水利水能規(guī)劃 水能計(jì)算PPT課件

1、目錄水能計(jì)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(jì)算2電力系統(tǒng)負(fù)荷圖3 3水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式4 4本章思考題及課外延伸5第1頁/共47頁 主要在于確定水電站的（例如出力、發(fā)電量 及其變化情況），是選擇水電站的（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)中的等的重要手段。 第一節(jié) 水能計(jì)算的目的與內(nèi)容計(jì)算水電站的與第2頁/共47頁 伯努利方程： 水體重量： 潛在水能： 水流功率（出力）： 將河流分段，分段計(jì)算水流出力（Q0多年平均流量），累加得到全河總水流出力。HzzgvarpzgvarpzE21222222111112)2()2(單位重水體rQtrQ

2、tHE12QHN81. 9第3頁/共47頁 （1）水電站：能量轉(zhuǎn)換裝置水能機(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，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)別第4頁/共47頁 （4）水電站出力： （5）水電站發(fā)電量 QHQHN81. 981. 9凈AQHN 反映水電站效率發(fā)電機(jī)傳水輪機(jī)5 . 80 . 681. 9AA出力系數(shù)，tNENdtEniitt1121221或落差損失下上hhzzH第5頁/共47頁 求水電站出力N和發(fā)電量E的計(jì)算 統(tǒng)計(jì)法和時(shí)歷法

3、（列表法數(shù)值法：半圖解法、圖解法） 靠天然徑流發(fā)電的水電站 第6頁/共47頁（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。 )(hzzAQAQHN下上)(hzzAQAQHN下上上z興死VVV21)(QfzQQQQQQQQzzTTT下凈凈上引天蓄上時(shí)當(dāng)水電站過水能力）時(shí)當(dāng)（不變）第7頁/共47頁 指長期調(diào)節(jié)水電站（年或多年調(diào)節(jié)）。 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 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) 第8頁

4、/共47頁 （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 發(fā)生）時(shí)，若，棄調(diào)蓄調(diào)蓄蓄興蓄水期調(diào)蓄QQQQQQQTVWQTT(調(diào)供興供水期調(diào)，QQTVWQ凈QQ 第9頁/共47頁 （2）定出力調(diào)節(jié)（半圖解法） 已知各時(shí)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(jì)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： )2.(.) 1.(.)(12AHNQVVtQQ凈112212)12)(21VVtQQVVVVVV凈（）代入（)4.(.)2,()3.(.221QtVNfQQtVQtV凈1

5、）繪工作曲線 2）水能計(jì)算 （順時(shí)序計(jì)算） 由（3）式，已知 N,V1,Q凈計(jì)算Q第10頁/共47頁【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。 第11頁/共47頁第12頁/共47頁 是水電站在長期工作中，相應(yīng)于設(shè)計(jì)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(jì)算AQHN 5 . 80 . 681. 9AA出力系數(shù)，落差損失下上hhzzH

6、第13頁/共47頁 （1）長系列法 由n年徑流資料進(jìn)行n年水能 計(jì)算，得n365個(gè) ，按遞減 排列由 計(jì)算p，繪 由p設(shè)（歷時(shí)設(shè)計(jì)保證率）查 曲線得 N保，日N%100nmppN日 日N 保N 設(shè)p (%)p AQHN 5 . 80 . 681. 9AA出力系數(shù)，落差損失下上hhzzH第14頁/共47頁 （2）典型年法 ： 改由3365， 繪制 曲線 （選擇） （3）簡化法 ： 繪制 代替 由 p設(shè)查曲線得Q保，則： 日NpN日pN日pQ 日第15頁/共47頁 年調(diào)節(jié)水電站： p設(shè)年保證率 水電站在多年工作期間，與設(shè)計(jì)保證率（ p設(shè)）相應(yīng)的的平均出力。（因供水期用水用電均緊張） （1）長系列法

7、 ： 對n年資料進(jìn)行逐年逐時(shí)段（月或旬）水能計(jì)算，可求出n年（個(gè)）供水期的平均出力 ，繪制 由 p設(shè) 查曲線 得N保。 pN供pN供供N第16頁/共47頁（2）典型年法 ： 由 p設(shè)選設(shè)計(jì)枯水年，對此年供水期進(jìn)行水能計(jì)算，得設(shè)計(jì)枯水年的平均出力 ，則： （3）簡化法 ：QzQzVVVzhzzHTVWQ21下調(diào)下興死上供下上供供供興供調(diào)，供查：由）（供N第17頁/共47頁三峽電站初期的規(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)建設(shè)地下電站，建6臺70萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)。在加上三峽電站自身的兩臺5萬千瓦的電源電站?？傃b機(jī)容量達(dá)到

8、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(shí)間來計(jì)算年發(fā)電量的方法是錯(cuò)誤的。你能保證一年里所以的機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)嗎？肯定不行。首先是水不夠，其次是機(jī)組也要檢修。所以不可能在一年內(nèi)所有的機(jī)組都時(shí)時(shí)刻刻運(yùn)轉(zhuǎn)。 目前三峽電站的上網(wǎng)電價(jià)是0.25元，按照這樣計(jì)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(jià)收益要扣除成本因素，大概15年能回收成本 第18頁/共47頁 是反映水電站發(fā)電效益的穩(wěn)定指標(biāo)。 （中水平年法）（三典型年法）（或長系列法）平年枯年豐年平年年年年EEEEEnEEni31(1第19頁/共47頁 n為N

9、N裝的月數(shù)，m為NN裝月數(shù)。)1kwhmNNtEnii（裝年第20頁/共47頁 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。 工業(yè)用電（均勻） 農(nóng)業(yè)用電（季節(jié)變化） 市政用電（日內(nèi)變化） 電站 變電站 線路 交通運(yùn)輸 等 第三節(jié) 電力系統(tǒng)負(fù)荷圖第21頁/共47頁 v電力系統(tǒng)中電力電量平衡第22頁/共47頁 ：任何時(shí)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(fù)荷。 v 電力系統(tǒng)中所有用戶所需出力N（負(fù)荷）隨時(shí)間t的變化曲線。第23頁/共47頁 電力系統(tǒng)的負(fù)荷N，在一晝夜24小時(shí)內(nèi)的變化過程。 如圖，N最

10、大負(fù)荷 N 平均負(fù)荷 N最小負(fù)荷 基荷 腰荷 峰荷腰荷基荷荷峰第24頁/共47頁 是日負(fù)荷圖的出力值（kw）與其相應(yīng)的電量（kwh）之間的關(guān)系曲線。 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(diǎn)、b點(diǎn)。按此向上逐漸累積到負(fù)荷的最高點(diǎn)，各交點(diǎn)的連線gabcd便是日電能累積曲線。 第25頁/共47頁（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(diǎn)橫坐標(biāo)為一晝夜的電量； （3）延長直線段gc，與d點(diǎn)的垂線df相交于e點(diǎn)，則e點(diǎn)的縱坐標(biāo)就表示平均負(fù)荷

11、N。第26頁/共47頁負(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)一年內(nèi)各日的平均負(fù)荷值各日的平均負(fù)荷值所連成的曲線所連成的曲線 第27頁/共47頁 “以第一臺機(jī)組投入運(yùn)行后的510年，并以國民經(jīng)濟(jì)五年計(jì)劃相一致”，作為設(shè)計(jì)水平年。 【例】 葛洲壩第一臺機(jī)組，1979+10=1989，取1990年作為設(shè)計(jì)水平年 （即，以此年的供電范圍、用電水平編制設(shè)計(jì)水平年的 及典型日負(fù)荷圖。)tNtN, 第28頁/共47頁已知：設(shè)計(jì)水平年的用電水平： 求：系統(tǒng)總裝機(jī)容量N系裝=？tNtN, 第29頁/共47頁二、電力負(fù)荷容量組成二、電力負(fù)荷容量組成 正常用電，必須滿足兩個(gè)條件：正常用電

12、，必須滿足兩個(gè)條件： 電力電力( (容量容量) )平衡：機(jī)電設(shè)備容量平衡：機(jī)電設(shè)備容量( (出力出力) )不小于最大負(fù)荷不小于最大負(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。這里關(guān)心電力平衡。 容量又稱裝機(jī)容量。由以下幾方面組成：容量又稱裝機(jī)容量。由以下幾方面組成： 最大工作容量最大工作容量( (N工工):): 備用容量（備用容量（N備備）: :負(fù)荷備用、檢修備用、事故備用負(fù)荷備用、檢修備用、事故備用 重復(fù)容量重復(fù)容量( (N重重):):為充分利用棄水發(fā)電而設(shè)置的容量為充分利用棄水發(fā)電而設(shè)置的容量 即：即： N裝裝= = N工工+

13、+ N備備+ + N重重第30頁/共47頁 電力系統(tǒng)中所有電站的裝機(jī)容量的總和N裝，是影響工程投資和效益的重要指標(biāo)。 電站裝機(jī)容量： N系, 裝=N系, 工+ N系, 備+ N重 N 系 工系統(tǒng)最大工作容量。指設(shè)計(jì)水平年電力系統(tǒng)負(fù)荷最高（一般在冬季枯水季節(jié)）時(shí)，所有電站能擔(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(shí)發(fā)生負(fù)荷跳動，因而短時(shí)間超過了設(shè)計(jì)最大負(fù)荷時(shí)，或者機(jī)組發(fā)生偶然停機(jī)事故時(shí)，或者進(jìn)行停機(jī)檢修等情況，都需要準(zhǔn)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

14、并非保證電力系統(tǒng)正常工作所必需，故稱重復(fù)容量。第31頁/共47頁N系, 工N系, 備N重N系, 裝第32頁/共47頁第四節(jié) 水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式v 水電站在電力系統(tǒng)負(fù)荷圖上的工作位置（不同時(shí)期）或系統(tǒng)負(fù)荷在各電站間的最優(yōu)分配問題。 v 使各電站揚(yáng)長避短，供電可靠、經(jīng)濟(jì)、資源充分利用 （原因負(fù)荷不均勻、電站特性不同）第33頁/共47頁一、水電站的工作特點(diǎn)一、水電站的工作特點(diǎn) 1 1 出力和發(fā)電量取決于天然徑量；出力和發(fā)電量取決于天然徑量； 2 2 適應(yīng)負(fù)荷的劇烈變化（啟動快、增減負(fù)荷靈活）；適應(yīng)負(fù)荷的劇烈變化（啟動快、增減負(fù)荷靈活）； 3 3 工程投資比較大，工期較長；工程投資比較大，工

15、期較長； 4 4 運(yùn)行費(fèi)用較低；運(yùn)行費(fèi)用較低； 5 5 調(diào)度復(fù)雜。調(diào)度復(fù)雜。第34頁/共47頁水電站水電站 電力系統(tǒng)中所有用戶所需出力N（負(fù)荷）隨時(shí)間t的變化曲線。 負(fù)荷N：用戶所需出力+廠用電+輸電損失啟動靈活，宜任峰荷工作可靠性差（徑流隨機(jī)）運(yùn)行費(fèi)用低，電能成本低 u水=（1/21/7）u火無原料費(fèi)（用水），廠用電少 運(yùn)行費(fèi)與發(fā)電量無關(guān)啟動緩慢，宜任基荷工作可靠性高運(yùn)行費(fèi)用高， 運(yùn)行費(fèi)u火與E成正比燃料費(fèi)用所占比重大，且污染火電站火電站第35頁/共47頁 （1）無調(diào)節(jié)水電站只宜任基荷， 運(yùn)行條件較差。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(jì)枯水年豐水年第36頁/共

16、47頁（2）日調(diào)節(jié)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(jì)枯水年峰荷基荷腰荷第37頁/共47頁 E 輔助曲線：該線距日電能累計(jì)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(jì)曲線的垂直距離均等于裝機(jī)容量N 水裝 第38頁/共47頁 （3）年調(diào)節(jié)水電站既可作基荷，也可作峰荷 第39頁/共47頁設(shè)計(jì)枯水年豐水年第40頁/共47頁 （4）多年調(diào)節(jié)水電站 多年調(diào)節(jié)水庫一般總是同時(shí)進(jìn)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(yùn)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)稅電站在電力系統(tǒng)負(fù)荷圖上將全年擔(dān)任峰荷 （或峰、腰負(fù)荷），而讓火電站經(jīng)