小水电水能设计规程-条文说明-jct-111111111

中华人民共和国行业标准
小水电水能设计规程
SL 76-94
条文说明
目次
1总则
2中小河流的水能规划
3水能指标计算
4负荷预测
5装机容量选择及电力电量平衡
6抽水蓄能
7综合利用
8参数选择计算
*附录A河流水能理论蕴藏量计算(补充件)
*附录B无调节或日调节水电站水能计算(参考件)
*附录C年调节水库等流量调节水能计算(参考件)
*附录D年调节水库已知水电站出力过程或已知兴利库容时的水能计算(参考件)
附录E多年调节水库水能简化计算(参考件)
*附录F梯级水库电站群水能计算(参考件)
*附录G各种电量划分办法(参考件)*表示该附录无条文说明.
1总则
1.1本条是对制订《小水电水能设计规程》(以下简称《规程》)目的之说明.
我国小水电资源丰富,到1992年底已开发1440余万kW,遍布1500多个县,由于小水电从数千瓦到25000kW,容量相差较大,水能设计的要求不同,不能统一以大水电的水能设计的内容与方法进行计算,而且小水电多结合小流域开发,各电站水文水能条件各有特点,为了使小水电水能设计规范化,正规化,满足基层设计部门和工程管理部门的需要,特制订本规程.
1.2本条是对规程适用范围的说明.
本规程的主要应用对象是装机25000kW以下的小水电站的可行性研究,初步设计(扩大初步设计)中的水能设计.对于一些以小水电为主体开发的中小流域中小河流,河段水电开发规划中的水能设计以及水电为主的地区电网规划中的水能设计部分也可根据本规程进行计算.由于小水电幅度较大,水能设计要求相差悬殊,所以对于容量较小的电站及小河流可以适当简化,以适应各层次的要求.鉴于水利系统近来兴建了部分25000~50000kW的水电站,这部分电站属容量较小的中型水电站.故也可参照本规程进行水能计算.
1.3本条是对小水电水能设计基本任务的说明.
小水电水能设计一般应在河流规划确定各枢纽位置,开发要求的基础上进行,应根据河流规划所确定的目标,准则进行具体水能参数的计算,提供工程规模如装机容量,水能参数如保证出力,保证电量,多年平均发电量等指标.对于一些有较高调节性能的骨干水电站,由于投产后要经过一段时间才能达到设计水平,为了充分发挥工程的效益,应对投产初期水库蓄水情况,应用方式等进行分析论证.而且还应对水库的调度原则,调度方式等进行分析以校核水能设计指标.
1.4本条规定了规程所必须遵循国家政策法令,贯彻执行《水法》,执行有关专业规程规范,如《小水电建设项目经济评价规程》SL 16-92,《小型水力发电站水文设计规范》SL 77-94,《农村水电供电区电力发展规划导则》SL 22-92等,搞好与这些规范之间的衔接.
1.5本条是对小水电水能设计中所应收集的资料的具体要求,其资料应包括：
1.5.1当地自然,社会,经济方面的资料,用以说明社会经济发展情况以及自然资源,水利建设,工农业生产布局等方面的情况.
1.5.2负荷资料,用以进行负荷预测,负荷图编制以及用以说明电力系统对本电站的要求等.
1.5.3电力资源资料,包括水能,煤炭等能源资料,电力系统构成,主要河流的水文,地质及水电开发潜力及现状等情况,本电站的地质,水文等较为详细的资料.
1.5.4电网有关资料,包括电力系统发展规模,电网主要接线及分布,季节性电能利用以及目前存在的问题等.
1.5.5其它有关的资料.
资料的收集应满足精度,广度方面的要求.
2中小河流的水能规划
2.2本条是对河流水能理论蕴藏量参数表示和计算方法的规定.
我国以往在统计计算河流水能理论蕴藏量和可开发量时往往以出力或装机容量表示,用出力或装机容量表示有直观的优点,可以将资源与工程开发规模联系起来,但不足的方面是未能考虑装机年利用小时的影响,有些电站调节能力较强,在负荷图的尖峰部分工作,年利用小时数较低,以致某些站址会出现水能理论蕴藏量千瓦数小于装机容量(可开发量)的情况.国外发达国家则以年平均发电量表示水能理论蕴藏量和可开发容量,淡化装机容量的概念.所以考虑到如上情况,本条规定河流水能理论蕴藏量以年平均发电量和出力两个指标表示.
具体进行河流水能蕴藏量估算则通过绘制河流水能理论蕴藏量图完成.
2.3本条是对河流水能资源可开发量表示和估算的规定.
基于2.2条中说明的原因,河流水能资源可开发量亦以年平均发电量和出力两个指标表示. 水能资源可开发量的估算应结合河流开发条件,系统要求,经济指标,地质地理,环境保护等方面的因素确定.
2.5本条是对水能规划中应考虑的基本原则的规定.针对小水电大多位于山区,流域面积较小,水利开发多以发电为主,为提高开发效益,借鉴国外发达国家的经验,根据实际情况,不局限于流域本身的考虑,而是在更高的层次上考虑跨流域引水的可能性和可行性.以增加水源,实现水系统合理规划,水量水头合理利用,例如湖南省慈利县赵家垭跨流域引水开发,广西桂林地区天湖水系统开发等.对于一些工程通过跨流域引水,积水网道式开发,可以极大地提高开发效益.
在考虑跨流域引水,集水网道式开发时,应对流域水量平衡中所带来的不利影响作出充分论证.
3水能指标计算
3.1本条是对水能指标计算应提供成果的规定.
按照规定,水能指标计算应提供电站的发电出力保证率曲线,同一曲线如横坐标以8760小时代替保证率P时则为发电出力历时曲线,以及保证出力,保证电能和多年平均发电量等指标.对于无调节和日调节水电站,其发电历时曲线或发电保证率曲线可以通过多年日平均流量资料根据水头实际变化情况计算得出,计算操作性强,理论上亦较完备.但对于年调节水电站其发电保证率曲线或发电历时曲线的求取则比较困难.目前采用长系列来水过程按等流量调节或按一定的出力变化过程调节列表计算,在资料有限的情况下也可采用丰,平,枯三个典型代表年的来水过程进行等流量调节或按一定的出力变化过程调节列表计算,将计算的出力值排频率曲线近似代替概率曲线.这种方法缺乏严密的理论依据,因为调节后的出力严格来讲不是随机事件,且在具体计算中为减少工作量,采用月平均出力计算,丰,平,枯三个年份共有36个资料样本,扣除调节供水期按其平均出力计算的月份,其资料样本较少,绘制出力保证率曲线困难较大,但因为目前这一领域研究尚无实质性的突破,为了提供水能参数计算的依据,也只能采用这种办法,而且在规划设计阶段也可得到满足精度要求的解答.
3.3本条是对无调节和日调节水电站水能指标计算的规定.因为日调节水电站只将一日之内的来水量进行分配,所以也是一种广义上的无调节电站,故按无调节电站的水能计算方法进行计算,在具体计算时对于日调节电站应考虑水头变化的影响.
有些电站取得日平均流量系列比较困难而采用旬平均流量或月平均流量进行计算,在此情况下应对流量序列进行适当的修正.
3.4本条是对年调节水电站水能指标计算的规定,年调节(含不完全年调节)水能指标计算采用等流量调节办法或已知出力变化过程的调节计算办法.严格说,等流量调节有比较大的缺陷,由此计算的出力过程与实际情况也有较大的差异,但该方法却有计算工作量小,简便易行的优点.按照已知出力变化过程的调节计算办法较等流量调节有所改进,但计算工作量要大一些.具体方法可参见附录C和附录D.
一般情况下,对于小型水电站可用丰,平,枯三个代表年的来水过程进行操作计算以确定其水能指标,但对一些重要工程或骨干水电站则为了计算精确,也可采用长系列法利用长系列来水过程进行操作计算.
3.5本条是对多年调节水库电站水能指标计算的规定.
多年调节水库电站的水能调节计算非常复杂,目前国内,外比较普遍采用的方法是时历法和数理统计法.但这两种方法都比较繁琐,计算工作量大,不便于基层掌握,所以本规程推荐采用基于克里茨基,明凯里第二法和萨瓦林斯基方法基本原理的数理统计法,通过查线解图进行水能计算.将я.Ф.普列什珂夫线解图中有关参数进行多元逐步回归分析,得出满足精度要求的简化计算模型,进行多年调节水库水能指标的计算.具体参见本规程附录E及条文说明的附录E 的说明.
3.7本条是对梯级开发水电站水能计算中有关问题的规定.梯级开发水电站水能指标的计算应按照"自上而下"的顺序进行.在具体计算中充分考虑各梯级之间的流量关系影响,包括区间来水,上下游水库补偿调节作用等；流程影响如河道的槽蓄作用等；水位关系如上下游水库电站在各种运行方式情况下的水位衔接影响等.具体计算方法可参见附录F.
3.8本条是对小水电站设计保证率选择的规定.小水电站的设计保证率应根据电站占当地地方电力系统的比重,系统中有调节能力的水电站所占比重等因素进行选择.由于小水电站横跨幅度较大且各地情况差异较大,所以不便统一规定小水电站设计保证率的选择,但对于小水电站在当地地方电网中所占比重超过20%,且电网又以水电为主时可按表3.8所示的标准选择水电站的设计保证率.容量较大的水电站因其在电网中处于骨干地位宜取较高的设计保证率.容量较小的水电站可视情况允许取较小的设计保证率.
上述各种水能计算方法,各省,市均有现成的计算机软件,可供各单位交流并使用.
4负荷预测
4.2本条是对负荷预测应提供的成果的规定.负荷预测应提供三个方面的成果.这些成果是进行电力电量平衡,选择电站装机方案,确定供电方式的主要依据.通过负荷预测应提供的成果有：设计水平年的负荷和用电量水平,并用一些特征指标表示；确定设计水平年2~4个具有代表性的典型日负荷曲线和按月编制的综合年最大负荷曲线和用电量曲线,2~4个具有代表性的典型日负荷曲线,其代表日的选择可以根据当地的实际情况,选择供,需矛盾比较突出的2~4个月份的代表日作为典型负荷日,容量较小的系统可取2个典型日,编制典型日负荷曲线；以及有关参数,如日负荷率,月不均衡率等.
4.4本条是对负荷预测方法的规定.由于负荷预测涉及因素多,随机干扰大,因此不能只采用一种方法的预测结果,而应采用几种预测方法进行预测,各种预测方法的预测结果互相校验.一般情况下综合需用系数法和单耗法可作为主要预测方法,这两种方法是本专业应用较多且效果较好,使用简便的方法.
4.6本条规定了用电指标和供电指标之间的换算关系.经大量统计资料分析结果表明,小水
电站厂用电率平均在0.5%~1.0%之间,县级电网网损率应取10%~11%.
5 装机容量选择及电力电量平衡
5.2 本条是对小水电装机容量选择方法与原则的规定.
小水电装机容量选择分四种情况进行.
5.2.1 并入孤立运行小水电网内的小水电站,由于网内以小水电为主,季节性影响明显,网内消耗小水电季节性电能的能力弱.考虑到小水电目前存在的调节能力普遍偏低,电力电量平衡困难等诸多因素,当电站容量所占系统容量的2%以上时应在全网电力电量平衡的基础上选择装机容量.对于一些占系统容量比重大的骨干电站,则还应在机组部分投产达到设计水平年之间再选择几年进行电力电量平衡,以核定其装机选择的合理性.
5.2.2 并入与国家电网联网运行的小水电网的小水电站,比如南方一些省,区具有自供区的县级小水电网的情况.一方面因其小网内以小水电为主要电源,另一方面小网又与国家电网联网,所以其小水电装机容量应在小水电网电力电量平衡的基础上,结合国家电网吸收电力,电量的能力和经济比较后确定.
5.2.3 与水电为主的国家电网并联运行的小水电站,比如南方一些省区国家电网供电区内的水电站,因其与大水电具有类似的丰,枯矛盾,所以,小水电站装机容量的选择应在采用方案比较经济评价确定合理规模的基础上,结合小区域电力电量平衡进行.
5.2.4 并入火电为主的国家电网的小水电站因其所占容量比重很小,例如华北,东北等地区与国家电网联网的小水电站,所以其装机容量的选择不必进行电力电量平衡而应采用经济评价中方案比较的方法确定其装机容量.
方案比较采用差额投资内部收益率法进行.差额投资内部收益率是相邻两个比较方案各年净 现金流量差额现值之和等于零的折现率,其表达式为：
()()[]()∑=-=∆+---n i t t
IRR CO CI CO CI 11201
式中 (CI-CO )1 ---投资小(装机小)的方案的净现金流量；
(CI-CO )2 ---投资大(装机大)的方案的净现金流量；
ΔIRR ---差额投资内部收益率；
t ---年序,t (＝1,2,…,n )n 为计算期.
若差额投资内部收益率ΔIRR 大于或等于社会折现率I S (＝12%),应选装机较大的方案,否则应选装机较小的方案.
具体计算时,根据工程特定情况及机组型号,依装机从小到大的顺序选择几个比较方案,并两两进行比较计算,一直到ΔIRR ＝12%(或接近12%)时为止,选择出最终的装机容量方案.
5.3 本条是对微型水电站以及容量较小的水电站装机容量选择的规定.因为小水电容量跨度大,一个小水电网中往往有几十座甚至上百座小水电站,容量较小的水电站在电力电量平衡中选择装机容量难度较大且准确性也不高,所以本规程规定,对于容量较小的小水电站其装机容量选择可以根据电网的不同情况进行适当简化.
5.5 本条是关于小水电季节性电量利用的说明.小水电的主要特点就是季节性强,由于历史的原因,我国绝大多数小水电为主的地方电网存在径流式电站所占比例较大,季节性电能难以为电网吸收消化等问题.为了提高小水电的经济效益,在小水电装机容量选择时,允许在工作容量选择的基础上再装设一部分重复容量以利用季节性电能.但应对装设重复容量以利用季节性电能进行充分论证,对当地高耗能负荷(如电石,结晶硅等)的目前情况及长远发展作出分析和评价,并在研究季节性高耗能负荷特性的基础上安装小水电的重复容量.
5.6 本条是对系统中水电站群装机容量选择原则的规定.当系统中有若干座水电站同时规划设计时,应将若干个水电站组成的水电站群视作为一个整体进行系统分析,发挥各自的长处,
克服各自的缺点,以使水电站群获得最大的经济效益和社会效益.因为根据系统分析的观点,单站的最优并不等同于系统群体的最优.在进行系统分析,选择水电站装机容量,并将总容量在各电站间进行最优分配时,其目标函数可选为在满足一定负荷水平(设计水平年)的情况下使水电站群的基建费用和运行维护费用最小.
5.9本条是对小水电装机容量构成以及各部分容量选择计算的规定.小水电站装机容量一般由四部分组成,即工作容量,负荷备用容量,事故,检修备用容量及重复容量所组成.对于这四部分容量的计算选择,其工作容量选择可利用系统典型日负荷图及日电量累积曲线进行,即根据电站设计保证率下的保证电能,在日电能累积曲线的横坐标上量取相应的数值,作平行于纵坐标的直线与日电量累积曲线相交于一点,利用该点的位置即可确定出其工作容量.负荷备用和事故,检修备用根据近年来大量小水电站的统计,证明可采用本条规定的数值计算.
5.13本条是对水电站设计水平年选择的规定.
为便于收集资料,安排计划,小水电站的设计水平年可结合国民经济5年计划选择.对于农村电气化建设中小水电站设计水平年的选择也可按规划达标年份进行选择,对于一些容量较大且有较高调节能力的骨干小水电站,考虑到随着负荷发展,电站在负荷图上的位置将朝着尖峰部分推移,所以其设计水平年宜选完全达到设计能力的年份.大中型水电站一般规定水电站的设计水平年按第一台机组投产后的5~10年选择,考虑到小水电容量较小,小系统长期负荷预测精度难以保证,所以对于骨干小水电站宜按第一台机组投产后的4~7年选择设计水平年. 5.14本条是关于电力电量平衡内容和方法的规定.
在电力电量平衡时,其负荷图可采用设计水平年的负荷预测值并根据本规程规定的负荷图编制方法编制的负荷曲线,为了简化分析可不考虑负荷图在不同水文年份的变化情况.而电源出力则应按丰,平,枯三个水文代表年的电源出力情况代表多年平均的电源出力变化情况.丰,平,枯三个水文代表年的频率按 3.10条规定的范围选择,但在枯水年频率的选择中为分析方便,电网枯水年频率与电站枯水年频率应尽可能选为一致.
5.17本条是对小水电有效发电量计算的规定,对于容量较大的水电站其有效发电量可通过电力电量平衡确定.有效发电量是能为电网接受的电量,是经济评价决策分析中效益计算的主要依据.对于容量较小的电站进行电力电量平衡有困难,可根据经验确定其有效电量系数和有效发电量.具体可参见《小水电建设项目经济评价规程》SL 16-92.
5.18本条是对有效电量中各种品质电量划分的规定.根据市场经济规律,电力作为一种社会化的商品同样存在"按质论价"的问题.将电站有效发电量划分为：跨季调节电量,调峰电量,可靠电量和季节性电量等四种电量,分别以不同的价格反映工程所付代价以及市场需求满足情况.具体的各种电量划分办法具附录G.因为电站规划时很难对其投产后的负荷变化情况作出确切估计,所以本附录给出的各种电量划分办法也并非十全十美,只是大体反映了电量的"以质论价"问题.
6抽水蓄能
6.1抽水蓄能电站是一种特殊的水电站,它有发电和抽水两种工况,在系统中调峰填谷,改善系统运行条件.随着经济的发展,对电力供给的可靠性要求愈来愈高,抽水蓄能电站的建设将愈来愈成为我国中小水电供电区的热点问题,所以将小型抽水蓄能电站的水能指标计算问题纳入到小水电水能设计的范畴已经很有必要.
本条是对小水电抽水蓄能电站水能设计应包括内容的规定,在小型抽水蓄能电站水能设计中应对这些内容所包含的各个方面进行论证和分析.另外对于小型抽水蓄能电站的另一种形式,结合小水电跨流域引水,低水头抽水,高水头发电(慈利县赵家垭抽水蓄能电站模式),也应根据电站实际情况按本规程规定进行水能指标计算.
6.3本条是对小水电抽水蓄能电站装机容量选择原则和方法的规定.小水电抽水蓄能电站装机容量选择应根据设计水平年电力系统电力电量平衡和抽水蓄能电站水量平衡情况确定.因
为抽水蓄能电站的效益主要体现在"调峰填谷"上,所以其装机容量的选择应考虑系统容量构成,有调节能力电站容量所占比例,系统负荷特性等,并结合系统供电的可靠性要求,经济评价分析,机组运行要求等因素综合分析后确定.
6.6本条是对小水电抽水蓄能电站年发电量和抽水电量计算的规定.一般情况下其典型年的电量计算对于容量较大的抽水蓄能电站且只在日负荷图上"调峰填谷"时,则应按逐月典型日负荷图
进行电量计算,如在周负荷图上"调峰填谷"时,则应按逐月典型周负荷曲线进行抽水,发电电量计算,然后,平均为年电量指标.关于不同水文年份对电量计算的影响,一般可按丰,平,枯三个典型年平均计算.容量较大的抽水蓄能电站还可多选择几个水文代表年,然后取其平均值计算,当结合有常规发电机组,且上,下库有天然径流时应将抽水蓄能与常规发电分开计算.
7综合利用
7.1本条规定了小水电水能设计的一般原则.在小水电水能设计中应贯彻综合利用,综合治理的原则,并根据其产业政策和经济建设方针,使小水电开发与国土整治,流域开发,生态环境等目标综合考虑,将小水电建设纳入到国民经济建设的整体进行考虑,既符合国家利益,也符合当地利益,既符合长远利益,也符合当前利益.
7.2本条是关于综合利用工程的规模确定,各用水目标库容及水量分配原则的规定.对于多目标应用的小水电工程,应根据各目标的用水要求,分清主次,结合径流调节成果,经济特性等确定.具体方法参见其它专业规范和有关参考资料和书籍.
8参数选择计算
8.1小水电水能设计中参数的选择计算包括保证出力,保证电量,多年平均发电量以及特征水位,输水系统参数,各种库容,水电站的有关设计参数,水轮发电机组的有关参数等.而保证出力,保证电量,多年平均发电量等指标作为水能指标计算的主要指标,其计算方法前面已进行了规定.这里所述的参数选择计算主要指特征水位,水电站设计水头,水轮机安装高程以及输水系统尺寸选择计算等.
8.4本条是对水轮机设计水头选择计算的规定.对于引水式水电站因为水头变化幅度相对较小,所以水轮机设计水头宜按加权平均水头选择或略小于加权平均水头.对于河床式水电站因其变化比较复杂,当水头较低时其加权平均水头宜以汛期加权平均水头为主要依据,以免造成汛期发电受阻.对于坝后式水电站则其设计水头宜按略低于加权平均水头选择,以使机组发电时留有一定的余地.需要指出的是,本条规定的水轮机设计水头选择只是一般原则,具体电站设计时因小水电水轮机选择大多套用现有机组品种,尚应根据其具体情况经多方比较确定水电站设计水头.
附录E多年调节水库水能简化计算
(参考件)
附录E是关于多年调节水库电站水能指标计算方法的步骤说明.在多年调节水库的水能简化计算中,有关径流调节计算,包括已知调节流量求多年库容及年库容,皆采用常规算法,前者利用普列什珂夫线解图,后者可采用年调节等流量列表法等方法求得.
进行多年调节水库保证出力及多年平均发电量简化计算的关键在于求出电站在多年中的枯水段及多年平均条件下的工作水头,为此就需要求出多年库容在枯水段的平均蓄水量及多年库容的多年平均蓄水量.
按照多年径流调节的萨瓦林斯基方法,可以求出多年调节蓄水保证率曲线如图E1所示.
E1多年调节蓄水保证率曲线。