第五章水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運轉(zhuǎn)方式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(fù)荷圖33水電站在電力系統(tǒng)中的運轉(zhuǎn)方式44本章思索題及課外延伸5水能計算目的

主要在于確定水電站的任務(wù)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(jī)容量等〕及其在電力系統(tǒng)中的運轉(zhuǎn)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

一.水利發(fā)電的根本原理1.水流功率〔出力〕伯努利方程：

水體分量：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2.水電站出力

〔1〕水電站：能量轉(zhuǎn)換安裝——水能機(jī)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，構(gòu)成水電站水頭H

用水庫或調(diào)理池調(diào)理援用流量

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〔4〕水電站出力：

〔5〕水電站發(fā)電量

二.水能計算的根本方法

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)理類型有關(guān)

1.徑流式水電站——靠天然徑流發(fā)電的水電站〔1〕無調(diào)理水電站〔如葛洲壩水電站〕

〔2〕日調(diào)理水電站：將一日內(nèi)日水量重新分配

與無調(diào)理類似，不同在于采用日平均水位。即，由查z～V，求得。

2.蓄水式水電站

指長期調(diào)理水電站〔年或多年調(diào)理〕。

年調(diào)理水電站

有較大的V興——年內(nèi)水量調(diào)理，調(diào)理周期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)思索水電站的調(diào)理方式等流量調(diào)理、定出力調(diào)理

〔1〕等流量調(diào)理〔列表法〕

利用V興，使水電站援用流量均勻，等流量

蓄水期

供水期

不蓄不供期

〔2〕定出力調(diào)理〔半圖解法〕知各時段所需負(fù)荷〔出力〕N，反求Q和H〔即V2〕半圖解法——方法原理〔與調(diào)洪計算半圖解法類似〕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〕繪任務(wù)曲線2〕水能計算〔順時序計算〕由〔3〕式，知N,V1,Q凈計算Q【例】某水電站的正常蓄水位高程為180m，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)電需求流量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。

N保、E年是水電站的動能目的

一.保證出力計算

N?！撬娬驹陂L期任務(wù)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

1.徑流式水電站〔日或無調(diào)理〕

〔1〕長系列法由n年徑流資料進(jìn)展n年水能計算，得n365個，按遞減陳列由計算p，繪

由p設(shè)′〔歷時設(shè)計保證率〕查曲線得N保，

〔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：繪制替代由p設(shè)′查曲線得Q保，那么：N保=AQ保H

2.蓄水式水電站年調(diào)理水電站：p設(shè)——年保證率N?！娬驹诙嗄耆蝿?wù)期間，與設(shè)計保證率〔p設(shè)〕相應(yīng)的供水期的平均出力?！惨蚬┧谟盟秒娋o張〕

〔1〕長系列法：對n年資料進(jìn)展逐年逐時段〔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。

〔2〕典型年法：由p設(shè)選設(shè)計枯水年，對此年供水期進(jìn)展水能計算，得設(shè)計枯水年的平均出力，那么：N保=AQ調(diào)H供

〔3〕簡化法：三峽電站初期的規(guī)劃是26臺70萬千瓦的機(jī)組，也就是裝機(jī)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)建立地下電站，建6臺70萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)。在加上三峽電站本身的兩臺5萬千瓦的電源電站。總裝機(jī)容量到達(dá)了2250萬千瓦，年發(fā)電量1000億度。直接把裝機(jī)容量乘以一年的時間來計算年發(fā)電量的方法是錯誤的。他能保證一年里所以的機(jī)組滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)嗎？一定不行。首先是水不夠，其次是機(jī)組也要檢修。所以不能夠在一年內(nèi)一切的機(jī)組都時時辰刻運轉(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。思索到三峽電站每年的電價收益要扣除本錢要素，大約15年能回收本錢

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)定目的。

n為N<N裝的月數(shù)，m為NN裝月數(shù)。

一.電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)由假設(shè)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(fù)荷圖

電力系統(tǒng)中電力電量平衡二.電力負(fù)荷圖

電力負(fù)荷：任何時間內(nèi)，電力系統(tǒng)中各電站的處置過程和發(fā)電量必需與用戶對出力的要求和用電量相順應(yīng)，這種對電力系統(tǒng)提出的出力要求，常被稱為電力負(fù)荷。

電力負(fù)荷圖：電力系統(tǒng)中一切用戶所需出力N〔負(fù)荷〕隨時間t的變化曲線。

〔1〕日負(fù)荷圖電力系統(tǒng)的負(fù)荷N，在一晝夜24小時內(nèi)的變化過程。如圖，N〞——最大負(fù)荷N——平均負(fù)荷N′——最小負(fù)荷

基荷腰荷峰荷腰荷基荷荷峰

日電能累積曲線是日負(fù)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(fù)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(biāo)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(fù)荷的最高點，各交點的連線gabcd便是日電能累積曲線。特性：

〔1〕在最小負(fù)荷N′以下，負(fù)荷無變化，故是直線；〔2〕在N′以上，負(fù)荷有變化，故cd為向上凹曲線段。d點橫坐標(biāo)為一晝夜的電量；〔3〕延伸直線段gc，與d點的垂線df相交于e點，那么e點的縱坐標(biāo)就表示平均負(fù)荷N。

〔2〕年負(fù)荷圖:負(fù)荷N在年內(nèi)的變化過程。一年內(nèi)各日的最大負(fù)荷值所連成的曲線一年內(nèi)各日的平均負(fù)荷值所連成的曲線

三.設(shè)計負(fù)荷程度年——規(guī)劃時，以某一遠(yuǎn)景年份上的負(fù)荷程度作為設(shè)計根據(jù)。如何做？“以第一臺機(jī)組投入運轉(zhuǎn)后的5～10年，并以國民經(jīng)濟(jì)五年方案相一致〞，作為設(shè)計程度年?！纠扛鹬迚蔚谝慌_機(jī)組，1979+10=1989，取1990年作為設(shè)計程度年〔即，以此年的供電范圍、用電程度編制設(shè)計程度年的及典型日負(fù)荷圖。)

四.電力系統(tǒng)的容量組成知：設(shè)計程度年的用電程度：求：系統(tǒng)總裝機(jī)容量N系裝=？二、電力負(fù)荷容量組成正常用電，必需滿足兩個條件：電力(容量)平衡：機(jī)電設(shè)備容量(出力)不小于最大負(fù)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)懷電力平衡。容量又稱裝機(jī)容量。由以下幾方面組成：最大任務(wù)容量(N工):備用容量〔N備〕:負(fù)荷備用、檢修備用、事故備用反復(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重電力系統(tǒng)中一切電站的裝機(jī)容量的總和——N裝，是影響工程投資和效益的重要目的。電站裝機(jī)容量：N系,裝=N〞系,工+N系,備+N重N〞系工——系統(tǒng)最大任務(wù)容量。指設(shè)計程度年電力系統(tǒng)負(fù)荷最高〔普通在冬季枯水季節(jié)〕時，一切電站能擔(dān)負(fù)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(dāng)系統(tǒng)在最大負(fù)荷時發(fā)生負(fù)荷跳動，因此短時間超越了設(shè)計最大負(fù)荷時，或者機(jī)組發(fā)生偶爾停機(jī)事故時，或者進(jìn)展停機(jī)檢修等情況，都需求預(yù)備額外的容量，稱系統(tǒng)備用容量。N重——反復(fù)容量。利用部分棄水額外增發(fā)季節(jié)性電能，只添加額外容量，不添加投資。由于這部分容量并非保證電力系統(tǒng)正常任務(wù)所必需，故稱反復(fù)容量。N〞系,工N系,備N重N系,裝第四節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運轉(zhuǎn)方式

運轉(zhuǎn)方式水電站在電力系統(tǒng)負(fù)荷圖上的任務(wù)位置〔不同時期〕或系統(tǒng)負(fù)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(jì)、資源充分利用〔緣由——負(fù)荷不均勻、電站特性不同〕一、水電站的任務(wù)特點1出力和發(fā)電量取決于天然徑量；2順應(yīng)負(fù)荷的猛烈變化〔啟動快、增減負(fù)荷靈敏〕；3工程投資比較大，工期較長；4運轉(zhuǎn)費用較低；5調(diào)度復(fù)雜。水電站

一.水、火電站的任務(wù)特性電力系統(tǒng)中一切用戶所需出力N〔負(fù)荷〕隨時間t的變化曲線。負(fù)荷N：用戶所需出力+廠用電+輸電損失啟動靈敏，宜任峰荷任務(wù)可靠性差〔徑流隨機(jī)〕運轉(zhuǎn)費用低，電能本錢低u水=〔1/2～1/7〕u火無原料費〔用水〕，廠用電少運轉(zhuǎn)費與發(fā)電量無關(guān)啟動緩慢，宜任基荷任務(wù)可靠性高運轉(zhuǎn)費用高，運轉(zhuǎn)費u火與E成正比燃料費用所占比艱苦，且污染火電站

二.水電站在系統(tǒng)中的任務(wù)位置〔運轉(zhuǎn)方式〕〔1〕無調(diào)理水電站——只宜任基荷，運轉(zhuǎn)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

〔2〕日調(diào)理水電站——在枯水期，擔(dān)任峰荷；在豐水期，可以擔(dān)任腰荷或基荷設(shè)計枯水年峰荷基荷腰荷

日調(diào)理水電站任務(wù)位置確實定E輔助曲線：該線距日電能累計曲線的程度間隔均等于日電能量E水日N輔助曲線：該線距日電能累計曲線的垂直間隔均等于裝機(jī)容量N水裝

〔3〕年調(diào)理水電站——既可作基荷，也可作峰荷

設(shè)計枯水年豐水年〔4〕多年調(diào)理水電站多年調(diào)理水庫普通總是同時進(jìn)展年調(diào)理和日調(diào)理。因此，其徑流調(diào)理程度和水量利用率都比年調(diào)理水庫的大。多年調(diào)理水庫的相對庫容較大，水電