石大水文学及水利计算课件第11章 水电站的水能计算

第十一章水电站的水能计算一、概述二、水能资源开发方式三、水能计算的基本方法四、电力系统的负荷及容量组成主要内容一、概述水能是一种可再生能源，是清洁能源，是绿色能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。水能或称为水力发电，是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。

水能利用水车

水磨

水磨水电站水能资源广义的水能资源包括：河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源，一次能源。人们目前最易开发和利用的比较成熟的水能也是河流能源。水能主要用于水力发电，其优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，气候等多方面的因素所影响。水电站HEP(HydroelectricPower)isanenvironmentallyfriendlywaytogenerateelectricity.水能水力发电的原理水能水力发电的原理水轮机Receiveskineticenergyfromwater.Rotatesaswaterpushesblades.Gravitydriven.Axleattachedtogenerator.发电机Createselectricalcurrentusingthemechanicalenergyfromwater.BarelyfitinsidethisclassroomUpto10inapowerhouse.PowerHouseHousesallofthegenerators.Maintainedandregulateddaily.BattlesFRICTIONHowAHydropowerplantworks:Dam:controlstheflowofwaterandcreatesareservoirofwateraboveforenergyusewhenneededPenstock(压力管道）:pipechannelingwaterfromthedamtotheturbinesTurbines:largebladesattachedtoacylinderthatmovewhenthewaterpushesagainstitGenerator:partsconnectedtotheturbinesthatcreatetheelectricitybymovinglargemagnetsInductor（电感）:changestheformofelectricitytoonethatcanbeusedTransmissionLines（输电线）:transportenergytoplacesthatneeditHowitworksAdamisbuilttotrapwater,usuallyinavalleywherethereisanexistinglake.Waterisallowedtoflowthroughtunnelsintothedam,toturnturbinesandthusdrivegenerators.Noticethatthedamismuchthickeratthebottomthanatthetop,becausethepressureofthewaterincreaseswithdepth.

ApictureofhowitworksAdvantagesofHEPOncethedamisbuilt,theenergyisvirtuallyfreeWatercanbestoredabovethedamreadytocopewithpeaksindemandmuchmorereliablethanwind,solarorwavepowerNowasteorpollutionproducedElectricitycanbegeneratedconstantlyHydro-electricpowerstationscanincreasetofullpowerveryquicklyunlikeotherpowerstations水能优点其优点是成本低、可连续再生、无污染。

1．水力是可以再生的能源，能年复一年地循环使用，而煤碳。石油、天然气都是消耗性的能源，逐年开采，剩余的越来越少，甚至完全枯竭。

2．水能用的是不花钱的燃料，发电成本低，积累多，投资回收快，大中型水电站一般3～5年就可收回全部投资。3．水能没有污染，是一种干净的能源。

4．水电站一般都有防洪、灌溉、航运、养殖、美化环境、旅游等综合经济效益。5．水电投资跟火电投资差不多，施工工期也并不长，属于短期近利工程。6．操作、管理人员少，一般不到火电的三分之一人员就足够了。7．运营成本低，效率高；

8．可按需供电；

9．控制洪水泛滥；

10．提供灌溉用水；

11．改善河流航动；

12．有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。美国田纳西河的综合发展计划，是首个大型的水利工程，带动着整体的经济发展。DisadvantagesofHEPThedamsareveryexpensivetobuild,howevermanydamsarealsousedforfloodcontrolorirrigation,sobuildingcostscanbesharedBuildingalargedamwillfloodaverylargeareaupstream,causingproblemsforanimalsthatusedtolivethereFindingasuitablesitecanbedifficult-theimpactonresidentsandtheenvironmentmaybeunacceptable.

Waterqualityandquantitydownstreamcanbeaffected,whichcanhaveanimpactonplantlife.水能缺点不利方面有：水能分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，气候等多方面的因素所影响。

1．生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。不过，这些负面影响是可预见并减小的。如水库效应。

2．需筑坝移民等，基础建设投资大,搬迁任务重.

3．降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停发电

4．下游肥沃的冲积土减少国家可开发总出力108kw已开发容量108kw开发比%备注中国4.48122.32004年资料美国1.9430.8443.31986年资料加拿大1.5290.6642.91997年资料巴西2.130.5525.61997年资料俄罗斯2.690.6223.11986年资料印度0.840.2226.21997年资料日本0.350.3395.01986年资料法国0.220.2192.11986年资料挪威0.380.2658.41997年资料意大利0.190.1893.01986年资料西班牙0.290.1861.61997年资料世界各国水能开发情况经济越发达，水电开发利用率越高既充分利用水能，又保护环境中国水电开发水平远低于发达国家长江流域水能资源分布中国水能分布水能计算基本方程1122Hz2z1V1V2p1p2E=(Z1-Z2)Wr

=HWrN=E/T=9.81QHE：能量H：水头W：水体体积r：容重，取1000二、水能开发利用方式1、坝式(蓄水式）水电站2、引水式水电站3、混合式水电站4、抽水蓄能电站

5、潮汐电站

1、坝式水电站1、坝式(蓄水式）水电站2、引水式水电站3、混合式水电站新安江水库电站新安江水库电站1、坝式水电站的特点1、坝式(蓄水式）水电站2、引水式水电站3、混合式水电站设具有一定库容的水库，对天然水流具有调节能力2、引水式水电站没有水库或水库库容很小,对天然水量无调节能力或调节能力很小。3、混合式水电站

由坝和引水道两种建筑物共同形成发电水头的水电站，即发电水头一部分靠拦河坝壅高水位取得，另一部分靠引水道集中落差取得。

混合式水电站：充分利用河流有利的天然条件，在坡降平缓河段上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方式得到大的水头。这种水电站通常兼有坝式水电站和引水式水电站的优点和工程特点。

没有水库或水库库容很小,对天然水量无调节能力或调节能力很小抽水蓄能电站利用电网中负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水至下水库，从而满足电网调峰等电力负荷的需要。抽水蓄能电站抽水蓄能电站抽水蓄能电站潮汐电站利用海潮涨落所形成的潮汐能发电

著名水电厂

中国

三峡水电站：世界上最大的水电站

葛洲坝水电站

小浪底水电站美国

胡佛水坝

巴西

伊泰普水电站：南美洲最大的伊瓜苏瀑布、世界上第二大水电站三峡水电站其他国家

叙利亚迪什林水电站

葛洲坝水利枢纽位于中国湖北省宜昌市境内的长江三峡末端河段上，距上游的三峡水电站38公里。它是长江上第一座大型水电站，也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。1971年5月开工兴建，1972年12月停工，1974年10月复工，1988年12月全部竣工。坝型为闸坝，最大坝高47米，总库容15.8亿立方米。总装机容量271.5万千瓦，其中二江水电站安装2台17万千瓦和5台12.5万千瓦机组；大江水电站安装14台12.5万千瓦机组。年均发电量140亿千瓦时。第一台17万千瓦机组于1981年12月投入运行。胡佛水坝(HooverDam)是美国综合开发科罗拉多河(Colorado)水资源的一项关键性工程，位于内华达州和亚利桑那州交界之处的黑峡(BlackCanyon)，具有防洪、灌溉、发电、航运、供水等综合效益。大坝系混凝土重力拱坝，坝高221.4m，大坝形成的水库叫米德(Mead)湖，总库容348.5亿m3，水电站装机容量原为134万kW，现已扩容到208万kW，计划达到245.2万kW。于1931年4月开始动工兴建，1936年3月建成，1936年10月第一台机组正式发电。伊泰普水电站位于巴西与巴拉圭之间的界河——巴拉那河（世界第五大河，年径流量7250亿立方米）上，伊瓜苏市北12公里处，是目前世界第二大水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。目前共有20台发电机组（每台70万千瓦），总装机容量1400万千瓦，年发电量900亿度，其中2008年发电948.6亿度。是当今世界装机容量第二大，发电量最大的水电站。水电站集景金沙江上第一拐中国第一座水电站——

石龙坝水电站

石龙坝水电站位于中国云南省昆明市郊的螳螂川上，是中国最早兴建的水电站。电站一厂于1910年7月开工，1912年4月发电，最初装机容量为480kW。

石龙坝水电站一厂是1908年(清光绪三十四年)由昆明商人王筱斋为首招募商股、集资筹建的。石龙坝水电站经过三四十年新建、扩建和改建，到1949年，全厂总装机容量为2920kW。

中华人民共和国成立后，对石龙坝水电站进行了彻底改造：全厂总装机容量达到6000kW。1954年新厂房建成，安装第一台瑞士产的机组投产；1958年7月1日第二台中国产机组发电。改建后的电站利用落差31m，引用流量24m3／s，至今仍在运行。

二滩水电站

二滩水电站位于四川省攀枝花市境内，是水电“富矿”雅砻江水电基地的第一期开发工程，是我国于20世纪末建成投产的装机容量最大的水电站工程。

二滩水电站距成都市727km，距攀枝花市40余km。电站以发电为主，兼顾漂木等综合利用效益。总装机容量330万kW，保证出力100万kW，年发电量170亿kW·h，年利用小时5162h。是四川电网中的大型骨干工程。

二滩水电站映秀湾水电站映秀湾水电站是岷江上游的一座中型径流引水式电站。位于四川省汶川县境内，是成都地区的主要电源之一。

电站装机容量13.5万kW，年发电量7.13亿kWh。该工程由成都勘测设计院设计，基建工程兵00619部队施工。1965年9月开工，1971年9月第一台机组发电，1972年全部建成。

太平驿水电站位太平驿水电站位于四川省汶川县境内，系岷江上游河段（灌县—汶川）规划中的第二个梯级电站，距成都市约97km。电站装机容量26万kW（4×6.5），保证出力10.5万kW，年平均发电量15.3亿kW·h，供电四川省。

宝珠寺水电站位宝珠寺水电站位于四川省广元市境内的嘉陵江支流白龙江下游。

宝珠寺水电站以发电为主，兼有灌溉、防洪等综合利用效益。当正常蓄水位588m时，总装机容量70万kW，年发电量23亿kW·h；水库总库容21.0亿m3，具有不完全年调节性能。与系统内映秀湾、渔子溪、龚嘴等水电站补偿调节，可增加保证出力约8万kW。工程于1989年开工，1996年投入运行。

铜街子水电站位铜街子水电站位于四川省乐山市境内，是大渡河流域梯级开发下游最后一级电站。电站距上游龚嘴水电站33公里，距成昆铁路轸溪车站17km，以发电为主，兼顾漂木和下游通航。装机容量60万kW，保证出力13万kW，多年平均年发电量32.1亿kW·h。主坝为混凝土重力坝，最大坝高79m。工程于1985年开工，1992年12月第1台机组发电。电力纳入四川电力系统。

龚咀水电站龚咀水电站位于大渡河中游，在乐山市上游90km，为大渡河流域干流开发中修建的第一座大水电站，也是二滩水电站投产前四川省已建的最大的水电站，在四川电力系统中起着骨干作用。

龚咀水电站一期装机容量70万kW，建有坝后右岸地面厂房4台10万kW的机组，左岸地下厂房3台10万kW的机组，保证出力18.3万kW，多年平均发电量34.2亿kWh。用4回220kV高压输电线联入四川电力系统。龚咀水电站华能冷竹关水电站华能冷竹关水电站位于四川省甘孜州藏族自治州境内，系大渡河一级支流瓦斯河流域梯级滚动综合开发一期工程，也是流域内第四级（最末一级）电站。电站闸首位于康定县日地村，地下厂房位于泸定县冷竹关村，为低闸引水式电站。

冷竹关水电站总装机容量为180MW（3×60MW），设计年发电量为9.89亿kwh。华能冷竹关水电站位英古里水电站格鲁吉亚共和国英古里河上英古里水电站的大坝，是世界上最高的拱坝。电站总装机容量130万kW。

工程于1965年开始施工，1969年完成左岸导流隧洞，同年英古里河截流。1967年坝基全面开挖。大坝分两期施工，第一期大坝上游坝块浇至171．5m，下游坝块浇至140～160m，保证上游水位170m时第一台机组提前发电。1978年11月初水库蓄水至发电水位，第一台机组联网发电。1984年拱坝竣工。大古力水电站

大古力水电站位于美国西北部哥伦比亚河干流上。初期建有第一和第二厂房，装机容量1974MW，年发电量146亿kW·h。

70年代增建第三厂房，进行扩建，使总装机容量达到649.4万kW，年发电量248亿kW·h。计划进一步扩建，使最终规模达到910.4万kW。主坝为混凝土重力坝，最大坝高168m。工程于1933年开工，1941年开始发电，初期工程于1951年完成。1967年开始扩建，1975年第一台扩建机组发电，1979年完成。大古力水电站古里水电站古里水电站又名拉乌·利欧尼水电站，位于委内瑞拉东部的卡罗尼(Caroni)河上，在首都加拉加斯东南约600km。卡罗尼河是南美洲第二大河奥里诺科河的支流，古里水电站坝址位于卡罗尼河河口以上95km处。年发电量510亿kW·h。所发电力除供应附近的圭亚那工业区外，送往首都加拉加斯，联入国家电力系统。采用400kV超高压和800kV特高压输电。大坝为混凝土重力坝，初期最大坝高110m，1984年加高到162m。还留有地位供进一步扩建。

古里水电站努列克坝努列克坝位于塔吉克斯坦共和国境内瓦赫什河中游的普列刹峡谷处，心墙土石坝，最大坝高300m，水库总库容105亿m3，有效库容45亿m3，水库面积98km2，最大水头270m，装机容量270万kW，单机容量30万kW，年发电量112亿kW·h。1961年开工兴建，1972年开始发电，1980年建成。该工程具有发电、灌溉和航运等综合效益。

努列克坝丘吉尔瀑布水电站丘吉尔瀑布水电站位于加拿大拉布拉多半岛纽芬兰省哈密尔顿(Hamilton)河(又名丘吉尔河)上，装机容量542.8万kW，年发电量345亿kW·h。大部分电力售给相邻的魁北克省，用735kV特高压输电线路3回送至蒙特利尔，距离1300km。电站为引水式。通过2．1km的隧洞取得约300m的水头。工程于1967年8月开工，1971年12月首批2台机组发电，1974年9月建成，总工期7年零1个月。

丘吉尔瀑布水电站大屋抽水蓄能电站大屋抽水蓄能电站位于法国东南部格勒诺布尔市(距该市30km)附近阿尔卑斯山麓的欧尔河上，是一座混合式抽水蓄能电站。总装机容量185.4万kW，年发电量14亿kW·h，抽水需耗电17亿kW·h。工程于1980年开始土建施工，1986年第一台机组投产发电。工程主要用于发电。

大屋抽水蓄能电站阿斯旺水坝

阿斯旺水坝位于埃及境内的尼罗(Nile)河干流上，在首都开罗以南约800km的阿斯旺城附近，是一座大型综合利用水利枢纽工程，具有灌溉、发电、防洪、航运、旅游、水产等多种效益。 大坝为粘土心墙堆石坝，最大坝高111m，当最高蓄水位183m时，水库总库容1689亿m3，电站总装机容量210万kW，设计年发电量100亿kW·h。

工程于1960年1月9日开工，1967年10月15日第一台机组投入运行，1970年7月15日全部机组安装完毕并投入运行，同年工程全部竣工。

阿斯旺水坝解决的主要问题：确定水电站的主要动能指标主要动能指标：符合设计保证率的保证出力与多年平均发电量三、水能计算的任务1.保证出力guaranteedoutput;firmoutput

水电站相应于设计保证率的枯水时段的平均出力2.

多年平均发电量averageannualenergygeneration

按设计水文系列，并考虑装机容量和机组预想水头的限制，计算出各年发电量的平均值（1）保证出力的含义

保证出力是指水电站相应于设计保证率的枯水时段的平均出力，可以简写为N保。

1）N保虽然是功率，但是它是时段的平均出力，因此，N保是表示水电站提供电能的能力的指标，而不表示提供瞬时出力的能力。

2）由于河川径流具有随机性，使得一定时期内水电站能够提供的电能也是随机的，并且相应于一定频率。N保相应于设计保证率。3）N保实际上应当是水电站发电受限的时段的平均出力。在大多数情况下，水电站发电主要是受水量限制，所以说N保是相应于设计保证率的枯水时段的平均出力。

4）设计保证率是在多年工作期间，用水部门正常工作得到保证的概率。因为N保相应于设计保证率，所以，如果水电站的时段平均出力达到了N保，就属于正常工作。换句话说，N保即为正常工作状况下，最小的时段平均出力。

5）与水电站保证出力时段相应的发电量称为水电站的保证电能。保证电能可以简写为E保，E保直接表示了水电站提供电量的能力。主要任务：

(1)确定水电站的功能指标：包括保证出力及多年平均发电量。

(2)确定水电站的主要参变量以及参变量与功能指标之间的关系。参变量主要包括装机容量、正常苦水位和死水位等。

(3)对水电站的经济效益进行计算和分析：在规划设计阶段，进行多方案比较，确定既经济又合理的设计方案；在运行期间，确定水电站的最优运行方式。水能计算所需的基本资料有：

(1)水库特性曲线。包括水库面积曲线和库容曲线。

(2)水文资料。包括流域特征、坝址历年流量系列、水电站尾水断面处水位流量关系曲线、历年降雨量和蒸发量等资料。

(3)综合利用资料。包括灌溉、航运、给水等方面的需水资料和上下游防洪任务，以及水电站供电范围内的电力负荷等资料。第二节电力系统的负荷及其容量组成一.电力系统电力系统概述电力系统的示意图电力系统现状负荷电力系统常识对电力系统运行的要求电力系统的电压标准

1.电力系统概述什么是电力系统？电能是由一次能源转换而成，称为二次能源。发电厂、变电所、电能用户们用电力线路连接起来，发电厂热能用户之间称为动力系统，作为动力系统的一部分，包括发电厂的发电机、升压及降压变电所、电力线路及用电设备成为电力系统。变电所及不同电压等级的电力线路称为电力网。

2.电力系统的示意图3.电力系统现状大容量机组：世界上投运最大的130万KW，我国目前投运最大单机容量120万KW。跨省电网有几个，东北系统、华北系统、华东系统、华中系统、西北系统、华南系统、省级电力系统有山东、海南、台湾等。各系统之间以500KV变电所联络。2005年已经投入使用的西北750KV输电目前正在研究1000KV的输电研究4.负荷用电设备从电力系统中取用的功率（有功或无功）称为负荷。负荷带有一定的规律，可以用曲线来描述，统称负荷曲线。5.电力系统常识电能不能大量储存。暂态过程非常迅速，电能以电磁波的形式传播。速度30万KM/S故障的发生和发展都是十分迅速的。电力和国民经济各部门间关系密切。6.对电力系统运行的要求保证用电可靠性根据可靠性不同，将复合分为三类一类负荷：停电造成人身事故设备损坏，产品损坏生产秩序长期不能恢复等。二类负荷：停电造成用户大量减产，人民····

三类负荷：附属车间，小城镇，农村···公用负荷等保证电能质量电压<±5%频率<±0.2—0.5%谐波参见有关的标准保证运行的经济性使用少量的资源，发更多的电，300克/1KWH（低于该标准属于正常，高于该标准属于超过）7.电力系统的电压标准

低压系统中压系统高压系统超高压系统（正在研究中）低压系统国内主要是380V系统380V系统包括220V系统，关系是相电压和线电压之间的关系国外有110V系统，例如：日本等国家。低压系统中在模拟屏等使用中线色用XX色表示。通常三相接线分别用不同的颜色表示：A---黄B---绿C---红中压系统中压主要有以下几个电压等级：3KV（主要是电动机）6KV（主要是电机）10KV（配网）20KV（中国较少）35KV（传输）中压系统中不同的电压用颜色不同的表示。3KV----深绿6KV----深酞蓝10KV----铁红20KV----铁黄35KV----柠黄高压系统（超）高压主要有以下几个电压等级：

60KV110KV150KV220KV330KV500KV750KV（超高压）1000KV（正在研究中）高压系统中不同的电压用颜色不同的表示。60KV

----桔黄110KV----朱红150KV----天酞蓝220KV----紫红330KV----白500KV----淡黄750KV----1000KV----二、负荷曲线1什么是负荷曲线？电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。2负荷曲线用途确定系统运行方式安排供电计划安排设备检修计划（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线（2)按负荷变动的时间分日负荷曲线(24h)年负荷曲线（8760h〕

3负荷分类4、日负荷曲线的绘制

24小时内负荷随时间的变化，随季节、地区不同而变。绘制的方法

（1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。

（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。日负荷曲线的绘制

负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线

年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。

年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。5年负荷曲线年负荷曲线年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。年最大负荷Pmax

年负荷持续时间曲线上的最大负荷，它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。通常用Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大功率，因此，年最大负荷也就是半小时最大负荷P30年最大负荷利用小时Tmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。6负荷曲线特征量最大负荷利用小时为

Tmax的大小表明了工厂消耗电能是否均匀。最大负荷利用小时越大，则负荷越平稳。Tmax一般与工厂类型及生产班制有较大的关系，例如，一班制工厂Tmax=1800～2500h,两班制工厂Tmax=3500～4500h,三班制工厂Tmax=5000～7000h。平均负荷Pav和年平均负荷

平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率

年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。负荷系数:

负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即三、电力系统的容量组成水电站全部水轮发电机组额定容量（即发电机铭牌出力）之和，度量单位为千瓦(kW)。它是表示水电站建设规模和电力生产能力的主要指标之一。

组成

水电站装机容量大致可分成必需容量和重复容量两大部分。必需容量（也称有效容量）又可分为工作容量和备用容量（包括事故备用、负载备用和检修备用等）。水电站根据在系统中所起作用的不同，具有上述全部容量或仅具有部分容量。

工作容量

直接承担电力负荷的发电容量称工作容量。在电力系统中担负尖峰负荷的水电站，其工作容量可比保证出力大若干倍。最大工作容量为满足系统最大负荷的需要而设置的容量称为最大工作容量。

备用容量

为确保电力系统正常安全运行，考虑不可预测的瞬时增加负荷、事故停机和计划检修等因素而装置在水电站上的容量。

按用途不同分为三类：

①负荷备用容量：为担负一天内电力系统瞬时的负荷波动和计划外负荷增长所需要的发电容量，它可起保持电力系统周波正常的功能，通常称为调频容量。

②事故备用容量：电力系统中部分机组因事故而被迫停机或输电系统发生故障时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。水电站机组起动和停机灵活方便，最适宜于担任电力系统的事故备用容量。

③检修备用容量：电力系统中部分机组进行检修时，为保证正常供电在水电站上设置的发电容量。只有在负荷降低时间内不能将全部机组检修完毕时，才需设置检修备用容量。重复容量

在调节性能较差的水电站，为了节省电力系统中火电站的燃料消耗，多发季节性电能而增设的装机容量。第三节无调节、日调节水电站水能计算

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无调节、日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1、无调节、日调节水电站水能计算方法

定义：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。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。相同点：无调节、日调节水电站的出力计算，都以“日”为计算时段，故其保证出力N保为相应于设计保证率的日平均出力。差异：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。例7-1某河床式水电站为无调节水电站，具有18年径流资料，其系列的代表性较好，有关资料列入表7-1中，设计保证率P=80%。试推求该水电站的保证出力N保和日保证电能E保。

（1）分组；（7）出力；（2）求可能引用的发电流量；（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日平均流量分组（m3/s）各组日平均流量中值m3/s引用及损失流量m3/s发电流量Q电m3/s上游水位Z上（m）下游水位Z下（m）水头损失⊿Hm净水头H净（m）出力NkW各组出现次数（日）累积出现次数（日）累积频率P（%）保证时间(按年计)t=8760P（h）①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩111213>220>2204>216295.85276.381.118.37317405985989.1797220～1802004196295.85276.321.118.432890012572311.0964180～1401604156295.85276.231.118.5223110361108416.51445140～1201305125295.85276.101.118.6518650598168225.62243120～1001105105295.85276.021.118.7315730690237236.13162100～8090585295.85275.901.118.85128202260463270.5617680～6070664295.85275.801.118.9597001373600591.4800760～4050644295.85275.651.119.106720315632096.2842740～2030624295.85275.451.119.303710171649198.88655<20<206<14295.85275.301.119.4521807965701008760例题7-1解答1、无调节、日调节水电站水能计算方法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、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出力水能计算频率计算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（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：例7-2：以发电为主的某年调节水电站，设计保证率P=90%，水库正常蓄水位为133.0m，死水位为110.0m，水库水位库容关系、下游水位流量关系如表7-2。由分析计算得出坝址处的设计枯水年流量过程，如表7-3中①、②栏。初步计算暂不计水库的水量损失，水头损失按1.0m计算。试用等流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时间(月)天然流量Q天（m3/s）引用流量Q引（m3/s）水库蓄水(+)或供水(-)弃水流量Q弃m3/s时段末蓄水量V末(（m3/s）.月）平均蓄水量(（m3/s）.月）上游平均水位Z上（m）下游平均水位Z下（m）水头损失⊿H（m）平均净水头（m）平均出力N（kW）月发电量E（万kW·h）⊿Q（m3/s）⊿W（m3/s）①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩11121314319.819.8007.707.70110.082.901.026.104134302414.914.9007.707.70110.082.901.026.103111227541.535.06.506.5014.2010.95114.283.651.029.558274604655.335.020.3020.3034.5024.35126.583.651.041.8511718855730.230.20034.5034.50133.083.451.048.551173085683.516.2-12.65-12.6521.8528.18129.082.701.045.305853427928.816.212.6512.6534.5028.18129.082.421.045.305853427109.812.1-2.26-2.2632.2433.37132.382.421.048.884716344118.712.1-3.36-3.3628.8830.56130.882.421.047.384571334125.912.1-6.16-6.1622.7225.80127.882.421.044.38428231313.812.1-8.26-8.2614.4618.59122.282.421.038.78374127325.312.1-6.76-6.767.7011.08114.582.421.031.082999219∑227.5227.5005181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%）例7-3：根据例7-2资料，按等出力试算法求该水电站的保证出力N保及保证电能E保。（2）用等出力法进行设计枯水年的水能计算时间(月)已知出力NkW天然流量Q天m3/s引用流量Q引m3/s水库蓄水(+)或供水(-)弃水流量Q弃m3/s时段末蓄水量Q末m3/s平均蓄水量m3/s上游平均水位Z上（m）下游平均水位Z下（m）水头损失⊿Hm平均净水头m校核出力NkW⊿Qm3/s⊿Wm3/s①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩11121314934.5(10)(4000)(9.8)(10.10)(-0.3)(-0.3)(34.2)(34.35)(133.02)(82.25)(1.0)(49.77)(4021)1011400040009.88.710.0510.17-0.25-1.47-0.25-1.4734.2532.7834.3833.52133.05132.4682.2482.261.01.049.8149.20400540031240005.910.59-4.69-4.6928.0930.44130.4582.271.047.18399712400040003.85.311.6514.18-7.85-8.88-7.85-8.8820.2411.3624.1715.8126.32118.882.3882.551.01.042.9435.2540023999934.51011425042509.88.710.6910.92-0.89-2.22-0.89-2.2233.6131.3934.0632.5133.0132.082.3082.341.01.049.7048.66425042511242505.911.58-5.68-5.6825.7128.55129.282.361.045.84424714250