水利水能规划第6章

第六章水电站及水库的主要参数选择目录水电站装机容量选择1以发电为主的水库特征水位的选择2本章思考题及课外延伸33第一节水电站装机容量选择电力系统中所有电站的装机容量的总和：N装——影响工程投资和效益水电站装机容量：N水,装=N〞水,工+N水,备+N重N〞水,工——水电站最大工作容量。指设计水平年电力系统负荷最高（一般在冬季枯水季节）时，水电站能担负的最大发电容量。N水,备——水电站备用容量。为了确保系统供电的可靠性和供电质量，当系统在最大负荷时发生负荷跳动，因而短时间超过了设计最大负荷时，或者机组发生偶然停机事故时，或者进行停机检修等情况，都需要准备额外的容量，称水电站备用容量。N重——重复容量。利用部分弃水额外增发季节性电能，只增加额外容量，不增加投资。由于这部分容量并非保证电力系统正常工作所必需，故称重复容量。本节分别介绍N〞水,工N水,备N重N〞水,工+N水,备=N水,必必需容量一.水电站最大工作容量N〞水,工选择（1）选择原则1.原则一：工作可靠在确定水电站的最大工作容量时，须进行电力系统的电力（出力）平衡和电量（发电量）平衡。系统电力平衡系统电量平衡系统容量平衡工作可靠的三个基本要求第一个基本要求：系统电力平衡——就是电站的出力（工作容量）须随时满足系统的负荷要求。N〞水,工+N〞火,工=P〞系系统内所有水电站的最大工作容量（kw）系统内所有火电站的最大工作容量（kw）系统最大负荷（kw）对于规划中拟建水电站，最大工作容量N〞水,规＝N〞水,工－N〞水,建第二个基本要求：系统电量平衡——一般选择设计枯水年的来水过程，作为计算基础，要求所有电站的保证供电量等于任何时段内系统所要求保证的供电量E水,保+E火,保=E系,保该时段水电站能保证的出力与相应时段小时数的乘积（kwh）该时段火电站有燃料保证的工作容量与相应时段小时数的乘积（kwh）系统所要求的保证供电量（kwh）第三个基本要求：系统容量平衡——确定所有电站各时段在电力系统年负荷图上的工作容量、各种备用容量和重复容量，并检查有无空闲容量和受阻容量。2.原则二：经济尽量增加N〞水,工原因：水电站补充单位电量投资低，仅增加机电投资水电站在电力系统日负荷图上的工作位置不同最大工作容量不同（1）担任电力系统基荷N〞水,工=N〞水,保（保证出力）（2）担任电力系统腰荷N〞水,工=N〞水,保×24/10(设工作10小时/日)（3）担任电力系统峰荷N〞水,工=N〞水,保×24/t(设工作t小时/日)尽量改变水电站在系统负荷图上的工作位置，使其担任系统的峰荷。（对于调节水库的水电站，设计枯水期担任峰荷丰水期担任基荷）（2）无调节水电站N〞水,工确定无调节水电站的水库，几乎没有任何调节能力，水电站任何时刻的出力变化，只决定于河流中天然流量的大小。因此，这种电站被称为径流式电站，一般只能担任电力系统的基荷。NN’’水工水电站024t最大工作容量等于按历时设计保证率所求出的保证出力N〞水,工=N〞水,保=9.81ηQ设H设设计枯水日的平均流量（m3/s）日平均净水头（m）（3）日调节水电站N〞水,工确定：仍先计算日调节水电站的保证出力：N〞水,保=9.81ηQ设H设(kw)设计枯水日的平均流量（m3/s）日平均净水头（m）日保证电能量为：E水,保,日=24N〞水,保（kwh）分两种情况探讨：①作峰荷②部分基荷①日调节水电站作峰荷（a）根据电力系统设计水平年冬季典型日最大负荷图，绘出其日电能累计曲线；（b）在日电能累计曲线上的a点向左量取ab，使其值等于E保，日；（c）再由b点向下作垂线交日电能累计曲线于c点，bc所代表的值即为日调节水电站的最大工作容量N〞水,工；（d）由c点作水平线与日负荷图相交，即可求出日调节水电站在系统中所担任的峰荷位置。②担任部分基荷如下游航运、供水等要求泻放一部分工作容量基荷最大工作容量N〞水,工=N基+N峰基荷工作容量峰荷工作容量基荷工作容量N基=9.81ηQ基H设峰荷工作容量N峰——同上（N峰=N保—N基）具有综合利用要求时，日调节水电站最大工作容量的确定。（4）年调节水电站N〞水,工确定：符号概念：调节库容V年调多年平均年来水量W年设计枯水年供水期T供天然来水量W供平均水头H供水量调节，平均调节流量Q调：Q调=（W供+V年调）/T供保证出力：N保,供=9.81ηQ调H供保证电能：E保,供=N保,供T供依据：供水期电力电量平衡E保,供=E水,供+E火,供N〞系=N〞水,工+N〞火,工（冬季典型日负荷图）原则：使E水,供=E保,供，尽量增大N〞水,工（任峰荷）方法：绘制N〞水,工——E水,供曲线，由E保,供=E水,供求得N〞水,工步骤：（见下页图）（1）选择设计枯水年，绘制最大负荷N〞—t图，并划分供水期。在供水期内，水电站担任峰荷或腰荷（2）为建立N〞水,工—E水,供之间关系，假定若干个N〞水,工，计算对应的E水,供方法:（a）假定若干个N〞水,工1，N〞水,工2，N〞水,工3，……（图3）（b）作供水期各月份典型日负荷图（下页图为12月）；再按日调节水电站担任峰荷时求最大工作容量的方法，求出对应的E1，E2，E3，……（c）求各方案供水期保证电能（d）作出N〞水,工—E水,供曲线E日E月E月E水，供30.4供水期求和等于（3）根据设计枯水年供水期内的保证电能E保,供，就可以在关系曲线上求出年调节水电站的N〞水,工。E保,供查曲线N〞水,工（4）最后，定出水电站工作位置（方法见下页）日电能方法：①在最大工作容量N〞水,工图上，作水平线，其上为N〞水,工，表示各月份的工作容量——称系统出力平衡图②在日平均负荷图上，要通过日电能计算：24iEN水、火电站之间的分界线并非是一根直线，因N×24×30.4加起来，为电能。所以，此图又称系统电能平衡图（5）多年调节水电站N〞水,工确定：原则、方法与年调节相同年调节水电站区别多年调节水电站计算设计枯水年供水期平均出力、保证电能按此期间担任峰荷求N〞水,工计算设计枯水系列年的平均出力、保证电能按枯水年全年担任峰荷求N〞水,工二.系统备用容量N备的确定N系备=N系负备+N系事备+N系检备1.负荷备用容量应付突然增加的冲击负荷。当这种突荷出现时，不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值，从而影响供电的质量。作为调频电站一般N系负备=(2～5)%N〞系（N〞系——系统最大负荷）二.系统备用容量N备的确定N系备=N系负备+N系事备+N系检备1.负荷备用容量应付突然增加的冲击负荷。当这种突荷出现时，不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值，从而影响供电的质量。作为调频电站一般N系负备=(2～5)%N〞系（N〞系——系统最大负荷）调频电站：担任电力系统负荷备用容量的电站。多设在有调节（尤其调节性能好、离负荷中心近）水电站，而无调节水电站、火电站不负担负荷备用。调频电站的选择，应能保证电力系统周波稳定、运行性能经济为原则。2.事故备用容量在电力系统中，当有机组发生事故时，能够立即顶替事故机组工作——事故备用容量一般，N系事备=(8～10)%N〞系（N〞系——系统最大负荷）且不小于系统中最大单机容量。在系统电站间分配N系事备系事备系水，工水事备NNNN''''确定：依据容量平衡图（1）在系统日最大负荷曲线图上，系统最大负荷N〞系水平线与负荷曲线之间的面积未被利用的空间容量可安排机组大修（F检）（2）如果F检不能满足要求，则须另外增加检修备用容量N检备3.检修备用容量检修安排：火电机组：1年1次，30~45天，多水季节水电机组：2年1次，20~30，枯水、低负荷时三.水电站重复容量N重的确定由于河流水文情况的多变性，汛期流量往往比枯水期流量大许多倍，根据设计枯水年确定的水电站最大工作容量，尤其无调节水电站及调节性能较差的水电站，在汛期会产生大量弃水。为了减少无益弃水，提高水量利用系数，可考虑额外加大水电站的容量，使它在丰水期内多发电。这部分增大的容量，在设计枯水期内，由于河道中来水少而不能当作电力系统的工作容量以替代火电站容量工作，因而被称作重复容量。它在系统中主要是发季节性电能，以节省火电站的燃料费用。在调节性能差的水电站，设置N重可以利用弃水发E季，节省火电煤耗，而获得效益。N重不能替代火电容量，故要额外增加水电站的投资和年运行费。选择N重随着重复容量的逐步增大，无益弃水量逐渐减少，因此可发的季节性电能并不能与重复容量呈正比例增加。——选定重复容量的动能经济计算假设：N重——额外设置的重复容量；h经济——平均每年经济合理的工作小时数；则生产的电能量E季=N重h经济可节省的火电站燃料年费用：aN重h经济f设置N重的年费用为：C=N重k水[(A/P,is,n)+P水]年本利摊还因子（P89)k水—水电站补充千瓦造价（元/kw）；is—额定资金年收益率；n—重复容量设备的经济寿命；P水—水电站补充千瓦容量的年运行费用率p水=2~3%a—系数，因水电厂发1kwh电量，可替代火电厂1.05kwh,故a=1.05f—火电厂发1kwh电量所需的燃料费[元/（kwh)]——选定重复容量的动能经济计算则，在经济上设置N重的有利条件为：aN重h经济fN重k水[(A/P,is,n)+P水]即：h经济k水[(A/P,is,n)+P水]/a/f节省消耗（1）无调节水电站重复容量的选定在N〞水,工水平线之上，设置N重，增发E季=N重h设效益B=aE季f=aN重h设db增加N重，让h=h经济（见上面计算公式）对应h经济的N，就是N重系数1.05燃料价格单位电能消耗燃料重（2）日调节水电站重复容量的选定原则、方法与上基本相同日调节水电站：在枯水期，一般总是担任电力系统的峰荷。在汛期，当必需容量N必全部担任基荷后，还有弃水时，才考虑设置重复容量。N必N重N装h经济h必h设日调节水电站重复容量的选定（3）年调节水电站重复容量的选定①对所有水文年资料进行径流调节，作多年平均的年持续时间~弃水流量曲线②换算为弃水出力年持续曲线③再利用公式计算h经济④对应的N重四.水电站装机容量N水装的确定步骤：（1）收集基本资料（2）确定N〞水,工（3）确定N水,备（4）确定N重（5）选择水电站装机容量N水装=N〞水,工+N水,备+N重同时参考制造厂家机组系列，定出：机型、台数、出力（6）检修安排（7）系统电力电量平衡①系统最大负荷年变化线②系统要求的可用容量控制线③系统装机容量控制线①系统最大负荷年变化线，在此控制线下，各类电站安排的最大工作容量N〞系，工，要能满足系统最大负荷要求；②系统要求的可用容量控制线，在此控制线下，各类电站安排必须容量N〞系，必，要能满足系统要求；③系统装机容量控制线，在此控制线下，系统装机容量N系，工包括水、火电站全部装机容量，要求达到电力系统的安全、经济、可靠的要求。②与③之间的容量，表示系统各月的空闲容量和处在计划检修中的容量，以及由于各种原因而无法投入运行的受阻容量。以下几种情况要进行动能经济比较，研究预留机组的合理性：（1）在水能资源缺乏而系统负荷增长较快的地区，要求本水电站承担远景更多的尖峰负荷；（2）远景在河道上游将有调节性能较好的水库投入工作，可以增加本电站保证出力等动能效益。（3）在设计水平年的供电范围内，如水电站的径流利用程度不高，估计远景电力系统的供电范围扩大后，可以提供本电站的水量利用率。第二节以发电为主的水库特征水位的选择一.正常蓄水位的选择Z蓄正常蓄水位是指水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求，在开始供水前应蓄到的最高水位。多年调节水库—在连续若干丰水年后才能蓄到正常蓄水位；年调节水库——在每年供水期前蓄到正常蓄水位；日调节水库—每天在水电站调节峰荷以前蓄到正常蓄水位；无调节水电站——任何时候在正常蓄水位。1、与防洪的关系2、与发电的关系3、与供水的关系（灌溉、城镇供水）4、与航运的关系正常蓄水位增高1、投资和年运行费增加2、淹没损失增加3、地质条件复杂正常蓄水位与各水利部门效益之间的关系选择Z蓄的方法（1）拟定比较方案在Z蓄上、下限范围内拟定比较方案上