水能規(guī)劃第五章

第五章水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式5、1水電站出力與發(fā)電量計算

1、水能計算的內(nèi)容與方法⑴水能計算的內(nèi)容:

確定水電站的出力，發(fā)電量，裝機容量在電力系統(tǒng)中的工作情況與正常蓄水位，興利庫容的關(guān)系。

⑵水能計算的基本方程式天然水流出力N天=9.81Q天H水能E天=9.81Q天HT水電站在計算時段內(nèi)平均出力為

水電站在t1，t2時間內(nèi)，因出力隨系統(tǒng)負(fù)荷要求，天然來水的變化及綜合用水的變化而不同，故發(fā)電量

實際計算時常采用下列簡化式

⑶水能計算水能計算的用途：①在規(guī)劃設(shè)計階段，Z興，Z死，V興等參數(shù)未定。先假定幾個Z興方案，算出各方案的出力，電能，裝機容量等動能指標(biāo)值，并結(jié)合綜合利用各部門的要求進行技術(shù)經(jīng)濟分析，選出最有利方案。②對運行中的水電站，Z死，Z興，N裝已定，假定若干個水庫運行方案，結(jié)合綜合利用其它要求，進行水能計算，確定水庫及水電站的最有利運行方案。水能計算的具體方法：列表法，圖解法2、水電站保證出力計算⑴水電站保證出力的定義：水電站在長期工作中，枯水期所能發(fā)出相應(yīng)于設(shè)計保證率的平均出力，稱為保證出力，它是確定水電站裝機容量的重要依據(jù)，也是水電站運行時的一種重要指標(biāo)。⑵年調(diào)節(jié)水電站保證出力計算①長系列法：對所有年份的水文資料進行徑流調(diào)節(jié)，按N水=9.81η水Q調(diào)H供計算每年供水期的平均出力，然后，按從大到小次序排列，計算并繪制平均出力保證率曲線，由曲線上查相應(yīng)設(shè)計保證率P設(shè)時的出力，即為N保。②設(shè)計枯水年法：設(shè)計代表年按設(shè)計保證率選擇實際年份，其年內(nèi)分配較危險的，要對水量加以修正。進行徑流調(diào)節(jié)求得Q調(diào)、H供，η水假定為常數(shù)，則N保=9.81η水Q調(diào)H供（KW）如供水期采用等流量調(diào)節(jié)，則

(轉(zhuǎn)第二章PPt62)⑶無調(diào)節(jié)及日調(diào)節(jié)水電站保證出力計算計算原理與年調(diào)節(jié)相似，只是設(shè)計保證率是采用歷時保證率計算，即用實測的全部日平均流量，計算并繪制保證率曲線，從該曲線上查出相應(yīng)于設(shè)計保證率的日平均流量作為保證流量Q保，由Q保查當(dāng)時相應(yīng)的日平均上，下游水位，其差值即為平均水頭然后由下式計算N保，

⑷多年調(diào)節(jié)水電站保證出力計算多年調(diào)節(jié)興利庫容已定的情況下求N保先選擇設(shè)計枯水系列：求出該設(shè)計枯水系列的凈天然來水量W枯

3、水電站多年平均年發(fā)電量估算

定義：多年平均年發(fā)電量指水電站在多年工作時期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電能量。它反映水電站長期工作的動能效益，是水電站的重要動能指標(biāo)之一。計算方法：詳算法：在Z興，V興，N保已定的情況下，對長系列水文年份進行計算，取其平均值。簡化法：在規(guī)劃階段，進行方案比較時，精度要求不高，可采用簡化法選代表年進行計算，設(shè)計代表年的選擇又可分為設(shè)計中水年法和三個代表年法。

⑴設(shè)計中水年法（平水年）①選出設(shè)計中水年，并決定其徑流年內(nèi)分配；②所選設(shè)計中水年各月來水減去損失流量為凈流量；③按綜合用水要求，列出各月用水量；④年調(diào)節(jié)，多年調(diào)節(jié)需進行徑流調(diào)節(jié)求Q和H；⑤計算各月平均出力N保=9.81η水Q保H，如N水＞N裝，則以N裝為平均出力；⑥N水×730為日發(fā)電量，多年平均年發(fā)電量E=∑N水×730，令Ni為各月平均出力，N裝為裝機容量，n為月平均出力低于N裝的月數(shù)，則E=730[∑Ni+（12-n）N裝]。⑵三個代表年法：①選P枯=95%，P平=50%，P豐=5%或P枯=90%，P平=50%，P豐=10%為三個代表年；②按設(shè)計中水年法同樣步驟對枯、平、豐三個年進行計算；③多年平均發(fā)電量E年=1/3（E95%+E50%+E5%）。⑶全部水文系列法：當(dāng)Z興，Z死，N裝通過方案比較分析確定后，為精確計算水電站在實際運行中的多年平均發(fā)電量，對全部水文系列，逐年計算發(fā)電量，并求其平均值。

5、2電力系統(tǒng)組成及負(fù)荷圖1、電力系統(tǒng)及其用電特性

電力系統(tǒng)或電網(wǎng)：在各電站之間及電站與用戶之間用輸電線連結(jié)成的一個整體。

電力系統(tǒng)負(fù)荷：在任何瞬時內(nèi)要求電力系統(tǒng)供應(yīng)的電力，稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷。用電戶用電特性：用電規(guī)模有大有小，用電時間有斷有續(xù)，一日、一周、一年內(nèi)有周期性變化，有時無一定規(guī)律。

用電戶分類：⑴工業(yè)用電：占電力系統(tǒng)負(fù)荷的比重最大，一般在總負(fù)荷的50%以上。在一晝夜內(nèi)，隨著工作班制度（一、二、三班）和產(chǎn)品種類的不同，用電負(fù)荷在不同時間內(nèi)有很大變化。工業(yè)用電較穩(wěn)定，年內(nèi)變化小，冬夏季最高負(fù)荷差別在10%左右。

⑵農(nóng)業(yè)用電：除大量的排灌用電和社辦企業(yè)用電外，還有田間耕作，收獲、畜牧業(yè)、生活及公共事業(yè)用電，目前，主要是排灌及收獲用電，具有季節(jié)性，在此期間負(fù)荷相對穩(wěn)定，但在其它時間，日負(fù)荷變動較大。

⑶市政用電：包括電車，給排水，街道，住宅照明，生活用電器等。在一晝夜和一年內(nèi)不同季節(jié)之間，市政用電變化較大。市政用電的定額，一般是以一個居民在一年內(nèi)的平均用電量作為計算單位。用電定額與城市規(guī)模大小、市政公共事業(yè)的發(fā)達程度以及生活上電氣化程度等因素有關(guān)。⑷交通運輸用電：主要指電氣化鐵道用電。用電平穩(wěn)，因按列車時刻表運行，只有在電氣列車起動時，在列車加速的很短時段內(nèi)會產(chǎn)生負(fù)荷跳動現(xiàn)象，耗電量決定于列車貨運量和鐵路坡度。

2、電力負(fù)荷圖

電力負(fù)荷圖：表示電力負(fù)荷隨時間的變化過程的圖形。表示負(fù)荷在一晝夜內(nèi)變化過程的圖形，成為日負(fù)荷圖；表示負(fù)荷在一年內(nèi)變化過程的圖形，成為年負(fù)荷圖。負(fù)荷圖的形狀與用電戶的組成及用電比重有關(guān)，不同電力系統(tǒng)，其負(fù)荷圖不同時期形狀各異，但具有周期性變化規(guī)律。

⑴日負(fù)荷圖

①日負(fù)荷圖分區(qū)及負(fù)荷圖指數(shù)

日最大負(fù)荷N//，日平均負(fù)荷及日最小負(fù)荷N/稱為日負(fù)荷圖的三個特征值。日負(fù)荷圖所包圍的面積就是日用電量E日，它與日平均負(fù)荷的關(guān)系為：

分區(qū)：基荷：在N/以下的部分，全日24小時均均勻；腰荷：N/與的部分，部分時間變動，部分恒定；峰荷：以上至N//之間的部分，一天內(nèi)不斷變化。

日負(fù)荷圖指數(shù)α：α大表示基菏占負(fù)荷圖的比重大，也就是各用戶用電情況穩(wěn)定；

日最小負(fù)荷率β：β越小，表示負(fù)荷圖中高峰與低谷差別大，日負(fù)荷越不均勻；

平均負(fù)荷率γ：γ越大，表示日負(fù)荷的變化小，相反γ越小，表示負(fù)荷越不均勻。②日電能累積曲線

⑵年負(fù)荷圖

年負(fù)荷圖（a）月最大負(fù)荷曲線；（b）月平均負(fù)荷曲線

年負(fù)荷圖的表示方法：

①月最大負(fù)荷年變化曲線：一年中各日的日最大負(fù)荷值所連成的曲線。年最大負(fù)荷圖反映年內(nèi)各日系統(tǒng)最大負(fù)荷及電力系統(tǒng)承擔(dān)電力負(fù)荷的發(fā)電設(shè)備的工作容量的變化。顯然，系統(tǒng)內(nèi)各電站裝機容量的總和至少應(yīng)等于電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷N//系。

②月平均負(fù)荷年變化曲線：一年中各日的日平均負(fù)荷值相連便是日平均年負(fù)荷圖。該曲線下包圍的面積，就是電力系統(tǒng)各電站全年內(nèi)要生產(chǎn)的電能。5、3電力系統(tǒng)的容量組成及各類電站的工作特性1、電力系統(tǒng)的容量組成⑴電力系統(tǒng)總裝機容量電力系統(tǒng)總裝機容量是指向電力系統(tǒng)供電的各類發(fā)電站的全部機組額定容量的總和，也就是電力系統(tǒng)中全部機組銘牌出力的總和，用符號N系裝表示。其中水電站的裝機容量以N水裝表示，火電站的裝機容量以N火裝表示。N系裝=N火裝+N水裝+N核裝+N抽裝+N潮裝

⑵電力系統(tǒng)的工作容量、備用容量及重復(fù)容量最大工作量N//工：擔(dān)任系統(tǒng)最大負(fù)荷的容量，電網(wǎng)為滿足最大負(fù)荷的需要而裝設(shè)，等于最大年負(fù)荷圖上的最大負(fù)荷值。備用容量N備：當(dāng)其它工作機組發(fā)生故障、停機檢修時備用的容量。①負(fù)荷備用容量N負(fù)備：滿足超過設(shè)計最高負(fù)荷的跳動負(fù)荷的容量。②事故備用容量N事備：替代突然發(fā)生事故的機組進行工作的容量。③檢修備用容量N檢：替代檢修機組進行工作的容量。必須容量N必：最大工作容量和備用容量之和，是正常供電必不可少的容量。重復(fù)容量N重：棄水多的水電站，在必須容量外加裝額外容量利用棄水生產(chǎn)額外電能以節(jié)省煤耗。系統(tǒng)總裝機容量N系裝=N//系工+N系備+N系重

上述各種容量關(guān)系可用下式表示：N裝=N必+N季（重）

=N//工+N備+N季（重）

=N//工+N負(fù)備+N事備+N檢備+N季（重）⑶電力系統(tǒng)空閑容量及受阻容量空閑容量N空：系統(tǒng)或某電站的裝機容量不是任何時刻都處于發(fā)電狀態(tài)，因系統(tǒng)最大負(fù)荷出現(xiàn)時間不長，所以在低負(fù)荷時有的工作容量未利用，同時，裝機中還包括的備用和重復(fù)容量都不是經(jīng)常同時利用的，故電站上往往有暫時閑置的容量，除備用容量外，其余都是空閑容量。受阻容量N阻：當(dāng)某一時期由于機組發(fā)生事故或檢修或燃料缺乏（火電），缺水或水頭不足（水電）不能投入工作的容量。從運行的容量平衡觀點看N系裝也可以下式表示：N系裝=N//工+N備+N空+N阻2、各類電站的工作特性⑴水電站工作特性：①出力多變：水電站最重要的工作特性之一是出力和電量隨天然徑流情況而變化。②起動迅速：上述特性使它非常適于擔(dān)任系統(tǒng)負(fù)荷圖中經(jīng)常變動的峰荷部分。③不消耗燃料：故其運行費與所生產(chǎn)的電能數(shù)量無關(guān)，這對確定電力系統(tǒng)中的運行方式有很大影響。④具有綜合利用任務(wù)的水電站，其工作方式受其他部門用水的影響。⑵燃?xì)廨啓C火電站的工作特性①出力穩(wěn)定：只要燃料充足，就不會使正常工作遭到破壞。因此火電站的工作的保證率高于水電站的保證率。②成本高：火電廠的運行費用與發(fā)電量幾乎成正比。③火電站工作的“惰性”大，不宜擔(dān)任峰荷。當(dāng)火電廠擔(dān)任峰荷時，由于鍋爐的“惰性”而不能隨著負(fù)荷的變化迅速改變產(chǎn)生的蒸汽量。④火電站機組啟動比較費時。所以火電站不宜時停時開。

⑶核電站的主要工作特性需要持續(xù)不斷的以額定出力工作，總是承擔(dān)基荷部分，全部運行時間內(nèi)約有5-15%時間計劃或事故停堆，故需較大的備用容量。⑷抽水蓄能電站的工作特性①日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站系吸收夜間系統(tǒng)低落處的多余電能抽水，使系統(tǒng)中其他電站如火電站、核電站等處在最有利工況下運行，從而節(jié)省煤耗，節(jié)省運行費。而季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站利用汛期多余的電能抽水，充分利用水能，改善電站運行條件。②蓄能機組對負(fù)荷急劇變化的適應(yīng)性甚好，故最適宜于擔(dān)任日負(fù)荷圖的尖峰部分。③由于抽水蓄能電站運行的高度靈活性與可靠性，它可代替水電機組擔(dān)任事故備用，使火電機組不必處于旋轉(zhuǎn)備用或熱備用狀態(tài)，從而減少煤耗。④可逆式機組也適宜于作為負(fù)荷備用來調(diào)整周波。離負(fù)荷中心較近的抽水蓄能電站也可多帶無功負(fù)荷，對系統(tǒng)起調(diào)相作用。5.4水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式1、無調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式⑴無調(diào)節(jié)水電站的一般工作特性運行特征：任何時刻的電站出力主要決定于河中天然流量的大小，枯水期天然流量變化不大，故應(yīng)擔(dān)任日負(fù)荷圖的基荷部分，洪水期流量增加仍宜擔(dān)任基荷，只有當(dāng)天然出力大于系統(tǒng)最小負(fù)荷N，時，才擔(dān)任基荷和部分腰荷，且有棄水。豐水期在日負(fù)荷設(shè)計枯水年在系統(tǒng)豐水年在在系統(tǒng)圖上的工作位置中的工作情況中的工作情況⑵無調(diào)節(jié)水電站在不同水文年的運行方式設(shè)計枯水年：枯水期以最大工作容量或更大些出力運行和其他電站聯(lián)合運行，洪水期即使以全部裝機運行仍有棄水。豐水年：可能全年內(nèi)天然水流出力均大于N裝，因而水電站全年均以裝機容量運行，尚有棄水，汛期更多。2、日調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中運行方式㈠日調(diào)節(jié)水電站一般工作特性除棄水期外，任何一日內(nèi)所能生產(chǎn)的電能量與該日天然來水量所能發(fā)出的電能量相等，為了節(jié)約煤耗，火電站應(yīng)擔(dān)任基荷，水電站充分發(fā)揮其機動靈活的優(yōu)點擔(dān)任負(fù)荷變化大小的峰荷，這樣日調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)有三方面效益：⑴日調(diào)節(jié)枯水期擔(dān)任峰荷，火電站基荷出力均勻，效率高，節(jié)省煤耗，成本低；⑵日調(diào)節(jié)水電站的工作容量比無調(diào)節(jié)大，可更多的替代火電容量，因水電投資少，故有利；⑶洪水期全部裝機由峰荷逐步轉(zhuǎn)到基荷，減少火電煤耗，降低運行費。日調(diào)節(jié)水電站在日調(diào)節(jié)水電站設(shè)計枯水年的運行方式

工作位置的決定

㈡日調(diào)節(jié)水電站在不同年份的運行方式⑴設(shè)計枯水年枯水期：以最大工作容量擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷；洪水期：來水加大，此時，以全部裝機容量擔(dān)任峰荷仍有棄水，因此，應(yīng)逐步下降到腰荷，甚至基荷。⑵豐水年：河中天然來水多，即使枯水期，電站仍可擔(dān)任峰荷和部分腰荷，初汛后期，可能有棄水，汛后初期仍有棄水，電站一直擔(dān)任基荷，直到枯水期，才逐漸上升到腰荷，峰荷。（三）日調(diào)節(jié)水電站汛期工作位置確定：已知：N水裝，E水日①作輔助曲線E—將電能累積曲線向左平移，距離為E水日；②做輔助曲線N—將電能累積曲線向上平移，距離為N水裝；③N，E二線相交于a點，自a向下畫垂線交電能累積曲線于b點；④自a，b向左畫平行線與日負(fù)荷曲線相交，即工作位置。隨著天然來水的進一步加大，E日加大，與N交于c點時，擔(dān)任基荷。3、年調(diào)節(jié)水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式㈠年調(diào)節(jié)水電站的一般工作特性不完全年調(diào)節(jié)水電站在一年內(nèi)按來水情況一般劃分為供水期、蓄水期、棄水期、不供不蓄等四個期。㈡年調(diào)節(jié)水電站設(shè)計枯水年的運行方式⑴供水期：Q天＜Q電或Q綜，綜合利用水庫枯水期Q調(diào)不是常數(shù)。水電站供水期在電力系統(tǒng)負(fù)荷圖上的工作位置，視綜合利用部門用水的大小，有時擔(dān)任峰荷，有時擔(dān)任峰、腰荷，有時擔(dān)任腰荷。年調(diào)節(jié)水庫各時期的工作情況年調(diào)節(jié)水電站設(shè)計枯水年在1—天然流量過程線；2—調(diào)節(jié)流量過程線；年負(fù)荷圖上的工作位置3—蓄水量；4—棄水量⑵蓄水期：t1開始，Q天加大，在保證水庫蓄滿的前提下，為避免棄水，應(yīng)充分利用用水量，水電站擔(dān)任峰、