水利水能規(guī)劃第五章 水能計(jì)算.ppt

1、第五章 水能計(jì)算及水電站在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式,目錄,水能計(jì)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(kù)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(yùn)行方式等的重要手段。 主要內(nèi)容,第一節(jié) 水能計(jì)算的目的與內(nèi)容,計(jì)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(yùn)藏量：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。,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(jī)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(kāi)發(fā)方式： 將分散的落差集中，形成水電站水頭H 用水庫(kù)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(jì)算的基本方法 水能計(jì)算：求水電站出力N和發(fā)電量E的計(jì)算 方法：統(tǒng)計(jì)法和時(shí)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(lèi)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(wú)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(wú)調(diào)節(jié)類(lèi)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(zhǎng)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(diǎn)：（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(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：,1）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,

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(lái)水流量Q天、各種流量損失Q損、下游各部門(mén)用水流量Q用和發(fā)電需要流量Q電,分別見(jiàn)表5-3第（2) (5）行。此外，水庫(kù)水位與庫(kù)容的關(guān)系，見(jiàn)表5-1；水庫(kù)下游水位與流量的關(guān)系，見(jiàn)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(dòng)能指標(biāo) 一. 保證出力計(jì)算 N保是水電站在長(zhǎng)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,1.徑流式水電站（日或無(wú)調(diào)節(jié)） （1）長(zhǎng)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

5、線得 N保，,（2）典型年法 ： 改由3365， 繪制 曲線 （選擇豐、平、枯三個(gè)典型年） （3）簡(jiǎn)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(jì)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(zhǎng)系列法 ： 對(duì)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。,（2）典型年法 ： 由 p設(shè)選設(shè)計(jì)枯水年，對(duì)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： N保=AQ調(diào)H供 （3）簡(jiǎn)化法 ：,三峽電站初期的

6、規(guī)劃是26臺(tái)70萬(wàn)千瓦的機(jī)組，也就是裝機(jī)容量為1820萬(wàn)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(tái)70萬(wàn)千瓦的水輪發(fā)電機(jī)。在加上三峽電站自身的兩臺(tái)5萬(wàn)千瓦的電源電站?？傃b機(jī)容量達(dá)到了2250萬(wàn)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(lái)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(mǎn)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)

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(jì)算 E年是反映水電站發(fā)電效益的穩(wěn)定指標(biāo)。,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(hù)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(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)中各電站的處理過(guò)程和發(fā)電量必須與用戶(hù)對(duì)出力的要求和用電量相適應(yīng)，這種對(duì)電力系統(tǒng)提出的出力要求，常被稱(chēng)為電力負(fù)荷。,電力負(fù)荷圖：電力系統(tǒng)中所有用戶(hù)所需出力N（負(fù)荷）隨時(shí)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(shí)內(nèi)的變化過(guò)程。 如圖，N最大負(fù)荷 N 平均負(fù)荷 N

8、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（kwh）之間的關(guān)系曲線。 繪制過(guò)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(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。,特性： （1）在最小負(fù)荷N以下，負(fù)荷無(wú)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(zhǎng)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N。,（2）年負(fù)荷

9、圖:負(fù)荷N在年內(nèi)的變化過(guò)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(jì)負(fù)荷水平年 規(guī)劃時(shí)，以某一遠(yuǎn)景年份上的負(fù)荷水平作為設(shè)計(jì)依據(jù)。如何做？ “以第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行后的510年，并以國(guó)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(tái)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。),四. 電力系統(tǒng)的容量組成 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=？,二、電力負(fù)荷容量組成 正常用電，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件： 電力(容量)平衡：機(jī)電設(shè)備容量(出力)不小于最

10、大負(fù)荷 電量平衡：所發(fā)出的電能不小于用戶(hù)需求電量 這里關(guān)心電力平衡。 容量又稱(chēng)裝機(jī)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(fù)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(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)

11、荷跳動(dòng)，因而短時(shí)間超過(guò)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(chēng)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(chēng)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(yùn)行方式,運(yùn)行方式 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(wèn)題。 目的 使各電站揚(yáng)長(zhǎng)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）,一、水電站的工作特點(diǎn) 1 出力和發(fā)電量取決于天然徑量； 2 適應(yīng)負(fù)荷

12、的劇烈變化（啟動(dòng)快、增減負(fù)荷靈活）； 3 工程投資比較大，工期較長(zhǎng)； 4 運(yùn)行費(fèi)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(hù)所需出力N（負(fù)荷）隨時(shí)間t的變化曲線。 負(fù)荷N：用戶(hù)所需出力+廠用電+輸電損失,啟動(dòng)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(wú)原料費(fèi)（用水），廠用電少 運(yùn)行費(fèi)與發(fā)電量無(wú)關(guān),啟動(dòng)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,二. 水電站在系統(tǒng)中的工作位置（運(yùn)行方式） （1）無(wú)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。

13、,棄水所 損失 的能量,豐水期,設(shè)計(jì)枯水年,豐水年,（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,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(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,（3）年調(diào)節(jié)水電站既可作基荷，也可作峰荷,設(shè)計(jì)枯水年,豐水年,（4）多年調(diào)節(jié)水電站 多年調(diào)節(jié)水庫(kù)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(kù)的大。 多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的相對(duì)庫(kù)容較大，水電站的運(yùn)行方式受一年內(nèi)來(lái)水變化的影響較小。所以在一般來(lái)水年份，多年調(diào)節(jié)稅電站在