水利水能规划第五章 水能计算

第五章 水能计算及水电站在电力系统 中的运行方式

目录

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水能计算的目的与内容

水电站保证出力与多年平均发电量计算电力系统负荷图 水电站在电力系统中的运行方式 本章思考题及课外延伸

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第一节 水能计算的目的与内容水能计算目的 主要在于确定水电站的工作情况(例如出力、发电量 及其变化情况),是选择水电站的主要参数(例如水库的 正常蓄水位、死水位和水电站的装机容量等)及其在电力 系统中的运行方式等的重要手段。 主要内容 计算水电站的出力与发电量

一.水利发电的基本原理1.水流功率(出力)2 p1 a1v12 p2 a2 v2 伯努利方程：E12 ( z1 ) ( z 2 ) z1 z 2 H r 2g r 2g

单位重水体

水体重量： rQt潜在水能： E12 rQtHN 水流功率(出力): 9.81QH

水能资源蕴藏量：将河流分段，分段计算水流出力(Q0 多年平均流量),累加得到全河总水流出力。

2.水电站出力(1)水电站：能量转换装置——水能 机械能 电能有区别

(2)水流出力 水电站 水电站出力 (水电站出力<水流出力) (3)水能资源开发方式： 将分散的落差集中，形成水电站水头H

坝式水电站 引水式水电站 混合式水电站

用水库或调节池调节引用流量

径流式水电站 蓄水式水电站

(4)水电站出力：

N 9.81QH 净 9.81 QH

水轮机 传 发电机A 9.81

反映水电站效率

N AQH

出力系数，A 6.0 ~ 8.5 h — 落差损失

H z 上 z下 h

(5)水电站发电量E12 Ndtt1 t2

或

E12 N i ti 1

n

二.水能计算的基本方法水能计算：求水电站出力N和发电量E的计算 方法：统计法和时历法(列表法——数值法：半图解法、图 解法) 与水电站调节类型有关

1.径流式水电站——靠天然径流发电的水电站

(1)无调节水电站(如葛洲坝水电站)

N AQH AQ( z 上 z下 h)

z上 z蓄

(不变) 当Q净 QT时

当Q净 QT时 Q天 Q上引 Q QT (水电站过水能力) z下 f (Q)

(2)日调节水电站：将一日内日水量重新分配

N AQH AQ( z 上 z下 h)与无调节类似，不同在于 z 上 采用日平均水位。 即，由V V死 1 V兴 2

查z~V,求得。

2.蓄水式水电站指长期调节水电站(年或多年调节)。年调节水电站 有较大的 列表法： V兴——年内水量调节，调节周期 t=月或旬 t < T T=1年

特点：(1)Z上是变化的 (2)Q=Q调 应考虑水电站的调节方式 等流量调节、 定出力调节

(1)等流量调节(列表法) 利用V兴，使水电站引用流量均匀，等流量

蓄水期

Q调蓄

W

蓄

水期

V兴

T蓄

,

Q Q调蓄 (Q弃发生)

若Q调蓄 QT 时，Q QT

供水期

Q调

W

供水期

V兴

T供

,

Q Q调

不蓄不供期 Q Q净

(2)定出力调节(半图解法) 已知各时段所需负荷(出力)N,反求Q和H(即V2) 半图解法——方法原理 (与调洪计算半图解法相似) 区别：将 q~V 换为 Q~N (即出力公式)

水量平衡式： (Q净 Q) t V2 V1出力方程式： Q N AH V

.......... .......(1)

.......... .......... .......... ...( 2)代入( ) 1)绘工作曲线 1

1 (V1 V2 ) V2 2V V1 2 t Q净 Q) ( V V1 2 V1 Q净 V Q t 2 t 2 Q f ( N , V Q ) t 2 .......... .........( 3) .......... .......... ...( 4)

2)水能计算 (顺时序计算) 由(3)式，已知 N,V1,Q净计算Q

【例】 某水电站的正常蓄水位高程为180m,某年各月平均的天 然来水流量Q天、各种流量损失Q损、下游各部门用水流量Q用 和发电需要流量Q电,分别见表5-3第(2) ~(5)行。此外， 水库水位与库容的关系，见表5-1;水库下游水位与流量的 关系，见表5-2。试求水电站各月平均出力及发电量。

第二节 水电站保证出力与多年平均发电量计算N保、E年 是水电站的动能指标

一. 保证出力计算N保——是水电站在长期工作中，相应于设计保证率的枯水期的平均出力。

N AQH

A 9.81

出力系数，A 6.0 ~ 8.5 h — 落差损失

H z 上 z下 h

1.径流式水电站(日或无调节)(1)长系列法由n年径流资料进行n年水能 计算，得n 365个 N日 ，按递减 排列由p m 100 % 计算p,绘 n

N日

N保

N日 ~ p由p设′(历时设计保证率)查曲线得 N保，p设p (%)

N AQH

A 9.81

出力系数，A 6.0 ~ 8.5 h — 落差损失

H z 上 z下 h

(2)典型年法 ：N 改由3 365, 日 绘制 N日 ~ p

曲线

(选择丰、平、枯三个典型年) (3)简化法 ：

绘制 Q日 ~ p 代替 N日 ~ p由 p设′查曲线得Q保，则：

N保=AQ保H