第五章 水能计算及水电站在电 力系统中的运行方式

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1 第五章 水能计算及水电站在电 力系统中的运行方式

2 §5.1水能计算的目的与内容 一、水能计算的目的 二、水能计算的主要内容 1）确定水电站的工作情况（出力、发电量及其变化）
2）选择水电站的主要参数（水库正常蓄水位、死水位及水电站的装机容量） 二、水能计算的主要内容 1）出力计算 2）发电量计算

3 水电站的出力：指发电机组的出线端送出的功率，一般以kw
表示。 水电站发电量：水电站出力与时间的乘积，一般以kw.h为计算单位。 水电站的出力计算： 水电站发电量计算：

4 计算时段 可以取常数。 无调节或日调节可取为24h，对于季调节或年调节水库，时段可以取一旬或一个月，即243h或730h，对于多年调节水库，时段可以取一个月或更长。 在不同的时期需要对水电站的出力和发电量进行计算。 1）规划设计阶段：选择最优方案； 2）运行阶段：确定水电站在电力系统中的最有利运行方式。

5 水能计算方法: 列表法、图解法。 讲解例题5-1.

6 三、水电站保证出力计算 1.概念 水电站保证出力是指水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）的平均出力。
保证出力在规划设计阶段是确定水电站装机容量的重要依据，也是水电站在运行阶段的一项重要效益指标。

7 2、年调节水电站保证出力计算 方法A 1）在已知或假定水库蓄水位和死水位的条件下，通过兴利调节和水能计算，求出每年供水期的平均出力；
2）将平均出力由大到小排序，频率计算，绘制保证率曲线； 3）相应于设计保证率的供水期的平均出力值，即为年调节水电站的保证出力 。 方法B 采用相应设计保证率的典型年枯水期的平均出力，作为年调节水电站的保证出力。 方法C 实际取符合水电站设计保证率要求的枯水年供水期的平均出力。

8 3、无调节及日调节水电站保证出力计算 计算原理同年调节水电站保证出力的计算。 频率计算采用历时（日）保证率公式进行统计 根据实测日平均流量及其相应水头，计算日平均出力； 日平均出力由大到小排序，绘制保证率曲线； 相应于设计保证率的日平均出力，即为所求的保证出力 。

9 4.多年调节水电站保证出力计算 计算方法同年调节水电站保证出力的计算。 可对实测长系列水文资料进行兴利调节与水能计算求得。 简化计算，可以取设计枯水系列的平均出力作为设计保证出力值。

10 四、水电站多年平均发电量估算 多年平均发电量是指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。它反映了水电站多年平均动能效益，是水电站的重要动能指标。

11 常用的简化方法有： （一）设计中水年法 根据一个设计中水年，大致定出水电站的多年平均发电量。 1）选择设计中水年； 2）列出设计中水年各月（旬、日）净来水流量； 3）列出各月（旬、日）用水流量； 4）对于年调节水电站，按月进行径流调节计算，求出各时段平均水头及其平均出力。某时段平均出力大于水电站的装机容量，即以该装机容量作为平均出力值； 5）各时段平均出力乘以时段小时数，得到各时段的发电量。

12 （二）三个代表年法 枯水年、中水年、丰水年 五个代表年法（枯水年、中枯水年、中水年、中丰水年和丰水年） （三）设计平水系列法 多年调节水电站 （四）全部水文系列法 精确计算多年平均发电量。

13 §5.2 电力系统的负荷图 一、电力系统及其用户特性 电力系统有若干发电厂、变电站、输电线路及电力用户等部分组成
§5.2 电力系统的负荷图 一、电力系统及其用户特性 电力系统有若干发电厂、变电站、输电线路及电力用户等部分组成 按照用电户的生产特点和用电要求，分为： 1）工业用电 2）农业用电 3）市政用电 4) 交通运输用电

14 二、电力系统负荷图 在任何时间内，电力系统中各电站的出力过程和发电过程必须与用电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。 负荷在一昼夜内的变化过程称为日负荷图。 负荷在一年内的变化过程称为年负荷图。

15 （一）日负荷图 日负荷图上的三个重要特征值 最大负荷 平均负荷 最小负荷 日平均负荷计算式：

16 三个特征值把日负荷图划分为三个区域： 峰荷区、腰荷区、基荷区 为反映日负荷图的特征，常采用下列两个指标指标值 1）日最小负荷率 2）日平均负荷率 日电能累计曲线的绘制

17 （二）年负荷图 三、设计水平年 一年内电力系统的负荷的变化过程。 1）日最大负荷年变化曲线 2）日平均负荷年变化曲线
电力系统的负荷随着国民经济的发展逐年增长，因此在规划设计水电站时，必须考虑远景电力系统负荷的发展水平，与此负荷发展水平相适应的年份，称为设计负荷水平年。

18 §5.3 电力系统的容量组成及各类电站的工作特性
一、电力系统的容量组成 电站的装机容量：该电站上所有机组铭牌出力之和。 电力系统的装机容量：所有电站装机容量之和。 最大工作容量 备用容量：负荷备用、事故备用、检修备用容量 必需容量=最大工作容量+备用容量 为充分利用汛期弃水，设置重复容量 装机容量=必需容量+重复容量=最大工作容量+备用容量+重复容量

19 空闲容量：系统内暂时闲置的容量。 受阻容量：因燃料、水量、水头不足等原因，部分受阻不能工作的容量。 可用容量：系统中除受阻容量以外的所有容量。

20 二、各类电站的技术特性 （一）水电站 1)出力和发电量随天然径流量和水库调节能力而有一定变化； 2）综合利用水库，根据用户要求，发电量不同； 3）水能是再生能源，汛期尽可能多发电； 4）机组开停灵便、迅速，宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务； 5）建设地点受水能资源、地形、地质等条件的限制。

21 （二)火电站 蒸汽式和供热式 1）全年可以按照额定出力工作； 2）适宜担任系统的基荷； 3）高温高压机组宜担任基荷，中温中压机组可以担任变动负荷； 4）单位千瓦投资与水电站相近（考虑环境保护）； 5）需消耗大量燃料，厂内用电和管理人员多。

22 （三）其他电站 1）核电站 2）抽水蓄能电站 3）燃气轮机电站 4）风力电站

23 §5.3 水电站在电力系统中的运行方式 一、无调节水电站的运行方式 （一）一般工作特性 （二）在不同水文年的运行方式
§5.3 水电站在电力系统中的运行方式 一、无调节水电站的运行方式 无调节水电站：长江葛洲坝水电站、黄河天桥水电站、岷江映秀湾水电站 （一）一般工作特性 1）枯水期：担任系统日负荷的基荷 2）丰水期：担任基荷和部分腰荷 （二）在不同水文年的运行方式 1）枯水年：枯水期（最大工作容量或大于最大工作容量的某一出力） 丰水期：装机容量 2）丰水年：枯水期：装机容量

24 二、日调节水电站的运行方式 （一）一般工作特性 （二）在不同水文年的运行方式 1）设计枯水年：枯水期：最大工作容量，担任峰荷
日调节水电站：黄河盐锅峡水电站、永定河下马岭水电站、浙江富春江水电站 （一）一般工作特性 1）枯水期：担任系统日负荷的峰荷 2）丰水期：担任峰荷 基荷 日调节水电站下游修建反调节水库以减小流量、水位和流速的波动幅度。 （二）在不同水文年的运行方式 1）设计枯水年：枯水期：最大工作容量，担任峰荷 丰水期：装机容量，腰荷 基荷 2）丰水年：枯水期：装机容量，峰荷和部分腰荷 丰水期：装机容量，基荷

25 二、年调节水电站的运行方式 （一）一般工作特性 年调节水电站：汉江丹江口水电站、东江枫树坝水电站、古田溪一级水电站
不完全年调节水电站：蓄水期、弃水期、不蓄不供期、供水期四个时期。

26 （二）在不同水文年的运行方式 1）设计枯水年： 2）丰水年： a.供水期：担任峰荷和部分腰荷、担任腰荷
（综合利用水库水电站发电用水受其他部门用水限制） b. 蓄水期：担任峰荷 腰荷 基荷 C. 弃水期：担任基荷 d.不蓄不供期：基荷 腰荷 2）丰水年： 供水期：腰荷 基荷 蓄水期：基荷

27 四、多年调节水电站的运行方式 多年调节水电站：浙江新安江水电站、广东新丰江水电站、四川狮子滩水电站
多年调节水库一般总是同时进行年调节和日调节。 径流调节程度和水量利用率都比年调节水库大。 连丰年蓄满弃水，连枯年水库放空。 一般工作特性 1）供水期：峰荷 2）蓄水期：担任峰荷 腰荷