第三章 水电站水能计算PPT课件
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水利资源计算 水电站水能计算
=
V - V1
V1 + Q = V + q t 2 t 2
q N V + q t 2
出力
落差
发电流量
下游 水位
（104Kw) （m） （m3/s) （m）
6.4
49 157.4 191.86
52 148.3 191.80
55 140.2 191.75
58 132.9 191.70
61 126.4
6.6
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2
功率 出力(output) N
1 P1 Z1
V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
1 2
河段的潜在水能
N1-2=
E1-2 T
g
=
WH T
1-
2
=γQH1-2
(牛顿·米/秒)
1千瓦=1000牛顿·米/秒， γ=1000×9.81N/m3
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
有压引水式水电站 • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调
压室，压力水管，厂房，尾水渠。
2020年6月1日12时57分
（三）混合式水电站
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
2020年6月1日12时57分
3. 坝式开发的特点： ① 水头相对较小； ② 一般能形成蓄水库，电站引用流量大， 综合利用效益高； ③ 投资大，工期长，通常单位造价高，且 上游形成淹没区。
4. 坝式开发的适用条件： 适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件 的河段。
03-第3章 水电站水能计算1-3节
= dv
（3-11） ）
） = ah 3 + bh 2 + ch （3-12）
则把关系式（ ）（ ）（12）代入（ ）即可以的出按时序t作水能调节计算之基本微分方程式 ）（11）（ 则把关系式（10）（ ）（ ）代入（9）即可以的出按时序 作水能调节计算之基本微分方程式 ： （3-13）h是自库底起算之库水位高程或落差；Ho是下游水位基准点距库底之高差如图： N (）h k[Q(t ) − dv / dt ][ H 0 − a0 q n + h(t )] Ho t) =
3
1− 2
1
2
E = HWγ = γQ∆tH
一般的电力计算中
由物理概念，单位时间内所做的功叫功率， 由物理概念，单位时间内所做的功叫功率，故水流的功率是 N
= E / ∆t = γQH
单位为kgf*m/s。 。 单位为
把功率叫出力，并用kW作为计算单位：1kW=102 kgf*m/s。通过变换可得： 作为计算单位： ，把功率叫出力，并用 作为计算单位 。通过变换可得：
γ
a1V12 − a2V22 + )Wγ 单位为kgf*m 2g
假设上下断面流速及其分布情形是相同的 且其平均压力也相等 相等， 假设上下断面流速及其分布情形是相同的，且其平均压力也相等，即：a1V1 = a2V2 , P = P2 。则刚才 相同 1 的式子可以表示成 ：E ）。 = ( Z − Z )Wγ = HWγ （3-4）。 在天然的河道情况下，这部分能量的消耗在水流的内部摩擦 夹带泥沙及克服沿程河床阻力等 内部摩擦， 在天然的河道情况下，这部分能量的消耗在水流的内部摩擦，夹带泥沙及克服沿程河床阻力等 方面，可以利用的部分往往很小 很小， 能量分散。 方面，可以利用的部分往往很小，且能量分散。 为了充分利用两断面能量，就要有一些水利设施如壅水坝、引水渠道、隧洞等， 落差集中， 为了充分利用两断面能量，就要有一些水利设施如壅水坝、引水渠道、隧洞等，使落差集中， 以减小沿程能量消耗，同时把水流的位能，动能转换成为水轮机的机械能， 以减小沿程能量消耗，同时把水流的位能，动能转换成为水轮机的机械能，通过发电机再转换成电 能。 由于水能利用取决于落差和流量两个因素 且受地形、经济条件等限制，所以水电站开发方式， 两个因素， 由于水能利用取决于落差和流量两个因素，且受地形、经济条件等限制，所以水电站开发方式， 落差 因地区而异。如水电站集中落差的方式来分类，则有蓄水式水电站 引水式水电站和混合式水电站3 蓄水式水电站， 因地区而异。如水电站集中落差的方式来分类，则有蓄水式水电站，引水式水电站和混合式水电站 类。 选择何种开发形式，取得多少能量，主要通过技术经济比较， 选择何种开发形式，取得多少能量，主要通过技术经济比较，而水能计算的目的是定出水电站 及发电量， 的一些基本技术生产指标（或称动能指标） 出力及发电量 的一些基本技术生产指标（或称动能指标）如出力及发电量，水电站的工作情况及这些动能指标与 参变数（正常蓄水位，死水位等）之间的关系，以供规划设计、方案选择之用。 参变数（正常蓄水位，死水位等）之间的关系，以供规划设计、方案选择之用。确定水电站动能指 标值的计算，称为水能计算，或叫水能调节计算，它是水利计算的一个专门部分。 标值的计算，称为水能计算，或叫水能调节计算，它是水利计算的一个专门部分。 水电站的出力计算可应用公式（ ）。设发电流量为Q（ ）。设发电流量为 ）。在 秒内 秒内， 水电站的出力计算可应用公式（3-4）。设发电流量为 （ m / s ）。在△t秒内，有水体 W=Q△t通过水轮机流入下游，则由公式（3-4）可得水量 下降 所做的功： 通过水轮机流入下游， 下降H所做的功 △ 通过水轮机流入下游 则由公式（ ）可得水量W下降 2、图中 H 额 为额定水头，它表示在该水头以上， 、 为额定水头，它表示在该水头以上， 机组可以可以发出额定出力（也称额定容量）。 可以发出额定出力 机组可以可以发出额定出力（也称额定容量）。 在额定水头以下，机组可以发出的最大出力随H 在额定水头以下，机组可以发出的最大出力随 之减小而减小。这是因为 之减小而减小。这是因为 3、水头越小，受阻容量越大，因此在运行时水 、水头越小，受阻容量越大， 头有一定范围，在次范围内水轮机效率较高， 头有一定范围，在次范围内水轮机效率较高，出 力受阻较小。 力受阻较小。这个范围一般以最小水头不小与最 大水头的60%~70%来控制。应该指出，各种型 来控制。 大水头的 来控制 应该指出， 号的水轮机有不同的运转综合特性曲线。 号的水轮机有不同的运转综合特性曲线。
水电站水能资源开发与计算
汛限水位
汛期兴利蓄水允许达到 的最高水位，设计条件 下水库防洪的起调水位。
死水位
水库在正常运用情况下， 允许消落到的最低水位。
调洪库容 防洪库容 兴总利库库容容
死库容
一、水库及其特性
3、水库的特征水位及其相应库容
水库规模最主要指标——总库容
总库容< 0.01亿 m3 ——小II 型水库
< 0.1亿 m3
E1 rW (Z1 P1 / r a1v12 / 2g)
E2 rW (Z 2 P2 / r a2v22 / 2g)
E12 E1 E2 r(Z1 Z 2 )W rHW
(kg·m) N=9.81QH (kW) E=NT=9.81QHT (kW·h) E=NT=9.81QHT=9.81QHT/3600
=0.0027WH (kW·h)
二、河流水能资源分析与估算
2、河川水能资源蕴藏量
构成水能资源的基本要素是流量和落差。
断面 河长L 高程 流量Q 断面间 落差 平均流量 出力N 累加 单位河长 号i (km) Z(m) (m3/s) 距l(km) H(m) Q(m3/s) (kW) ΣN(kW) 水流出力
• 对水体的影响
• 航运过闸、水温、水质、水面大、蒸发量大、水汽多、水雾多
• 对鱼类和生物的影响
• 洄游鱼类（鱼梯、鱼道；人工繁殖）、生态系统改变
• 对人群健康的影响
• 疾病（疟疾、血吸虫病等）、
Байду номын сангаас 第二部分
河流水能资源分析与估算
二、河流水能资源分析与估算
1、水能计算的基本公式
水能：河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量。天然情况下，水能消耗 于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和挟带泥沙运行等方面。 采用一定的工程技术措施后，可以将水能变为电能。
汛期兴利蓄水允许达到 的最高水位，设计条件 下水库防洪的起调水位。
死水位
水库在正常运用情况下， 允许消落到的最低水位。
调洪库容 防洪库容 兴总利库库容容
死库容
一、水库及其特性
3、水库的特征水位及其相应库容
水库规模最主要指标——总库容
总库容< 0.01亿 m3 ——小II 型水库
< 0.1亿 m3
E1 rW (Z1 P1 / r a1v12 / 2g)
E2 rW (Z 2 P2 / r a2v22 / 2g)
E12 E1 E2 r(Z1 Z 2 )W rHW
(kg·m) N=9.81QH (kW) E=NT=9.81QHT (kW·h) E=NT=9.81QHT=9.81QHT/3600
=0.0027WH (kW·h)
二、河流水能资源分析与估算
2、河川水能资源蕴藏量
构成水能资源的基本要素是流量和落差。
断面 河长L 高程 流量Q 断面间 落差 平均流量 出力N 累加 单位河长 号i (km) Z(m) (m3/s) 距l(km) H(m) Q(m3/s) (kW) ΣN(kW) 水流出力
• 对水体的影响
• 航运过闸、水温、水质、水面大、蒸发量大、水汽多、水雾多
• 对鱼类和生物的影响
• 洄游鱼类（鱼梯、鱼道；人工繁殖）、生态系统改变
• 对人群健康的影响
• 疾病（疟疾、血吸虫病等）、
Байду номын сангаас 第二部分
河流水能资源分析与估算
二、河流水能资源分析与估算
1、水能计算的基本公式
水能：河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量。天然情况下，水能消耗 于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和挟带泥沙运行等方面。 采用一定的工程技术措施后，可以将水能变为电能。
水能计算及水电站主要参数选择
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
【例3-1】某水电站正常蓄水位高程为Z正=760m，死水位Z死 =720m 。水库水位与库容关系见表3-1，水库下游水位与流量 关系见表3-2。某年各月平均的天然来水量见表3-3，求水电 站各月平均出力及发电量。
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
10
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
6
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
水能计算的方法 ：
时历法
➢ 列表法：概念清晰，应用广泛，尤其适合于有复杂综合
利用任务的水库的水能计算。当方案较多、时间序列较 长时，不适用。
➢ 图解法：计算精度较差、工作量也不比列表法小； ➢ 电算法：从发展方向看，适宜用电算法进行水能计算。
即使方案很多，时间序列很长，也可迅速获得精确的计 算结果。
2.电力用户按其重要性可分为一级、二级和三级。
34
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
二、电力负荷图
电力负荷：在任何时间内，电力系统中各电站的处理过程和
发电量必须与用户对出力的要求和用电量相适应，这种对电力 系统提出的出力要求，常被称为电力负荷。
电力负荷图：电力系统中所有用户所需出力N（负荷）随时间t 的变化曲线。
22
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
3. 多年调节水电站保证出力计算
计算方法与上述年调节水电站保证出力的 计算基本相同。简化计算时，可以设计枯水年 组来计算。一般选用实际水文资料中最枯最不 利的连续枯水段作为设计枯水段。
23
第三章 水能计算及水电站主要参数选择
二、水电站多年平均发电量的估算
多年平均年发电量：指水电站在多年工作时期
设计平水系列：指某一水文年段(一般由十几年 的水文系列组成)，该系列平均径流量约等于全部水 文系列的多年平均值，其径流分布符合一般水文规律。 对该系列进行径流调节，求出各年的发电量，其平均 值即为多年平均年发电量。
《水电工程量计算》课件
CHAPTER
04
水电工程量计算软件介绍
常用水电工程量计算软件
01
02
03
Excel
常用的电子表格软件，可 用于水电工程量的计算和 分析。
AutoCAD专业的CAD绘图 Nhomakorabea件，可 进行水电工程量的测量和 统计。
BIM软件
如Revit、Archicad等， 支持水电工程量的自动计 算和协同设计。
软件操作方法与技巧
总结词：误差调整
详细描述：水电工程量计算中，由于各种原因，如数据输入错误、计算公式使用 不当等，可能导致计算结果存在误差。为了确保计算的准确性，需要对误差进行 识别和调整。常见的调整方法包括：重新核对数据、检查计算公式、进行复核计 算等。
工程量重复与核对方法
总结词
工程量核对
VS
详细描述
在水电工程量计算过程中，由于工作量大 或者人为疏忽，可能会导致工程量重复计 算或者漏算。为了解决这个问题，需要建 立完善的核对制度和方法。常见的核对方 法包括：建立详细的计算表格、采用软件 辅助核对、组织专业人员进行交叉核对等 。
建筑工程量的计算方法有清单计价法和定额计价法，其中清 单计价法是根据国家统一的工程量清单规范进行计算，而定 额计价法则是根据地方或企业定额进行计算。
安装工程量计算
安装工程量是指水电工程中各类设备 、设施的安装工程量，包括水轮机、 发电机、变压器等设备的安装以及相 关电气、自动化控制系统的安装。
安装工程量的计算方法有设备重量法 、安装费率法和综合单价法等，具体 计算方法应根据不同的设备和安装要 求进行选择。
目的
水电工程量计算是水电工程预算、招标、施工组织等工作的基础，其目的是为 水电工程建设提供准确的工程量数据，以便进行合理的资源配置和费用估算。
水电站水能计算
三、水能资源开发方式
4、其他开发方式
（二）抽水蓄能发电
抽水蓄能电站根据利用水量的情况可分为两大类：一类是纯抽水 蓄能电站；另一类是混合式抽水蓄能电站。
第四部分
河流水能资源的梯级开发
四、河流水能资源的梯级开发
1、河流综合利用规划
河流综合利用规划要综合地解决防洪、发电、灌溉、 航运、给水、养殖、生态环境等方面的需水问题。
第六部分
水能计算的基本方法
六、水能计算的基本方法
确定水电站动能指标的计算，称为水能计算。水能 计算的目的，在规划设计阶段，为了选择水电站及 水库的主要参数，需假定若干个水库正常蓄水位方 案，计算各方案的水电站动能指标，为最终确定电 站规模提供依据；在运行阶段，由于水电站及水库 的主要参数（正常蓄水位、死水位和装机容量）已 定，则需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 统中各电站的合理的运行方式。
其余月份为不蓄不供期，水电站按天然流量发电，即水电站引用流量等于入 库流量 。
六、水能计算的基本方法
2、按等流量调节方式的水能计算方法
三、水能资源开发方式
➢开发利用水能时要解决的基本问题是集中落差和 调节流量。 ➢水能开发方式或者叫水电站开发方式，就集中落 差的措施而言，有坝式、引水道式和混合式三种 基本方式
三、水能资源开发方式
1、坝式（蓄水式）水电站
坝式水电站按其建筑物的布置特点，又可分为河床式、坝后式、坝内式等类型
1.起重机 2.主机室 3.发电机 4.水轮机 5.蜗壳 6.尾水管 7.尾水平台 8.尾水导墙 9.泄洪闸门 11.溢流坝 12.主坝 13、闸墩
年平均发电量、装机容量及年利用小时数。
tn
水电站水能计算
（3）事故备用容量。为了避免因机组发生故障而影响系统正常供电，笔削在电力系统中设置一定 数量的事故备用容量。
（4）检修备用容量。如果系统容量中没有足够的空闲容量，难以安排机组检修，就要设置一定的 检修备用容量，但石板情况下，力求不设或者少设置此部分备用。
（5）重复容量。在寻常年份，都会有水量富余，若仅以必须容量工作会产生大量弃水。为了利用 次部分水量来发电，只需要增加一部分电机容量，而不增大坝等水工建筑物的投资，这部分容量 并非保证电力系统政策供电所必需的，故称为重复容量。在设置重复容量的电力系统中，系统 的总装机容量就是必需容量与重复容量之和。
工程规划阶段，一般是先要拟定几个正常蓄水位方案，针对每一个方案 去求装机容量、保证出力、多年平均发电量和有利的死水位等指标，这也是 水能计算的主要任务。
1.确定水电站的动能指标，主要是保证出力、多年平均发电量、装机容量； 2.确定水库的特征水位，正常蓄水位和死水位等； 3.选定机电设备，水轮机组等； 4.经济评价
p n 1 [E (n 1E n)/E n] 10 % 0 为第n年到第（n+1）
年的增长率。其中E为发电量，有此式可以推出；
E n 1 E n (1 p n 1 )和 P (nE n 1 /E 1 1 ) 1% 00
设计负荷水平年:电力负荷总是随着国民经济的发展而逐年增长的，在规划设计水电站时， 考虑电力系统远景负荷的发展水平，与此负荷水平相适应的年份称为电力负荷水平年。
年负荷图。
❖ 日负荷图
日负荷图反映的 是一天之内电力 负荷的变化过程 线。日负荷图有 三个特征数值： 日最大负荷、日 均负荷和日最小 负荷。
为便于利用日 负荷图进行动能 计算，常需要事 先绘制日电能累
计曲线。
（4）检修备用容量。如果系统容量中没有足够的空闲容量，难以安排机组检修，就要设置一定的 检修备用容量，但石板情况下，力求不设或者少设置此部分备用。
（5）重复容量。在寻常年份，都会有水量富余，若仅以必须容量工作会产生大量弃水。为了利用 次部分水量来发电，只需要增加一部分电机容量，而不增大坝等水工建筑物的投资，这部分容量 并非保证电力系统政策供电所必需的，故称为重复容量。在设置重复容量的电力系统中，系统 的总装机容量就是必需容量与重复容量之和。
工程规划阶段，一般是先要拟定几个正常蓄水位方案，针对每一个方案 去求装机容量、保证出力、多年平均发电量和有利的死水位等指标，这也是 水能计算的主要任务。
1.确定水电站的动能指标，主要是保证出力、多年平均发电量、装机容量； 2.确定水库的特征水位，正常蓄水位和死水位等； 3.选定机电设备，水轮机组等； 4.经济评价
p n 1 [E (n 1E n)/E n] 10 % 0 为第n年到第（n+1）
年的增长率。其中E为发电量，有此式可以推出；
E n 1 E n (1 p n 1 )和 P (nE n 1 /E 1 1 ) 1% 00
设计负荷水平年:电力负荷总是随着国民经济的发展而逐年增长的，在规划设计水电站时， 考虑电力系统远景负荷的发展水平，与此负荷水平相适应的年份称为电力负荷水平年。
年负荷图。
❖ 日负荷图
日负荷图反映的 是一天之内电力 负荷的变化过程 线。日负荷图有 三个特征数值： 日最大负荷、日 均负荷和日最小 负荷。
为便于利用日 负荷图进行动能 计算，常需要事 先绘制日电能累
计曲线。
-第3章水电站水能计算4-7节
四.限制出力线绘制方法
• 作用：使允许破坏的那些特枯年供水不至
于完全中断，以免水电站突然大量降低供 电。 • 目的：提前限制供水，逐步减低其供水量。 • 绘制方法：可用绘制防破坏线相同的那些 来水年份，以顺时序按保证出力操作，并 取下包线即可。
第六节 无调节水电站水能计算
• 对于无调节水电站，因无调节库容来调蓄
• 根据上面这张表，可以画出重复容量年持
续曲线。（见下图） • 图中h经济为经济利用小时数，计算方法见下 一张。
重复容量动能经济计算
• 假设额外设置重复容量为△N重，平均每年
工作为h经济小时，则每年生产电能为： △E= △ N重h经济 水电站总支出为： △ N重K水（1+PT抵 ） 火电站总支出为：α△ N重h经济（K燃+uT抵） 比较上面两式，只有当前者小于后者时， 增加水电站重复容量才有利，即： h经济≥ K水（1+PT抵 ）/ α（K燃+uT抵）
多年调节水电站工作容量的选择： 多年调节水电站计算方法和年调节一样， 先绘制工作容量与相应全年电能关系曲线， 再由水电站保证电能值查得相应的工作容 量。
2.重复容量选择
• 在洪水期，为了减小弃水，提高径流利用
率，加大电站装机容量，以代替火电站电 能，节约煤耗。 • 设置重复容量是否经济合理，一方面看弃 水量利用程度，另一方面同替代煤耗的经 济性有关。
第七节 抽水蓄能电站简述
• 概念：指利用单向或可逆式水泵在系统负
荷低落把大量的水抽到高处储蓄起来，供 以后电力系统负荷高峰时补充用电之需， 这种装置称抽水蓄能电站，也叫水力蓄能 电站。 • 分类：季节性蓄能和昼夜间蓄能。
• 分析：从能量的角度来说，这种形式的电
站显然是亏损的（蓄放之间的能量损耗）； 但从经济的角度来说，它却是可以盈利的。 （低进高出）
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本章介绍正常蓄水位已定条件下的水能计算方法。
31.10.2020 8:42
4、水能计算的基本方程和主要方法 4.1 列表试算法
N=k(qZ上-Z下 )
(Q -q) t= v=V 2-V 1
31.10.2020 8:42
4.2 半图解法
(Q-q)t=V2-V1
t (Q-q) 2 =V-V1
V1 +Q= V +q t 2 t 2
γ
W
(Z2
+
P2 γ
+
a
2V22 2g
)
E1—2 =
E1 - E2 = γ
W (Z1 - Z2 +
P1 γ
P2
+
a 1V12 - a 2V22
) 2g
31.10.2020 8:42
Z1-Z2 =H1-2
P1 - P2
γ 0
a 1V12 - a 2V22
2g
0
E1-2=γ·W·H1-2（牛顿·米）
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2
湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式
31.10.2020 8:42
河床式电站
湖北葛洲坝、浙江富春江水电站属于河床式
31.10.2020 8:42
万家寨坝后式水电站
坝后厂房
31.10.2020 8:42
（二）引水式
1. 概念：沿河修建引水道，以使原河段的落差集中到 引水道末厂房处，从而获得水电站的水头，所引取的 平均流量为河段首处的平均流量。
1、水能计算的基本概念
1 P1 Z1
2
Δ Δ
势能(potential energy)
动能(kinetic energy)
水能
P2 Z2 V1
设T 秒时段内流过两段面
V2
的水量为W m3
断面1-1处水流的总能量为:
1
2
河段的潜在水能
E1=γ
W
(Z1
+
P1 γ
+
a
1V12 2g
)
断面2-2处水流的总能量为:E2 =
我国四川狮子滩、福建古田溪、东北镜泊湖 等属于混合式开发方式。
31.10.2020 8:42
3、水能计算内容 水能计算任务是确定电站效益与工程规模之间的 关系。电站效益通常用保证出力和多年平均电能两指 标来衡量，而工程规模则以水库正常蓄水位和有效库 容、引水渠道尺寸及电站装机容量为指标。 水能计算或水能设计的主要内容是通过不同方案的 综合经济比较来选定合理的正常蓄水位，保证出力，装 机容量和多年平均电能。
Δ Δ
A Z上 ΔHA ΔH引
1. 水量损失
2. 水头损失
H净=Z上－Z下－ΔH引
3. 功率损失
Q
水电站效率η=η水×η传×η电
η水——水轮机的效率 η传——传动设备的效率 η电——发电机的效率
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
31.10.2020 8:42
H净 Z下
B
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw） 令A=9.81η A——出力系数 水电站出力计算公式可表示为： N= A Q电 H净（千瓦） 8.5 ， 大型水电站（装机N＞25万千瓦）
4. 引水式开发的适用条件：
河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝 的河段。
Δ Δ
43
Z上 5
1—原河道； 2—明渠； 3—取水坝； 4—进水口； 5—前池； 6—压力水管； 7—水电站厂房。
31.10.2020 8:42
2 1
水头H
6 7
Z下
无压引水式水电站及其主要建筑物
31.10.2020 8:42
249.70
水库 蓄水量 （m3/s)月 64.0 75.0
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3. 坝式开发的特点： ① 水头相对较小； ② 一般能形成蓄水库，电站引用流量大， 综合利用效益高； ③ 投资大，工期长，通常单位造价高，且 上游形成淹没区。
4. 坝式开发的适用条件： 适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件 的河段。
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有回水
• 引水建筑物是有压的：压力隧洞
有压引水式水电站 • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调
压室，压力水管，厂房，尾水渠。
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（三）混合式水电站
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
2. 分类： 无压引水式水电站:沿岸修建坡度平缓的 明渠来集中落差。 有压引水式水电站:有压隧洞或管道集中 落差。
云南以礼河、金沙江梯级电站属于该类型。
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3. 引水式开发的特点：
①水头较高； ②电站引用流量小，水量利用率差，综合利用效益低； ③无水库淹没损失，工程量小，单价一般较低。
q NV + q t 2
出力
（104Kw) 6.4
落差
发电流量
下游 水位
（m） （m3/s) （m）
49 91.80
55 140.2 191.75
58 132.9 191.70
61 126.4
6.6
上游 水位 （m） 240.86 243.80
246.75
功率 出力(output) N
1 P1 Z1
V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
1 2
河段的潜在水能
N1-2=
E1-2 T
g
=
WH T
1-
2
=γQH1-2
(牛顿·米/秒)
1千瓦=1000牛顿·米/秒， γ=1000×9.81N/m3
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
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A 8.0~8.5 ， 中型水电站（N=2.5~25万千瓦） 6.0~8.0 ， 小型水电站（N＜2.5万千瓦）
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2、水力发电的方式
（一）坝式
1.概念：在天然河道中拦河筑坝，形成水库，以抬 高上游水位，集中河段落差，这种开发方式称为坝 式开发。
2. 坝式水电站的分类： 坝后式 ——厂房布置在坝的后面 河床式 ——厂房成为挡水建筑物一部分 蓄水式 ——形成水库来集中水能，水电 站能进行径流调节。 径流式 ——不形成水库供径流调节，水电 站只能引取天然流量发电。
第三章 水电站水能计算
第一节 水能计算的基本方程和主要方法 第二节 电力系统及其容量组成 第三节 水电站水库消落深度、保证出力
和多年平均发电量 第四节 水电站装机容量选择 第五节 水电站水库调度图 第六节 无调节水电站水能计算 第七节 抽水蓄能电站简述
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第一节 水能计算的基本方程和主要方法
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4、水能计算的基本方程和主要方法 4.1 列表试算法
N=k(qZ上-Z下 )
(Q -q) t= v=V 2-V 1
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4.2 半图解法
(Q-q)t=V2-V1
t (Q-q) 2 =V-V1
V1 +Q= V +q t 2 t 2
γ
W
(Z2
+
P2 γ
+
a
2V22 2g
)
E1—2 =
E1 - E2 = γ
W (Z1 - Z2 +
P1 γ
P2
+
a 1V12 - a 2V22
) 2g
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Z1-Z2 =H1-2
P1 - P2
γ 0
a 1V12 - a 2V22
2g
0
E1-2=γ·W·H1-2（牛顿·米）
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2
湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式
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河床式电站
湖北葛洲坝、浙江富春江水电站属于河床式
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万家寨坝后式水电站
坝后厂房
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（二）引水式
1. 概念：沿河修建引水道，以使原河段的落差集中到 引水道末厂房处，从而获得水电站的水头，所引取的 平均流量为河段首处的平均流量。
1、水能计算的基本概念
1 P1 Z1
2
Δ Δ
势能(potential energy)
动能(kinetic energy)
水能
P2 Z2 V1
设T 秒时段内流过两段面
V2
的水量为W m3
断面1-1处水流的总能量为:
1
2
河段的潜在水能
E1=γ
W
(Z1
+
P1 γ
+
a
1V12 2g
)
断面2-2处水流的总能量为:E2 =
我国四川狮子滩、福建古田溪、东北镜泊湖 等属于混合式开发方式。
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3、水能计算内容 水能计算任务是确定电站效益与工程规模之间的 关系。电站效益通常用保证出力和多年平均电能两指 标来衡量，而工程规模则以水库正常蓄水位和有效库 容、引水渠道尺寸及电站装机容量为指标。 水能计算或水能设计的主要内容是通过不同方案的 综合经济比较来选定合理的正常蓄水位，保证出力，装 机容量和多年平均电能。
Δ Δ
A Z上 ΔHA ΔH引
1. 水量损失
2. 水头损失
H净=Z上－Z下－ΔH引
3. 功率损失
Q
水电站效率η=η水×η传×η电
η水——水轮机的效率 η传——传动设备的效率 η电——发电机的效率
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
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H净 Z下
B
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw） 令A=9.81η A——出力系数 水电站出力计算公式可表示为： N= A Q电 H净（千瓦） 8.5 ， 大型水电站（装机N＞25万千瓦）
4. 引水式开发的适用条件：
河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝 的河段。
Δ Δ
43
Z上 5
1—原河道； 2—明渠； 3—取水坝； 4—进水口； 5—前池； 6—压力水管； 7—水电站厂房。
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2 1
水头H
6 7
Z下
无压引水式水电站及其主要建筑物
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249.70
水库 蓄水量 （m3/s)月 64.0 75.0
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3. 坝式开发的特点： ① 水头相对较小； ② 一般能形成蓄水库，电站引用流量大， 综合利用效益高； ③ 投资大，工期长，通常单位造价高，且 上游形成淹没区。
4. 坝式开发的适用条件： 适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件 的河段。
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有回水
• 引水建筑物是有压的：压力隧洞
有压引水式水电站 • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调
压室，压力水管，厂房，尾水渠。
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（三）混合式水电站
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
2. 分类： 无压引水式水电站:沿岸修建坡度平缓的 明渠来集中落差。 有压引水式水电站:有压隧洞或管道集中 落差。
云南以礼河、金沙江梯级电站属于该类型。
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3. 引水式开发的特点：
①水头较高； ②电站引用流量小，水量利用率差，综合利用效益低； ③无水库淹没损失，工程量小，单价一般较低。
q NV + q t 2
出力
（104Kw) 6.4
落差
发电流量
下游 水位
（m） （m3/s) （m）
49 91.80
55 140.2 191.75
58 132.9 191.70
61 126.4
6.6
上游 水位 （m） 240.86 243.80
246.75
功率 出力(output) N
1 P1 Z1
V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
1 2
河段的潜在水能
N1-2=
E1-2 T
g
=
WH T
1-
2
=γQH1-2
(牛顿·米/秒)
1千瓦=1000牛顿·米/秒， γ=1000×9.81N/m3
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
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A 8.0~8.5 ， 中型水电站（N=2.5~25万千瓦） 6.0~8.0 ， 小型水电站（N＜2.5万千瓦）
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2、水力发电的方式
（一）坝式
1.概念：在天然河道中拦河筑坝，形成水库，以抬 高上游水位，集中河段落差，这种开发方式称为坝 式开发。
2. 坝式水电站的分类： 坝后式 ——厂房布置在坝的后面 河床式 ——厂房成为挡水建筑物一部分 蓄水式 ——形成水库来集中水能，水电 站能进行径流调节。 径流式 ——不形成水库供径流调节，水电 站只能引取天然流量发电。
第三章 水电站水能计算
第一节 水能计算的基本方程和主要方法 第二节 电力系统及其容量组成 第三节 水电站水库消落深度、保证出力
和多年平均发电量 第四节 水电站装机容量选择 第五节 水电站水库调度图 第六节 无调节水电站水能计算 第七节 抽水蓄能电站简述
31.10.2020 8:42
第一节 水能计算的基本方程和主要方法