水电站水能计算

第七章水电站水能计算7.1概述7.2水电站的保证出力和发电量计算7.3电力系统的负荷与容量组成7.4水电站装机容量的选择7.5水库防洪特征水位的选择本章内容结构：7.1概述7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料7.1.2水能利用的原理及开发方式第一节内容结构：内容：水能计算主要是确定水电站的动能指标——保证出力和多年平均年发电量，及其相应的主要参数——装机容量和水库的正常蓄水位。水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的重要环节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能计算。7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料目的：在规划设计阶段，假定若干个水库正常蓄水位方案，为最终确定电站规模提供依据；在运行阶段，根据水电站及水库的实际运行情况，计算水电站在各时段的出力和发电量，以便确定电力系统中各电站的合理运行方式。7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料基本资料：特性曲线——水库面积曲线和水库容积曲线；水文资料——坝址断面的、洪水及流域的降雨、蒸发等资料；用水资料——发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料；此外，还需要:电力系统负荷、水轮机特性、发电引水系统以及下游水位流量关系曲线等资料7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料水能利用的原理（1）水能的基本概念河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量，称为水能。在天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和夹带泥沙等方面。采取一定的工程技术措施后，可将水能变为电能，为人类服务。7.1.2水能利用的原理及开发方式（2）水能计算原理推导图7-1河段内蕴藏水能示意图N＝9.81QH(kw)WZEgvrP)(2112111WZEgvrP)(2222222).()(212121mkgHWWZZEEE)/.(21smkgQHNTWHTE7.1.2水能利用的原理及开发方式E＝AQH净T(kw.h)N＝9．81QH(kw)H净=H—△HA为出力系数，在初步规划设计估算时，大中型水电站可取A=7.5-8.5；小型水电站可取A＝6.5-7.5。理论值损失实际值)81.9QH81.9KWAQHQHN（＝＝净净净电水开发方式:集中落差和引取流量的方式。根据开发河段自然条件的差异，水能的开发方式主要有坝式、引水式、混合式三种。7.1.2水能利用的原理及开发方式1、坝式(蓄水式)水电站7.1.2水能利用的原理及开发方式2、引水式水电站7.1.2水能利用的原理及开发方式3、混合式水电站7.1.2水能利用的原理及开发方式7.2水电站的保证出力和发电量计算7.2.1水电站的保证出力与保证电能计算1、无调节、日调节水电站的保证出力与保证电能计算2、年调节水电站的保证出力与保证电能计算3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算7.2.2水电站的多年平均年发电量计算第二节内容结构：1、无调节、日调节水电站水能计算方法定义：因库容较小不能调节天然径流的水电站，称为无调节水电站。如果库存能够按发电要求调节一日以内的天然径流，称为日调节水电站。相同点：无调节、日调节水电站的出力计算，都以“日”为计算时段，故其保证出力N保为相应于设计保证率的日平均出力。差异：日调节水电站的上下游水位，随一日之内的用水量不同而发生变化。例7-1某河床式水电站为无调节水电站，具有18年径流资料，其系列的代表性较好，有关资料列入表7-1中，设计保证率P=80%。试推求该水电站的保证出力N保和日保证电能E保。（1）分组；（7）出力；（2）求可能引用的发电流量；（8）累积出现次数；（3）上游水位；（9）累积频率；（4）下游水位；（10）保证时间；（5）水头损失；（11）求保证出力；（6）净水头；（12）求日保证电能1、无调节、日调节水电站水能计算方法日平均流量分组（m3/s）各组日平均流量中值m3/s引用及损失流量m3/s发电流量Q电m3/s上游水位Z上（m）下游水位Z下（m）水头损失⊿Hm净水头H净（m）出力NkW各组出现次数（日）累积出现次数（日）累积频率P（%）保证时间(按年计)t=8760P（h）①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112132202204216295.85276.381.118.37317405985989.1797220～1802004196295.85276.321.118.432890012572311.0964180～1401604156295.85276.231.118.5223110361108416.51445140～1201305125295.85276.101.118.6518650598168225.62243120～1001105105295.85276.021.118.7315730690237236.13162100～8090585295.85275.901.118.85128202260463270.5617680～6070664295.85275.801.118.9597001373600591.4800760～4050644295.85275.651.119.106720315632096.2842740～2030624295.85275.451.119.303710171649198.886552020614295.85275.301.119.4521807965701008760例题7-1解答1、无调节、日调节水电站水能计算方法2、年调节水电站水能计算定义：水库的兴利库容能够对一年内的天然径流进行重新分配，将丰水期的余水量蓄起来提高枯水期的发电流量、这类水电站称为年调节水电站。方法：设计枯水年法和长序列法方案比较阶段一般采用设计枯水年法；对选定方案要求较详细的水能计算可采用长系列法。等流量法和等出力法设计枯水年法实测径流序列设计枯水年径流设计年径流量年内分配兴利调节计算设计枯水年供水期调节流量供水期的平均出力，即为年调节水电站的保证出力等流量或等出力水能计算频率计算长序列法实测径流序列逐年进行兴利调节计算各年供水期的平均出力绘制供水期平均出力保证率曲线年调节水电站保证出力各年供水期逐年进行供水期水能计算频率计算（1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算图7-8设计枯水年调节流量计算示意图供水期的调节流量QP供为QP供＝（W供＋V兴）/T供蓄水期的调节流量QP蓄为QP蓄＝（W蓄－V兴）/T蓄原理：例7-2：以发电为主的某年调节水电站，设计保证率P=90%，水库正常蓄水位为133.0m，死水位为110.0m，水库水位库容关系、下游水位流量关系如表7-2。由分析计算得出坝址处的设计枯水年流量过程，如表7-3中①、②栏。初步计算暂不计水库的水量损失，水头损失按1.0m计算。试用等流量法推求该水电站的保证出力和保证电能。（1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算时间(月)天然流量Q天（m3/s）引用流量Q引（m3/s）水库蓄水(+)或供水(-)弃水流量Q弃m3/s时段末蓄水量V末(（m3/s）.月）平均蓄水量(（m3/s）.月）上游平均水位Z上（m）下游平均水位Z下（m）水头损失⊿H（m）平均净水头（m）平均出力N（kW）月发电量E（万kW·h）⊿Q（m3/s）⊿W（m3/s）①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩11121314319.819.8007.707.70110.082.901.026.104134302414.914.9007.707.70110.082.901.026.103111227541.535.06.506.5014.2010.95114.283.651.029.558274604655.335.020.3020.3034.5024.35126.583.651.041.8511718855730.230.20034.5034.50133.083.451.048.551173085683.516.2-12.65-12.6521.8528.18129.082.701.045.305853427928.816.212.6512.6534.5028.18129.082.421.045.305853427109.812.1-2.26-2.2632.2433.37132.382.421.048.884716344118.712.1-3.36-3.3628.8830.56130.882.421.047.384571334125.912.1-6.16-6.1622.7225.80127.882.421.044.38428231313.812.1-8.26-8.2614.4618.59122.282.421.038.78374127325.312.1-6.76-6.767.7011.08114.582.421.031.082999219∑227.5227.5005181表7-3某年调节水电站等流量水能计算（不计水量损失，P=90%）净HV例7-3：根据例7-2资料，按等出力试算法求该水电站的保证出力N保及保证电能E保。（2）用等出力法进行设计枯水年的水能计算时间(月)已知出力NkW天然流量Q天m3/s引用流量Q引m3/s水库蓄水(+)或供水(-)弃水流量Q弃m3/s时段末蓄水量Q末m3/s平均蓄水量m3/s上游平均水位Z上（m）下游平均水位Z下（m）水头损失⊿Hm平均净水头m校核出力NkW⊿Qm3/s⊿Wm3/s①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩11121314934.5(10)(4000)(9.8)(10.10)(-0.3)(-0.3)(34.2)(34.35)(133.02)(82.25)(1.0)(49.77)(4021)1011400040009.88.710.0510.17-0.25-1.47-0.25-1.4734.2532.7834.3833.52133.05132.4682.2482.261.01.049.8149.20400540031240005.910.59-4.69-4.6928.0930.44130.4582.271.047.18399712400040003.85.311.6514.18-7.85-8.88-7.85-8.8820.2411.3624.1715.8126.32118.882.3882.551.01.042.9435.2540023999934.51011425042509.88.710.6910.92-0.89-2.22-0.89-2.2233.6131.3934.0632.5133.0132.082.3082.341.01.049.7048.66425042511242505.911.58-5.68-5.6825.7128.55129.282.361.045.844247142503.813.10-9.30-9.3016.4121.06124.082.471.040.534248242505.318.10-12.80-12.803.6110.01113.282.821.029.384254表7-4某年调节水电站等出力水能计算（未计水量损失，P=90%）V净H3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算水库的兴利库容较大，能够对几年甚至几十年的天然径梳进行重新分配，将丰水年组的余水蓄存起来，提高枯水年组的发电流量，这类水电站称为多年调节水电站。当水库经过多年调节，在相对于设计保证率的枯水年组内所发出的平均出力。称为多年调节水电站的保证出力。在设计枯水年组内的总发电量为保证电能，但电力系统都是以年来计算发电量的，故将按保证出力连续工作一年的发电量，作为多年调节水电站的保证电能。定义•特点当水电站水库进行多年调节时，丰水年蓄存在水库中的多余水量，可以调配到连续几个枯水年份使用，因此，多年调节水电站的特点是其水库能进行年际间的水量调配，调节周期可长达若干年，使水电站在连续枯水年组内得到相同的平均出力和年发电量。3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算（1）按水电站的设计保证率P设计算水库正常供水允许破坏的年数T破＝n-P设(n+1)；（2）从年径