水電站主要參數(shù)確定

1、第四章 水電站主要參數(shù)的選擇4.2 單個水電站裝機容量選擇的基本方法 水電站裝機容量的組成為裝機容量N裝機必須容量重復容量最大工作容量備用容量事故備用負荷備用檢修備用1第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 其中： 最大工作容量 重復容量 水電站在電力系統(tǒng)負荷緊張的月份（負荷大而來水少）所承擔的工作容量； 當水電站因水庫調(diào)節(jié)能力較差，使汛期產(chǎn)生較多棄水時，在必須容量外加裝額外容量，以便利用部分棄水增發(fā)季節(jié)性電能。2第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 以下分別討論最大工作容量、備用容量和重復容量的選擇原則和方法：一、水電站最大工作容量N水工的確定原則 目前我國電力系統(tǒng)的負荷主要由火電站和水電

2、站共同承擔，若水電站多裝機，則火電站就可少裝機，所以水電站應裝多少工作容量必須和火電站進行動能經(jīng)濟比較。3第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 N水工的確定應遵循如下原則：1、滿足電力系統(tǒng)負荷與電能平衡要求上式即為電力電量平衡方程。其中N系工為電力系統(tǒng)的最大工作容量（最大負荷）。4第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學2、盡量增加N水工 一般情況下，水電站補充千瓦投資小于火電站裝機千瓦投資，故要使N水工盡量大，N火工盡可能小。為此，要讓水電站盡可能承擔系統(tǒng)的峰荷。這樣，一則可節(jié)省系統(tǒng)總投資，二則可提高汛期棄水的利用率。3、盡可能滿足綜合利用要求5 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學二、不同調(diào)節(jié)性

3、能水電站N水工的確定方法1、無調(diào)節(jié)水電站的N水工 無調(diào)節(jié)水電站任何時刻的出力取決于河流中天然流量的大小。因此，它只能擔負電力系統(tǒng)的基荷，其最大工作容量N水工只能等于保證出力，即式中： Q設為設計枯水日的平均流量；H設為相當于Q設的平均水頭。 當流量大于設計枯水日的平均流量時，由水電站的重復容量發(fā)電，或者棄水。6第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學2、日調(diào)節(jié)水電站的N水工 日調(diào)節(jié)水電站每天的發(fā)電取決于晝夜河流中天然流量。因此，它的保證流量為符合設計保證率的枯水日平均流量，保證出力N保和日保證電量E保分別為式中：H設為電站上游日平均水位與相應保證流量Q設 的下游水位之差。7第四章 水電站主要參數(shù)

4、的選擇水電能源學 當確定日調(diào)節(jié)水電站最大工作容量N水工時，可根據(jù)枯水季節(jié)的系統(tǒng)最大典型日負荷圖及其電量累積曲線（如圖），用圖解法求出N水工。8第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學3、年調(diào)節(jié)水電站的N水工。 年調(diào)節(jié)水電站由于庫容較大，水庫蓄水量可以按發(fā)電的需要在年內(nèi)作合理的分配。因此，水電站在供水期若無特殊限制，都應盡量擔任峰荷，以充分發(fā)揮水電站的優(yōu)勢。 年調(diào)節(jié)水電站的N水工取決于供水期能獲得的保證電量E保，當水庫正常蓄水位和死水位已定時，E保也是一定值，可根據(jù)保證出力N保求得。9第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 確定年調(diào)節(jié)水電站的N水工一般采用電力電量平衡法： 根據(jù)年調(diào)節(jié)水電站的保證出

5、力N保計算設計枯水年供水期T供的保證電量E供保，即式中：Q和H設分別為供水期的發(fā)電流量和平均水頭。10第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 其次，進行電力電量平衡計算，依據(jù)E供保恰當?shù)卮_定N水工。電力平衡在設計水平年的日最大負荷年變化圖上進行。因為在最大負荷下能滿足對電力的要求，那么在其它情況下就自然滿足了。所以最大工作容量N水工也稱為保證工作容量。11第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 在電力系統(tǒng)中除水電站外，還有火電站等其它電站，在一年中水電站和其它電站間劃分負荷通常采用日最大負荷年變化圖上的水平線劃分法，其水平線的位置應使供水期水電站擔任峰、腰荷時所需的電量恰好等于供水期水電站能獲

6、得的保證電量。12第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學三、電力系統(tǒng)各種備用容量的確定 電力系統(tǒng)的總裝機容量必須大于系統(tǒng)的最大負荷。其備用容量由負荷備用、事故備用和檢修備用組成。各種備用容量的確定方法如下：13第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 1、負荷備用容量N負備 電力系統(tǒng)中總有一部分用戶的負荷變化是十分劇烈的，這種負荷稱為沖擊負荷，它可能出現(xiàn)在一天內(nèi)的任何時刻，甚至出現(xiàn)在負荷的高峰時刻。因此，系統(tǒng)中必須有一部分備用容量N負備，保證系統(tǒng)的功率平衡。14第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 負荷備用容量N負備的大小與電力系統(tǒng)負荷的組成及其特性有關，通常為系統(tǒng)最大負荷的5-10%。 擔任

7、系統(tǒng)負荷備用任務的電站稱為調(diào)峰電站，對其要求是:(2)能迅速改變出力，并具有較寬闊的高效運行區(qū)。(1)裝機容量占系統(tǒng)總容量的一定比重；15第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 由于水電站具有運行靈活、開/停機時間短，以及經(jīng)濟性等優(yōu)點，故具有調(diào)節(jié)能力的水電站適宜擔任系統(tǒng)的負荷備用任務，特別是要選靠近負荷中心、具有大水庫、大機組的壩后式水電站作為調(diào)頻電站。 在蓄水期承擔調(diào)頻任務的蓄水式電站為了減少棄水，以全部容量擔任基荷，則應以其它電站擔任調(diào)頻電站。16第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學2、事故備用容量N事備 電力系統(tǒng)中的發(fā)電機組難免要發(fā)生某些故障而被迫停機。電力系統(tǒng)中常設置一定數(shù)量的備用容

8、量，以頂替事故停機的機組發(fā)電，這部分容量稱為事故備用容量N事備。17第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 N事備的大小與電力系統(tǒng)中各種設備發(fā)生事故的可能性以及各機組的容量有關。從理論上講，應分析系統(tǒng)中各機組發(fā)生事故的概率，用嚴格計算來確定其大小。但在實踐中，由于資料不齊全而難以計算，故只能根據(jù)運行經(jīng)驗確定。 我國有關規(guī)范規(guī)定：電力系統(tǒng)的事故備用容量N事備按系統(tǒng)最大負荷的10%左右采用，并不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容量。18第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 擔任事故備用容量的水電站，在其水庫中應有事故備用容積來保證。決定容積大小時，應以備用容量在基荷連續(xù)工作10-15天為依據(jù)。 一般認

9、為事故備用容量的大部分應采用熱備方式，而且分布在系統(tǒng)內(nèi)的主要電站。19第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 3、檢修備用容量N修備 為了提高設備使用壽命，減少機組的事故率，電力系統(tǒng)中的機組需要進行定期檢修，即計劃檢修。有計劃的檢修和事故檢修不同，后者停機后系統(tǒng)的可用容量可能不足，需由事故備用容量來補充。而計劃檢修則完全可以利用系統(tǒng)中的空閑容量來進行。 20第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 N系的最大負荷水平線與年負荷曲線間的面積表示在不同時間內(nèi)未被使用的容量，該面積稱為檢修面積F檢，水（火）電站機組可利用F檢來進行計劃檢修。系統(tǒng)最大負荷時間（M）12621第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水

10、電能源學四、水電站重復容量的選定 由于河流水文情況的多變性，調(diào)節(jié)性能較差的水電站每年供水期都有不同程度的棄水，為了充分利用水能，可在水電站必須容量之外設置一定數(shù)量的附加容量。因而對系統(tǒng)而言為重復容量，它的作用主要是發(fā)出季節(jié)性電能，以節(jié)省火電站的煤耗。22第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 重復容量的選擇要進行經(jīng)濟比較，在水電站設置重復容量必然會增加水電站的投資，同時也帶來發(fā)電效益的增加。 但是，兩者的增加并不成正比。隨著重復容量逐漸增大，季節(jié)性電能的增加卻愈來愈小。重復容量增加到一定程度后，就不經(jīng)濟了。因此，必須進行投資和經(jīng)濟效益分析。23第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 以下對日調(diào)

11、節(jié)水電站重復容量的選擇進行說明： 日調(diào)節(jié)水電站在枯水期內(nèi)總是擔任系統(tǒng)負荷的峰荷。在汛期，當必須容量（即N水工+ N備用）擔任基荷滿載發(fā)電后還有棄水時，才考慮設置重復容量N重復。24 將水電站的日平均流量持續(xù)曲線（即多年日平均流量歷時曲線）按 換算為日平均出力持續(xù)曲線，如圖。第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 日調(diào)節(jié)水電站選擇N重復的方法為：N水工N備用平均出力N重復年持續(xù)時間（h）8760h必須h經(jīng)濟25第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學4.3 水電站正常蓄水位及死水位選擇一、水電站正常蓄水位選擇 正常蓄水位是指水庫最高興利水位，即在水庫正常運用情況下，為滿足興利設計要求，在開始供水時

12、，水庫應蓄到的最高水位。26第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 正常蓄水位是水電站主要特征值中影響最大的一個，它不但直接影響到能量指標、樞紐建筑物尺寸和投資，而且直接關系到水資源的合理利用及綜合部門需求滿足程度和相應的效益指標等。 以發(fā)電為主的水庫選擇正常蓄水位時，應著重從發(fā)電的投資和效益方面進行經(jīng)濟計算分析，并結合考慮防洪、灌溉、航運、供水等效益。27第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學二、水電站正常蓄水位Z正蓄與動能指標的關系分析 1、 Z正蓄與動能指標的關系 水電站正常蓄水位Z正蓄過低，不能充分發(fā)揮電站的效益。隨著Z正蓄的提高，水電站的水頭和調(diào)節(jié)流量的增加，從而使水電站的出力、裝機

13、容量N水裝和多年平均發(fā)電量E水等指標也隨著增加。28第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 但當Z正蓄繼續(xù)提高時，裝機容量的增量N水裝就逐漸減小。原因是：隨著Z正蓄的逐步提高，水庫的調(diào)節(jié)性能越來越好，棄水量越來越少，水量利用程度越來越高，直到水庫能夠進行多年調(diào)節(jié)。如再增加Z正蓄，往往只增加水頭，而調(diào)節(jié)流量增加很少，因此，增加的能量效益有限，裝機容量的增量N水裝也就逐漸減少。 另外， Z正蓄過高，因蒸發(fā)和滲漏損失過大，反而使發(fā)電量的增量E水減少。29第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 2、水電站正常蓄水位Z正蓄與綜合效益指標的關系 當水電站兼有防洪、灌溉、航運等綜合利用任務時，各用水部門的效

14、益指標隨著Z正蓄的增加而增加： 提高Z正蓄可增加庫容，有利于水庫削減洪峰，減小泄量； 提高Z正蓄可增加調(diào)節(jié)水量，擴大下游灌溉面積，而且有利于從水庫引水自流灌溉； 提高Z正蓄可改善上游的航運條件。同時有利于加大航運的下泄流量，改善下游的航運條件。30第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 3、水電站正常蓄水位Z正蓄與經(jīng)濟指標的關系 在水電站的建設投資中，大壩的建筑投資K壩占有很大的比例，由于K壩及N水裝皆隨Z正蓄的增加而有所增加，當Z正蓄增加到某高度后，大壩的體積增加很快，其投資和年運行費都是猛增的。31第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 在同一電力系統(tǒng)中， N火裝及E火都隨Z正蓄的增加而減

15、少。因此，火電站的投資和年運行費都隨Z正蓄的增加而減少。 隨著的Z正蓄增加，同時增加了土地淹沒面積和移民。水庫的淹沒損失費用一般占水電站總投資的30-50%，而且有些損失是無法用貨幣計算的。32第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 綜上所述，在選擇正常蓄水位Z正蓄時，既要看到增加效益指標有利的一面，也要看到對經(jīng)濟指標不利的影響。 一般情況下，當Z正蓄達到某一高程后，隨著Z正蓄增加，效益指標的增值是遞減的，但是水工建筑物的工程量和投資的增量卻是遞增的。 因此，必須在比較方案中選擇一個經(jīng)濟合理的Z正蓄。33第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學三、水電站正常蓄水位Z正蓄比較方案的擬定 針對水電站

16、工程的具體情況，首先對有關因素進行分析，確定Z正蓄的上、下限，然后在此基礎范圍內(nèi)擬定若干中間方案（48個）進行比較。 Z正蓄的下限主要根據(jù)電力及水利系統(tǒng)各部門提出的最低要求來確定：如最小裝機容量、多年平均發(fā)電量和水庫防洪標準等指標要求。34第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 Z正蓄的上限涉及的因素較多，主要有：1、壩址及庫區(qū)的地形、地質(zhì)條件(1)河谷過寬、壩身太長，使工程量太大；(2)地質(zhì)條件不良，增加兩岸基礎處理的困難；(3)缺乏足夠數(shù)量合適的建筑材料；(4)庫區(qū)有多斷層，造成嚴重的滲漏損失；(5)庫周出現(xiàn)埡口及單薄分水嶺等。35第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學2、庫區(qū)淹沒損失 如

17、果庫區(qū)的大片良田、重要城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、重要交通線路、甚至名勝古跡的淹沒，使淹沒損失過大或者安置移民確有困難時，將限制的Z正蓄提高。3、水量損失 當水庫面積突然擴大而導致過大的蒸發(fā)、滲漏損失時，就要限制Z正蓄的提高。36第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學4、上游梯級水電站的尾水位 為了合理利用水能，充分利用水頭，往往使梯級水電站的水位相銜接。因此，上游水電站的尾水位就成為下游水電站Z正蓄提高的限制因素。Z正蓄1Z正蓄2H37第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學四、水電站死水位Z死的選擇 死水位Z死是水電站在正常情況下，水庫允許消落的最低水位。水庫水位在Z正蓄與Z死之間變動，其變幅為水庫的消

18、落深度:正常蓄水位死水位死庫容消落深度興利庫容38第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 在Z正蓄一定的情況下，水庫的消落深度不同，所提供的水利動能效益也不同：隨著Z死的降低，調(diào)節(jié)庫容V調(diào)加大，相應的枯水期調(diào)節(jié)流量Q調(diào)必然增加，水庫的棄水Q棄隨之減少，但水電站的平均水頭H也隨之降低。39第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學 水電站供水期的電能E年供系由水庫蓄水發(fā)電的蓄水電能E蓄和天然來水發(fā)電的不蓄電能E不蓄組成：1、Z死的降低使水電站供水期的平均H減少，而天然來水不變，故E不蓄隨Z死的降低而降低，如下圖的曲線（1）；曲線（1）40第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學2、Z死的降低使V調(diào)增大，雖然H減少，但其影響總是小于V調(diào)增加的影響，所以h消愈大，E蓄也愈大，只是增量愈來愈小，如下圖的曲線（2）；曲線（2）曲線（1）41第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學3、由于E年供=E蓄+E不蓄，隨著h消的增加，E年供先是增加，但增加到某一極限值后，反而減少，故Z死的變化過程必然有最大值E年供，如下圖中的曲線（3）。由于供水期天然來水一般很小，在E年供中E蓄起著主導作用。曲線（2）曲線（1）曲線（3）42第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學4、蓄水期天然