（水利工程專業(yè)論文）天堂蓄能電站及其梯級運行方式研究.pdf

華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 抽水蓄能電站日益成為現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)構(gòu)成中的一個重要組成部分 在當(dāng)今電 力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大和用電結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化的情況下 其所承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰 填谷 和旋轉(zhuǎn)備用任務(wù)對于現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)揮著極其重要的作用 研究抽水蓄能電 站合理的水庫運行方式 不僅對充分發(fā)揮抽水蓄能電站調(diào)節(jié)作用 而且對提高其自身 的效益有著重要的實際意義 天堂抽水蓄能電站及其梯級的運行 對緩解湖北電網(wǎng) 尤其是湖北東部地區(qū)電網(wǎng) 的填谷和調(diào)峰需要 改善電力系統(tǒng)的運行條件起到了一定的作用 天堂抽水蓄能電站的興建 使得原天堂水庫死水位提高 這樣在提高一 二級電 站運行水頭的同時 天堂水庫的調(diào)節(jié)性能也由多年調(diào)節(jié)降為年調(diào)節(jié) 因此 本文主要 研究天堂抽水蓄能電站及其梯級的運行方式 在滿足天堂抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的填 谷和調(diào)峰作用的前提下 提高梯級的總發(fā)電效益 本研究內(nèi)容包括 1 天堂水庫入庫徑流系列推求 2 天堂抽水蓄能電站及其 梯級的水能計算 3 天堂抽水蓄能電站及其梯級運行方式對湖北電網(wǎng)的作用與影響 綜合分析 4 針對天堂抽水蓄能電站及其梯級運行的現(xiàn)狀 在研究了國內(nèi)外現(xiàn)有水 庫運行有關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上 通過對運行以來實際資料的分析 結(jié)合抽水蓄能電 站自身的特點 建立了在總的運行周期 一年 內(nèi)以發(fā)電總收益最大為目標(biāo)的梯級優(yōu) 化運行數(shù)學(xué)模型 并在考慮多種約束情況的條件下 通過選擇合理的徑流描述方法和 應(yīng)用變向探索法進(jìn)行優(yōu)選計算 制訂了抽水蓄能電站及其梯級優(yōu)化的運行方式 通過優(yōu)化計算結(jié)果和運行實際情況的比較表明 在滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷調(diào)度要 求的情況下 抽水蓄能電站及其梯級的總收益得到提高 論文成果不管從理論上還是方法上 都將對我國抽水蓄能電站的運行具有參考應(yīng) 用的價值 關(guān)鍵詞 抽水蓄能電站梯級水庫運行方式 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t t h ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o ni sb e c o m i n ga ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h em o d e m l a r g e s c a l ep o w e rs y s t e mc o m p o s i t i o nd a yb yd a y a n dw i t ht h es i t u a t i o nt h a tm a n y c h a n g e sh a v et a k e np l a c ei n c o n s t a n te n l a r g e m e n to ft h ep o w e rs y s t e ma n dp o w e r c o n s u m i n gs t r u c t u r en o w a d a y s i tm u s tu n d e r t a k et h et a s kt h a tt r a n s f e r r i n gt h ep e a k f i l l i n g o u tv a l l e yo ft h ep o w e rs y s t e m a n do f f e rr o t a t er e s e r v e s oi tp l a y sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n t r o l ef o rt h em o d u l a t i o no ft h em o d e mf u l l l e n g t hp o w e rs y s t e m s t u d y i n gt h er a t i o n a lo p e r a t i o nw a yo ft h er e s e r v o i r n o to n l yc a ng i v ef u l lp l a yt ot h e r o l eo fr e g u l a t i o no ft h ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n b u ta l s oc a ni m p r o v ei t so w n b e n e f i t t h et i a n t a n gp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o nm a k e ss o m ec o n t r i b u t i o n st ot r a n s f e r r i n g t h ep e a k f i l l i n go u tv a l l e y a n di m p r o v i n gt h eo p e r a t i o nt e r m so ft h ep o w e rs y s t e mo f h u b e i e s p e c i a l l yt h ea r e ao fe a s tp r o v i n c e a st h ec o n s t r u c t i o no ft h et i a n t a n gp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o nh a sb e e nf i n i s h e d t h ed e a dw a t e rl e v e li s i m p r o v e d s ot h eo p e r a t i n gh e a do ft h ef i r s ta n ds e c o n dp o w e r s t a t i o nh a sa l s ob e e ni m p r o v e d m e a n w h i l e t h ea d j u s t i n gf u n c t i o no ft h et i a n t a n g r e s e r v o i rh a sb e e ns t r e n g t h e n e d t h a ti st os a y t h ea d j u s t m e n tf r e q u e n c yh a sb e e nl o w e r e d t oo n c eay e a rw h i l ei tw a so n l yo n c ef o rm a n yy e a r si nt h ep a s t i nt h el i g h to ft h e s e c o n s i d e r a t i o n s t h i sa r t i c l em a i n l yt a l k sa b o u tt h ec a s c a d eo p e r a t i o nw a yo fp u m p e ds t o r a g e p o w e rs t a t i o n a n dh o wt oi m p r o v et h et o t a lb e n e f i to ft h ec a s c a d eh y d r o e l e c t r i cp o w e r s t a t i o n s t h i sr e s e a r c h m a i n l yi n c l u d e s s e v e r a la s p e c t sa sf o l l o w s 1 a c q u i s i t i o na n d c a l c u l a t i o no ft h ed a t ao ft h ei n c o m i n gf l o wo ft h et i a n t a n gr e s e r v o i r 2 t h ec a s c a d e h y d r o p o w e rc o m p u t a t i o no ft h es e r i e so fp o w e rs t a t i o n s 3 t h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f t h ef u n c t i o na n di n f l u e n c et h a ti tp l a y so nt h eh u b e ip o w e rg r i d 4 o nt h eb a s i so f s t u d y i n gt h et h e o r ya n dm e t h o do ft h ee x i s t i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e r v o i r sa n d t h ec u r r e n to p e r a t i o n a ls i t u a t i o no ft h i sp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n w eh a v es e tu pa m a t h e m a t i c a lm o d e la i m i n ga tt h eg o a lt h a to p t i m i z i n gt h et o t a li n c o m ew i t h i nao p e r a t i o n 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 c y c l e o n ey e a r t h r o u g hc h o o s i n gr e a s o n a b l ed e s c r i p t i o nm e t h o do fr u n o f fa n dt a k i n g o p t i m i z e dc a l c u l a t i o n s w i t he x p l o r a t o r ym e t h o d s w eh a v ea l s om a d et h eo p t i m i z e d o p e r a t i o nw a yo ft h ec a s c a d ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n sw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no f k i n d so f r e s t r a i n t c o m p a r i n gt h er e s u l to fc a l c u l a t i o nw i t ha c t u a lo p e r a t i o ns t a t u e s i ti n d i c a t e st h a t b e s i d e sm e e t i n gt h et a s ko fa d j u s t i n gt h ep e a ka n df i l l i n go u tv a l l e yo ft h ep o w e rs y s t e m t h et o t a l l n c o m e sa r er a i s e d n om a t t e rt h ea c h i e v e m e n t so rt h em e t h o d so ft h et h e s i s t h e yw i l lb eb o t ho fg r e a t v a l u e sf o rn a t i o n a lp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n k e yw o r d s p u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n c a s c a d er e s e r v o i r o p e r a t i n gm o d e 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 盡我所知 除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個 人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者簽名 日期 艫咋月 j 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有 權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和 借閱 本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 保密口 在年解密后適用本授權(quán)書 本論文屬于 不保密回 請在以上方框內(nèi)打 4 學(xué)位論文作者簽名 日 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 概述 1 1抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用 抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中發(fā)揮作用的途徑是利用系統(tǒng)的低谷剩余電能抽水 將 電能轉(zhuǎn)化為水的位能儲存起來 待系統(tǒng)需要時再用來發(fā)電 是解決電力系統(tǒng)低谷剩余 出力和尖峰用電需求的一種電能調(diào)蓄手段 利用這種手段 可以安全 經(jīng)濟(jì)有效地解 決電力系統(tǒng)中發(fā) 供電之間的矛盾 另外 抽水蓄能電站在系統(tǒng)中還具有顯著的動態(tài) 效益 如承擔(dān)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用 調(diào)頻 調(diào)相 調(diào)整負(fù)荷 事故備用以及提高系統(tǒng)運行 可靠性等 因此 抽水蓄能電站在系統(tǒng)中的運行準(zhǔn)則與運行方式 不能以追求發(fā)電 小時數(shù)高 即發(fā)電量多 為目標(biāo) 而應(yīng)以滿足系統(tǒng)安全 穩(wěn)定 經(jīng)濟(jì)運行這一綜合目 標(biāo)來分析制定 電力系統(tǒng)的發(fā)電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)由三方面 一是電壓在規(guī)定范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定 二是頻 率在規(guī)定范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定 三是電能供應(yīng)充分并具有高度的可靠性 發(fā)電質(zhì)量如果 沒有保證 則所有用電工業(yè)的丌工率 操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量都將受到影響 由于供電 不足而采取限制用電和強(qiáng)制停電不但會影響社會產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 而且會提高產(chǎn)品 成本 也給人民的生活帶來很大的不便 另外 若電力系統(tǒng)的負(fù)荷下降到低谷而調(diào)節(jié) 措施不及時 將造成頻率過高 這對于用電部門的影響是同樣嚴(yán)重的 國內(nèi)外的實踐 已經(jīng)充分證明 抽水蓄能機(jī)組在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰 調(diào)頻 調(diào)相 事故各用和吸收 多余電能等方面都有明顯的功效 供電充足和發(fā)電質(zhì)量提高后 所有用電部門的經(jīng)濟(jì) 性都隨之改進(jìn) 城市生活水平也得以提高 社會經(jīng)濟(jì)效益是巨大的1 2 1 抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的作用是以下兩個方面 1 對改善電網(wǎng)運行的作用 抽水蓄能機(jī)組是水電機(jī)組 啟動快速 適用負(fù)荷范圍寬 在電力系統(tǒng)中能很好地 替代火力機(jī)組擔(dān)任調(diào)峰作用 作為發(fā)電機(jī)組 抽水蓄能機(jī)組有很強(qiáng)地負(fù)荷跟隨能力 在電網(wǎng)中可起調(diào)頻作用 抽水蓄能機(jī)組的利用時數(shù)不很高 隨時可以作為系統(tǒng)的備用機(jī)組 同時還可以作 旋轉(zhuǎn)備用 也是在并列狀況下在發(fā)電方向空轉(zhuǎn) 必要時能更快地帶上負(fù)荷 可以在很 短的時州內(nèi)轉(zhuǎn)換為發(fā)電 2 在能源利用上的作用 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 包括降低電力系統(tǒng)燃料消耗 改變能源結(jié)構(gòu)和提高火電設(shè)備利用率三個方面的 作用 在降低電力系統(tǒng)燃料消耗方面的作用 電力系統(tǒng)中的大型高溫高壓熱力機(jī)組 包 括燃煤機(jī)組和核燃料機(jī)組 均不適于在低負(fù)荷下工作 由于電網(wǎng)調(diào)節(jié)需要而強(qiáng)迫壓低 負(fù)荷后 燃料消耗核廠用電能將增加 機(jī)組在磨損也將加速 在采用了抽水蓄能機(jī)組 與燃煤機(jī)組及核電機(jī)組配合運行后 這些熱力機(jī)組都得以在額定或較高出力下穩(wěn)定運 行 實現(xiàn)了較高的運行效率 在改變能源結(jié)構(gòu)方面的作用 抽水蓄能機(jī)組所代替的熱力機(jī)組中有一部分是燃油 的蒸汽機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)組 抽水蓄能的動力來自燃煤 使用抽水蓄能以后就起到了以 煤代油的作用 對改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)有重要意義 在提高火電設(shè)備的利用率方面的作用 用燃煤機(jī)組調(diào)峰時要經(jīng)常改變運行方式或 頻繁丌停機(jī) 因而導(dǎo)致及其的磨損核經(jīng)常發(fā)生事故 抽水蓄能機(jī)組可以替代這些熱力 機(jī)組的調(diào)峰任務(wù) 使這些機(jī)組可以擔(dān)負(fù)更為穩(wěn)定的負(fù)荷 設(shè)備的利用率因而得以提高 壽命可以延長 天常抽水蓄能電站是目前湖北電網(wǎng)中唯一的抽水蓄能電站 在電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào) 峰 調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用任務(wù) 為了提高天堂抽水蓄能電站運行的經(jīng)濟(jì)效益和可靠性 丌 展了本項目研究 1 2 天堂梯級電站概況 1 流域自然地理特性 天堂抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣境內(nèi)的天堂河上 其上 下游水庫分 別為已建成的天堂水庫和二級水庫 天堂水庫壩址控制流域面積2 2 0 k m 2 多年平均 徑流量1 8 9 1 0 8 m 3 多年平均流量5 9 8 m 3 s 天堂河又稱新昌河 系巴水上游的主要 支流之一 發(fā)源于大別山主峰南麓 于敢魚嘴匯入巴水 流域面積4 3 7 k m 2 全長 6 0 6 k m 其中主槽長3 9 7 k m 河底平均坡降5 7 2 地勢陡峻 水能資源豐富 該地區(qū)受亞熱帶季風(fēng)影響和特定的地貌支配 具有氣候溫和 雨量充沛 光照充 足 春暖秋涼 四季分明的氣候特征 屬北亞熱帶季風(fēng)區(qū)氣候類型 掘羅田縣氣象站 觀測資料 該地區(qū)的年平均降雨量1 4 6 0 m m 一般年份6 7 8 月份的雨量占全年降 阿量的5 0 5 多年平均降雨天數(shù) 大于1 0 m m 4 0 天 歷年最高氣溫4 1 7 最低氣 溫 1 4 6 平均氣溫1 6 4 c 歷年最大風(fēng)速2 3 5 m s 風(fēng)向w 多年平均相對濕度7 7 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 最大相對濕度1 0 0 最小相對濕度6 2 天堂梯級電站概況 天堂梯級水電站位于湖北省羅田縣北部 長江中游北岸 支流巴水的新呂河上 流域規(guī)劃以發(fā)電為主 九級開發(fā) 共裝機(jī)8 4 9 m w 現(xiàn)已相繼建成五級電站 裝機(jī)容 量2 6 6 5 m w 設(shè)計年發(fā)電量9 3 0 5x1 0 4 k w h 天堂水庫為梯級龍頭水庫 于1 9 6 6 年1 0 月開工 1 9 6 9 年1 1 月主體工程竣 工 1 9 7 2 年水庫丌始正常運行 1 9 8 8 年至1 9 9 0 年對大壩和副壩進(jìn)行了加高加固 整漏處理 天常水庫壩址在大別山主峰天堂寨 海拔1 7 2 9 m 腳下的大地坳鄉(xiāng)為多年調(diào)節(jié)水 庫 以防洪發(fā)電為主 兼有養(yǎng)魚等綜合效益 天堂水利樞紐大壩 副壩 溢洪道 發(fā) 電隧洞 泄洪隧洞和管理設(shè)施等部分組成 大壩為粘土心墻土石壩 五百年一遇設(shè)計 二千年 遇校核 增加非常溢洪設(shè)施 防洪能力可達(dá)二千年一遇 壩頂高程3 0 3 5 m 總庫容16 2 1 0 a m 3 設(shè)計洪水位3 0 1 6 6 m 校核洪水位3 0 2 8 3 m 防汛限制水位2 9 6 m 相應(yīng)庫容1 0 8 7 0 1 0 4 m 3 死水位2 7 8 m 相應(yīng)庫容2 9 0 8 1 0 4 m 3 調(diào)節(jié)庫容7 9 6 2 庫 容系數(shù)0 4 2 具有多年調(diào)節(jié)性能 水庫具有孔寬8 m 高9 3 m 的寬頂堰式溢洪道 由 弧形閘f q 控制 堰頂高程2 9 0 m 最大泄流量1 3 5 7 m 3 s 非常溢洪道采取破副壩形式 寬1 0 0 m 堰頂高程2 9 3 m 最大泄流量2 2 4 0 m 3 s 一級電站壩后式電站 裝機(jī)容量7 0 m w 發(fā)電輸水洞為圓形有壓隧洞 長2 6 0 m 直徑2 5 m 進(jìn)口底高程2 6 5 m 電站從隧洞引水至岔道管與二臺可逆式機(jī)組相接 機(jī) 組單機(jī)最大過水能力為9 4 5 m 3 s 二級電站距一級電站5 9 k m 建在侯家河上游3 0 0 m 河谷處 為無壓引水道式電 站 有一小水庫 有效庫容2 3 0 1 0 4 m 3 可以進(jìn)行日調(diào)節(jié) 大壩為雙位2 4 1 5 m 由于 泄洪閘未安裝閘門 實際運行水位2 4 3 2 m 閘門底坎高程 電站從大壩引水經(jīng)l o o m 明渠 2 2 m 混凝土壓力水管分岔道進(jìn)入二臺機(jī)組 裝機(jī)容量4 4 5 m w 三級電站距二級電站3 5 k m 位于大地坳鄉(xiāng) 為無壓引水道式水電站 小水庫有 效庫容1 1 8 x1 0 4 m 3 具有同調(diào)節(jié)性能 大壩為雙曲拱壩 設(shè)計 f 常高水位2 1 1 m 死 水位2 0 6 1 2 m 電站從大壩引水經(jīng)9 0 0 m 明渠進(jìn)入前池 經(jīng)8 8 m 混凝土壓力管進(jìn)入機(jī) 組 單機(jī)單管引水 裝機(jī)二臺 裝機(jī)容量4 4 5 m w 四級電站距三級電站4 5 k i n 位于河鋪牌形工 無凋節(jié)庫容 渠首建有漿砌重力 壩 經(jīng)3 7 0 0 m 明渠引水至壓力鋼管 8 8 m 再分岔道進(jìn)入二臺機(jī)組 裝機(jī)容量6 m w 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 五級電站 裝機(jī)二臺 裝機(jī)容量8 m w 1 3 天堂抽水蓄能電站概況 天掌抽水蓄能電站下庫為天堂二級電站水庫 j 下蓄水位2 4 8 m 發(fā)電死水位2 4 4 位m 有效調(diào)節(jié)庫容2 9 1 1 0 4 m 3 此庫容即為天堂抽水蓄能電站正常運行所需的同調(diào) 節(jié)庫容 占天堂水庫有效庫容的8 3 上庫為天堂水庫 正常蓄水位2 9 6 m 發(fā)電死 水位2 8 6 m 水庫有效調(diào)節(jié)庫容5 3 9 1 1 0 4 m 3 具有年調(diào)節(jié)能力 電站裝機(jī)容量7 0 k w 裝設(shè)二臺 單機(jī)3 5 k w 立軸單級混流可逆式水泵水輪機(jī) 組 抽蓄電站投入運行后 主要在日負(fù)荷低谷時間 冬季一般在0 0 0 6 0 0 夏季一 般在1 0 0 7 0 0 抽水 早晚負(fù)荷高峰期發(fā)電 抽蓄電站除利用蓄能水量發(fā)電外 豐 水期可利用天堂水庫的天然水來發(fā)電 指一級電站滿裝機(jī)發(fā)電后多余水量 如果抽蓄 電站不利用這部分水量 就可能會棄摔 天堂抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用主要是調(diào)峰 填谷 減少系統(tǒng)峰谷差 并具有調(diào)相和承擔(dān)系統(tǒng)事故備用 提高系統(tǒng)運行靈活性和可靠性等方面的動態(tài)效益 功能 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 天堂蓄能電站及其梯級的水能計算 為便于后面闡述天堂水庫入庫徑流系列推求 天堂梯級和抽蓄電站的水能計算方 法 首先分析與研究有關(guān)水能計算的原理與方法 2 1 電站出力計算 1 水流出力 構(gòu)成水電站的水能的基本要素是水輪發(fā)電機(jī)組的引用流量q 和上下游落差h 即 水電站的水流出力為 n 9 8 1 q h 9 8 1 q z 上一z 下 2 1 式中 為水流出力 k w z 為庫水位或機(jī)組引水管前池水位 z 為發(fā)電尾 水位 2 水頭損失 因為沒有考慮任何損失 所以按式 2 一1 計算所得的水流出力只表示天然水能所 具有的理論功率 水電站在實際運行時 水流通過欄污柵 進(jìn)水口 引水管道流至水 輪機(jī) 并經(jīng)尾水管排至下游河道 在整個流動過程中 水流必定會產(chǎn)生各種水頭損失 h 這種損失可由水力學(xué)公式計算 但實際應(yīng)用中常建立如下關(guān)系來計算水電站的 綜合水頭損失 h c e q 2 式中 口為經(jīng)驗系數(shù) 由式 2 2 就可計算作用在水輪機(jī)上的凈水頭 h 凈 h 一 h z 上一z v 一心 3 水電站實際出力 當(dāng)水流進(jìn)入水輪機(jī)水室以后 在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程中 這部分損失可用相應(yīng)設(shè)備的效率加以考慮 q q 水帆 r i 傳動 q 電機(jī) 2 2 2 3 還將有一部分能量損失 2 4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中 r l 為水電站的總效率 n m n t 1t n 分別為水機(jī)效率 傳動設(shè)備效率 及發(fā)電機(jī)的效率 水電站所能發(fā)出的實際出力為 n 9 8 1 r l q h 凈 2 5 一般來說 式 2 4 中的三種效率 n 自機(jī)隨n 的變化較小 而q 機(jī)則與水輪發(fā) 電機(jī)組的出力和凈水頭有關(guān) 在進(jìn)行時段 如同 旬或月 較長的水能計算中 無法 知道每臺機(jī)組的出力過程 亦即不能求出n m 或n 因此 常把9 8 lq 近似記為一個 常數(shù) 即k 9 8 1n 并采用如下簡化公式來計算水電站的出力 n 足琺 h 掙 式中 q 為發(fā)電引用流量 m 3 s k 為出力系數(shù) 對于中型電站k 8 o 8 5 2 2 水量平衡方程 入庫流量 水庫蓄水量及出庫流量三者間必須滿足水量平衡方程 2 6 v h i v t q 一q q a t wi w 2 7 式中 v v 1 分別為時段初 末水庫蓄水量 m 3 q q 引 q 分別為時段 平均入庫流量 發(fā)電引用流量及溢洪道流理 m 3 s a t 為計算時段長 s w 舢 w 分別為時段蒸發(fā)與水庫滲漏損失水量 m 3 根據(jù)式 2 7 可由實測水位 發(fā)電量和泄洪流量等計算入庫流量 亦可由入庫流 量 水電站出力和時段初庫蓄水量計算時段末水庫蓄水量 2 3 抽水蓄能電站水能計算 1 發(fā)電工況 凈水頭 h 茇 凈 z 上一z 下一 h 發(fā)電量 e t v h nt 1 3 6 7 2 2 8 2 9 6 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 式 2 8 2 9 中 zt zf 分別為上 下水位 m h 為水頭損失 m h 為發(fā)電工況的平均凈水頭 m v 為蓄能庫容 m 3 n t 發(fā)電工況的運行效率 3 6 7 2 為轉(zhuǎn)換系數(shù) e t 為發(fā)電量 k w h 2 抽水工況 水頭 hm zt zt h 2 1 0 抽水用電量 e p v h qt 3 6 7 2r tp 2 1 1 式 2 1 0 2 1 1 中 h p 為抽水工況的平均揚程 1 1 1 r lp 為抽水工況的運 行效率 e p 為抽水用電量 k w h 2 4 發(fā)電引用流量計算 對任一時段 如已知電站上下游水位 電站出力n 可用如下迭代步驟計算相應(yīng) 的 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 入庫流量計算 對任一時段 若已知水庫時段初末庫水位 電站平均出力n 及泄洪水量 則可推 求平均入庫流量 由式 2 7 變換可得 q v c 上1 w 磊發(fā) w 洛嗣 t q 1 q 棄 2 1 2 時段平均入庫流量q 的具體求法為 由水庫時段初 末庫水位 查庫容曲線得v v 小同時可計算w 一 查水位面 積關(guān)系得庫水面面積 即可求得w q 可根據(jù)泄洪水量折算 q 由2 4 方法計算 將各項代入式 2 1 2 即可 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 水文與電能資料的統(tǒng)計計算 3 1 梯級水電站設(shè)計資料 1 天堂電廠設(shè)計資料 1 工程特征值 表3 1 工程特性表 序號特征值單位一級二級三級四級五級 總和 l 流域面積k m 22 2 02 5 9 82 7 6 82 8 03 1 5 2 多年平均降雨簧 m m1 4 6 0 1 4 6 01 4 6 0 1 4 6 0 1 4 6 0 3 多年平均流量 m 5 9 8 4 正常蓄水位m2 9 6 02 4 3 22 1 11 7 4 71 2 l0 4 5相應(yīng)庫容1 0 4 m 31 0 8 7 0 6 發(fā)電死水位m 2 7 8 2 4 1 52 0 6 1 2 1 7 1 0 7 相應(yīng)庫容 10 4 m 32 9 0 8 8 有效庫容 1 0 4 m 37 9 6 2 9 水席調(diào)仃性能多年日 目 無日 l of 游尾水位 m 2 4 82 1 21 7 41 2 7 16 6 3 3 0 53 0 54 4 l l 設(shè)計水頭 m4 45 3 1 2 8 2 8 4 0 3 2 3 2 40 1 2 裝機(jī)容量m w 3 x 1 2 54 o x 22 6 6 5 1 2 5 1 2 5 2 0 1 3 機(jī)組臺數(shù) 322221 l 最大引 大機(jī) 1 2 61 2 6j j 3 1 4m 3 48 8 2 用流昔 小機(jī) 5 8 5 86 7 1 5 保i 止山力m w 1 2 6 61 0 5 3l1 6 01 5 8 l2 2 7 37 3 3 3 1 6山力系數(shù)8 o8 o8o8 o8 o 1 7 多年平均發(fā)電量 1 0 4 k w h1 5 7 l1 6 3 0i5 5 91 9 8 62 5 5 99 3 0 5 9 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 羅田氣象站多年平均月蒸發(fā)量 表3 2 月蒸發(fā)量 月份 l23456789l o i l 1 2 蒸發(fā)彗 6 i 69 4 71 1 7 91 5 1 91 6 7 32 2 8 02 2 5 31 6 6 3 1 2 3 08 3 76 1 1 i m m 3 天堂水庫容曲線 表3 3 天堂水庫容曲線表 水僦庫窬水位水位庫容水位水位庫容 水位庫容 2 7 8 02 9 0 82 8 2 04 0 4 32 8 6 05 4 7 92 9 0 07 3 4 5 2 9 4 09 5 8 8 2 7 8 5 3 0 2 02 8 2 54 2 1 02 8 6 55 6 8 02 9 0 57 6 0 0 2 9 459 8 8 0 2 7 9 03 1 6 02 8 3 04 3 6 02 8 7 0 5 9 l o2 9 l o7 8 5 02 9 5 o1 0 1 8 0 2 7 9 53 3 0 02 8 3 54 5 2 02 8 7 56 1 2 0 2 9 i 58 1 4 02 9 5 51 0 5 l o 2 8 0 0 3 4 5 22 8 4 04 7 0 62 8 8 06 3 6 52 9 2 0 8 4 2 0 2 9 6 0 1 0 8 7 0 2 8 0 53 5 9 02 8 4 5 4 8 6 02 8 8 56 6 0 02 9 2 58 6 7 02 9 6 5 1 1 1 9 0 2 3 7 4 02 8 5 05 0 5 02 8 9 0 6 8 3 02 9 3 08 9 6 02 9 7 01 1 5 4 0 2 8 1 5 3 8 9 02 8 5 55 2 4 02 8 9 57 0 8 02 9 3 5 9 2 6 02 9 8 01 2 2 7 7 注 表中水位單位為m 庫弈單位為1 0 4 m 3 4 天堂水庫水位面積關(guān)系曲線 表3 4 水庫水位面積表 水位面積水位面積水位 面積水位面積 2 7 8 2 6 62 9 05 1 62 9 35 8 4 2 9 66 7 3 2 8 231 22 9 l 5 3 82 9 46 0 82 9 7 6 9 8 2 8 642 22 9 25 5 9 2 9 56 4 12 9 87 3 3 注 表中水位單位為m 水面面積單位為k m 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 水電站水頭損失 表3 5 梯級水電站水頭損失計算表 電站一級二級二級四級五級 h 3 9 1 1 0 q 1 22 0 0 3 q 2 22 0 0 一 q 圳22 0 0 3 q 4 22 0 0 3 q 5 w 2 6 一級電站出力限制線 n 0 1 1 8 h 一1 5 2 m w 當(dāng)n 大于3 7 5 m w 時 令n 3 7 5 m w 7 天堂水庫滲漏損失 由于天堂上 下庫均位于天堂河上游高山峽谷區(qū) 兩岸山體雄厚 庫靛由大別一 呂梁期的天堂寨 龔家鋪混合花崗巖體以及大別群中 深度變質(zhì)巖構(gòu)成 巖體透水性 差 庫周地下水位均高于水庫正常蓄水位 地形地質(zhì)封閉條件好 無水庫滲漏問題 因此 在本項研究中 不考慮天堂水庫的滲漏水量損失 8 天堂水庫月初水位控制方法 表3 6 天堂水庫月初水位控制表 月份67 8 91 01 l 上調(diào)度線2 8 8 02 9 i 02 9 3 02 9 6 02 9 6 02 9 6 0 卜 調(diào)度線2 7 8 02 7 8 02 8 4 0 2 8 902 8 9 5 2 9 0 0 月份1 2 l2 3 4 s 上調(diào)度線2 9 5 02 9 4 02 9 2 02 9 1 o2 9 0 02 8 8 0 下調(diào)度線2 8 8 02 8 7 0 2 8 5 0 2 8 3 02 7 9 02 7 8 0 2 天堂抽水蓄能電站資料 1 電站機(jī)組主要參數(shù) 表3 7 機(jī)組主要參數(shù)表 項 目 單位 數(shù)值或類型 屯站裝機(jī)容量 臺 1 0 4 k w2 3 5 水泵水輪機(jī)機(jī)型立軸單級混流可逆式 最大水頭 最大揚程m 5 0 5 4 額定水頭 額定揚群m 4 3 4 7 最小水頭 最小揚氍m3 8 4 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 7 機(jī)組主要參數(shù)表 項目 單位數(shù)值或類型 轉(zhuǎn)輪直徑m 5 1 額定出力 額定人力m w 3 6 l5 1 3 6 5 5 額定水頭 額定揚程對應(yīng)的流量 m 3 s9 4 7 7 3 4 最人揚程對應(yīng)的流昔 m 3 s5 6 2 最小揚程對應(yīng)的流量 m s7 93 額定轉(zhuǎn)速 m i r l1 2 5 額定點效率 9 l 9 2 6 2 工程特征值 表3 8t 程特性表 序號項目單1 i 7 上水庫 r 水庫 l 流域面積 k m 2 2 2 02 5 9 8 2 多年平均流量 m 3 s5 9 87 0 7 3 多年平均年徑流量 1 0 4 m 31 8 9 0 02 2 2 9 6 4 設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn) 0 21 5相應(yīng)流量 m 3 s4 1 1 01 1 1 0 6 校核洪水標(biāo)準(zhǔn) o 0 50 i 7相廊流精m 3 s4 8 3 71 4 9 8 8校核洪水f i 7 m 3 0 2 8 3 2 4 8 5 0 9 設(shè)計洪水位 r n3 0 1 6 62 4 8 0 0 l o 總庫容 1 0 4 m 31 6 2 0 01 0 8 3 l l 正常蓄 k 位 r t 2 9 6 0 02 4 8 0 0 1 2 相應(yīng)庫容 1 0 4 m 31 0 8 7 01 0 5 2 1 3 死水位 2 8 6 0 02 4 40 0 1 4相應(yīng)庫容1 0 4 m 35 4 7 97 6 1 15 有效庫容 1 0 4 m 35 3 9 l2 9 l 1 6 調(diào)1 性能 年調(diào)肖日調(diào)壯 t 7 水庫面積 正常薔水位 k m 26 7 3o 8 2 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 動能指標(biāo)特性 表3 9 動能指標(biāo)特性表 項目單位 數(shù)量項目單位數(shù)量 裝機(jī)容量m w 3 5 2 年抽水用電鷲 1 0 4 k w h1 5 9 9 6 日抽水用電量 1 0 4 k w h4 3 8 2年發(fā)電量 1 0 4 k w h1 2 5 0 6 日發(fā)電量 1 0 4 k w h 3 4 2 6 年抽水利j j 小時 h2 l8 8 日抽水小時h 6 0 年發(fā)電利用小時 hl8 2 0 日發(fā)l 乜小時 h5 0 綜合效率 0 6 9 4 水頭損失公式 抽水工況水頭損失值 h 抽 6 8 0 1 0 6 q 2 發(fā)電工況水頭損失值 a h 發(fā) 6 1 2 1 0 6 q 2 3 2 天堂電站實際運行資料 天堂水庫1 9 7 2 年開始運行 并具有1 9 7 3 1 9 9 6 年 共2 4 年 日初 8 0 0 庫水 位 r 發(fā)電量 日泄洪水量及日發(fā)電水量 由電量轉(zhuǎn)換 等實測與整理數(shù)據(jù) 3 3 天堂水庫徑流系列推求 據(jù)以上天堂水庫2 4 年同庫水位 發(fā)電量及泄洪量 表3 一l 3 9 利用入庫量推 求方法 式2 1 2 可計算天堂水庫2 4 年逐句 月 的平均入庫流量 其計算成果 陋3 6 1 月平均入庫流量如表3 i o 甸平均入庫流量如表3 1 i 計算考慮了庫面蒸發(fā)損失 表3 一1 0 天堂水庫月平均入庫流量表 年月 123456 7 8 9t 0l l1 2 年平均 1 9 7 32 2 61 7 6 69 2 17 8 78 9 51 2 4 71 9 6 66 5 8 8 9 9 2 9 2i 4 40 9 58 1 8 1 9 7 41 4 41 9 91 9 84 9 51 9 2 4 6 1 21 4 5 81 7 8o 5 01 7 71 2 40 7 54 7 3 1 9 7 5o 8 41 6 8i 7 24 0 9 6 3 65 4 13 2 8 81 5 8 84 9 23 5 l2 5 21 5 66 8 5 1 9 7 61 3 3 26 92 5 81 4 04 5 24 9 23 5 22 3 12 3 41 9 71 6 7o 6 6 2 4 9 1 9 7 7i 2 6i 0 93 1 98 2 92 1 4 09 0 0 1 6 1 1 1 1 3 83 7 3 3 9 8 2 0 6 1 3 46 9 6 19 7 81 1 l1 9 32 1 l1 8 22 8 8 4 5 51 7 62 0 10 8 30 4 9 0 8 6 0 5 6 1 7 4 1 9 7 9o 5 00 6 9o 8 5 3 2 65 9 82 1 8 71 2 4 i3 7 63 9 4o 8 4 07 3o7 7 4 6 3 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 1 0 年月 l234567891 0l l1 2年平均 1 9 8 00 9 61 3 55 4 44 s 04 3 41 8 4 63 7 3 73 6 5 45 1 73 5 21 4 6 1 8 9l o 1 6 1 9 8 10 8 02 3 52 4 96 5 91 7 24 5 3i o 6 87 3 32 9 l6 1 83 4 51 9 l4 2 6 1 9 8 21 0 22 6 8 4 6 l 6 0 83 9 87 3 02 4 5 21 9 3 53 9 9 l5 92 8 6 2 0 8 6 7 2 1 9 8 3l8 7i 5 i34 9 5 6 58 4 71 6 5 85 4 2 74 8 51 3 1 2 i8 7 4 3 5 32 2 ll l2 9 1 9 8 41 7 72 1 61 8 4 3 2 3 2 9 62 0 1 91 0 6 78 4 7 5 8 3 1 6 62 1 02 8 45 3 0 1 9 8 5i 7 01 8 54 0 24 4 41 82 63 8 86 6 0 2 3 0 3 4 67 9 02 9 l2 1 95 0 0 1 9 8 617 61 3 83 7 05 4 47 6 52 2 1 22 6 7 12 6 83 8 52 2 51 6 2 1 2 66 7 3 1 9 8 73 4 5 4 5 85 6 89 j 91 6 f 48 1 22 i 0 5 2 9 0 27 2j2 5 37 6 3 j 5 59 7 4 1 9 8 8 5 02 5 95 2 34 0 58 1 88 8 25 9 3l8 0 11 3 7 l2 8 i1 2 6 1 3 06 1 2 1 9 8 9 2 3 73 5 5 6 5 56 1 7 9 4 62 8 9 59 4 05 9 23 8 43 7 46 6 7 2 4 57 4 i 1 9 9 0 2 2 31 0 6 3 5 6 65 9 61 2 1 15 3 s 7 7 53 6 9 2 4 51 8 q2 1 61 5 95 0 8 1 9 9 l0 9 8 3 2 69 2 31 2 1 78 0 12 6 6 56 3 0 48 2 81 8 2i o oi 0 0 1 5 61 1 4 9 1 9 9 21 4 6o 8 75 9 33 1 71 4 55 9 32 9 40 8 01 8 60 7 70 2 9o 7 22 18 1 9 9 31 9 0 3 4 l1 0 6 64 2 41 5 2 5 1 3 3 4 1 4 5 38 2 l9 7 02 9 83 8 12 3 47 5 6 1 9 9 4i 0 82 2 83 2 24 2 57 2 43 3 59 1 43 3 l2 6 60 7 50 7 51 1 73 2 8 1 9 9 51 4 81 2 31 3 43 4 01 3 2 41 7 0 96 3 98 8 71 5 82 3 31 1 5o 8 24 9 3 1 9 9 6 1 i l0 1 92 2 31 4 33 2 52 0 2 64 9 5 05 9 92 7 82 6 42 2 41 1 l7 8 0 月平均1 5 l3 0 7 4 2 9 5 0 78 7 9 1 2 3 1 9 2 39 0 54 6 33 2 8 2 3 21 4 8 6 2 8 0 表3 1l天堂水庫旬平均入庫流量表 年月 1234567891 01 11 2 上i 6 27 9 71 2 8 53 7 21 7 2 9o 9 31 3 0 3 1 1 2 913 2 44 2 8 1 6 90 9 4 1 9 7 3 出 1 4 92 5 7 81 0 0 51 2 9 93 8 77 8 84 1 8 65 6 91 0 152 5 l1 5 21 1 2 下3 5 31 9 4 65 1 46 9 0s 9 8 2 8 5 9 5 5 13 1 l3 s 82 0 6 1 i lo 8 l 上1 4 81 8 31 8 21 9 l2 6 91 8 91 1 5 82 5 30 3 43 4 6i 6 40 6 8 1 9 7 4由 0s 5 2 2 22 5 27 5 54 6 6 0i 3 31 8 0j2 4 3o 3 30 9 21 3 9o9 0 fj9 31 8 9 1 6 4 5 3 89 4 l 15 13 1 4 1 80 4 4o 8 21 0 lo 6 8 o 6 9 上i 1 72 7 82 7 32 5 45 2 04 2 68 8 2 70 2 07 8 90 4 32 9 81 4 3 r r b o5 so6 81 8 92 9 81 1 0 8o 8 59 4 04 0 3 84 4 64 3 52 5 31 7 1 卜08 i1 5 60 6 36 7 53 1 41 1 1 23 8 87 8 72 4 05 5 52 0 51 5 4 4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 1 天堂水庫甸平均入庫流量表 年月1234567891 0 i l 1 2 上1 6 02 0 31 6 81 8 0o 2 64 5 42 3 82 2 43 8 33 2 41 1 50 7 5 1 9 7 6中 1 7 53 9 33 8 71 3 29 7 81 8 06 9 83 2 l1 1 3 70 7 51 5 40 6 4 fo7 22 0 6 7 l 1 0 93 6 08 4 31 4 01 5 718 l1 9 32 3 20 6 l 上2 7 lo 6 9o 6 7 6 4 94 3 4 81 6 31 2 3 35 8 63 6 05 6 43 2 s 0 4 5 1 9 7 7由 o 5 01 1 645 37 7 61 5 4 27 5 28 5 92 48 02 2 74 0 22 4 4j 8 4 fo6 21 5 04 2 6l o 5 667 7 1 7 8 32 6 3 84 2 l5 3 32 4 4o 5 li 6 9 上 4 62 5 6 1 5 6 1 2 32 3 35 0 81 9 51 1 l1 3 7o 6 00 6 5o 6 8 1 9 7 8 由 1 2 5i7 l1 2 820 72 5 72 o o1 1 43 5 0o 6 60 2 9l1 80 6 l 卜o6 6i 4 33 3 62 1 63 6 86 5 62 i5i 4 80 4 60 5 7 0 7 4o 3 9 上 o5 20 4 7o 8 32 5 74 5 73 3 51 2 5 02 8 64 4 81 4 4o 1 309 i 1 9 7 9中0 5 10 5 2 0 6 82 181 2 3 51 2 99 5 95 4 54 4 00 6 00 5 305 l 下0 4 61 1 81 0 2 5 0