水电站水能计算PPT课件

1、 7.1 7.1 概述 7.2 7.2 水电站的保证出力和发电量计算 7.3 7.3 电力系统的负荷与容量组成 7.4 7.4 水电站装机容量的选择 7.5 7.5 水库防洪特征水位的选择本章内容结构：第1页/共59页7.1 7.1 概述概述 水电站水能计算的内容、目的和基本资料水电站水能计算的内容、目的和基本资料 水能利用的原理及开发方式水能利用的原理及开发方式 第一节内容结构：第2页/共59页 内容： 水能计算主要是确定水电站的动能指标水能计算主要是确定水电站的动能指标保保证出力和多年平均年发电量，及其相应的主要参数证出力和多年平均年发电量，及其相应的主要参数装机容量和水库的正常蓄水位。装

2、机容量和水库的正常蓄水位。 水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的重要环节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能重要环节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能计算。计算。水电站水能计算的内容、目的和基本资料第3页/共59页 目的： 在规划设计阶段在规划设计阶段，假定若干个水库正常蓄水位方，假定若干个水库正常蓄水位方案，为最终确定电站规模提供依据；案，为最终确定电站规模提供依据； 在运行阶段在运行阶段，根据水电站及水库的实际运行情况，根据水电站及水库的实际运行情况，计算水电站在各时段的出力和发电量，以便确定电力系计算水电站在各时段的出力和发电量，

3、以便确定电力系统中各电站的合理运行方式。统中各电站的合理运行方式。水电站水能计算的内容、目的和基本资料第4页/共59页基本资料： 特性曲线特性曲线水库面积曲线和水库容积曲线；水库面积曲线和水库容积曲线；水文资料水文资料坝址断面的坝址断面的 、洪水及流域的降雨、蒸发等资、洪水及流域的降雨、蒸发等资料；料；用水资料用水资料发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料；发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料； 此外，还需要此外，还需要: :电力系统负荷、水轮机特性、发电引水电力系统负荷、水轮机特性、发电引水系统系统 以及下游水位流量关系曲线等资料以及下游水位流量关系曲线等资料水电站水能计算的内容、目的

4、和基本资料第5页/共59页 水能利用的原理（1）水能的基本概念 河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量，称为水能。河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量，称为水能。在天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服沿在天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和夹带泥沙等方面。采取一定的工程河床阻力，冲刷河床和夹带泥沙等方面。采取一定的工程技术措施后，可将水能变为电能，为人类服务。程技术措施后，可将水能变为电能，为人类服务。水能利用的原理及开发方式第6页/共59页（2） 水能计算原理推导 图7-1 河段内蕴藏水能示意图N9.81QH (kw)WZEgvrP)(2112111WZ

5、EgvrP)(2222222).()(212121mkgHWWZZEEE)/.(21smkgQHNTWHTE水能利用的原理及开发方式第7页/共59页 E EAQHAQH净净T T (kw.h) (kw.h) N981QH (kw)H净=HH A为出力系数，在初步规划设计估算时，大中型水电站可取A=7.5-8.5；小型水电站可取A6.5-7.5。理论值损失实际值)81. 9QH81. 9KWAQHQHN（净净净电水第8页/共59页 开发方式:集中落差和引取流量的方式。 根据开发河段自然条件的差异，水能的开发方式主要有根据开发河段自然条件的差异，水能的开发方式主要有坝式、引水式、混合式坝式、引水式

6、、混合式三三种。种。水能利用的原理及开发方式第9页/共59页1、坝式(蓄水式)水电站水能利用的原理及开发方式第10页/共59页2、引水式水电站水能利用的原理及开发方式第11页/共59页3、混合式水电站水能利用的原理及开发方式第12页/共59页7.2 7.2 水电站的保证出力和发电量计算水电站的保证出力和发电量计算 水电站的保证出力与保证电能计算水电站的保证出力与保证电能计算 1 1、无调节、日调节水电站的保证出力与保证电能、无调节、日调节水电站的保证出力与保证电能计算计算 2 2、年调节水电站的保证出力与保证电能计算、年调节水电站的保证出力与保证电能计算 3 3、多年调节水电站的保证出力与保证

7、电能计算、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算 水电站的多年平均年发电量计算水电站的多年平均年发电量计算第二节内容结构：第13页/共59页1 1、无调节、日调节水电站水能计算方法 定义：定义： 因库容较小不能调节天然径流的水电站，因库容较小不能调节天然径流的水电站，称为无调节水电站。称为无调节水电站。 如果库存能够按发电要求调节如果库存能够按发电要求调节一日以内的天然径流，称为日调节水电站。一日以内的天然径流，称为日调节水电站。 相同点：相同点：无调节、日调节水电站的出力计算，都以无调节、日调节水电站的出力计算，都以 “日日”为计算时段，故其保证出力为计算时段，故其保证出力N N保保为相应于

8、设计为相应于设计保证率的日平均出力。保证率的日平均出力。 差异：差异：日调节水电站的上下游水位，随一日之内的日调节水电站的上下游水位，随一日之内的用水量不同而发生变化。用水量不同而发生变化。第14页/共59页例例7-1 7-1 某河床式水电站为无调节水电站，具有某河床式水电站为无调节水电站，具有1818年径流资年径流资料，其系列的代表性较好，有关资料列入表料，其系列的代表性较好，有关资料列入表7-17-1中，设计中，设计保证率保证率P P=80%=80%。试推求该水电站的保证出力。试推求该水电站的保证出力N N保保和日保证电和日保证电能能E E保保。 （1）分组； （7）出力； （2）求可能引

9、用的发电流量；（8）累积出现次数； （3）上游水位； （9）累积频率； （4）下游水位； （10）保证时间； （5）水头损失； （11）求保证出力； （6）净水头； （12）求日保证电能1、无调节、日调节水电站水能计算方法第15页/共59页日平均日平均流量分组流量分组（m3/s）各组日各组日平均流平均流量中值量中值m3/s引用及引用及损失损失流量流量m3/s发电发电流量流量Q电电m3/s上游上游水位水位Z上上（m）下游下游水位水位Z下下（m）水头水头损失损失Hm净水头净水头H净净（m）出力出力NkW各组出各组出现次数现次数（日）（日）累积出累积出现次数现次数（日）（日）累积频率累积频率P（%）

10、保证保证时间时间(按年计按年计)t=8760P（h）1112132202204216295.85276.38276.381.11.118.3718.3731740317405985985985989.19.17972201802004196295.85276.32276.321.11.118.4318.43289002890012512572372311.011.09641801401604156295.85276.23276.231.11.118.5218.5223110231103613611084108416.516.514451401201305125295.85276.10276.1

11、01.11.118.6518.6518650186505985981682168225.625.622431201001105105295.85276.02276.021.11.118.7318.7315730157306906902372237236.136.131621008090585295.85275.90275.901.11.118.8518.851282012820226022604632463270.570.56176806070664295.85275.80275.801.11.118.9518.9597009700137313736005600591.491.48007604

12、050644295.85275.65275.651.11.119.1019.10672067203153156320632096.296.28427402030624295.85275.45275.451.11.119.3019.30371037101711716491649198.898.886552020614295.85275.30275.301.11.119.4519.45218021807979657065701001008760例题7-1 解答第16页/共59页1、无调节、日调节水电站水能计算方法第17页/共59页2 2、年调节水电站水能计算 定义：水库的兴利库容能够对一年内的天然

13、径流进行重新水库的兴利库容能够对一年内的天然径流进行重新分配，将丰水期的余水量蓄起来提高枯水期的发电流量、分配，将丰水期的余水量蓄起来提高枯水期的发电流量、这类水电站称为年调节水电站。这类水电站称为年调节水电站。 方法： 设计枯水年法 和 长序列法 方案比较阶段一般采用设计枯水年法；对选定方方案比较阶段一般采用设计枯水年法；对选定方案要求较详细的水能计算可采用长系列法。案要求较详细的水能计算可采用长系列法。 等流量法 和 等出力法第18页/共59页设计枯水年法实测径流序列设计枯水年径流设计年径流量年内分配兴利调节计算设计枯水年供水期调节流量供水期的平均出力，即为年调节水电站的保证出力等流量或等

14、出力水能计算频率计算第19页/共59页长序列法实测径流序列逐年进行兴利调节计算各年供水期的平均出力绘制供水期平均出力保证率曲线年调节水电站保证出力各年供水期逐年进行供水期水能计算频率计算第20页/共59页（1 1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算图7-8 设计枯水年调节流量计算示意图供水期的调节流量QP供为QP供（W供V兴）/T供蓄水期的调节流量QP蓄为QP蓄（W蓄V兴）/T蓄原理：第21页/共59页例例7-27-2 ：以发电为主的某年调节水电站，设计保证率：以发电为主的某年调节水电站，设计保证率P P=90%=90%，水库正常蓄水位为水库正常蓄水位为133.0m133.0m，死水位为，死水

15、位为110.0m110.0m，水库水位库，水库水位库容关系、下游水位流量关系如表容关系、下游水位流量关系如表7-27-2。由分析计算得出坝址。由分析计算得出坝址处的设计枯水年流量过程，如表处的设计枯水年流量过程，如表7-37-3中、栏。初步计算中、栏。初步计算暂不计水库的水量损失，水头损失按暂不计水库的水量损失，水头损失按1.0m1.0m计算。试用等流计算。试用等流量法推求该水电站的保证出力和保证电能。量法推求该水电站的保证出力和保证电能。（1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算第22页/共59页时间时间(月月)天然天然流量流量Q天天（m3/s）引用引用流量流量Q引引（m3/s）水库蓄水水库蓄

16、水(+)或供水或供水(-)弃水弃水流量流量Q弃弃m3/s时段末时段末蓄水量蓄水量V末末(（m3/s）.月）月）平均蓄水平均蓄水量量(（m3/s）.月）月）上游平上游平均均水位水位Z上上（m）下游平下游平均均水位水位Z下下（m）水头水头损失损失H（m）平均平均净水头净水头（m）平均平均出力出力N（kW）月发月发电量电量E（万（万kWh）Q（m3/s）W（m3/s）11121314319.819.8007.707.70110.082.901.026.104134302414.914.9007.707.70110.082.901.026.103111227541.535.06.506.5014.20

17、10.95114.283.651.029.558274604655.335.020.3020.3034.5024.35126.583.651.041.8511718855730.230.20034.5034.50133.083.451.048.551173085683.516.2-12.65-12.6521.8528.18129.082.701.045.305853427928.816.212.6512.6534.5028.18129.082.421.045.305853427109.812.1-2.26-2.2632.2433.37132.382.421.048.884716344118.7

18、12.1-3.36-3.3628.8830.56130.882.421.047.384571334125.912.1-6.16-6.1622.7225.80127.882.421.044.38428231313.812.1-8.26-8.2614.4618.59122.282.421.038.78374127325.312.1-6.76-6.767.7011.08114.582.421.031.082999219227.5227.5005181表7-3 某年调节水电站等流量水能计算（不计水量损失，P=90%）净HV第23页/共59页例例7-37-3 ：根据例：根据例7-27-2资料，按等出力试

19、算法求该水电资料，按等出力试算法求该水电站的保证出力站的保证出力N N保保及保证电能及保证电能E E保保。（2）用等出力法进行设计枯水年的水能计算第24页/共59页时时间间(月月)已知已知出力出力NkW天然天然流量流量Q天天m3/s引用引用流量流量Q引引m3/s水库蓄水水库蓄水(+)或供水或供水(-)弃水弃水流量流量Q弃弃m3/s时段末时段末蓄水量蓄水量Q末末m3/s平均平均蓄水蓄水量量m3/s上游平上游平均均水位水位Z上上（m）下游下游平均平均水位水位Z下下（m）水头水头损失损失Hm平均净平均净水头水头m校核校核出力出力NkWQm3/sWm3/s11121314934.5(10)(4000)

20、(9.8)(10.10)(-0.3)(-0.3)(34.2)(34.35)(133.02)(82.25)(1.0)(49.77)(4021)1011400040009.88.710.0510.17-0.25-1.47-0.25-1.4734.2532.7834.3833.52133.05132.4682.2482.261.01.049.8149.20400540031240005.910.59-4.69-4.6928.0930.44130.4582.271.047.18399712400040003.85.311.6514.18-7.85-8.88-7.85-8.8820.2411.3624.

21、1715.8126.32118.882.3882.551.01.042.9435.2540023999934.51011425042509.88.710.6910.92-0.89-2.22-0.89-2.2233.6131.3934.0632.5133.0132.082.3082.341.01.049.7048.66425042511242505.911.58-5.68-5.6825.7128.55129.282.361.045.844247142503.813.10-9.30-9.3016.4121.06124.082.471.040.534248242505.318.10-12.80-12

22、.803.6110.01113.282.821.029.384254表7-4 某年调节水电站等出力水能计算（未计水量损失，P=90%）V净H第25页/共59页3 3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算 水库的兴利库容较大，能够对几年甚至几十年的天然径梳进行重水库的兴利库容较大，能够对几年甚至几十年的天然径梳进行重新分配，将丰水年组的余水蓄存起来，提高枯水年组的发电流量，新分配，将丰水年组的余水蓄存起来，提高枯水年组的发电流量，这类水电站称为这类水电站称为多年调节水电站多年调节水电站。 当水库经过多年调节，在相对于设计保证率的枯水年组内所发出当水库经过多年调节，在相对于设计保证率的枯水年组内

23、所发出的平均出力。称为的平均出力。称为多年调节水电站的保证出力多年调节水电站的保证出力。 在设计枯水年组内的总发电量为保证电能，但电力系统都是以年在设计枯水年组内的总发电量为保证电能，但电力系统都是以年来计算发电量的，故将按保证出力连续工作一年的发电量，作为来计算发电量的，故将按保证出力连续工作一年的发电量，作为多年调节水电站的保证电能多年调节水电站的保证电能。定义第26页/共59页 特点 当水电站水库进行多年调节时，丰水年蓄存在水库当水电站水库进行多年调节时，丰水年蓄存在水库中的多余水量，可以调配到连续几个枯水年份使用，因中的多余水量，可以调配到连续几个枯水年份使用，因此，多年调节水电站的特

24、点是其水库能进行年际间的水此，多年调节水电站的特点是其水库能进行年际间的水量调配，调节周期可长达若干年，使水电站在连续枯水量调配，调节周期可长达若干年，使水电站在连续枯水年组内得到相同的平均出力和年发电量。年组内得到相同的平均出力和年发电量。3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算第27页/共59页 （1 1）按水电站的设计保证率）按水电站的设计保证率P P设计算水库正常供水允许破设计算水库正常供水允许破坏的年数坏的年数 T T破破n- Pn- P设设(n+1)(n+1)； （2 2）从年径流长序列中，选择最枯的连续枯水年组，逆时）从年径流长序列中，选择最枯的连续枯水年组，逆时序从该枯水年组

25、末起扣除允许破坏年数序从该枯水年组末起扣除允许破坏年数T T破破，余下的年组即为，余下的年组即为所选的设计枯水年组；所选的设计枯水年组； （3 3）按等流量调节计算设计枯水系列的调节流量；）按等流量调节计算设计枯水系列的调节流量； （4 4）按等流量调节计算）按等流量调节计算N N保和保和E E保。保。 计算方法第28页/共59页水电站的多年平均年发电量计算水电站的多年平均年发电量计算定义： 无调节、日调节、年调节及多年调节水电站的多年平均发电量，均为多年运行期间平均每年所产生的电能。计算方法：1、代表年法或代表年组法2、长序列法第29页/共59页 在规划设计阶段，其计算精度要求不高，可采用简

26、化方法在规划设计阶段，其计算精度要求不高，可采用简化方法计算，一般采用计算，一般采用平水年法平水年法计算多年平均年发电量。计算多年平均年发电量。 水电站的初步设计阶段，一般采用水电站的初步设计阶段，一般采用三代表年法。三代表年法。是以三个是以三个代表年代表年( (设计枯水年、设计中水年和设计丰水年设计枯水年、设计中水年和设计丰水年) )的年发电的年发电量的平均值作为水电站多年平均年发电量。量的平均值作为水电站多年平均年发电量。1、代表年法或代表年组法）（枯平丰年旬月月年EEEENNEEiiii312437303611213、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算第30页/共59页 方法方法：长

27、系列法要求对实测径流资料依时序逐年长系列法要求对实测径流资料依时序逐年逐时段进行水能计算，并在对逐时段平均出力进逐时段进行水能计算，并在对逐时段平均出力进行统计计算的基础上求得水电站的多年平均年发行统计计算的基础上求得水电站的多年平均年发电量。电量。2、长序列法v适用范围：当水库的正常蓄水位、死水位以及装机容量都确定后，有必要用这种方法较精确的求出多年平均年发电量。nEnii/ )E1年年（3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算第31页/共59页小结7.1和7.2 主要介绍了以下几个主要内容：第32页/共59页 7.3 电力系统负荷与容量组成 电力系统及电力负荷图电力系统及电力负荷图 电力

28、系统的容量组成电力系统的容量组成 水电站、火电厂的工作特点水电站、火电厂的工作特点 第三节内容结构：第33页/共59页电力系统及电力负荷图 一、电力系统v 定义 作用v 用电户工业用电农业用电市政用电交通运输用电第34页/共59页 定义二、电力负荷图出力与时间关系曲线v特性实践证明它具有周期性的变化规律其变化情况可用日负荷图与年负荷图表示。电力系统及电力负荷图 第35页/共59页 1 1、日负荷图、日负荷图二、电力负荷图图7-10a 日负荷图图7-10b 日电能累积曲线第36页/共59页(1)日负荷图的特征值与分区 日最大负荷日最大负荷N N日平均负荷日平均负荷日最小负荷日最小负荷N N1、日

29、负荷图三个特征值分区基荷腰荷峰荷N第37页/共59页(2)日负荷特征系数 基荷指数：基荷指数： N/ 越大，基荷占负荷图的比重越大，这表示用户的用电越大，基荷占负荷图的比重越大，这表示用户的用电情况比较平稳。情况比较平稳。 日最小负荷率：日最小负荷率： NN 越小，表示负荷图中高峰与低谷负荷的差别越大。越小，表示负荷图中高峰与低谷负荷的差别越大。 日平均负荷率：日平均负荷率： N 越大，表示日负荷变化越小。越大，表示日负荷变化越小。1、日负荷图NN第38页/共59页 表示一年内电力系统的负表示一年内电力系统的负荷变化过程线，称为荷变化过程线，称为年负荷年负荷图图2、年负荷图v定义： 年最大负荷

30、图：表示电力系统在一年内各日或各月对各电站最大出力总和或发电设备总容量的要求。年平均负荷图：表示电力系统在一年内各日或各月对各电站总电量的要求。第39页/共59页 定义：定义： 与设计负荷水平相应的年份称水电站的与设计负荷水平相应的年份称水电站的设计水平设计水平年年。 选择原则：选择原则： 一般可采用第一台机组投产后的一般可采用第一台机组投产后的5-105-10年，所选年，所选设计水平年应与国民经济五年计划年份相一致。设计水平年应与国民经济五年计划年份相一致。3、水电站的设计水平年第40页/共59页 概念：电力系统的容量组成 一台发电机组所标的铭牌出力为额定容量，即容量一座电站所有发电机组的铭

31、牌出力之和，即电站的装机容量电力系统中全部机组铭牌出力的总和，即电力系统总装机容量第41页/共59页v 分类 按电力系统中各类容量担任的任务分为： 最大工作容量N工备用容量N备重复容量N重负荷备用容量N负备事故备用容量N故备检修备用容量N检备电力系统的容量组成 第42页/共59页第43页/共59页1 1水电站的工作特性1 1）水电站正常工作只能达到一定的保证程度。）水电站正常工作只能达到一定的保证程度。2 2）水电站机组操作运用灵便、启闭迅速。所以，有一定的）水电站机组操作运用灵便、启闭迅速。所以，有一定的调节性能的水电站适宜担任系统的调峰、调频、负荷备用调节性能的水电站适宜担任系统的调峰、调

32、频、负荷备用及事故备用等任务。及事故备用等任务。3 3）水电站运行费用较低，且不污染，有利于环境保护。）水电站运行费用较低，且不污染，有利于环境保护。4 4）水电站的建设地点受水能资源、地质及地形等条件的限）水电站的建设地点受水能资源、地质及地形等条件的限制。同时水电站土建工程量大，工期长，且因其一般远离制。同时水电站土建工程量大，工期长，且因其一般远离负荷中心地区，故需建高压、远距离输变电工程。另外，负荷中心地区，故需建高压、远距离输变电工程。另外，修建水库一般会造成淹没损失，需做好移民安置工作。修建水库一般会造成淹没损失，需做好移民安置工作。水电站、火电厂的工作特点第44页/共59页2火电

33、站的工作特性 火电站的主要设备为锅炉、汽轮机和发电机等，我火电站的主要设备为锅炉、汽轮机和发电机等，我国火电绝大部分以煤为燃料。国火电绝大部分以煤为燃料。 火电站的工作主要有以下特性：火电站的工作主要有以下特性：1 1）火电站出力和发电量的工作保证率较高。）火电站出力和发电量的工作保证率较高。2 2）火电站工作惰性大，机组启动费时，加荷也较缓慢，）火电站工作惰性大，机组启动费时，加荷也较缓慢，从停机状态启动到满负荷运行一般需从停机状态启动到满负荷运行一般需2 23 3小时。小时。3 3）由于火电必须消耗大量的燃料，且机组设备较复杂，）由于火电必须消耗大量的燃料，且机组设备较复杂，厂用电及所需管

34、理人员也多，所以，火电运行费远比水厂用电及所需管理人员也多，所以，火电运行费远比水电高。另外，火电站污染环境，需采取环保措施。电高。另外，火电站污染环境，需采取环保措施。水电站、火电厂的工作特点第45页/共59页7.4 7.4 水电站装机容量的选择水电站装机容量的选择 水电站最大工作容量确定水电站最大工作容量确定 水电站的备用容量水电站的备用容量 水电站的重复容量确定水电站的重复容量确定 水电站装机容量的简化估算水电站装机容量的简化估算 第四节内容结构：第46页/共59页水电站最大工作容量确定 无调节水电站的最大工作容量确定无调节水电站的最大工作容量确定v日调节水电站的最大工作容量确定v年调节水电站的最大工作容量确定v多年调节水电站的最大工作容量确定第47页/共59页 无调节水电站的最大工作容量确定 由于无调节水电站没有水量调节能力，为避免弃水，其工作位置应在基荷。按保证电能进行计算，无调节水电站的最大工作容量等于保证出力。 无调节水电站以保证出力在基荷运行一日的发电量恰好等于保证电能。水电站最大工作容量确定第48页/共59页v日调节水电站的最大工作容量确定取决于E保.日及电站在负荷图中的位置图a 在峰荷部分工作时图b 承担峰荷和基荷任务水电站最大工作容量确定第49页