1、第五章 水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式,目錄,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,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,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

2、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,（4）水電站出力： （5）水電站發(fā)電量,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,（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zV，求得。,2.蓄水式水電站 指

3、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),（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,（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 qV 換為 QN (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,

4、【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。,N保、E年 是水電站的動能指標 一. 保證出力計算 N保是水電站在長期工作中，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,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

5、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 代替 由 p設(shè)查曲線得Q保，則： N保=AQ保H,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。,（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 ：,三峽電站初期的

6、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10000.25=250億 三峽工程的總投資是1800億，1800250=7.2年。 考慮到三峽電站每年的電價

7、收益要扣除成本因素，大概15年能回收成本,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。,n為NN裝的月數(shù)，m為NN裝月數(shù)。,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,電力系統(tǒng)中電力電量平衡,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。,（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

8、最小負荷 基荷 腰荷 峰荷,腰荷,基荷,荷,峰,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（kwh）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。,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。,（2）年負荷

9、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,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510年，并以國民經(jīng)濟五年計劃相一致”，作為設(shè)計水平年。 【例】 葛洲壩第一臺機組，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。),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=？,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

10、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,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

11、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。,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）,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

12、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。,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=（1/21/7）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,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。

13、,棄水所 損失 的能量,豐水期,設(shè)計枯水年,豐水年,（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,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,（3）年調(diào)節(jié)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)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。所以在一般來水年份，多年調(diào)節(jié)稅電站在