. While reactive plans to minimize climate change impacts on hydropower production have been implemented in the developed world, the developing world can still benefit from proactive actions. Studies of climate change impacts before and during implementation of hydropower projects can result in timely responses and adaptation to climate change, with a potential with considerable cost savings. This study investigates the potential impacts of climate change on the hydropower systems in the Karkheh River Basin —the third largest river basin in Iran— in terms of potential for hydroelectricity generation. A simulation model is developed to examine how hydropower generation levels vary for different future climate change scenarios in this representative Middle Eastern basin. The obtained results suggest that the existing operation rules and design specifications, developed based on the historical climatic conditions, can lead to inefficient operations of the hydropower in the basin. Due to insignificant streamflow reductions in short-term, hydropower production may not change considerably in the near future. However, serious hydropower generation deficit is expected in the mid-term and long-term horizons in the Karkheh River Basin. Therefore, adaptation to the future climate change conditions and revision of the operation rule curves and design specifications is essential to optimal hydropower operations in this basin.
    Keywords: Climate Change, Karkheh Basin, Water Resources Simulation Model, Hydropower
  • M. Sadeghipour Pages 38-52
    An earth/rockfill dam is always located in a valley of a river which can have different shapes as a natural structure. Valleys normally appear regularly or irregularly and they can be idealized in the shapes of V, U, rectangular and etc. the shape and type of the valley affect all steps of a dam project, from initial studies up to construction and dam behavior. Consequently, the shape and size of the valley as an effective factor should be considered in all steps of the project because narrow valleys are the circumstances which are always a barrier of constructing the earth dams. So the behavior of earth dams in narrow valleys is affected by 3D effects of valley. The geometry of dam and especially the ratio of crest length to dam height are affecting the 3D behavior. Consequently 3D analysis seems to be necessary for large dams in narrow canyons. Current paper is an attempt on estimation of the 3D effects of narrow valley on the behavior of Marun rockfill dam with crest length of 345m and height of 165m (L/H=2.1), which is located in the south west of Iran. In accordance with this goal, 2D and 3D analyses of dam have been carried out by FEM method and the results are compared with each other. According to the analyses results it’s seemed that in the narrow valley of Marun dam, there are some 3D effects which couldn’t be applied to the model through 2D analysis. Both of analyses showed a same trend for results and the reductions and increases were the same. But the eye taking difference between these two analyses was the overestimation of results of 2D analysis. Both displacements, vertical and horizontal ones, in 2D analysis results were more than 3D values and even more than natural values. Comparison of results may confirm the necessity of 3D analyses for these types of dams. It could be stated that an earth dam in a narrow canyon is a structure which should be considered as a 3D volume. In this situation, the 3D effects applied with the valley aren’t negligible and a 2D analysis cannot include this 3D behavior and would result in overestimated results which aren’t reasonable at all. Anyhow, the results of this article belong to a case study which has its special conditions and wouldn’t be applied for all the dams in narrow valleys because each case has its certain conditions and consequently its different manner.
    Keywords: earth, rockfill dam, narrow valley, 3D analysis