小型水电站的水能计算

1. 小型水电站的水能计算

2. 主要内容： 14.1 水能利用的基本知识14.2 水电站的设计保证率14.3 电力系统的负荷及其容量组成14.4 无调节、日调节水电站的水能计算14.5 年调节水电站的水能计算14.6 灌溉水库水电站的水能计算

3. 14.1 水能利用的基本知识 一 我国丰富的小水电资源及小水电级别的划分 1 小水电资源概况 理论蕴藏量：1.5亿kW，年发电量13000亿kW·h 可开发：0.87亿kW，居世界第一 分布特点：主要集中在西部地区，占全国的67% 已开发：2005年底，已建5万座，装机3853万kW

4. 1980年第二次国际小水电会议规定： 小水电：单站容量1000~12000kW 小小型水电：单站容量100~1000kW 微型水电：单站容量100kW以下 2 小水电级别的划分 各国的资源条件和发展阶段不同，划分规定不同 我国有关文件规定： 小水电：单机容量<6000kW，总装机<25000kW 其中小（I）型：总装机25000~500kW 小（II）型：总装机<500kW

5. 1 Z1 2 H Z2 1 2 二 水能计算的基本原理 水能：水流在某一时段内所做的功 水流功率：单位时间内水流所做的功 理想功率，即天然河道上不考虑水能损失 而水力发电必须考虑损失

6. 水力发电损失：引水损失——H净=H-H损 水轮机效率 传动设备效率 发电机效率 A：出力系数，与机组类型以及水轮机和发电机传动形式有关 在初步计算中，大中型水电站，A=8.0~8.5 小型水电站，A=6.5~7.5

7. 发电量计算公式： 水电站在时段t（t1-t2）内的：

8. 根据集中落差方式的不同，分为以下三类 三 水电站的开发利用方式 1 坝式水电站 特点：建有拦河坝，抬高水位，形成水库，调节能力强 分类：河床式——厂房为坝体组成部分，承受上游水压 坝后式——厂房建在坝后，不承受水压 缺点：淹没损失大

9. 云南富宁百达水电站——坝后式

10. 黄河八盘峡水电站——河床式

11. 特点：低坝，无调节能力 适用：流量小、比降大的山区河流 2 引水式水电站

12. 前两种组合 在上游：坡降平缓而淹没小，有建库条件 筑坝集中落差，形成调节水库； 在下游：坡降较大且有条件集中较大落差 3 混合式水电站

13. 青海境内有：龙羊峡，拉西瓦，尼那，李家峡，公伯峡；青海境内有：龙羊峡，拉西瓦，尼那，李家峡，公伯峡； 甘肃境内有：刘家峡，盐锅峡，八盘峡，大峡； 宁夏境内有：青铜峡； 山西境内有：万家寨，龙口，天桥； 河南境内有：三门峡，小浪底。

14. 主要任务： 确定水电站的功能指标 保证出力、多年平均发电量 确定水电站参变数及其与功能指标间的关系 装机容量、正常蓄水位、死水位等 对水电站的经济效益进行计算和分析 方案比较和运行方式 四 水能计算的任务和所需资料

15. 水库特性曲线 Z-V，Z-A 水文资料 流域特征、径流资料、Z-Q、P、E 综合利用资料 需水-灌溉、航运、给水等， 防洪 供电范围的电力负荷 基本资料

16. 14.2 水电站的设计保证率 设计保证率：规划设计中期望水电站在未来多年工作期间正常工作得到保证的程度——设计依据 分两类： 年保证率： 历时保证率： 蓄水式水电站 径流式水电站和灌溉引水的电站

17. 参照规范，结合实际 考虑因素： 供电对象的性质 是否联网 设计电站在电网中的作用 水库调节能力 地区动能资源和经济条件等 水电站设计保证率的选定

18. P小，NP大，N装大，E大 优点：充分利用水资源 缺点：供电可靠性差 投资大，机电设备利用率低 N O P 设计保证率与水电站参数的关系

19. 一般为70%-90%，可参照： 1）若为骨干电站，且常年连续担任较大工业负荷，可取85%-90%，或更大 2）若担负一般负荷，装机为1000-12000kW水电站，可取80%-85% 3）装机为500-1000kW水电站，可取75%-80%；若主要为农村供电，可更低 4）水资源丰富，P大，供电可靠性高；反之， P小 5）枯水期电网有其他电站补充的，可取小值 6）与灌溉引水相联系的，与灌溉设计保证率相同 小型水电站设计保证率选定

20. 一 电力系统 1 电站类型：水电站、火电站、核电站、风力电站等 2 定义：一个地区，在各电站之间及电站与用户之间用输电线路连接成的一个整体 3 电力系统负荷：在任何瞬时内用户要求电力系统供应的电力总和 14.3 电力系统的负荷及其容量组成

21. 工业用电：年内变化不大，昼夜变化大 农业用电：具有明显的季节性 包括灌溉、乡镇企业、田间耕作、收获、畜牧业及农村生活与公用事业用电等 城镇和农村生活照明用电：年内变化大，昼夜变化大 4 电力用户 计算电力系统总负荷时，还应计入输电线路损失和电站的厂用电

22. 1 日负荷图 二 电力负荷图 N Nmax 峰荷 日负荷图特点： 两峰两谷 N 腰荷 基荷 Nmin 日负荷特征值： 最大、最小、均值 t 日负荷图分区： 基荷、腰荷、峰荷

23. 日负荷特征指数 日最小负荷率： 日平均负荷率： 若耗电工业比重大，日负荷在一日内变化较小，日平均负荷率越大 电力系统中照明负荷比重大，则日平均负荷率小 日最小负荷率大，说明峰谷差小，日负荷较均匀 反之，说明峰谷差大，日负荷不均匀 日负荷图的作用：确定水电站的N装，合理工作位置， 调节库容，一日内水量的分配

24. 一般采用月最大年负荷曲线 月平均年负荷曲线 2 年负荷图 月最大负荷日的最大负荷 月平均负荷 年负荷图的作用：是系统电力平衡和N装的依据 确定调节库容，一年内水量的分配

25. 规划设计水电站时选定设计水平年 设计水平年：今后第五至第十年的某一年 设计水平年负荷：最大负荷，并适应不同的运行方式 远景水平年：今后第十年至第十五的某一年 设计水平年

26. N装=N必+ N重 =N工+N备+ N重 = N工+ N负+N事+N检+ N重 三 电力系统的容量组成 保证系统正常供电必不可少的容量 N必=N工+N备 一般，调节性能较好的水电站常装设备用容量， 调节性能差的则装有较多的重复容量 为满足系统最大负荷需要而设置的容量；是月最大年负荷图中的最大值 N备=N负+N事+N检 为满足短时超过设计最高负荷而设置的跳动负荷；根据系统内跳动较大的设备而定，约为系统年最大负荷的5% 在电力系统中代替突然发生事故的机组进行工作的负荷； 约为系统年最大负荷的10%，且不得小于系统内最大一台机组的容量； 调节能力大的水电站承担 在电力系统中代替检修机组进行工作的负荷； 一般检修安排在系统负荷最低、出现空闲容量时进行；难以调整时可设置 为充分利用汛期多余弃水而设置 调节能力小的水电站设置 具有季节性，即Ｎ重＝Ｎ季

27. 一 保证出力的计算 14.4 无调节、日调节水电的水能计算 保证出力：NP 相应于设计保证率的水流平均出力 无调节水电站的设计保证率：P历时 计算方法：长系列法 代表年法

28. 条件：取水断面径流系列长，代表性好 计算时段：日或旬 计算过程： （1）逐时段计算各时段的平均出力N （2）绘制N~P频率曲线 （3）已知Ｐ历时，求NP 1 长系列法 N=AQH净 Q：用于发电的流量 H净=Z上-Z下-ΔH Z下：在Q~Z下曲线上由Q读出

29. （1）绘制日平均流量历时曲线 （2）读出QP （3）HP=Z上-Z下- ΔH （4）NP=AQPHP 简化长系列法

30. 代表年：设计枯水年（P） 设计平水年（50%） 设计丰水年（1-P） 代表年选择： 按年水量选择 按枯水期水量选择 2 代表年法

31. （1）绘制W年~P曲线 （2）求出3代表年的设计年径流量 （3）典型年的选择——3个 要求：3年的年均值、洪水期均值、枯水期均值分别与 多年平均值接近 （4）计算时段平均出力N(3年的日均流量统一分组） （5）绘制N~P曲线 （6）读出NP 按年水量选择 缺点：未考虑径流年内分配特点，结果可能偏大或偏小 适用：径流年内分配较稳定河流

32. 按枯水期水量选择 （1）绘制W枯~P曲线 （2）求出3代表年的设计枯水期水量 （3）典型年的选择——3个 要求：3年的年径流量均值与多年平均值接近 （4）计算时段平均出力N （5）绘制N~P曲线 （6）读出NP 适用：径流年内分配不稳定河流

33. 计算方法基本同无调节水电站 区别：上游水位具有日变化特点 Z上=f（V调/2+V死） 日调节水电站的保证出力

34. 具有实测径流资料： 利用日平均出力N~历时曲线计算：已知N装，计算E多 二 多年平均发电量的计算 N N装 N装 t E多

35. 二 多年平均发电量的计算 无实测径流资料，可简化计算： 日调节水电站的E多与无调节水电站相同 多年平均流量 径流利用系数，表示发电用水量与天然来水量的比值，可参考临近相似水电站的径流利用情况选定

36. 1 按负荷要求确定装机容量 基本依据：电力电量平衡 无调节水电站的工作位置：基荷 N工=NP 不能承担N负和N事 N必=N工=NP Ｎ季：季节容量年利用小时数法 Ｎ装＝Ｎ工＋Ｎ季 三 无调节水电站装机容量的确定 根据季节用户特点，拟定N季； 日平均出力~历时曲线上计算E季； h季,计=E季/N季 若h季,计≥h季,规，拟定N季合理

37. 2 装机容量选择的简化方法 方法1：装机容量年利用小时数法 年利用小时数： h年：表示水电站设备利用率大小的指标 根据当地的水资源、电力需要特点选定，计算出Ｎ装

38. （1）假定若干N装； （2）利用N~t曲线计算出相应的多年平均发电量； （3）计算各方案的h年； （4）绘制N装~h年曲线； （5）已知h设，读出N装。 计算流程： N装 N装 N装,设 h年 t h年,设

39. 水力资源状况 系统负荷特性 系统内水火电站比重 水库调节性能 水电站的运行方式 水资源的综合利用情况等 h年的影响因素

40. 一般在2000~6000h之间根据实际情况选定 （1）水资源丰富区高于水资源缺乏区 （2）调节能力越好，h年越小 （3）系统内水电站较多，且调节性能好，新建的h年较高 （4）工业用电电站的h年高于照明和农副产品电站 （5）灌溉为主水库，仅在灌溉期发电，h年可低于2000h 小型水电站选择h年应注意：

41. 方法2：保证出力倍比法 经验关系： 倍比系数，1.5~4.5； 水力资源丰富、年内分配均匀地区，取大值

42. N装：机组设备应根据生产和供应情况，套用现成产品N装：机组设备应根据生产和供应情况，套用现成产品 机组机型：根据水能计算成果、枢纽或厂房布置，考虑机组 安装台数确定 机组台数：2~4台 选定机组机型与台数后，核定多年平均发电量和h年 方法3：套用定型机组

43. 例14-1 某地区为了解决照明及农副产品加工用电问题，拟修建一座无调节水电站，确定Z上=66m，Z下=45m（变化很小，看作常数）。根据水文资料条件，计算时段为月。水电站处各设计代表年的月平均流量见表14.2。选定设计保证率65%。试进行水能计算。 表14-2 某水电站设计代表年的月平均流量

44. 解：（1） 计算保证出力 以0.3m3/s为组距分组，绘制分组平均流量历时曲线 P=65%，读出QP=1.15m3/s 忽略水头损失，HP=Z上-Z下=66-45=21m 水轮机与发电机采用同轴直接连接，A=7.0 NP=AQPHP=7.0×1.15×21=169kW

45. （2） 多年平均发电量及装机容量的确定 从后至前计算 N=7.0QH(kW) t=8760P(h) ΔE=ΔN×t(kW·h) 从后至前累计 h年=E/N

46. 绘制N~E曲线、N~h年曲线 根据电站特性，h年=4500h， 在N~h年上，N装=460kW 根据生产机组情况，选用2台250kW机组，则N装=500kW 由N装=500kW，在N~E曲线上，E=212万kW·h

47. 1 按负荷要求确定日调节水电站装机容量 （1）日调节水电站加入电网时最大工作容量确定：N工 日保证电能：EP,日=24NP 主要步骤： 四 日调节水电站装机容量的确定 水平年冬 季最大日 负荷图 绘制日电 能累积曲 线 图解法确 定N工

48. 日电能累积曲线绘制 N N N ΔE3 ΔE2 ΔE1 E t 电网日负荷图 ΔE1 ΔE2 ΔE3 EP，日，网 电网日累积电能曲线

49. 图解法确定N工情况1：水电站在日负荷图的峰荷部分工作图解法确定N工情况1：水电站在日负荷图的峰荷部分工作 N EP，日 EP，日 N N B A C E t 电网日负荷图 EP，日，网 电网日累积电能曲线

50. 图解法确定N工情况2：综合利用水电站——水库有均匀出流(基荷)图解法确定N工情况2：综合利用水电站——水库有均匀出流(基荷) 水电站的工作位置：基荷与峰荷 水电站 E峰 N N峰 N基=AQ基HP N火 N峰=NP,日-N基 E基 火电站 N工=N峰+N基 N基 水电站 E t