水能計算及水電站主要參數(shù)選擇

第一節(jié)水能計算的目的與內(nèi)容第二節(jié)水電站的保證出力和多年平均年發(fā)電量計算第三節(jié)電力系統(tǒng)的的負荷及容量組成第四節(jié)電力系統(tǒng)中各類電站的工作特性第五節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式第七節(jié)水電站裝機容量的選擇1第一節(jié)水能計算的目的與內(nèi)容水能計算的目的：確定水電站的出力和發(fā)電量及它們隨時間變化的規(guī)律。水電站的出力：指發(fā)電機組的出線端送出的功率。水電站的發(fā)電量：水電站出力與相應(yīng)時間的乘積。

水電站在t1至t2時段內(nèi)的發(fā)電量為：23實際計算中常采用：水電站在某一時段t內(nèi)的平均出力計算時段的長短主要根據(jù)水電站出力變化情況及計算精度要求確定。水電站的保證出力：指水電站在長期工作中，符合水電站設(shè)計保證率要求的平均出力。水電站的主要動能指標(biāo)保證出力N保多年平均發(fā)電量E年，均4多年平均發(fā)電量：指水電站在多年工作時期內(nèi)，每年平均所能生產(chǎn)的電能量。為經(jīng)濟性指標(biāo)或電量效益指標(biāo)。5

工程規(guī)劃階段，一般是先要擬定幾個正常蓄水位方案，針對每一個方案去求裝機容量、保證出力、多年平均發(fā)電量和有利的死水位等指標(biāo)，這也是水能計算的主要任務(wù)。

1.確定水電站的動能指標(biāo)，主要是保證出力、多年平均發(fā)電量、裝機容量；

2.確定水庫的特征水位，正常蓄水位和死水位等；3.選定機電設(shè)備，水輪機組等；4.經(jīng)濟評價水能計算的目的：確定水電站的保證出力、多年平均發(fā)電量指標(biāo)、水電站的工作情況。6無調(diào)節(jié)水電站保證出力計算調(diào)節(jié)水電站保證出力計算年調(diào)節(jié)水電站的保證出力計算多年調(diào)節(jié)水電站保證出力計算水電站保證出力計算水能計算的方法：時歷法列表法：概念清晰，應(yīng)用廣泛，尤其適合于有復(fù)雜綜合利用任務(wù)的水庫的水能計算。當(dāng)方案較多、時間序列較長時，不適用。圖解法：計算精度較差、工作量也不比列表法??；電算法：從發(fā)展方向看，適宜用電算法進行水能計算。即使方案很多，時間序列很長，也可迅速獲得精確的計算結(jié)果。數(shù)理統(tǒng)計法78二、水能計算方法，可按簡化的水能調(diào)節(jié)方式：按等流量調(diào)節(jié)方式按規(guī)定出力調(diào)節(jié)方式以年調(diào)節(jié)水庫為例，計算時段月或旬

在已知水電站水庫的正常蓄水位和死水位，即已知興利庫容的情況下，按等流量調(diào)節(jié)方式計算水電站的出力和發(fā)電量。（例3-1P67）【例3-1】某水電站正常蓄水位高程為Z正=760m，死水位Z死=720m。水庫水位與庫容關(guān)系見表3-1，水庫下游水位與流量關(guān)系見表3-2。某年各月平均的天然來水量見表3-3，求水電站各月平均出力及發(fā)電量。10111）計算死庫容2）計算各月的調(diào)節(jié)流量3）推求水庫蓄水量變化4）計算水庫水量5）計算水電站水頭6）計算水電站出力和發(fā)電量12131415二、水能計算方法，可按簡化的水能調(diào)節(jié)方式：按等流量調(diào)節(jié)方式按規(guī)定出力調(diào)節(jié)方式按照已知出力調(diào)節(jié)的列表試算法根據(jù)規(guī)定的水電站出力，計算所需的調(diào)節(jié)庫容和水庫應(yīng)用過程。列表試算法。（例3-2P71）水電站的保證出力Nfm：指水電站在長期工作中，符合水電站設(shè)計保證率要求的平均出力。水電站的主要動能指標(biāo)保證出力N保多年平均發(fā)電量E年，均16無調(diào)節(jié)水電站保證出力計算日調(diào)節(jié)水電站保證出力計算年調(diào)節(jié)水電站的保證出力計算多年調(diào)節(jié)水電站保證出力計算第二節(jié)水電站保證出力和多年平均發(fā)電量計算年調(diào)節(jié)水電站的水能計算1.年調(diào)節(jié)水電站保證出力：符合設(shè)計保證率要求的17供水期平均出力。年調(diào)節(jié)水電站的水能計算18供水期平均出力。年調(diào)節(jié)水電站的水能計算長系列法：①對實測徑流資料逐年進行供水期的水能計算，求出各年供水期的平均出力；②將供水期的平均出力從大到小排列，計算其經(jīng)驗頻率，并繪制供水期平均出力保證率曲線；③根據(jù)已知的設(shè)計保證率在曲線上查處相應(yīng)的供水期平均出力即為年調(diào)節(jié)水電站的保證出力。19年調(diào)節(jié)水電站的水能計算設(shè)計枯水年法：①根據(jù)實測年徑流系列統(tǒng)計計算成果與年徑流頻率曲線，按已知的設(shè)計保證率求得年徑流量；②選年徑流與設(shè)計年徑流相近，年內(nèi)分配不利的年份作為典型年；③用設(shè)計年徑流量與典型年徑流量之比表示的年內(nèi)分配系數(shù)推求設(shè)計枯水年的徑流年內(nèi)分配；④最后根據(jù)給定的Z蓄、Z死及相應(yīng)的興利庫容求出供水期的調(diào)節(jié)流量，進而求出供水期的平均出力，該值為年調(diào)節(jié)水電站的保證出力。202.無調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié)水電站保證出力:

基本步驟：

1）以日為計算時段，計算各日的平均出力值；

2）繪制日出力保證率曲線；

3）相應(yīng)于設(shè)計保證率的日平均出力，即為保證出力。21日平均出力。符合設(shè)計保證率要求的2.無調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié)水電站保證出力基本步驟：

1）根據(jù)實測徑流資料的日平均流量變動范圍，將流量劃分為若干個流量等級；

2）統(tǒng)計各級流量出現(xiàn)的次數(shù)，繪制日流量頻率曲線；

3）選擇設(shè)計枯水日，計算日平均水頭H和日平均流量Q；4）計算電站的出力N=KQH。注意：上游水位一般按照死庫容加興利庫容的一半，查找?guī)烊萸€確定。下游水位由日平均下泄流量按流量—水位關(guān)系曲線查得。22設(shè)計枯水日法3.多年調(diào)節(jié)水電站保證出力計算23

計算方法與上述年調(diào)節(jié)水電站保證出力的計算基本相同。簡化計算時，可以設(shè)計枯水年組來計算。一般選用實際水文資料中最枯最不利的連續(xù)枯水段作為設(shè)計枯水段。二、水電站多年平均發(fā)電量的估算多年平均年發(fā)電量：指水電站在多年工作時期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電能量。它反映水電站多年平均動能效益，是決定電站效益的重要指標(biāo)。1.設(shè)計中水年法2.三個代表年法3.設(shè)計平水系列法4.全部水文系列法

計工算作越量來逐越漸精加確大

241.設(shè)計中水年法：

基本步驟：

1）選擇設(shè)計中水年，要求該年的年徑流量及其年內(nèi)分配均接近于多年平均情況；

2）列出所選設(shè)計中水年各月（或旬、日）的凈來水流量；

3）根據(jù)國民經(jīng)濟各部門的用水要求，列出各月（或旬、日）的用水流量；

4）對于年調(diào)節(jié)水電站，可按月進行徑流調(diào)節(jié)計算，對于季調(diào)節(jié)或日調(diào)節(jié)、無調(diào)節(jié)水電站，可按旬進行徑流調(diào)節(jié)計算，求出相應(yīng)各時段的平均水頭H均及其平均出力N均；255)將各時段的平均出力乘以時段的小時數(shù)，即得各時段的發(fā)電量，設(shè)n為平均出力低于裝機容量的時段數(shù)，m為平均出力等于或高于裝機容量的時段數(shù)，則水電站的多年平均年發(fā)電量為：設(shè)計中水年法上式中(m+n)為全年時段數(shù)，以日為時段，(m+n)＝365(日)，t=24小時；以月為時段(m+n)=12(月)，t=730小時。262.三個代表年法：27

設(shè)計平水系列：指某一水文年段(一般由十幾年的水文系列組成)，該系列平均徑流量約等于全部水文系列的多年平均值，其徑流分布符合一般水文規(guī)律。對該系列進行徑流調(diào)節(jié)，求出各年的發(fā)電量，其平均值即為多年平均年發(fā)電量。3.設(shè)計平水系列法284.全部水文系列法2930

（1）用n年長系列資料進行計算，計算時段為t，一年共T個時段。

（2）繪制時段出力保證率曲線（也即是水流出力持續(xù)曲線）。

（3）將橫坐標(biāo)P換成持續(xù)時間T(h).

（4）根據(jù)裝機容量，“裝機切頭”。

（5）裝機容量以下的部分，就是多年平均發(fā)電量。4.全部水文系列法314.全部水文系列法32第三節(jié)電力系統(tǒng)的負荷及容量組成一、電力系統(tǒng)及其用戶特性電力系統(tǒng)：由若干發(fā)電廠、變電站、輸電線路及電力用戶等部分組成。1.按生產(chǎn)特點和用電要求分為工業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電、市政用電及交通運輸用電等四大類。工業(yè)用電：用電量大，年內(nèi)用電過程比較均勻，

但在一晝夜內(nèi)則隨著生產(chǎn)班制和產(chǎn)品種類的不同而有較大的變化。農(nóng)業(yè)用電：

在用電時期內(nèi)負荷相對穩(wěn)定，而在一年不同時期內(nèi)則很不均勻。用戶類型：33

市政用電：一年內(nèi)及一晝夜內(nèi)變化都比較大。交通運輸用電：一年內(nèi)與一晝夜間用電都是比較均勻的，只是在電氣列車啟動時會產(chǎn)生負荷突然跳動的現(xiàn)象。2.電力用戶按其重要性可分為一級、二級和三級。34二、電力負荷圖日負荷圖：負荷在一晝夜內(nèi)的變化過程線。年負荷圖：負荷在一年內(nèi)的變化過程線。35電力負荷：在任何時間內(nèi)，電力系統(tǒng)中各電站的處理過程和發(fā)電量必須與用戶對出力的要求和用電量相適應(yīng)，這種對電力系統(tǒng)提出的出力要求，常被稱為電力負荷。電力負荷圖：電力系統(tǒng)中所有用戶所需出力N（負荷）隨時間t的變化曲線。二、電力負荷圖（一）日負荷圖特征值：最大負荷P〃、平均負荷P、最小負荷P′。36基荷指數(shù)：37該指數(shù)越大，表示日負荷變化越小。該指數(shù)越大，基荷占負荷圖的比重越大，表示用戶的用電情況比較穩(wěn)定。日最小負荷率該指數(shù)越小，表示負荷圖中高峰與低谷負荷的差別越大，日負荷越不均勻。日平均負荷率

日電能累積曲線

是日負荷圖的出力值（kW）與其相應(yīng)的電量（kW·h）之間的關(guān)系曲線。特性（1）在最小負荷P’以下，負荷無變化，故OA是直線；（2）在P’以上，負荷有變化，故AB為向上凹曲線段；（3）延長直線段OA，與B點的垂線BC相交于D點，則D點的縱坐標(biāo)就表示平均負荷P。（二）年負荷圖：負荷P在年內(nèi)的變化過程。一年內(nèi)各日的最大負荷值連成的曲線一年內(nèi)各日的平均負荷值所連成的曲線工作容量：為滿足負荷要求而設(shè)置的容量，承擔(dān)負荷圖上的正常負荷。負荷備用：除工作容量以外，要滿足突然的負荷跳動所需要的容量。事故備用：為避免因機組發(fā)生故障影響系統(tǒng)正常供電而設(shè)置的容量。檢修備用：為了進行停機檢修而設(shè)置的容量。重復(fù)容量：為了利用季節(jié)性電量而設(shè)置的容量。2%-5%8%-10%？重復(fù)容量的設(shè)置是多余的么？（三）、電力系統(tǒng)的容量組成1.按任務(wù)性質(zhì)劃分裝機容量（三）、電力系統(tǒng)的容量組成最大工作容量N工〞備用容量N備從設(shè)計的角度看，系統(tǒng)的裝機容量N裝必需容量N必重復(fù)容量N重負荷備用N負備事故備用N事備檢修備用N檢備N系裝=N必+N重=N工〞+N備+N重＝N工〞+N負備+N事備+N檢備+N重42電力系統(tǒng)容量組成示意圖系統(tǒng)最大負荷系統(tǒng)最大工作容量系統(tǒng)必需容量系統(tǒng)重復(fù)容量系統(tǒng)備用容量系統(tǒng)總裝機容量水電站裝機容量火電站裝機容量水電站重復(fù)容量水電站必需容量2.從某一時刻的運行狀態(tài)看：

N裝=N用+N阻=N工+N備+N空+N阻各種容量值的大小是隨時間和條件而不斷發(fā)生變化的，而且有可能在不同的電站、不同的機組上相互轉(zhuǎn)換，不一定固定。44第四節(jié)電力系統(tǒng)中各類電站的工作特性1.水電站的電力生產(chǎn)情況受河川徑流隨機性的影響和制約。具有綜合利用任務(wù)的水電站，其工作方式受其它部門用水的影響。一、水電站的工作特性2.水能是再生性能源，水電站的年運行費用與所生產(chǎn)的電能量幾乎無關(guān)。3.水電站機組開停靈便、迅速，適宜擔(dān)任系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)；水電站的工作位置比較靈活。水電站在調(diào)度上更加復(fù)雜。二、火電站的工作特點1.只要保證燃料供應(yīng)，火電站就可以全年按額定出力工作，不像水電站那樣受天然來水的制約。受“技術(shù)最小出力”限制。2.電能成本高，運行費包括燃料費、環(huán)保費等。3.工作有“惰性”，啟動慢，調(diào)負荷慢，適宜擔(dān)任電力系統(tǒng)的基荷，單位煤耗較小。47三、風(fēng)力發(fā)電站的工作特性1.工作不連續(xù)；2.發(fā)電成本高；2.給電網(wǎng)運行帶來困難。四、核電站的工作特性1.始終以額定出力工作，始終承擔(dān)基荷；2.核電站造價昂貴，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全要求高，技術(shù)復(fù)雜；2.運行費用低。(五)抽水蓄能電站抽水蓄能電站

蓄能電站抽水蓄能電站發(fā)電抽水蓄能電站工作示意圖水電火電運行靈活，開機到發(fā)電1-2分鐘，可調(diào)峰、調(diào)頻運行遲鈍，點火到發(fā)電2-3小時，不宜調(diào)峰、調(diào)頻能源為水能，成本是火電的

1/5～1/10，但可靠性差能源為煤、油、天然氣，成本高，但可靠性好改善環(huán)境，污染少，但要防止淹沒、浸沒，注意綜合利用灰塵、廢氣污染環(huán)境機組可逆，既可抽水，又可發(fā)電機組不可逆廠用電為年發(fā)電量的1.0%廠用電為年發(fā)電量的2.5%可以儲存水能，立即用來處理事故可以儲存煤能，不能很快處理事故51第五節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式確定電站運行的一般原則：要充分利用各種能源：盡量使水電站少棄水，徑流式電站在豐水期宜擔(dān)任系統(tǒng)基荷，火電的技術(shù)最小出力不宜小于名牌出力的80%，以提高燃料的使用效率。要使整個電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟。盡量使各電站機組在高效率區(qū)運行：在保證供電可靠的前提下，使系統(tǒng)的總能量損失最小，火電站的總?cè)剂舷牧孔钚　?2無調(diào)節(jié)水電站適宜擔(dān)任系統(tǒng)的基荷。只有當(dāng)天然流量所產(chǎn)生的出力大于系統(tǒng)的最小負荷時，水電站才擔(dān)任系統(tǒng)的基荷和一部分腰荷。

53一、無調(diào)節(jié)水電站的運行方式54二、日調(diào)節(jié)水電站的運行方式55二、日調(diào)節(jié)水電站的運行方式日調(diào)節(jié)電站能對當(dāng)日的天然水流進行重新范佩，可以承擔(dān)變動負荷，可盡量擔(dān)任峰荷。來水增多后可擔(dān)任基荷。設(shè)計枯水年：

枯水期以最大工作容量擔(dān)任峰荷；

洪水期開始逐漸擔(dān)任腰荷和基荷；

洪水期全部擔(dān)任基荷；

汛后逐步擔(dān)任腰荷和部分基荷。56二、日調(diào)節(jié)水電站的運行方式57二、日調(diào)節(jié)水電站的運行方式豐水年運行方式：

豐水年來臨時，河流來水量較多，即使在枯水期，日調(diào)節(jié)水電站也要擔(dān)任負荷圖中的峰荷與部分腰荷。在初汛后期，可能已有棄水，日調(diào)節(jié)水電站就應(yīng)以全部裝機容量擔(dān)任基荷。在汛后初期，可能來水仍較多，如繼續(xù)有棄水，此時水電站仍應(yīng)擔(dān)任基荷，直至進入枯水期后，水電站位置恢復(fù)到腰荷，并逐漸上升至峰荷。58三、年調(diào)節(jié)水電站的運行方式不完全年調(diào)節(jié)水電站的情況：在一年內(nèi)按來水情況一般可劃分為供水期、不蓄期、蓄水期、棄水期和不供期五個階段。設(shè)計枯水年的運行方式:

供水期：水電站按保證出力在峰荷工作；

不蓄期：以天然水流能量在腰荷工作。

蓄水期：從腰荷轉(zhuǎn)到基荷位置工作。

棄水期：按全部裝機容量在基荷工作。

不供期：轉(zhuǎn)向腰荷。59設(shè)計豐水年的運行方式:60在供水期水電站的引用流量可能仍大于發(fā)保證出力的調(diào)節(jié)流量，可擔(dān)任峰荷和部分基荷；豐水期開始后，水庫進入蓄水期，水電站可盡早將其位置轉(zhuǎn)到基荷；在棄水期，水電站則應(yīng)以全部裝機容量在基荷位置工作。61四、多年調(diào)節(jié)水電站的運行方式第七節(jié)水電站裝機容量的選擇影響裝機容量選擇的主要因素：電力系統(tǒng)的負荷；水電站在日負荷圖上的工作位置；設(shè)計水電站能量變化的特性；補充容量投資的影響。裝機容量選擇的基本依據(jù)：供電范圍；設(shè)計負荷水平年；水電站的徑流特性。根據(jù)水電站的水文條件、水庫的調(diào)節(jié)性能、電力系統(tǒng)的規(guī)模和特點及水電站在電力系統(tǒng)中的作用綜合研究確定。N裝=N必+N重=N工〞+N備+N重一、水電站最大工作容量的確定

水電站最大工作容量：指設(shè)計水平年電力系統(tǒng)負荷最高時水電站能擔(dān)負的最大發(fā)電容量。從可靠性方面，必須滿足電力系統(tǒng)的電力、電量平衡要求，即：P〞=N〞水工+N〞火工ES=E水保+E火保從經(jīng)濟性方面，應(yīng)使系統(tǒng)的計算支出最小。原則：盡可能滿足綜合利用條件下，以水電站提供的保證電量為前提，使水電站的工作容量盡可能大。無調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量的確定

無調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量等于按設(shè)計保證率所求出的保證出力。若設(shè)計枯水日的平均流量為Q設(shè)，相應(yīng)的日平均凈水頭為H設(shè)，則無調(diào)節(jié)水電站的保證出力為：日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量的確定：

日調(diào)節(jié)水電站可以利用其調(diào)節(jié)日內(nèi)徑流的能力，使水電站的出力適應(yīng)日內(nèi)負荷變化的要求，考慮可靠性和經(jīng)濟性原則，以保證電能為控制條件，讓水電站承擔(dān)系統(tǒng)峰荷，使水電站最大工作容量盡可能大。日調(diào)節(jié)水電站N//工的確定日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量的確定：

如果水電站下游河道有航運要求或有供水任務(wù)，則水電站必須有一部分工作容量擔(dān)任系統(tǒng)的基荷，保證在一晝夜內(nèi)下游河道具有一定的航運水深或供水流量。設(shè)下游航運或供水要求水電站在一晝夜內(nèi)泄出均勻流量Q基，則水電站必須擔(dān)任的基荷工作容量為：具有綜合利用要求時，最大工作容量的確定年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量的確定

主要取決于設(shè)計供水期內(nèi)的保證電能，為了滿足可靠性要求，水電站在供水期承擔(dān)的電能應(yīng)等于保證電能；為了滿足經(jīng)濟性要求，應(yīng)使水電站最大工作容量盡可能大，供水期水電站應(yīng)盡可能在峰荷工作，所確定的水火電站工作容量之和應(yīng)等于系統(tǒng)的最大負荷，避免出現(xiàn)不必要的重復(fù)工作容量。（1）在水庫供水期，應(yīng)盡量使擬建水電站擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷或腰荷。水電站最大工作容量↑，則火電站的就↓，從而節(jié)省系統(tǒng)對電站的總投資。假設(shè)至少三個最大工作容量方案，定出各方案相應(yīng)的日電能量。（2）對每個方案供水期各個月份水電站的日電能量除以24小時，即得各個月份水電站的日平均出力。每月的平均小時數(shù)第1方案供水期第i月份的月平均出力（3）作出水電站各個最大工作容量方案與其相應(yīng)的供水期保證電能的關(guān)系曲線。然后根據(jù)所定出的水電站設(shè)計枯水年供水期的保證電能，即可從圖下圖中求出年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量。（4）在電力系統(tǒng)日最大負荷年變化圖上定出水、火電站的工作位置。兩者的交線為水平線，并由此作出系統(tǒng)出力平衡圖。電力系統(tǒng)出力平衡圖電力系統(tǒng)電力平衡圖二、電力系統(tǒng)備用容量的確定負荷備用容量（水）：根據(jù)《水利水電工程水利動能設(shè)計規(guī)范(SDJ11-77)》,一般采用系統(tǒng)最大負荷的2%-5%左右，大型電力系統(tǒng)可采用較小值；事故備用容量（水、火）：一般采用系統(tǒng)最大負荷的10%左右，但不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容量；檢修備用容量（火）：水電站每臺機組平均年計劃檢修時間為10~30天，火電站15~45天。三、水電站重復(fù)容量（季節(jié)容量