水能計(jì)算及水電站主要參數(shù)選擇.doc

第11章 水能計(jì)算及水電站主要參數(shù)選擇 46什么是水能計(jì)算，它的目的和任務(wù)是什么？ 水能開發(fā)的主要方式是水力發(fā)電。水電是一種清潔的能源。 我國水能資源十分豐富，水能資源理論蘊(yùn)藏量為6.8億千瓦，可開發(fā)水能資源為3.8億千瓦，居世界第1位。但目前我國水能資源開發(fā)利用程度還比較低，水能資源總開發(fā)利用率不足20%。從全國看，我國待開發(fā)的水能資源主要集中在西南和西北地區(qū)，同時(shí)小水電的開發(fā)也具有廣闊的前景。 水電站的裝機(jī)容量、出力和發(fā)電量等是水電站重要的指標(biāo)。有關(guān)水電站出力、發(fā)電量和其他參數(shù)的計(jì)算稱為水能計(jì)算。 在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行水能計(jì)算的目的主要是選擇和水電站及其水庫有關(guān)的參數(shù)，如水電站裝機(jī)容量、正常蓄水位、死水位等。 在運(yùn)行階段，水電站的規(guī)模已經(jīng)確定，進(jìn)行水能計(jì)算的目的主要是為了確定水電站在電力系統(tǒng)中最有利的運(yùn)行方案。 47什么是電力系統(tǒng)，什么是電力系統(tǒng)負(fù)荷圖？ 在一個(gè)區(qū)域中，將各種發(fā)電站用輸電線路聯(lián)系起來統(tǒng)一向用電戶供電稱為電力系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)的容量和發(fā)電量應(yīng)滿足國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的需要。電力系統(tǒng)的負(fù)荷是隨時(shí)變化的。目前，電力還不能大規(guī)模地儲(chǔ)存，故系統(tǒng)中各種電站的發(fā)電出力需按照負(fù)荷的變化而變化。電力系統(tǒng)負(fù)荷圖即為反映電力系統(tǒng)負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖線。 （1）電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖 文字教材中的圖11.14為電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖及電能累計(jì)曲線。該圖左邊為日負(fù)荷圖，其縱軸表示電力負(fù)荷（單位為萬千瓦或者兆瓦），橫軸表示時(shí)間（單位為小時(shí)）。電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖表示在一天之內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間變化的情況。按照負(fù)荷變化的情形，日負(fù)荷圖可分為峰荷、腰荷、基荷三個(gè)區(qū)（如文字教材圖11.13所示）。圖11.14的右邊為日電能累計(jì)曲線，它表示電力負(fù)荷與其相應(yīng)的日電能的關(guān)系。不同負(fù)荷在日負(fù)荷圖中對應(yīng)的面積即為日電能，在圖中以橫坐標(biāo)表示。 （2）電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖 電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖又分為年最大負(fù)荷圖和年平均負(fù)荷圖。年最大負(fù)荷圖表示系統(tǒng)每天的最大負(fù)荷在一年中的變化情況。年平均負(fù)荷圖表示系統(tǒng)每日的平均負(fù)荷在一年內(nèi)的變化情況。圖11.15即為電力系統(tǒng)的年最大負(fù)荷圖，圖11.16為電力系統(tǒng)的平均負(fù)荷圖。這兩幅圖實(shí)際上都進(jìn)行了簡化，即認(rèn)為在一個(gè)月內(nèi)日最大負(fù)荷和日平均負(fù)荷是不變的，故兩種年負(fù)荷圖都呈階梯形。 需注意，日負(fù)荷圖和年負(fù)荷圖存在著對應(yīng)關(guān)系。 48什么是水電站保證出力？ 水電站利用水能生產(chǎn)電能。如前述，河川徑流具有不均勻性和隨機(jī)性，因水電站水庫的調(diào)節(jié)能力是有限的，故使水電站能夠提供的電能具有隨機(jī)性。 在電力系統(tǒng)中，電力負(fù)荷是由火電站、水電站以及核電站共同承擔(dān)的（目前我國核電站裝機(jī)容量和發(fā)電量所占比率均很?。?，為使電力系統(tǒng)安全、可靠地滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門的需要，要求水電站能夠按照一定保證率，比較有把握地承擔(dān)電能和負(fù)荷。 保證出力是水電站在長時(shí)期工作中，相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率的控制時(shí)段（比如供水期或枯水期）的平均出力。保證出力的概念十分重要。首先應(yīng)明確，保證出力具有統(tǒng)計(jì)意義，它相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率。 另外，保證出力雖然是“出力”，其單位是千瓦或者兆瓦，但它是一個(gè)時(shí)段的平均出力，故實(shí)際上保證出力表示的是水電站提供電能的能力，而不是承擔(dān)電力系統(tǒng)瞬時(shí)負(fù)荷的能力?？梢哉f，保證出力是表示水電站能夠有把握地承擔(dān)多少電能的指標(biāo)（水能計(jì)算中，又將符合設(shè)計(jì)保證率的水電站在控制時(shí)段內(nèi)提供的電能稱為保證電能。實(shí)際上，保證電能和保證出力的意義相同，只是表達(dá)方式不同）。 再有，保證出力的控制時(shí)段是指水電站發(fā)電受到限制的時(shí)段。一般情況下，水電站發(fā)電受水量限制，控制時(shí)段就是枯水期或供水期，但也可能有其他情況。如低水頭徑流式電站，豐水期可能因水頭減小，發(fā)電受到限制。又如有的水利樞紐可能因?yàn)榫C合利用的其他要求，使發(fā)電受到限制。對于類似這樣的情況，保證出力的控制時(shí)段需另作具體分析。 還應(yīng)當(dāng)明確，保證出力實(shí)際上是水電站正常工作的最小平均出力。 文字教材中介紹了不同調(diào)節(jié)能力的水電站進(jìn)行保證出力計(jì)算的具體方法，同時(shí)提供了例題。 49電力系統(tǒng)的容量如何組成，各部分容量有何意義？ 從不同角度進(jìn)行分析，電力系統(tǒng)的容量組成情況不同。 進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，對于電力系統(tǒng)的容量應(yīng)按照需要分別考慮，此時(shí)可將電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量看為由以下幾部分組成： （1）最大工作容量。滿足系統(tǒng)最大負(fù)荷要求的容量稱為最大工作容量。系統(tǒng)的最大工作容量應(yīng)等于電力系統(tǒng)的年最大負(fù)荷值。 （2）備用容量。備用容量又包括： 1）負(fù)荷備用容量。即為平衡系統(tǒng)的跳動(dòng)負(fù)荷（突荷）而設(shè)置的備用容量。系統(tǒng)負(fù)荷的變化是不平緩的，有時(shí)（如大型機(jī)電設(shè)備啟動(dòng)、大量用戶同時(shí)開始用電等）可能出現(xiàn)集中增加的負(fù)荷，此時(shí)需由負(fù)荷備用容量來平衡。 2）事故備用容量。當(dāng)系統(tǒng)中機(jī)組突然出現(xiàn)故障時(shí)，需要替補(bǔ)機(jī)組投入運(yùn)行，為此設(shè)置的備用容量為事故備用容量。 3）檢修備用容量。為保證正常工作，系統(tǒng)中的機(jī)組要定期檢修。檢修是有計(jì)劃進(jìn)行的，可盡量安排在用電負(fù)荷低落時(shí)進(jìn)行。但如負(fù)荷低落時(shí)不能安排全部機(jī)組建修，則需設(shè)置專門的備用容量，稱為檢修備用容量。 上述最大工作容量與備用容量之和又稱為系統(tǒng)的必需容量。系統(tǒng)除設(shè)置必需容量外，還要設(shè)置重復(fù)容量。重復(fù)容量設(shè)置在水電站上。 因河流洪水和枯水的水量相差很大，而水電站的調(diào)節(jié)能力是有限的?？菟诨蛘吖┧谒娬局荒芴峁┍ＷC出力（保證電能）。對于承擔(dān)電力系統(tǒng)負(fù)荷來說，水電站所能承擔(dān)的最大工作容量只能按照保證出力來考慮。但如在水電站上僅僅設(shè)置必需容量（包括最大工作容量和備用容量），則水量較大時(shí)，會(huì)有相當(dāng)一部分水能，由于水電站裝機(jī)容量的限制無法被利用，造成水能的浪費(fèi)。 為了充分利用水能，在水電電站必需容量以外再設(shè)置一部分容量，在豐水期工作，代替火電站發(fā)電，減少煤耗。而這部分容量在枯水期由于水量限制，不能用于平衡系統(tǒng)負(fù)荷，稱為重復(fù)容量。 電力系統(tǒng)設(shè)置的重復(fù)容量對于平衡系統(tǒng)負(fù)荷來講似乎是多余的（與火電站的裝機(jī)重復(fù)），但應(yīng)當(dāng)看到，從充分利用水能的角度出發(fā)，重復(fù)容量是應(yīng)當(dāng)設(shè)置的。 按照電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作狀況，系統(tǒng)裝機(jī)容量又可分為工作容量、備用容量、空閑容量和受阻容量。其中工作容量和備用容量是正處于工作狀態(tài)或備用狀態(tài)的容量?？臻e容量是可以投入運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于系統(tǒng)負(fù)荷較小，不需要投入工作的容量。受阻容量是由于機(jī)組檢修或出現(xiàn)故障等原因，不能投入運(yùn)行的容量。顯然，在實(shí)際運(yùn)行中以上各部分容量是隨時(shí)變化和相互轉(zhuǎn)換的。50如何按照電力電能平衡原則選擇水電站裝機(jī)容量？ 目前我國電力系統(tǒng)的電站主要包括火電站和水電站兩類。電力系統(tǒng)的各部分容量主要由火電站和水電站承擔(dān)。 電力電能平衡法按照電力電能平衡原則確定水電站的裝機(jī)容量。電力平衡原則為：電力系統(tǒng)某時(shí)刻所有電站工作容量之和應(yīng)等于該時(shí)刻電力系統(tǒng)最大負(fù)荷。電能平衡原則為：電力系統(tǒng)任意時(shí)段所需的電能等于該時(shí)段各類電站能夠提供的電能之和。 采用電力電能平衡法確定水電站的裝機(jī)容量，對于水電站的最大工作容量主要按照電能平衡原則確定。 如前述，水電站在電力系統(tǒng)中能夠提供的電能只能按照水電站的保證出力（保證電能）來考慮。 從電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖可見，當(dāng)水電站提供的日電能相同時(shí)，電站的工作位置不同，所能承擔(dān)的最大工作容量是不同的。提供同樣的日電能，水電站在峰荷位置工作比在基荷位置工作能夠承擔(dān)的最大負(fù)荷要大。從水電站的工作特性出發(fā)，應(yīng)當(dāng)使水電站盡可能承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷。即應(yīng)使水電站在負(fù)荷圖中的工作位置盡可能靠上。但同時(shí)需考慮充分利用水能，減少棄水，以及綜合利用其他部門的要求。 不同調(diào)節(jié)能力的水電站，在電力系統(tǒng)負(fù)荷圖中的工作位置不同。同時(shí)，因調(diào)節(jié)周期不同，計(jì)算水電站保證出力（保證電能）的計(jì)算時(shí)段不同，計(jì)算水電站最大工作容量的具體方法也不同。1）無調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量等于保證出力。因無調(diào)節(jié)水電站無蓄水能力，不能調(diào)節(jié)徑流，如承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷勢必造成棄水。故無調(diào)節(jié)水電站只能擔(dān)任基荷。因一般日內(nèi)的徑流變化不大，故可按照枯水日來水計(jì)算保證電能?？梢酝瞥觯瑹o調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量等于保證出力。 2）日調(diào)節(jié)水電站一般需按照日電能累計(jì)曲線用圖解的方法求出最大工作容量。日調(diào)節(jié)水電站具有日內(nèi)調(diào)節(jié)徑流的能力，在枯水日可擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷或者腰荷，其計(jì)算保證電能的時(shí)段是枯水日。又因在日負(fù)荷圖里中，負(fù)荷變化過程線是一條曲線，故需借助圖解方法推求日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量。 文字教材中還介紹了有航運(yùn)或者其他綜合利用要求時(shí)，計(jì)算日調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的方法，并提供了例題。 3）按照電能平衡原則，年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量是按照電力系統(tǒng)負(fù)荷圖工作，在整個(gè)供水期提供的電能恰恰等于保證電能的最大工作容量。年調(diào)節(jié)水電站有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，在年內(nèi)的枯水期或供水期，年調(diào)節(jié)水電站可以擔(dān)任系統(tǒng)峰荷或腰荷，同時(shí)可按照等流量發(fā)電，或按照一定的出力要求發(fā)電。所以，計(jì)算年調(diào)節(jié)水電站保證電能的計(jì)算時(shí)段是供水期。 年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量實(shí)際上需用試算法求出。文字教材中介紹了推求年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的方法，同時(shí)提供了例題。 4）推求多年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的方法與年調(diào)節(jié)水電站類似（此部分內(nèi)容不作為本課程必需掌握的內(nèi)容）。 在確定了水電站的最大工作容量后，可進(jìn)一步確定水電站的備用容量。確定備用容量的基本方法，是先按照電力平衡原則確定整個(gè)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)備用容量，再分配到適合承擔(dān)各種備用容量的各個(gè)電站上去。 對于水電站還需設(shè)置重復(fù)容量。確定重復(fù)容量要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和計(jì)算。51如何運(yùn)用裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)法確定水電站的裝機(jī)容量？ 采用電力電能平衡法確定水電站的裝機(jī)容量需要較多相關(guān)資料，計(jì)算工作量也較大。對于中小型水電站，特別進(jìn)行初步規(guī)劃或方案初步比較時(shí)，可采用比較簡單的方法初步選擇水電站裝機(jī)容量。裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)法就是選擇水電站裝機(jī)容量的一種簡化方法。 裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)是水電站多年平均發(fā)電量與裝機(jī)容量的比值。它既表示了水電站機(jī)組的利用程度，又表示了水能利用的程度，是水電站的一項(xiàng)動(dòng)能指標(biāo)。一座水電站的裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)過高或過低都是不合理的。裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)過高表明雖然水電站機(jī)組利用程度比較高，但水能