水利水能规划第五章 水能计算

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1、第五章 水能计算及水电站在电力系统中的运行方式目录目录水能计算的目的与内容1水电站保证出力与多年平均发电量计算2电力系统负荷图3 3水电站在电力系统中的运行方式4 4本章思考题及课外延伸5 主要在于确定水电站的（例如出力、发电量 及其变化情况），是选择水电站的（例如水库的 正常蓄水位、死水位和水电站的装机容量等）及其在电力 系统中的等的重要手段。第一节 水能计算的目的与内容计算水电站的与 伯努利方程：水体重量：潜在水能：水流功率（出力）：将河流分段，分段计算水流出力（Q0多年平均流量），累加得到全河总水流出力。HzzgvarpzgvarpzE21222222111112)2()2(单位重水体r

2、QtrQtHE12QHN81.9（1）水电站：能量转换装置水能机械能电能 （2）水流出力水电站水电站出力 （水电站出力水流出力）（3）水能资源开发方式：将分散的落差集中，形成水电站水头H 用水库或调节池调节引用流量 坝式水电站 引水式水电站 混合式水电站径流式水电站 蓄水式水电站有区别（4）水电站出力：（5）水电站发电量 QHQHN81.981.9净AQHN 反映水电站效率发电机传水轮机5.80.681.9AA出力系数，tNENdtEniitt1121221或落差损失下上hhzzH 求水电站出力N和发电量E的计算 统计法和时历法（列表法数值法：半图解法、图解法）靠天然径流发电的水电站（1）无调

3、节水电站（如葛洲坝水电站）（2）日调节水电站：将一日内日水量重新分配 与无调节类似，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兴死VVV21)(QfzQQQQQQQQzzTTT下净净上引天蓄上时当水电站过水能力）时当（不变）指长期调节水电站（年或多年调节）。有较大的 V兴年内水量调节，调节周期 T=1年 列表法：t=月或旬 t T 1）Z上是变化的 （2）Q=Q调 应考虑水电站的调节方式 等流量调节、定出力调节 （1）等流量调节（列表法）利用V兴，使水电站引用流量均匀，等流量 蓄水期 供水期 不蓄不供期 发生）时，若，弃调蓄调蓄蓄兴

4、蓄水期调蓄QQQQQQQTVWQTT(调供兴供水期调，QQTVWQ净QQ （2）定出力调节（半图解法）已知各时段所需负荷（出力）N，反求Q和H（即V2）半图解法方法原理（与调洪计算半图解法相似）区别：将 qV 换为 QN (即出力公式）水量平衡式：出力方程式：)2.(.)1.(.)(12AHNQVVtQQ净112212)12)(21VVtQQVVVVVV净（）代入（)4.(.)2,()3.(.221QtVNfQQtVQtV净1）绘工作曲线）绘工作曲线 2）水能计算）水能计算（顺时序计算）（顺时序计算）由（由（3）式，已知）式，已知 N,V1,Q净净计算计算Q【例】某水电站的正常蓄水位高程为18

5、0m，某年各月平均的天然来水流量Q天、各种流量损失Q损、下游各部门用水流量Q用和发电需要流量Q电,分别见表5-3第（2)(5）行。此外，水库水位与库容的关系，见表5-1；水库下游水位与流量的关系，见表5-2。试求水电站各月平均出力及发电量。是水电站在长期工作中，相应于设计保证率的枯水期 的平均出力。第二节 水电站保证出力与多年平均发电量计算AQHN 5.80.681.9AA出力系数，落差损失下上hhzzH （1）长系列法 由n年径流资料进行n年水能 计算，得n365个 ，按递减 排列由 计算p，绘 由p设（历时设计保证率）查 曲线得 N保，日N%100nmppN日 日N 保N 设p (%)pA

6、QHN 5.80.681.9AA出力系数，落差损失下上hhzzH（2）典型年法：改由3365，绘制 曲线 （选择）（3）简化法：绘制 代替 由 p设查曲线得Q保，则：日NpN日pN日pQ 日 年调节水电站：p设年保证率 水电站在多年工作期间，与设计保证率（p设）相应的的平均出力。（因供水期用水用电均紧张）（1）长系列法：对n年资料进行逐年逐时段（月或旬）水能计算，可求出n年（个）供水期的平均出力 ，绘制 由 p设 查曲线 得N保。pN供pN供供N（2）典型年法：由 p设选设计枯水年，对此年供水期进行水能计算，得设计枯水年的平均出力 ，则：（3）简化法：QzQzVVVzhzzHTVWQ21下调下

7、兴死上供下上供供供兴供调，供查：由）（供N三峡电站初期的规划是26台70万千瓦的机组，也就是装机容量为1820万千瓦，年发电量847亿度。后又在右岸大坝“白石尖”山体内建设地下电站，建6台70万千瓦的水轮发电机。在加上三峡电站自身的两台5万千瓦的电源电站。总装机容量达到了2250万千瓦，年发电量1000亿度。直接把装机容量乘以一年的时间来计算年发电量的方法是错误的。你能保证一年里所以的机组满负荷运转吗？肯定不行。首先是水不够，其次是机组也要检修。所以不可能在一年内所有的机组都时时刻刻运转。目前三峡电站的上网电价是0.25元，按照这样计算10000.25=250亿 三峡工程的总投资是1800亿，

8、1800250=7.2年。考虑到三峡电站每年的电价收益要扣除成本因素，大概15年能回收成本 是反映水电站发电效益的稳定指标。（中水平年法）（三典型年法）（或长系列法）平年枯年丰年平年年年年EEEEEnEEni31(1 n为NN装的月数，m为NN装月数。)1kwhmNNtEnii（装年 电力系统由若干发电厂、变电站、输电线路及电力用户等部分组成。工业用电（均匀）农业用电（季节变化）市政用电（日内变化）电站 变电站 线路 交通运输 等 第三节 电力系统负荷图 v电力系统中电力电量平衡 ：任何时间内，电力系统中各电站的处理过程和发电量必须与用户对出力的要求和用电量相适应，这种对电力系统提出的出力要求

9、，常被称为电力负荷。v 电力系统中所有用户所需出力N（负荷）随时间t的变化曲线。电力系统的负荷N，在一昼夜24小时内的变化过程。如图，N最大负荷 N 平均负荷 N最小负荷 基荷 腰荷 峰荷腰荷腰荷基荷基荷荷荷峰峰 是日负荷图的出力值（kw）与其相应的电量（kwh）之间的关系曲线。将日负荷曲线以下的面积（表示电量）自下而上加以分段，便得E1、E2、E3等分段电能量，令图横坐标代表分段电能量E的累积值，由此定出相应的a点、b点。按此向上逐渐累积到负荷的最高点，各交点的连线gabcd便是日电能累积曲线。（1）在最小负荷N以下，负荷无变化，故是直线；（2）在N以上，负荷有变化，故cd为向上凹曲线段。d

10、点横坐标为一昼夜的电量；（3）延长直线段gc，与d点的垂线df相交于e点，则e点的纵坐标就表示平均负荷N。负荷N在年内的变化过程。一年内各日的最大负荷值所连成的曲线 一年内各日的平均负荷值一年内各日的平均负荷值所连成的曲线所连成的曲线 “以第一台机组投入运行后的510年，并以国民经济五年计划相一致”，作为设计水平年。【例】葛洲坝第一台机组，1979+10=1989，取1990年作为设计水平年（即，以此年的供电范围、用电水平编制设计水平年的 及典型日负荷图。)tNtN,已知：设计水平年的用电水平：求：系统总装机容量N系装=？tNtN,二、电力负荷容量组成二、电力负荷容量组成 正常用电，必须满足两

11、个条件：正常用电，必须满足两个条件：电力电力(容量容量)平衡：机电设备容量平衡：机电设备容量(出力出力)不小于最大负荷不小于最大负荷 电量平衡：所发出的电能不小于用户需求电量电量平衡：所发出的电能不小于用户需求电量 这里关心电力平衡。这里关心电力平衡。容量又称装机容量。由以下几方面组成：容量又称装机容量。由以下几方面组成：最大工作容量最大工作容量(N工工):):备用容量（备用容量（N备备）:负荷备用、检修备用、事故备用负荷备用、检修备用、事故备用 重复容量重复容量(N重重):):为充分利用弃水发电而设置的容量为充分利用弃水发电而设置的容量 即：即：N装装=N工工+N备备+N重重 电力系统中所有

12、电站的装机容量的总和电力系统中所有电站的装机容量的总和N装装，是影响工程投资和效，是影响工程投资和效益的重要指标。益的重要指标。电站装机容量：电站装机容量：N系系,装装=N系系,工工+N系系,备备+N重重 N 系系 工工系统最大工作容量。指设计水平年电力系统负荷最高（一般在冬季枯系统最大工作容量。指设计水平年电力系统负荷最高（一般在冬季枯水季节）时，所有电站能担负的最大发电容量。水季节）时，所有电站能担负的最大发电容量。N系系,备备系统备用容量。为了确保系统供电的可靠性和供电质量，当系统在最大系统备用容量。为了确保系统供电的可靠性和供电质量，当系统在最大负荷时发生负荷跳动，因而短时间超过了设计

13、最大负荷时，或者机组发生偶然负荷时发生负荷跳动，因而短时间超过了设计最大负荷时，或者机组发生偶然停机事故时，或者进行停机检修等情况，都需要准备额外的容量，称系统备用停机事故时，或者进行停机检修等情况，都需要准备额外的容量，称系统备用容量容量 。N重重重复容量。利用部分弃水额外增发季节性电能，只增加额外容量，不增加重复容量。利用部分弃水额外增发季节性电能，只增加额外容量，不增加投资。由于这部分容量并非保证电力系统正常工作所必需，故称投资。由于这部分容量并非保证电力系统正常工作所必需，故称重复容量。重复容量。N系系,工工N系系,备备N重重N系系,装装第四节 水电站在电力系统中的运行方式v 水电站在

14、电力系统负荷图上的工作位置（不同时期）或系统负荷在各电站间的最优分配问题。v 使各电站扬长避短，供电可靠、经济、资源充分利用 （原因负荷不均匀、电站特性不同）一、水电站的工作特点一、水电站的工作特点 1 1 出力和发电量取决于天然径量；出力和发电量取决于天然径量；2 2 适应负荷的剧烈变化（启动快、增减负荷灵活）；适应负荷的剧烈变化（启动快、增减负荷灵活）；3 3 工程投资比较大，工期较长；工程投资比较大，工期较长；4 4 运行费用较低；运行费用较低；5 5 调度复杂。调度复杂。水电站水电站 电力系统中所有用户所需出力N（负荷）随时间t的变化曲线。负荷N：用户所需出力+厂用电+输电损失启动灵活

15、，宜任峰荷工作可靠性差（径流随机）运行费用低，电能成本低 u水=（1/21/7）u火无原料费（用水），厂用电少 运行费与发电量无关启动缓慢，宜任基荷工作可靠性高运行费用高，运行费u火与E成正比燃料费用所占比重大，且污染火电站火电站 （1）无调节水电站只宜任基荷，运行条件较差。在丰水期可部分做腰荷，但仍有弃水。弃水所 损失 的能量丰水期设计枯水年丰水年（2）日调节水电站在枯水期，担任峰荷；在丰水期，可以担任腰荷或基荷 设计枯水年峰荷基荷腰荷 E 辅助曲线：该线距日电能累计曲线的水平距离均等于日电能量E 水日 N 辅助曲线：该线距日电能累计曲线的垂直距离均等于装机容量N 水装 （3）年调节水电站既

16、可作基荷，也可作峰荷 设计枯水年丰水年（4）多年调节水电站 多年调节水库一般总是同时进行年调节和日调节。因此，其径流调节程度和水量利用率都比年调节水库的大。多年调节水库的相对库容较大，水电站的运行方式受一年内来水变化的影响较小。所以在一般来水年份，多年调节税电站在电力系统负荷图上将全年担任峰荷（或峰、腰负荷），而让火电站经常担任腰荷、基荷。第五节 本章思考题及课外延伸n思考题：n n1.某水电站的正常蓄水位、某年各月平均的天然来水量、各 种流量损失、下游各部门用水量和发电需要流量、以及水 库水位与库容的关系、水电站下游水位与流量的关系均为 已知，简述水电站出力及发电量的计算步骤。n n2.简述电力系统日负荷图的绘制过程。n n3.简述日调节水电站在年内不同时期的运行方式。n 谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH