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(jī)容量選擇的基本方法 水電站裝機(jī)容量的組成為裝機(jī)容量N裝機(jī)必須容量重復(fù)容量最大工作容量備用容量事故備用負(fù)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(xué) 其中： 最大工作容量 重復(fù)容量 水電站在電力系統(tǒng)負(fù)荷緊張的月份（負(fù)荷大而來水少）所承擔(dān)的工作容量； 當(dāng)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(shí)，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(xué) 以下分別討論最大工作容量、備用容量和重復(fù)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(fù)荷主要由火電站和水電

2、站共同承擔(dān)，若水電站多裝機(jī)，則火電站就可少裝機(jī)，所以水電站應(yīng)裝多少工作容量必須和火電站進(jìn)行動能經(jīng)濟(jì)比較。3第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) N水工的確定應(yīng)遵循如下原則：1、滿足電力系統(tǒng)負(fù)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(fù)荷）。4第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué)2、盡量增加N水工 一般情況下，水電站補(bǔ)充千瓦投資小于火電站裝機(jī)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(dān)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(xué)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(shí)刻的出力取決于河流中天然流量的大小。因此，它只能擔(dān)負(fù)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(shè)為設(shè)計(jì)枯水日的平均流量；H設(shè)為相當(dāng)于Q設(shè)的平均水頭。 當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)枯水日的平均流量時(shí)，由水電站的重復(fù)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(xué)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(shè)計(jì)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(shè)為電站上游日平均水位與相應(yīng)保證流量Q設(shè) 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(xué) 當(dāng)確定日調(diào)節(jié)水電站最大工作容量N水工時(shí)，可根據(jù)枯水季節(jié)的系統(tǒng)最大典型日負(fù)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(xué)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(yīng)盡量擔(dān)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(dāng)水庫正常蓄水位和死水位已定時(shí)，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(xué) 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(jì)算設(shè)計(jì)枯水年供水期T供的保證電量E供保，即式中：Q和H設(shè)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(xué) 其次，進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，依據(jù)E供保恰當(dāng)?shù)卮_定N水工。電力平衡在設(shè)計(jì)水平年的日最大負(fù)荷年變化圖上進(jìn)行。因?yàn)樵谧畲筘?fù)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(xué) 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(fù)荷通常采用日最大負(fù)荷年變化圖上的水平線劃分法，其水平線的位置應(yīng)使供水期水電站擔(dān)任峰、腰荷時(shí)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(xué)三、電力系統(tǒng)各種備用容量的確定 電力系統(tǒng)的總裝機(jī)容量必須大于系統(tǒng)的最大負(fù)荷。其備用容量由負(fù)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(xué) 1、負(fù)荷備用容量N負(fù)備 電力系統(tǒng)中總有一部分用戶的負(fù)荷變化是十分劇烈的，這種負(fù)荷稱為沖擊負(fù)荷，它可能出現(xiàn)在一天內(nèi)的任何時(shí)刻，甚至出現(xiàn)在負(fù)荷的高峰時(shí)刻。因此，系統(tǒng)中必須有一部分備用容量N負(fù)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(xué) 負(fù)荷備用容量N負(fù)備的大小與電力系統(tǒng)負(fù)荷的組成及其特性有關(guān)，通常為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5-10%。 擔(dān)任

7、系統(tǒng)負(fù)荷備用任務(wù)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(yùn)行區(qū)。(1)裝機(jī)容量占系統(tǒng)總?cè)萘康囊欢ū戎兀?5第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 由于水電站具有運(yùn)行靈活、開/停機(jī)時(shí)間短，以及經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，故具有調(diào)節(jié)能力的水電站適宜擔(dān)任系統(tǒng)的負(fù)荷備用任務(wù)，特別是要選靠近負(fù)荷中心、具有大水庫、大機(jī)組的壩后式水電站作為調(diào)頻電站。 在蓄水期承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)的蓄水式電站為了減少棄水，以全部容量擔(dān)任基荷，則應(yīng)以其它電站擔(dān)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(xué)2、事故備用容量N事備 電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組難免要發(fā)生某些故障而被迫停機(jī)。電力系統(tǒng)中常設(shè)置一定數(shù)量的備用容

8、量，以頂替事故停機(jī)的機(jī)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(xué) N事備的大小與電力系統(tǒng)中各種設(shè)備發(fā)生事故的可能性以及各機(jī)組的容量有關(guān)。從理論上講，應(yīng)分析系統(tǒng)中各機(jī)組發(fā)生事故的概率，用嚴(yán)格計(jì)算來確定其大小。但在實(shí)踐中，由于資料不齊全而難以計(jì)算，故只能根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。 我國有關(guān)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(fù)荷的10%左右采用，并不得小于系統(tǒng)中最大一臺機(jī)組的容量。18第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 擔(dān)任事故備用容量的水電站，在其水庫中應(yīng)有事故備用容積來保證。決定容積大小時(shí)，應(yīng)以備用容量在基荷連續(xù)工作10-15天為依據(jù)。 一般認(rèn)

9、為事故備用容量的大部分應(yīng)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(xué) 3、檢修備用容量N修備 為了提高設(shè)備使用壽命，減少機(jī)組的事故率，電力系統(tǒng)中的機(jī)組需要進(jìn)行定期檢修，即計(jì)劃檢修。有計(jì)劃的檢修和事故檢修不同，后者停機(jī)后系統(tǒng)的可用容量可能不足，需由事故備用容量來補(bǔ)充。而計(jì)劃檢修則完全可以利用系統(tǒng)中的空閑容量來進(jìn)行。 20第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) N系的最大負(fù)荷水平線與年負(fù)荷曲線間的面積表示在不同時(shí)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(jī)組可利用F檢來進(jìn)行計(jì)劃檢修。系統(tǒng)最大負(fù)荷時(shí)間（M）12621第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水

10、電能源學(xué)四、水電站重復(fù)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(shè)置一定數(shù)量的附加容量。因而對系統(tǒng)而言為重復(fù)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(xué) 重復(fù)容量的選擇要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，在水電站設(shè)置重復(fù)容量必然會增加水電站的投資，同時(shí)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(fù)容量逐漸增大，季節(jié)性電能的增加卻愈來愈小。重復(fù)容量增加到一定程度后，就不經(jīng)濟(jì)了。因此，必須進(jìn)行投資和經(jīng)濟(jì)效益分析。23第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 以下對日調(diào)

11、節(jié)水電站重復(fù)容量的選擇進(jìn)行說明： 日調(diào)節(jié)水電站在枯水期內(nèi)總是擔(dān)任系統(tǒng)負(fù)荷的峰荷。在汛期，當(dāng)必須容量（即N水工+ N備用）擔(dān)任基荷滿載發(fā)電后還有棄水時(shí)，才考慮設(shè)置重復(fù)容量N重復(fù)。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(shí)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(xué) 日調(diào)節(jié)水電站選擇N重復(fù)的方法為：N水工N備用平均出力N重復(fù)年持續(xù)時(shí)間（h）8760h必須h經(jīng)濟(jì)25第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué)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(yùn)用情況下，為滿足興利設(shè)計(jì)要求，在開始供水時(shí)

12、，水庫應(yīng)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(xué) 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(biāo)、樞紐建筑物尺寸和投資，而且直接關(guān)系到水資源的合理利用及綜合部門需求滿足程度和相應(yīng)的效益指標(biāo)等。 以發(fā)電為主的水庫選擇正常蓄水位時(shí)，應(yīng)著重從發(fā)電的投資和效益方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算分析，并結(jié)合考慮防洪、灌溉、航運(yùn)、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(xué)二、水電站正常蓄水位Z正蓄與動能指標(biāo)的關(guān)系分析 1、 Z正蓄與動能指標(biāo)的關(guān)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(jī)

13、容量N水裝和多年平均發(fā)電量E水等指標(biāo)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(xué) 但當(dāng)Z正蓄繼續(xù)提高時(shí)，裝機(jī)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(jìn)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(jī)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(xué) 2、水電站正常蓄水位Z正蓄與綜合效益指標(biāo)的關(guān)系 當(dāng)水電站兼有防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用任務(wù)時(shí)，各用水部門的效

14、益指標(biāo)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(kuò)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(yùn)條件。同時(shí)有利于加大航運(yùn)的下泄流量，改善下游的航運(yùn)條件。30第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 3、水電站正常蓄水位Z正蓄與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系 在水電站的建設(shè)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(dāng)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(yùn)行費(fèi)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(xué) 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(yùn)行費(fèi)都隨Z正蓄的增加而減少。 隨著的Z正蓄增加，同時(shí)增加了土地淹沒面積和移民。水庫的淹沒損失費(fèi)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(jì)算的。32第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 綜上所述，在選擇正常蓄水位Z正蓄時(shí)，既要看到增加效益指標(biāo)有利的一面，也要看到對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不利的影響。 一般情況下，當(dāng)Z正蓄達(dá)到某一高程后，隨著Z正蓄增加，效益指標(biāo)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(jì)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(xué)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(guān)因素進(jìn)行分析，確定Z正蓄的上、下限，然后在此基礎(chǔ)范圍內(nèi)擬定若干中間方案（48個）進(jìn)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(jī)容量、多年平均發(fā)電量和水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)要求。34第四章 水電站主要參數(shù)的選擇水電能源學(xué) 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(chǔ)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(yán)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(xué)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(shí)，將限制的Z正蓄提高。3、水量損失 當(dāng)水庫面積突然擴(kuò)大而導(dǎo)致過大的蒸發(fā)、滲漏損失時(shí)，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(xué)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(xué)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(xué) 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(yīng)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(xué) 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(xué)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(xué)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(dǎo)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(xué)4、蓄水期天然