水利水能規(guī)劃第五章水能計算

第五章水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式第一頁，共四十八頁。目錄水能計算的目的與內(nèi)容1水電站保證出力與多年平均發(fā)電量計算2電力系統(tǒng)負荷圖33水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式44本章思考題及課外延伸5第二頁，共四十八頁。水能計算目的

主要在于確定水電站的工作情況（例如出力、發(fā)電量及其變化情況），是選擇水電站的主要參數(shù)（例如水庫的正常蓄水位、死水位和水電站的裝機容量等）及其在電力系統(tǒng)中的運行方式等的重要手段。

主要內(nèi)容

第一節(jié)水能計算的目的與內(nèi)容計算水電站的出力與發(fā)電量第三頁，共四十八頁。

一.水利發(fā)電的基本原理

1.水流功率（出力）伯努利方程：

水體重量：潛在水能：水流功率（出力）：

水能資源蘊藏量：將河流分段，分段計算水流出力（Q0多年平均流量），累加得到全河總水流出力。單位重水體第四頁，共四十八頁。2.水電站出力

（1）水電站：能量轉(zhuǎn)換裝置——水能機械能電能

（2）水流出力水電站水電站出力（水電站出力<水流出力）

（3）水能資源開發(fā)方式：將分散的落差集中，形成水電站水頭H

用水庫或調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)引用流量

壩式水電站引水式水電站混合式水電站徑流式水電站蓄水式水電站有區(qū)別第五頁，共四十八頁。

（4）水電站出力：

（5）水電站發(fā)電量

第六頁，共四十八頁。二.水能計算的基本方法

水能計算：求水電站出力N和發(fā)電量E的計算方法：統(tǒng)計法和時歷法（列表法——數(shù)值法：半圖解法、圖解法）

與水電站調(diào)節(jié)類型有關(guān)

1.徑流式水電站——靠天然徑流發(fā)電的水電站

第七頁，共四十八頁。（1）無調(diào)節(jié)水電站（如葛洲壩水電站）

（2）日調(diào)節(jié)水電站：將一日內(nèi)日水量重新分配

與無調(diào)節(jié)類似，不同在于采用日平均水位。即，由查z～V，求得。

第八頁，共四十八頁。

2.蓄水式水電站

指長期調(diào)節(jié)水電站（年或多年調(diào)節(jié)）。

年調(diào)節(jié)水電站

有較大的V興——年內(nèi)水量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)周期T=1年

列表法：t=月或旬

t<T

特點：（1）Z上是變化的（2）Q=Q調(diào)

應(yīng)考慮水電站的調(diào)節(jié)方式等流量調(diào)節(jié)、定出力調(diào)節(jié)第九頁，共四十八頁。

（1）等流量調(diào)節(jié)（列表法）

利用V興，使水電站引用流量均勻，等流量

蓄水期

供水期

不蓄不供期

第十頁，共四十八頁。

（2）定出力調(diào)節(jié)（半圖解法）已知各時段所需負荷（出力）N，反求Q和H（即V2）半圖解法——方法原理（與調(diào)洪計算半圖解法相似）區(qū)別：將q～V換為Q～N(即出力公式）水量平衡式：出力方程式：

1）繪工作曲線2）水能計算（順時序計算）由（3）式，已知N,V1,Q凈計算Q第十一頁，共四十八頁?！纠磕乘娬镜恼Ｐ钏桓叱虨?80m，某年各月平均的天然來水流量Q天、各種流量損失Q損、下游各部門用水流量Q用和發(fā)電需要流量Q電,分別見表5-3第（2)～(5）行。此外，水庫水位與庫容的關(guān)系，見表5-1；水庫下游水位與流量的關(guān)系，見表5-2。試求水電站各月平均出力及發(fā)電量。第十二頁，共四十八頁。第十三頁，共四十八頁。

N保、E年是水電站的動能指標

一.保證出力計算

N?！撬娬驹陂L期工作中，相應(yīng)于設(shè)計保證率的枯水期的平均出力。

第二節(jié)水電站保證出力與多年平均發(fā)電量計算第十四頁，共四十八頁。

1.徑流式水電站（日或無調(diào)節(jié)）

（1）長系列法由n年徑流資料進行n年水能計算，得n365個，按遞減排列由計算p，繪

由p設(shè)′（歷時設(shè)計保證率）查曲線得N保，第十五頁，共四十八頁。

（2）典型年法：改由3365，繪制曲線（選擇豐、平、枯三個典型年）（3）簡化法：繪制代替由p設(shè)′查曲線得Q保，則：

N保=AQ保H

第十六頁，共四十八頁。

2.蓄水式水電站

年調(diào)節(jié)水電站：p設(shè)——年保證率N保——水電站在多年工作期間，與設(shè)計保證率（p設(shè)）相應(yīng)的供水期的平均出力。（因供水期用水用電均緊張）

（1）長系列法：對n年資料進行逐年逐時段（月或旬）水能計算，可求出n年（個）供水期的平均出力，繪制由p設(shè)′查曲線得N保。

第十七頁，共四十八頁。

（2）典型年法：由p設(shè)選設(shè)計枯水年，對此年供水期進行水能計算，得設(shè)計枯水年的平均出力，則：

N保=AQ調(diào)H供

（3）簡化法：第十八頁，共四十八頁。三峽電站初期的規(guī)劃是26臺70萬千瓦的機組，也就是裝機容量為1820萬千瓦，年發(fā)電量847億度。后又在右岸大壩“白石尖”山體內(nèi)建設(shè)地下電站，建6臺70萬千瓦的水輪發(fā)電機。在加上三峽電站自身的兩臺5萬千瓦的電源電站?？傃b機容量達到了2250萬千瓦，年發(fā)電量1000億度。直接把裝機容量乘以一年的時間來計算年發(fā)電量的方法是錯誤的。你能保證一年里所以的機組滿負荷運轉(zhuǎn)嗎？肯定不行。首先是水不夠，其次是機組也要檢修。所以不可能在一年內(nèi)所有的機組都時時刻刻運轉(zhuǎn)。目前三峽電站的上網(wǎng)電價是0.25元，按照這樣計算1000×0.25=250億三峽工程的總投資是1800億，1800÷250=7.2年。考慮到三峽電站每年的電價收益要扣除成本因素，大概15年能回收成本第十九頁，共四十八頁。

二.多年平均發(fā)電量計算

E年——是反映水電站發(fā)電效益的穩(wěn)定指標。

第二十頁，共四十八頁。

n為N<N裝的月數(shù)，m為NN裝月數(shù)。第二十一頁，共四十八頁。

一.電力系統(tǒng)

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。

第三節(jié)電力系統(tǒng)負荷圖第二十二頁，共四十八頁。

電力系統(tǒng)中電力電量平衡第二十三頁，共四十八頁。二.電力負荷圖

電力負荷：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。第二十四頁，共四十八頁。

（1）日負荷圖

電力系統(tǒng)的負荷N，在一晝夜24小時內(nèi)的變化過程。如圖，N〞——最大負荷N——平均負荷N′——最小負荷

基荷腰荷峰荷腰荷基荷荷峰第二十五頁，共四十八頁。

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。

繪制過程將日負荷曲線以下的面積（表示電量）自下而上加以分段，便得△E1、△E2、△E3等分段電能量，令圖橫坐標代表分段電能量△E的累積值，由此定出相應(yīng)的a點、b點。按此向上逐漸累積到負荷的最高點，各交點的連線gabcd便是日電能累積曲線。第二十六頁，共四十八頁。特性：

（1）在最小負荷N′以下，負荷無變化，故是直線；（2）在N′以上，負荷有變化，故cd為向上凹曲線段。d點橫坐標為一晝夜的電量；（3）延長直線段gc，與d點的垂線df相交于e點，則e點的縱坐標就表示平均負荷N。第二十七頁，共四十八頁。

（2）年負荷圖:負荷N在年內(nèi)的變化過程。

一年內(nèi)各日的最大負荷值所連成的曲線

一年內(nèi)各日的平均負荷值所連成的曲線

第二十八頁，共四十八頁。

三.設(shè)計負荷水平年

——規(guī)劃時，以某一遠景年份上的負荷水平作為設(shè)計依據(jù)。如何做？“以第一臺機組投入運行后的5～10年，并以國民經(jīng)濟五年計劃相一致”，作為設(shè)計水平年?！纠扛鹬迚蔚谝慌_機組，1979+10=1989，取1990年作為設(shè)計水平年（即，以此年的供電范圍、用電水平編制設(shè)計水平年的及典型日負荷圖。)第二十九頁，共四十八頁。

四.電力系統(tǒng)的容量組成

已知：設(shè)計水平年的用電水平：求：系統(tǒng)總裝機容量N系裝=？第三十頁，共四十八頁。二、電力負荷容量組成正常用電，必須滿足兩個條件：電力(容量)平衡：機電設(shè)備容量(出力)不小于最大負荷電量平衡：所發(fā)出的電能不小于用戶需求電量這里關(guān)心電力平衡。容量又稱裝機容量。由以下幾方面組成：最大工作容量(N工):備用容量（N備）:負荷備用、檢修備用、事故備用重復(fù)容量(N重):為充分利用棄水發(fā)電而設(shè)置的容量即：N裝=N工+N備+N重第三十一頁，共四十八頁。電力系統(tǒng)中所有電站的裝機容量的總和——N裝，是影響工程投資和效益的重要指標。電站裝機容量：N系,裝=N〞系,工+N系,備+N重N〞系工——系統(tǒng)最大工作容量。指設(shè)計水平年電力系統(tǒng)負荷最高（一般在冬季枯水季節(jié)）時，所有電站能擔負的最大發(fā)電容量。N系,備——系統(tǒng)備用容量。為了確保系統(tǒng)供電的可靠性和供電質(zhì)量，當系統(tǒng)在最大負荷時發(fā)生負荷跳動，因而短時間超過了設(shè)計最大負荷時，或者機組發(fā)生偶然停機事故時，或者進行停機檢修等情況，都需要準備額外的容量，稱系統(tǒng)備用容量。N重——重復(fù)容量。利用部分棄水額外增發(fā)季節(jié)性電能，只增加額外容量，不增加投資。由于這部分容量并非保證電力系統(tǒng)正常工作所必需，故稱重復(fù)容量。第三十二頁，共四十八頁。N〞系,工N系,備N重N系,裝第三十三頁，共四十八頁。第四節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式

運行方式

水電站在電力系統(tǒng)負荷圖上的工作位置（不同時期）或系統(tǒng)負荷在各電站間的最優(yōu)分配問題。

目的

使各電站揚長避短，供電可靠、經(jīng)濟、資源充分利用（原因——負荷不均勻、電站特性不同）第三十四頁，共四十八頁。一、水電站的工作特點1出力和發(fā)電量取決于天然徑量；2適應(yīng)負荷的劇烈變化（啟動快、增減負荷靈活）；3工程投資比較大，工期較長；4運行費用較低；5調(diào)度復(fù)雜。第三十五頁，共四十八頁。水電站

一.水、火電站的工作特性

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。負荷N：用戶所需出力+廠用電+輸電損失

啟動靈活，宜任峰荷工作可靠性差（徑流隨機）運行費用低，電能成本低u水=（1/2～1/7）u火無原料費（用水），廠用電少運行費與發(fā)電量無關(guān)啟動緩慢，宜任基荷工作可靠性高運行費用高，運行費u火與E成正比燃料費用所占比重大，且污染火電站第三十六頁，共四十八頁。

二.水電站在系統(tǒng)中的工作位置（運行方式）

（1）無調(diào)節(jié)水電站——只宜任基荷，運行條件較差。在豐水期可部分做腰荷，但仍有棄水。

棄水所損失的能量豐水期設(shè)計枯水年豐水年第三十七頁，共四十八頁。

（2）日調(diào)節(jié)水電站——在枯水期，擔任峰荷；在豐水期，可以擔任腰荷或基荷

設(shè)計枯水年峰荷基荷腰荷第三十八頁，共四十八頁。

日調(diào)節(jié)水電站工作位置的確定

E輔助曲線：該線距日電能累計曲線的水平距離均等于日電能量E水日

N輔助曲線：該線距日電能累計曲線的垂直距離均等于裝機容量N水裝

第三十九頁，共四十八頁。

（3）年調(diào)節(jié)水電站——既可作基荷，也可作峰荷

第四十頁，共四十八頁。

設(shè)計枯水年豐水年第四十一頁，共四十八頁。（4）多年調(diào)節(jié)水電站多年調(diào)節(jié)水庫一般總是同時進行年調(diào)節(jié)和日調(diào)節(jié)。因此，其徑流調(diào)節(jié)程度和水量利用率都比年調(diào)節(jié)水庫的大。多年調(diào)節(jié)水庫的相對庫容較大，水電站的運行方式受一年內(nèi)來水變化的影響較小。