水能计算教学文案

水能计算§5.1水能计算的目的和内容一、水能计算的目的确定水电站的一些基本技术指标（动能指标）如：出力、发电量。二、水能计算的概念确定水电站动能指标的计算为水能计算。N=9.81QH

（kw）实际要考虑水电站的水头损失和水轮机电机组的效率等变化情况。Q—通过水轮机的流量；η—水电站效率，等于水轮机效率、发电机效率及机组传动效率的乘积；H净—水电站的净水头，水电站上下游水位之差减去各种水头损失。§5.1水能计算的目的和内容(1)大型水电站（N>25万kw）,A=8.5；(2)中型水电站（N＝2.5～25万kw）,A=8～8.5

；(3)小型水电站（N<2.5万kw）,A=6～8。水电站在t1至tn时间段内的发电量为：在实际计算中用有限差求和公式：§5.1水能计算的目的和内容三、水能计算的复杂性(2)出力与引用流量（Q）、工作水头（H）、机组效率（η）有关，而这些值又受许多因素影响，同时河川径流随机多变，电力系统用电负荷同样随机多变。所以水电站的出力和发电量计算较为复杂。(1)水能计算不是单纯利用水量计算，而是利用水量与落差的乘积所代表的能量计算。(1)在规划设计阶段，为了选择水电站及水库的主要参数而进行水能计算，需假设若干个正常蓄水位，算出各个方案的水电站出力、发电量，然后进行技术经济比较，从中选择最优方案。§5.1水能计算的目的和内容四、水能计算的内容(2)在管理运行阶段，水电站及水库的主要参数（正常蓄水位和水电站装机容量等）已知，进行水能计算时要根据当时实际入库的天然来水量、国民经济各部门用水要求及电力系统负荷等情况，计算水电站在各个时段的出力、发电量，以便确定电力系统中各电站的最有利运行方式。§5.1水能计算的目的和内容五、水能计算的方法常用方法：列表法、图解法和电算法例：某水电站正常蓄水位180m，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，水库容积特性曲线见表1，水库下游水位与流量关系见表2，求水电站各月平均出力及发电量。表1水库水位与库容的关系水库水位(m)168170172174176178180库容(亿m3)3.716.349.1412.215.8319.9225.2表2水电站下游水位与流量的关系流量(m3/s)130140150160170180下游水位(m)115.28116.22117.00117.55118.06118.50（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用（5）发电需要流量Q电（6）水库供水流量－ΔQ（7）水库供水量－ΔW亿m3（8）弃水量W弃（9）时段初水库蓄水量V初（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度蒸发、渗漏、上游灌溉等（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电（6）水库供水流量－ΔQ（7）水库供水量－ΔW亿m3（8）弃水量W弃（9）时段初水库蓄水量V初（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度下游各兴利部门用水量，如不超过发电流量，则下游用水要求可充分得到满足。（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ（7）水库供水量－ΔW亿m3（8）弃水量W弃（9）时段初水库蓄水量V初（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度＝115-20-150＝-55（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3（8）弃水量W弃（9）时段初水库蓄水量V初（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度ΔW＝ΔQt（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度8月底蓄到正常蓄水位180m，对应库容25.2亿m3（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.2（10）时段末水库蓄水量V末（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度9月底库容25.2-1.445亿m3（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.2（10）时段末水库蓄水量V末23.755（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度9月底水位查表1根据库容曲线确定（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度＝（180+179.56）/2＝179.78（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上179.78（14）月平均下游水位Z下（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度查表2（水位流量关系曲线）（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上179.78（14）月平均下游水位Z下117.00（15）水电站平均水头H（16）水电站效率η（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度H=Z上-Z下（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上179.78（14）月平均下游水位Z下117.00（15）水电站平均水头H62.78（16）水电站效率η0.85（17）月平均出力N万kw（18）月发电量E万度N=9.81ηQ电H（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上179.78（14）月平均下游水位Z下117.00（15）水电站平均水头H62.78（16）水电站效率η0.85（17）月平均出力N万kw7.85（18）月发电量E万度E=Nt（1）时段t月9101112（2）天然来水流量Q天m3/s115857062（3）各种损失流量Q损2012109（4）下游综合利用需要流量Q用1009212560（5）发电需要流量Q电150150154159（6）水库供水流量－ΔQ-55-77-94-106（7）水库供水量－ΔW亿m3-1.445-2.023-2.469-2.784（8）弃水量W弃0000（9）时段初水库蓄水量V初25.223.75521.73219.263（10）时段末水库蓄水量V末23.75521.73219.26318.479（11）时段初上游水位Z初m180（12）时段末上游水位Z末179.56（13）月平均上游水位Z上179.78（14）月平均下游水位Z下117.00（15）水电站平均水头H62.78（16）水电站效率η0.85（17）月平均出力N万kw7.85（18）月发电量E万度5731§5.1水能计算的目的和内容六、水电站的动能指标计算水电站的动能指标保证出力多年平均发电量保证出力：水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）内的平均出力。多年平均发电量：水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。§5.1水能计算的目的和内容保证出力：水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）内的平均出力。多年平均发电量：水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。六、水电站的动能指标计算决定了水电站能够有保证地承担电力系统负荷的工作容量。是电站的主要效益指标。（一）保证出力计算§5.1水能计算的目的和内容1、年调节水电站保证出力计算已知条件：正常蓄水位、死水位，设计保证率，求保证出力（1）进行水量平衡计算，确定每一时段水库的平均库容和平均水位。（2）计算每个时段的水库下游水位。依据下游水位流量关系曲线、下泄流量。（3）计算每个时段水电站的水头。（4）计算每个时段的电站出力。水能计算（5）求得一年的供水期平均出力。兴利调节计算计算步骤：§5.1水能计算的目的和内容（6）长系列计算，求每年的供水期平均出力。（7）按照从大到小的顺序排列，并计算其频率（P=m/（n+1））。（8）绘制供水期平均出力保证率曲线。（9）根据已定的设计保证率，查曲线即可获得相应的保证出力。保证率P(%)供水期平均出力(万kw)90N保

§5.1水能计算的目的和内容大概估算：设计阶段进行多方案比较时，可计算设计枯水年的供水期平均出力，作为保证出力，计算量大大减少。2、无调节和日调节水电站保证出力计算

计算原理：长系列计算，以历年实测日平均流量及相应的水头计算各日的平均出力，从大到小排序，计算对应的频率，绘制保证率曲线，按以给定的设计保证率查询相应的保证出力。3、多年调节水电站保证出力计算

对实测长系列资料进行兴利调节和水能计算求得。简化计算可采用设计枯水系列的平均出力作为保证出力。§5.1水能计算的目的和内容（二）多年平均发电量计算1、设计平水年法（1）选择设计平水年；（2）列出所选设计年各月（或旬、日）的净来水量；（考虑均值及年内分配）（3）根据国民经济用水要求，列出各月（或旬、日）的用水量；（4）根据径流调节计算，求出相应各时段的平均水头及平均出力；（某些时段的平均出力大于水电站的装机容量时，以装机容量为平均出力。）§5.1水能计算的目的和内容（5）将各时段的平均出力Ni乘以时段的小时数t，即得各时段的发电量Ei。设n为平均出力低于装机容量N装的时段数，m为平均出力等于或高于N装的时段数，则水电站的多年平均发电量E年为：式中（m+n）是全年的时段数，当以月为时段单位，则m+n=12，t=30.4×24＝730；当以日为时段单位，则m+n=365，t=24。§5.1水能计算的目的和内容1、设计平水年法2、三个代表年法丰水年：10％平水年：50％枯水年：1-10％＝90％三个代表年的平均径流量相当于多年平均值。水电站的多年平均发电量E年＝（E丰+E平+E枯）/3选择设计平水系列，进行径流调节、水能计算，求出平水系列中每一年的发电量，取平均值即为多年平均发电量。3、设计平水系列法——多年调节水电站思考题：2、列出水能计算的步骤。1、水电站的主要动能指标是什么？并描述每个指标的概念。