水資源規(guī)劃及利用

水資源規(guī)劃及利用三峽大學(xué)水環(huán)學(xué)院水資源規(guī)劃及利用課程組Integratedwaterresourcesplanning

第十講第一節(jié)第二節(jié)電力系統(tǒng)及其容量組成第三節(jié)水能計算的目的與內(nèi)容水能計算基本方程和主要方法本講主要內(nèi)容：第五章水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式第一節(jié)水能計算的目的與內(nèi)容水能資源天然河流所蘊(yùn)藏的巨大能量稱為水能資源。

我國水能資源豐富居世界第一，水能蘊(yùn)藏量1萬kW以上的河流300多條。水電站利用天然的水能生產(chǎn)電能的一種動力生產(chǎn)企業(yè)。三峽輸電電線，將電力傳送到住戶或商廈水壩，作儲水用水門，將水送至渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)，被渦輪機(jī)推動而發(fā)電渦輪機(jī)，被流水推動而轉(zhuǎn)動水能計算（水能設(shè)計）

水能計算中，將“庫容”擴(kuò)大理解為工程規(guī)模、“需水”變?yōu)樾桦姡瑥搅髡{(diào)節(jié)一樣，來水作為原始水文資料，而保證率根據(jù)工程規(guī)模事先確定，則水能計算的實質(zhì)從廣義上講，和興利調(diào)節(jié)一樣，也是解決來水、需水、設(shè)計保證率和庫容四者之間的關(guān)系。是水電站規(guī)劃設(shè)計中一項關(guān)系全局的綜合性工作。興利調(diào)節(jié)計算影響因素：來水用水（調(diào)節(jié)出流）興利保證率興利庫容水能計算影響因素：來水用電供電設(shè)計保證率工程規(guī)模（水電站水庫規(guī)模，裝機(jī)容量）興利調(diào)節(jié)計算影響因素：來水用水（調(diào)節(jié)出流）興利保證率興利庫容水能計算影響因素：來水用電供電設(shè)計保證率工程規(guī)模（水電站水庫規(guī)模，裝機(jī)容量）

水能計算與興利調(diào)節(jié)不同之處在于，水能計算用戶需要的是電能，除供水量外還與水頭有關(guān)。所以水能計算比一般的徑流調(diào)節(jié)計算要復(fù)雜一些。興利調(diào)節(jié)計算影響因素：來水用水（調(diào)節(jié)出流）興利保證率興利庫容水能計算影響因素：來水用電供電設(shè)計保證率工程規(guī)模（水電站水庫規(guī)模，裝機(jī)容量）水能計算的任務(wù)：確定水電站效益與工程規(guī)模之間的關(guān)系。保證出力水電站效益多年平均年發(fā)電量水庫正常蓄水位和調(diào)節(jié)庫容工程規(guī)模引水渠道尺寸和水電站裝機(jī)容量水能計算的主要內(nèi)容(1)確定水電站的動能指標(biāo)，包括保證出力、多年平均年發(fā)電量和裝機(jī)容量。(2)配合水工和機(jī)電設(shè)計，確定水電站的正常蓄水位、死水位及水電站的主機(jī)設(shè)備等。(3)對水電站的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計算和分析。保證出力水電站效益多年平均年發(fā)電量水庫正常蓄水位和調(diào)節(jié)庫容工程規(guī)模引水渠道尺寸和水電站裝機(jī)容量水能計算的任務(wù)一、水電站的出力水電站出力：指發(fā)電機(jī)組的出線段送出的功率。出力計算公式：式中：Q—通過水輪機(jī)的流量（m3/s）；

H—水電站凈水頭，水電站上下游水位之差減去各種水頭損失(m)；

Z上—上游水位（m）；Z下—下游水位（m）；

?h—水頭損失（m），與引水設(shè)施的條件，形狀和水流的流速等因素有關(guān)，可由水力學(xué)公式計算出來；

η—水電站效率，小于1，等于水輪機(jī)效率η機(jī)、發(fā)電機(jī)效率η電及機(jī)組傳動效率

η傳的乘積，即η=η機(jī)η電η傳；

A—出力系數(shù)，A=9.81η其中：大型水電站（N＞25萬kW），A=8.5；中型水電站（2.5萬≤N≤25萬kW），A=8-8.5；小型水電站（N＜2.5萬kW），A=6.0-8.0，同軸相連A=7.0，皮帶傳動A=6.5。例如：某水電站發(fā)電水頭為20m，發(fā)電平均流量為5.5m3/s,水輪發(fā)電機(jī)組是同軸連接，則水電站的平均出力是：

N=AQH=7×5.5×20=770(kw)在初步估算時，出力系數(shù)可根據(jù)水電站的規(guī)模大小采用下列近似值：

水電站在不同時刻的出力常因電力系統(tǒng)的負(fù)荷的變化、國民經(jīng)濟(jì)各部門用水量的變化或天然來水流量的變化而不斷變動著。二、水電站的發(fā)電量

水電站發(fā)電量：水電站的出力與相應(yīng)時間的乘積。水電站在時刻t1至t2時間內(nèi)的發(fā)電量為：式中：——水電站在某時段內(nèi)的平均出力；t三、保證出力和多年平均發(fā)電量

水電站的出力和發(fā)電量多變，需要從中選出某些個特征值作為衡量其效益的主要動力指標(biāo)。水電站的主要動力指標(biāo)有兩個，即保證出力和多年平均年發(fā)電量。保證出力符合水電站設(shè)計保證率p要求的那個平均出力就是保證出力Np，是水電站在長期工作中符合設(shè)計保證率要求的枯水期內(nèi)的平均出力。多年平均年發(fā)電量指水電站在多年工作期間內(nèi)，平均每年所能產(chǎn)生的電能，是水電站直接的產(chǎn)品收益。多年平均年發(fā)電量反映水電站的多年平均動能效益，也是水電站的一個主要動力指標(biāo)四、水能計算所需的基本資料水庫特性曲線：水庫庫容曲線、水庫水位面積曲線。水文資料：壩址歷年各日或旬或月平均徑流系列，歷年各月降雨及蒸發(fā)資料、洪水資料及下游水位流量關(guān)系曲線。壩址附近水文站的降雨、徑流、蒸發(fā)和泥沙資料。系統(tǒng)負(fù)荷資料。綜合利用要求：灌溉資料、航運、放木及其他用水要求，以及上下游防洪任務(wù)等。第二節(jié)水能計算的基本方程和主要方法一、水能計算的基本方程

水能計算最基本的任務(wù)就是計算水電站的動能指標(biāo)——保證出力和多年平均電能。水電站出力公式式中：k—為出力系數(shù)；

q—為水電站發(fā)電流量；Z上、Z下—上、下游水位，如考慮水頭損失，該水頭損失值也是流量q的函數(shù)。

Z下下游水位，在無棄水的情況下，與下泄流量q是固定關(guān)系，一般用下游水位流量關(guān)系曲線確定。為便于分析計算一般用指數(shù)函數(shù)來選配，如，n—

常數(shù)。將q和庫水位的關(guān)系用水量平衡方程式來表達(dá)，庫容曲線也以庫水位h的函數(shù)形式表示，水位面積曲線也以水位h的函數(shù)形式表示，代入水能計算公式后，則可得到水能調(diào)節(jié)計算的微分方程式。實際計算中，常采用數(shù)值解法、列表試算法、圖解法等求解方程。二、水能計算的列表法

列表法是水能計算的基本方法。初步水能計算時，常用簡化的水能調(diào)節(jié)方式，例如等流量調(diào)節(jié)或按固定出力調(diào)節(jié)。詳細(xì)計算時，常根據(jù)負(fù)荷要求，進(jìn)行變動出力的調(diào)節(jié)，這個變動出力或事先規(guī)定或通過水庫調(diào)度圖的操作來確定。水能計算方法按等流量調(diào)節(jié)的水能計算按已知出力調(diào)節(jié)的水能計算等流勉量調(diào)寒節(jié)的微水能診計算前提竭：已知牛水電令站水役庫的正常營蓄水價位和死水濕位思路晶：在已兄知庫娃容求叼調(diào)節(jié)筆流量停的徑液流調(diào)篩節(jié)計鞠算的故基礎(chǔ)超上，借增加耳水頭瞞和出癥力的講計算惰項目猜即可眠求出躍相應(yīng)就的出順力和遷發(fā)電踢量。例題貌講解已知憂某年獨調(diào)節(jié)屠水電擱站正劉常蓄擦水位Z蓄=7修60汪m，死映水位Z死=7墻20概m，在安不計程入水句量損但失的潮條件推下，遮用等插流量華調(diào)節(jié)騰的水扣能計京算設(shè)耕計枯蠟水年觀水電它站的券出力厚和發(fā)導(dǎo)電量取?；静ＹY料水庫雞水位妄容積斯關(guān)系鬧曲線水庫幫下游趨水位結(jié)流量寨關(guān)系始曲線機(jī)組懷效率形取常京數(shù)N=維KQ蜜H，K=和8.營2；無李其他億用水仇要求甚；水慮頭損掏失假枝定取河定值朋，?H=1鐘.0抄m等流形量調(diào)角節(jié)的塞水能侵計算浸表：供水溉期V興=V蓄-V死=2巧1.焦4-院7.卡9=逆13甲.5（億m3）V興=1偵3.狂5×1贈06÷（30城.4×2車4×御36隆00）=5君13（m3/s·月）Qp=（V興+Q供）÷T供=（14糞7+幫87貢+7錘9+攏75小+6悔9+現(xiàn)51底3）÷5妖=1明94（m3/s）蓄水某期V興=V蓄-V死=2穗1.帶4-抱7.轎9=括13盯.5（億m3）V興=1飄3.騙5×1蝕06÷（30照.4×2鵲4×忘36睜00）=5扶13（m3/s·月）Qp=（Q蓄-V興）÷T供=（75皺1+獸79懷2+捕72劫1-假51勇3）÷3喉=5雜84（m3/s）等流側(cè)量調(diào)室節(jié)的架水能驢計算億表：不蓄抵不供提期等流臺量調(diào)橡節(jié)的墳水能蛾計算鑄表：Z死=7告20在m，V死=7掀.9億m3查Z-景V曲線查下遍游Z-旱q曲線N=急KQ耗H，K=逃8.啞2已知我出力身時的棗列表嗚計算當(dāng)水崇電站讓出力蓋已知全，則步需要厘計算新所需喝的調(diào)鄰節(jié)庫往容及斤水庫罩運用主過程按。這腹種課倉題類循似于世已知垮用水枕求庫籌容的同徑流唇調(diào)節(jié)漂計算親。但蹈已知絡(luò)出力答的水編能計胸算要蝴復(fù)雜染一些如，因懇為在突出力休一定晌的情央況下適，N=KQ步H中水科電站竊引用鴿流量Q與水拘頭H互有噴聯(lián)系沸，需肉要通暈過試虧算才著能求編解。眨試算進(jìn)從假駝定Q入手克，可偶列表鑄進(jìn)行鳴。已知周出力棵時的挽列表面計算鍵情況示：（1）當(dāng)播已知Z蓄，V蓄，婦出力N時:從供瓶水期與初開晨始列昌表計談算。（2）當(dāng)熟已知Z死，V死，武出力N時:從供行水期滲末開致始逆撲時序倦列表壩計算鄭。已知蟲出力王列表決計算懶思路濃：假設(shè)協(xié)引用提流量Q，計職算出義力N’，判披斷N’與已絮知N是否更相等晴。相龍等則盼假設(shè)Q即為罩所求抖，否富則重鈴新假油設(shè)，田重復(fù)回上述望計算軌過程鐮。已知左出力撒時的跑列表封計算你情況晨：（3）已分知Z蓄，Z死時:若按厚已知己出力券計算草，則樂需先職假設(shè)鐵出力珍然后圍再按富已知睛出力揉時的爆列表毛計算弊法進(jìn)貌行計陵算。思路害：以供綢水期樸為例英，假鬼設(shè)供際水期及內(nèi)平雖均出劉力，兵然后鉗通過您與（1）、后（2）情突況相黎同的曾試算白過程魄，求通水位噸變化裹，看剩供水技期末在水位饒是否肆等于俗死水鎮(zhèn)位，雅來檢淘驗初啊始假矩設(shè)的膝等出課力是六否正燈確。假設(shè)矩的等欺出力期值（彼可用闖簡化順法估形算初飼始值蓬，為籌假設(shè)泥出力駕提供堡參考撫）簡化晴法估綠算出將力步愧驟：（1）由Z蓄、Z死，須應(yīng)用兵等流紗量法兵得調(diào)防節(jié)流己量19淺4m桃3/羽s。（2）供厘水期閘平均地蓄水倆量=V死+1計/2弊V興（3）查律庫容葵曲線突得上收游平黑均水己位。（4）由忠調(diào)節(jié)貞流量懲查下刪游水掃位流外量曲袋線得遠(yuǎn)下游紗平均禁水位（5）計金算供張水期坦平均悟水頭（6）根篩據(jù)N=襖AQ持H估算塘供水搭期平重均出游力為18梁.6謊(kw)已知Z蓄，Z死時斯按已政知出彩力計宜算表已知Z蓄，Z死時謎按已蹦知出荒力計毛算表先假輸設(shè)試算總結(jié)漁：棉水能由計算悼方法已知室：Z蓄、Z死：枝等流保量調(diào)皆節(jié)計濤算、冬等出并力計族算均危可Z蓄、N出力新：從各供水醉期初營開始干，已畫知出絮力列節(jié)表試工算Q已知食：Z死、N出力聲：從蠅供水快期末窯逆時哈序，解已知蘭出力妙列表抗試算Q第三墨節(jié)肉電力倍系統(tǒng)振及其燥容量析組成一、視電力狐系統(tǒng)翼及其叼用戶電力純系統(tǒng)：指艱若干董電站器與電聰力用哪戶之襪間用羽輸電育線連嫁接所勸成的宮一個績電力胳網(wǎng)。丹江口沈海熱電廠江蘇田壓彎核電廠電力爹系統(tǒng)坡內(nèi)各煤種不不同類礙型的罷電站禿，包畝括水電啦站、火電羨站、核電蜻站等，壓之間憶協(xié)同茶工作磁，互等相取緊長補(bǔ)效短，蜘可以飾充分川發(fā)揮辰各個麥電站詞的優(yōu)仙點，梯提高榆電力款系統(tǒng)角供電墨的可指靠性脈和經(jīng)域濟(jì)性透，節(jié)亂約電賊力系美統(tǒng)的舞投資厚與運摧行費趟用。電力飲用戶賤：按電突力用崖戶的焰生產(chǎn)剖特點醫(yī)和用淡電要挪求劃色分為工業(yè)尼用電、農(nóng)業(yè)局用電、市鎮(zhèn)組用電和交通療運輸變用電四大殘類。工業(yè)爺用電：是捎指工監(jiān)礦企抗業(yè)的屠各種常電動殼設(shè)備桂、電亦爐、準(zhǔn)電化燙裝置奸和車拍間照讓明等借方面華的用液電。農(nóng)業(yè)薪用電，是乞指電拘力排填灌、風(fēng)農(nóng)副恩產(chǎn)品跨加工芒、畜霉牧業(yè)羽及農(nóng)仿村生妙活與愈公用骨事業(yè)猛用電遵。市政用電，是指市政交通、給排水、通訊、各種照明、以及家用電器等方面的用電。交通見運輸欺用電，是下指電劍氣化疲鐵道鼻運輸觀用電映，它據(jù)在一鉛年內(nèi)印與一桌晝夜話間用灰電都姜是比映較均塞勻的蝦，但穿在一磚日內(nèi)密由于童火車鼠啟動號總要賣出現(xiàn)柳多次屆短時例間的姑劇烈扣高峰慌。電爐煉鋼、高爐供水、煤礦通風(fēng)和照明、醫(yī)院照明等。重要的工業(yè)用戶和電力提灌用戶其它不屬于一、二級的電力用戶均為三級用戶電力用戶二、衡電力魯系統(tǒng)巖負(fù)荷變圖電力丑用戶摧對電撫力系潤統(tǒng)中胳提出領(lǐng)的出舍力要滾求把電力系統(tǒng)中工、農(nóng)業(yè)、市鎮(zhèn)和交通運輸用電在不同時間內(nèi)對電力系統(tǒng)要求的出力疊加起來，再加上線損和廠用電，就得到了電力負(fù)荷隨時間的變化線。電力負(fù)荷的變化程度與用戶的性質(zhì)和組成有關(guān)。電力佛負(fù)荷日負(fù)荷圖電力扇負(fù)荷焰在一晝樹夜的變益化過情程線日負(fù)菌荷圖哥特征帶值：日最卡大負(fù)璃荷N"日平沈均負(fù)卷荷日最坡小負(fù)伐荷N′

為了表明日負(fù)荷圖的變化特性以及便于比較各日負(fù)荷圖，一般采用日平均負(fù)荷率和日最小負(fù)荷率兩個特征指標(biāo)值來表示日負(fù)荷特性。在一田個電肚力系鳴統(tǒng)中秋，若標(biāo)耗電黃工業(yè)奧占的坑比重紙較大廢，一熟般日委負(fù)荷到在一還日內(nèi)霜的變?nèi)腔^響均勻戶，γ往往繭較大務(wù)；當(dāng)賄系統(tǒng)仍照明凝負(fù)荷顧所占珠的比奴重較仙大時翠，γ則較恩小。日平姜均負(fù)任荷率輕：峰谷泄差較當(dāng)小，揭日負(fù)犯荷較報均勻晃時,β值較忌大，欠反之賞當(dāng)峰眨谷差翼較大迷，日魔負(fù)荷吼不均扮勻時,β值較驅(qū)小。日最肺小負(fù)憶荷率梁：利用香日負(fù)搜荷圖虎，可慢以比鋤較合然理地道確定汗所設(shè)逗計水尖電站乎的裝銹機(jī)容闊量、封合理屢的工歲作位裙置和蘿調(diào)節(jié)槐庫容部，以脆及一悼日內(nèi)御水量牲的分阻配等徒。年負(fù)荷圖電力貞負(fù)荷跌在一年細(xì)內(nèi)的變車化過姑程線年負(fù)學(xué)荷圖1-月最錄大負(fù)腦荷曲日線；2-月平定均負(fù)鑼荷曲扒線月平墨均年齊負(fù)荷芬曲線，又歡稱日壓平均底負(fù)荷厚年變順化曲昆線，逐它是嫩各月弊各日啄平均墾出力明的平唱均值黑的連隱線，赴此線帆下面婚所包扎圍的救面積垮即為身系統(tǒng)薪一年葉內(nèi)所央需要字的電機(jī)量。月最領(lǐng)大年的負(fù)荷俘曲線，又刻稱日威最大泊負(fù)荷摘年變課化曲住線，劇它是交月最惰大負(fù)似荷日詠的最累大負(fù)氣荷值象的連嶄線，弄它表齡示電冷力系宣統(tǒng)各蕉月所疫需的療工作并容量過。三、療電力極系統(tǒng)敢的容蜜量組鍵成電站處裝機(jī)險容量電站賊每臺灑機(jī)組釘?shù)念~亡定容腹量（爭發(fā)電慘機(jī)銘伐牌出轉(zhuǎn)力）唉之和敵。電力滋系統(tǒng)井的裝直機(jī)容郊量（N裝）即控為所檔有電鑄站裝竟機(jī)容最量的桃總和聯(lián)。電力系統(tǒng)裝機(jī)容量（N裝）

必需容量（N必）重復(fù)容量（N重）保證散電力圖系統(tǒng)療正常門工作息必不故可少嚷的容趨量。為提育高水暮量利梯用率改，在括水電席站多漲裝一鏟部分紋容量尤，利版用棄度水額捏外生舌產(chǎn)季忙節(jié)電必能，觸節(jié)省松火電翅站的物燃料衣耗費給。這冰部分通容量景并非仇保證語電力寄系統(tǒng)堪正常羊工作辯所必辮須，劑稱為竊重復(fù)把容量津（N重），錫又稱帳季節(jié)肢容量遇。最大次工作斤容量是為棄了滿尖足電炸力系問統(tǒng)的連最大欺負(fù)荷冠要求魂而設(shè)逆置的歪容量翻，應(yīng)桐等于戒月最皂大年授負(fù)荷帆圖中掛的最擔(dān)大負(fù)謹(jǐn)荷值溉。為了確保供電的可靠性和供電質(zhì)量，除最大工作容量外，電力系統(tǒng)還需設(shè)置備用容量。必需容量（N必）備用橡容量墳（N備）最大工作容量（N工）在電線力系獅統(tǒng)中淋為代炕替突卵然發(fā)蹦生事耗故的牢機(jī)組最進(jìn)行雞工作藥而設(shè)鄉(xiāng)豐置的沫負(fù)荷撫，稱群為事故始備用治容量侵（N事），其炮大小化控制便在系完統(tǒng)年鴉最大哥負(fù)荷曬值的10構(gòu)%左右.為了脅滿足姿系統(tǒng)怕短時徑超過狐設(shè)計禍最高稈負(fù)荷撞的跳叉動負(fù)途荷的冊要求晉，應(yīng)寶設(shè)置負(fù)荷師備用臥容量袖（N負(fù)），其痕大小濟(jì)根據(jù)職系統(tǒng)趕內(nèi)負(fù)鴿荷跳燈動較郵大的宰設(shè)備題情況呈而定梁，控葛制在鏡系統(tǒng)槐年最頃大負(fù)饞荷值醒的5%左右臨。其中粥：為了腔代替使檢修兵機(jī)組甚而專綢門設(shè)輛置的勾容量帶稱為檢修喇備用腥容量粱（N檢），一字般定廢期檢嫌修