第四讲(水能计算及水电站在电力系统中的运行方式)

0.30%
生物质 0.0066
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1
2
4
三、电力系统及容量组成

电力负荷图 电力负荷：电力用户对电力系统提出的出力要求。
基荷：日最小负荷水平线以下的部分， 一天内不变； 峰荷：日平均负荷以上部分，各时刻变 动； 腰荷：峰、基之间的负荷。 日平均负荷率：γ=N/Nmax 日最小负荷率：β=Nmin/Nmax γ、β是反映日负荷图均衡程度的指 标，该值越小,越不均衡。 年负荷图：负荷在一年内的变化过程
2 2 ⎡ ⎤ p 2 a 2 v2 p1 a1v1 ) − ( z2 + ) − h w ⎥γW = E1 − E 2 = ⎢( z1 + + + γ 2g γ 2g ⎣ ⎦
条件：水流为恒定流，可以认为
p1 / γ = p2 / γ = 0,
则
a1v1 / 2 g = a2 v2 / 2 g
2
2
－
0 23.755 21.732 179.56 178.78 179.17 117.00 62.17 0.85 7.78 5679
－
0 21.732 19.263 178.78 171.72 178.25 117.25 61.00 0.85 7.83 5716
－
0 19.263 18.479 177.72 176.32 177.02 117.50 59.52 0.85 7.89 5760
三峡工程电能介绍
三峡水库将淹没陆 地面积632平方公 里，涉及重庆市、 湖北省的20个县 （市）。淹没区居 住的总人口为 84.41万人。考虑 到建设期间内的人 口增长和二次搬迁 等其它因素，三峡 水库移民安置的动 态总人口将达到 113万人。
三、电力系统及其容量组成
三、电力系统及容量组成
水库水 位（m） 168 库容 3.71 3 （亿m ） 170 6.34 172 9.14 174 176 178 180
12.20 15.83 19.92 25.20
二、水能计算的基本方程和主要 方法
表1
流量 130 （m3/s） 下游水 115.28 位（m）
水库水位与库容的关系
140 116.22 150 117.00 160 117.55 170 118.06 180 118.50
水电站的发电量
水电站的出力与相应时间的乘积（P128）。
现取一个段面，研究断面1－1及断面2－2断面的能量变化情 况。根据水力学的伯努里方程，其能量方程应表达为如下形 式： 2 2
a1v1 p 2 a 2 v2 z1 + + − H t = z2 + + + hw 2g 2g γ γ
p1
E1− 2
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（6）：第（10）行为汛期水库蓄到Z蓄的弃水量。第（11）项为 时段初的水库蓄水量。本例在汛期末（8月底）蓄到正常蓄水位 180.0m,其相应蓄水量为25.20亿m3. （7）第（15）项有平均上游水位Z=(Z初＋Z末)/2。第（16）项月 平均下游水位由水电站下游水库流量关系曲线求得。见表2。 （8）第（19）项月平均出力N＝9.81η QH （9）第（20）项水电站月发电量E＝730N
4、 水电站在调度上更加 复杂
四、水电站在电力系统中的运行方式
1、 定义：所谓工作方式是指各电站在电力系统日、年 负荷图上的位置。 2、 工作方式的确定： A、无调节电站：基荷工作，可充分利用天然径流。 B、有调节水电站（蓄水式）： a、枯季：峰荷工作，用水库调蓄不多的水量； b、汛期：基荷工作，可充分利用天然径流； c、枯、汛之间：腰荷工作。 C、其余情况由火电补充。 水电站丰水年在基、腰荷的工作时间更长，枯水年在峰荷 工作的时间更长。图（枯、汛、其它）
平均流量值及其相应水头，算出各日平均出力值，然后按其 大小次序排列，绘制其保证率曲线，相应于设计保证率的日 平均出力，即为所求的保证出力值。 代表年法：选择设计枯水年、设计平水年和设计丰水年来 进行计算，将这3个设计代表年的日平均流量统一分组，并统 计其各组流量出现日 累积出现日数，然后按长系列法相同 的步骤来计算保证出力。
N = kqH= f(q,Z上， Z下)
Z 下 = a0 q
n
二、水能计算的基本方程和主要 方法
例：某水电站的正常蓄水位高程180m,某年天然来水量 Q天 各种流量损失 Q损 ，下游各部门用水 Q用 流量和发电需 要流量 Q电 ，分别见下表3第（2）～（3）行。此外，水 库水位与库容的关系，见表1，水库下游水位与流量的关 系，见表2。 表1 水库水位与库容的关系

1、火电站。不受来水条件 的限制，只要燃料充分， 全部装机均可用；水电站 出力和发电量随天然径流 情况而变化。
2、 火电站有最小出力限制，机组
启动较费时，加载过程亦慢；水电 站主要设备水轮机具有启动快，增 减负荷灵活，自动 化程度高的特 性，能应付负荷的剧烈变换。
3、火电站建设不受地形 条件的限制，电站本 身投资小；水电站施 工受地形限制，施工 期长运 行费用和成本 比火电低，但基建投 资大。
水能计算及水电站 运行方式
第四讲
提 纲
一、水能计算的目的与内容 二、水能计算的基本方程和主要方法 三、电力系统及其容量组成 四、水电站在电力系统中的运行方式 五、无调节和日调节水电站的水能计算
一、相关基本概念

水电站的出力
N = 9.81ηQH = AQH H = Z上－Z下－∆h

发电机组的出线段送出的功率（P127）。
1、电力系统 电力生产特点：电能难以储存、电力的发、供、用 是同时进行的。系统：火电、水电、核电、风电
表1 中国发电装机容量时间变化表
1987 1994 2004 装机 容量
单位：亿千瓦
2006装机达6.2亿千瓦
火电 4.844
77.82%
水电 1.285
20.67%
核电 0.0685
1.10%
风力 0.0187
长系列法
长系列法通常工作量大。为了简化计算，由大到小将日平均流 量分组，并统计其出现日数和累计出现日数，再分组流量的平 均值来计算出推求保证出力。
日平 均流 量分 组 (m3/ s) 180 以上
150－ 180
分组 出现 日流 日数 量平 (d) 均值 (m3/s) 180 以上 165 ….. 15以 下 595 492 ….. 5
万KW.H
水电站出力及发电量计算
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 9 115 20 100 150 -55 10 85 12 92 150 -77 11 70 10 125 154 -94 12 62 9 60 159 -106 ……… ……… ……… ……… ……… ………
月
m3/s
负荷
火电站工作容量
火电站
弃水
水电站装机容量 水电站
无调节水电站设计枯水年系统中的工作情况
五、无调节和日调节水电站的水能计算
1、保证出力：水电站在多年运行期间为电力系统提 供具有一定保证率的电能称为保证出力，是电站在 设计枯水段内的平均出力，用Np表示。 2、计算方法：长系列法和代表年法。 长系列法：采用历时（日）保证进行统计，可根据实测日
二、水能计算的基本方程和主要 方法
（3）结合以上两者特点: 落差一部分由筑坝形成， 一部分由引水建筑物产生。
优点：规模小，工程 优点：规模小，工程 造价较低，常可获得 造价较低，常可获得 较大落差。 较大落差。 缺点： 缺点： 发电量相对较少。 发电量相对较少。
三峡工程电能介绍
三峡水电站采用坝后式布置方案，共设有左、右两组 厂房。共安装26台水轮发电机组，其中左岸厂房14 台，右岸厂房12台。水轮机为混流式，机组单机额定 容量70万千瓦。三峡水电站总装机容量1820万千瓦， 年平均发电量846.8亿千瓦时。
(7)
(8) (9) (10) (11) (12) (13) (14)
－
-1.445
－
-2.023
－
-2.469
－
-2.784
………
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
亿 m3
－
0 25.200 23.755 180.00 179.56 179.78 117.00 62.78 0.85 7.85 5731
m
(15) (16) (17) (18) (19) (20)
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（1）汛期中如来水流量变化很大，应以旬或日为计算时段。本 例汛期以月为计算时段，第（1）行为计算时段。 （2）本算例中9月份进入水库供水期。各种流量损失包括水库水 面蒸发和库区渗漏损失以及上游灌溉引水和船闸用水等项。 （3）第（3）行为下游各部门用水流量，如不超过发电流量，则 下游用水要求可充分满足，否则进行调整和协调。 （4） ：（6）＝（2）－（3）－（5），负值表示水库供水；正 值表示水库蓄水。 （5）第（8）行为水库供水量。△W＝ △Q*t,如9月份： △W＝（－55）＊30.4＊24＊3600=－1.445亿m3 负值表示水库供水，正值表示水库蓄水。
三、电力系统及容量组成
系统最大负荷 系统 备用容量ຫໍສະໝຸດ 系统 重复容量 系统最大工作容量
系统必需容量
系统总装机容量
水电站装机容量
火电站 装机容量
水电站 重复容量
水电站必需容量
三、电力系统及容量组成


电力系统的容量组成
为保证电力系统中各用户用电，电力系统必须满足的两个 条件：

累计 出现 日数 (d)
频率 （保 证率 %）
保证 时间 t=87 60(h)