第十四章 水电站水能计算

2 出力
实际计算出力时，必须用两个断面的平均流量。
单位时间内水能所做的功，称为水流功率。表示水流做功能力。在电力 工程中，把功率称为出力（或容量）。
3 电量 水电站在t(t1-t2)时段内所发出的电能，称为该时段的发电量，即
Et Ndt AQHt
t1
t2
(kw.h)
上式为水电站发电量的计算公式。
二 多年平均发电量的计算（E年）
1 概念
指水电站年发电量的多年平均值。 2 在水文资料丰富情况下
由前面的计算，可得到无(日)调节水电站的日平均出力历 时曲线。其下包面积，即为天然水量的多年平均发电量。由于 受机组出力的限制，天然流量无法完全利用。实际多年平均发 电量取决于电站的装机容量。 装机容量与多年平均发电
NP 2 N重的计算 24h
为了充分利用丰水期或丰水年的多余水量，需设置重复容
量(季节容量).一般用重复(季节)容量年利用小时数法确定N重.
N
N重
E重
N重 NP
8760
N重设
t
图中，h重
E重 N重
h重规
h重
为重复容量小时数，又称补充千瓦小时数，或
季节容量年利用小时数。
确定N装后，无调节水电站实际装机容量还要结合机组的机 型进行确定。
N
日平均出力频率曲线 NP
P设
P
(二)日调节水电站的保证出力的计算 1 方法、步骤同无调节水电站。即： 长序列法 代表年法 不同之处在于计算出力 N Aq发H净 A(Q天 q损)(Z上 Z下 H ) 时，
Z上由（V死+V兴/2）通过水库库容曲线Z-V得到。
2 死水位的确定 日调节水库，死水位可根据水轮机要求的最低水头和水库 泥沙淤积情况综合确定。 3 兴利库容的确定 见第十三章。
N Aq发H净 A(Q天 q损 )(Z上 Z下 H )
计算表格见表14-1。
N
日平均出力频率曲线 NP
P设
P
3）几个基本概念
Q
日平均流量频率曲线
① 日平均流量频率曲线
② 日平均出力频率曲线 ③ 日平均流量历时曲线 ④ 日平均出力历时曲线 P设 P QP
N
Q、N
日平均出力历时曲线 日平均流量历时曲线
（二）装机容量选择的简化方法
缺乏负荷资料情况下，常采用简化方法。 1、装机容量年利用小时数法
N
N3 N2 N1
NP
P设 P t
4）水位变化不大的无调节水电站，可采用更简单的方法: 由设计保证率在日平均流量频率曲线（图14-8）上查取设 计发电流量QP；再由公式NP=AQPHP=AQP(Z上-Z下-H)计算水电站 的日平均保证出力。 2 代表年法 为了简化计算，可用代表年法进行水能计算。其步骤：
①选择3个设计代表年：设计枯水年(P设)、设计中水年(P 中=50%)。设计丰水年(P丰=1-P设)。
典型年选择原则：
a. 年水量接近原则
（年径流年内分配较稳定）
W年 ~ P
b. 枯水期水量接近原则 W枯 ~ P
（年径流年内分配不稳定）
②将3个设计代表年的日平均流量（3*365个）统一进行分 组，计算分组平均出力N(i)（i=1,2,…,n;n为组数）。计算同 表格14-1。 ③绘制日平均出力频率曲线，由设计保证率P设得保证出力 NP 。
N
N3 N2 N1
日平均出力历时曲线
N
量关系曲线
N装
E年1
8760
t
E年
E
3 在完全缺乏水文资料情况下
E年 AQ H净 8760 (kw h)
Q电 Q
式中， 量。 三
为径流系数；Q电为平均发电流量；Q为平均天然流
无调节水电站的装机容量的确定 N装——反映了水电站的规模、水力资源利用程度、电站效
最大工作容量(N工): 满足系统最大负荷而设置的容量
备用容量（N备）:负荷备用、检修备用、事故备用 重复容量(N重):为充分利用弃水发电而设置的容量 即： N装= N工+ N备+ N重
N必
§14.3
水电站的工作特点和工作方式
一、水电站的工作特点
1 出力和发电量取决于天然径量； 2 适应负荷的剧烈变化（启动快、增减负荷灵活）；
淮 河
东北诸河 东南沿海诸河 西南国际诸河 雅鲁藏布江及西藏其它河流
66
1371 1390 3768 5038
19
439 547 2099 2969
0.1
2.3 2.9 10.9 15.4
北方内陆及新疆诸河
全国
997
37853
539
19233
2.8
100.0
三、水电站的开发方式分类 由出力计算公式知：影响水能资源的基本因素是流量Q和落 差H。 无调节水电站 1 按径流调节程度分 日调节水电站 年调节水电站 多年调节水电站
第十四章
水电站水能计算
装机容量 保证出力（NP） 多年平均发电量（E）
水电站的经济指标
§14.1 §14.2 §14.3 §14.4 §14.5 §14.6 §14.7
水能计算的基本知识 电力系统的负荷及其容量组成 水电站的工作特点和工作方式 无调节、日调节水电站的水能计算 年调节水电站的水能计算 多年调节水电站的水能计算 灌溉水库水电站的水能计算
1 概念
指不能对天然来水过程进行调节的水电站。水电站在任何 时刻的出力取决于河道中当时的天然流量和电站水头。
2 长序列法（适合于径流资料较长情况）
1）基本步骤：
a、以日(旬)为计算时段，逐日(旬)计算水电站的日(旬) 平均出力N(i)；
N (i) Aq发 H 净 A(Q天 q损 )(Z 上 Z下 H ) i 1,2,, n 365(n 36)

§14.1
水能计算的基本知识
一、水能计算的基本原理 1 水能 河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量,称为水能。在 天然情况下，这些能量消耗于水流的内部摩擦，克服沿程河 床阻力，冲刷河床和夹带泥沙。采用一定的工程措施（如水 电站）可把水能变为电能。
图14-1
图14-2
2 p1 1v1 由水力学知： E ( Z ) W 1 1 2g 2 p 2 2 v2 E2 ( Z 2 ) W 2g
v1 Q v q t 2 t 2
N
N Aq(Z上 Z下 )
工作曲线绘制： 假定不同N、 H
q
q
v
水能计算工作曲线
v q t 2
图解: ①已知N ②已知q
v1 Q v q t 2 t 2 v q t 2
由工作曲线得到发电流量q; 由工作曲线得到出力N。
§14.2
电力系统的负荷及其容量组成
一、电力系统与负荷图 1 电力系统（电网） 各电站之间及电站与用户之间用输电线路连接成的一个整 体。三大用户：工业用电、农业用电、生活用电。 2 电力负荷图 负荷：用户对电力的需求 电力负荷图：负荷随时间的变化过程
日负荷图：一日负荷变化过程线
年负荷图：一年负荷变化过程线
3 列表试算法
N=AqH=Aq(Z上-Z下) (Q-q)△t=V2-V1
1)等出力方式水能计算方法 a、先假定时段出力N0，从供水期初即正常蓄水位开始顺 时序计算。 b、假定时段水电站引流量为q。可确定时段出力N`。若 N`=N0，继续下一时段已知出力计算；否则，重新假定发电流 量，继续试算。 假设q——V2(时段末蓄水量)——Z2 N`=AqH Z上 V1 Z1 H q+q弃 尾水水位流量关系曲线 Z下 E=N`△t
c、经过以上逐时段演算至供水期末时，若此时水位为死 水位，则计算结束；否则，重新假定出力N0，返回步骤a 进行 大循环计算。 实例
2)等流量调节方式水能计算方法 a、根据设计枯水年入库径流资料，用已知的兴利库容V兴 求调节流量，作为水电站的发电流量q； 供水期的调节流量 蓄水期的调节流量 b、利用入库流量与水电站发电流量作为来、用水资料， 按列表法进行枯水年或枯水年组水能计算。 已知q，求N=? N=AqH=Aq(Z上-Z下) (Q-q)△t=V2-V1 Q q △t V1
2
按径流调节方式分
径流式水电站
蓄水式水电站 坝式(蓄水式)水电站
3
按集中落差方式分
引水式水电站 混合式水电站
四、水能计算的内容及所需资料 1 内容 (1) 确定水电站的功能(效益)指标 ——保证出力NP和多年平均发电量E 保证出力NP ：设计保证率P对应的出力。 多年平均发电量E：水电站在多年工作时期内，平均每年 所能生产的电能量。 (2) 确定水电站规模的有关参数 ——装机容量N装、正常蓄水位Z正、死水位Z死 (3) 对水电站的经济效益进行计算和分析 多方案对比，推求最佳设计方案。
(1)日负荷图
a. 特征值
日最大负荷N`` 日平均负荷N 日最小负荷N`
N
峰荷
N
腰荷
基荷 b. 负荷图分区 腰荷 峰荷
基荷
t
(2)年负荷图
由月最大负荷曲线 和月平均负荷曲线组成。 N
月最大负荷曲线 月平均负荷曲线
E t
二、电力负荷容量组成
正常用电，必须满足两个条件：
电力(容量)平衡：机电设备容量(出力)不小于最大负荷 电量平衡：所发出的电能不小于用户需求电量 这里关心电力平衡。 容量又称装机容量。由以下几方面组成：
益和供电可靠性。由河流来水量和负荷要求合理确定。 (一)按负荷要求确定
按负荷要求确定装机容量的基本依据是电力电量平衡。无
调节水电站的最优工作位置在基荷。此时才能充分利用水能资 源。如图14-12所示。
1
N装=N工+N备+N重
无调节水电站的最大工作容量等于它的保证出力。无调节
水电站不设置备用容量。则其装机容量为： N装=NP+N重 N NP
b、将N(i)（i =1,2,…,n）由大到小排序，计算经验频率 P(i)，绘制日(旬)平均出力频率曲线；见右下图。 c、由设计保证率P推求NP. 对于无调节水电站，设计 保证率常用P历时。 NP N
P设
P
2）简化算法
将历年日平均流量由大到小分组，统计其出现日数和累计 出现日数，再按分组流量的平均值来计算出力和推求保证出力 NP。计算公式如下：
N 火电站 水电站 火电站 径流式电站 t
其它
24
§14.4
无调节、日调节水电站的水能计算
一 保证出力的计算 1 保证出力NP——指相应于设计保证率水电站水流平均出
力。
对于无、日调节水电站，须保证日负荷的需要，NP为相当 于设计保证率的日平均出力。 2 方法 长序列法 代表年法 (一)无调节水电站的保证出力的计算
3 工程投资比较大，工期较长；
4 运行费用较低； 5 调度复杂。 二、水电站的工作方式
1 工作方式
电站在电力系统日、年负荷图上的位置，如峰荷、腰荷或 基荷。
N 水电站 火电站
N 水电站
径流式电站 枯水期
24
t
火电站
汛期 24
t
2 水电站工作方 式取决于：① 水电站 的调节性能；②来水的 丰、枯程度；③E日/N装 的比值，值越大，可任 基荷。
2
基本资料
（1）水库特性曲线 水库面积曲线 水库库容曲线 （2）水文资料 坝址历年流量资料,设计丰水年、中水年和枯水年径流过 程 尾水水位流量关系曲线 历年降雨量和蒸发量资料 （3）电力系统负荷资料 年负荷 日负荷 （4）综合利用资料 灌溉、航运、发电、给水、上下游防洪资料
五、水能计算的主要方法 1 基本任务 确定水电站动能指标的计算，称为水能计算。 1)在规划设计阶段，为了选择水电站即水库的主要参数， 需假定若干个水库正常蓄水位方案，计算各方案的水电站的动 能指标，为最终确定电站规模提供依据。 2)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，计算水电站各时段的出力和发 电量。 2 计算方法 N=AqH=Aq(Z上-Z下) 式中，N——出力；q——发电流量。 上式计算方法有： 列表试算法 图解法
N
水电站的出力变化过程
t
E
t1
E
ti
ti+1
n
源自文库
tn
(kw.h)
t（h）

tn
t1
Ndt N i t
i 1
其中，Ni为第i时段的平均出力。
二、我国各大河流域可能开发的水能资源
流域 长 江 黄 河 珠 江 海滦河 装机容量 (万KW) 19724 2800 2485 214 年发电量 亿kw.h 10275 1170 1125 52 占全国比重(%) 53.4 6.1 5.8 0.3
水量平衡方程
E=N△t
V2 V1 Z2 Z1 Z下 Z下 H N=AqH
q+q弃
尾水水位流量关系曲线
实例1
实例2
4 图解法
(Q-q)△t=V2-V1 式中，V——时段△t中间的水库蓄水量。
v1 Q v q t 2 t 2
v q t 2
t (Q q) v v1 2