水电站水能计算PPT课件

-,1,第七章水电站水能计算,-,2,7.1概述7.2水电站的保证出力和发电量计算7.3电力系统的负荷与容量组成7.4水电站装机容量的选择7.5水库防洪特征水位的选择,本章内容结构：,-,3,7.1概述7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料7.1.2水能利用的原理及开发方式,第一节内容结构：,-,4,内容：水能计算主要是确定水电站的动能指标保证出力和多年平均年发电量，及其相应的主要参数装机容量和水库的正常蓄水位。水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的重要环节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能计算。,7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料,-,5,目的：在规划设计阶段，假定若干个水库正常蓄水位方案，为最终确定电站规模提供依据；在运行阶段，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运行方式。,7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料,-,6,基本资料：特性曲线水库面积曲线和水库容积曲线；水文资料坝址断面的、洪水及流域的降雨、蒸发等资料；用水资料发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料；此外，还需要:电力系统负荷、水轮机特性、发电引水系统以及下游水位流量关系曲线等资料,7.1.1水电站水能计算的内容、目的和基本资料,-,7,水能利用的原理（1）水能的基本概念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等方面。采取一定的工程技术措施后，可将水能变为电能，为人类服务。,7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,8,（2）水能计算原理推导,图7-1河段内蕴藏水能示意图,N9.81QH(kw),7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,9,EAQH净T(kw.h),N981QH(kw),H净=HH,A为出力系数，在初步规划设计估算时，大中型水电站可取A=7.5-8.5；小型水电站可取A6.5-7.5。,理论值,损失,实际值,-,10,开发方式:集中落差和引取流量的方式。根据开发河段自然条件的差异，水能的开发方式主要有坝式、引水式、混合式三种。,7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,11,1、坝式(蓄水式)水电站,7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,12,2、引水式水电站,7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,13,3、混合式水电站,7.1.2水能利用的原理及开发方式,-,14,7.2水电站的保证出力和发电量计算7.2.1水电站的保证出力与保证电能计算1、无调节、日调节水电站的保证出力与保证电能计算2、年调节水电站的保证出力与保证电能计算3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算7.2.2水电站的多年平均年发电量计算,第二节内容结构：,-,15,1、无调节、日调节水电站水能计算方法,定义：因库容较小不能调节天然径流的水电站，称为无调节水电站。如果库存能够按发电要求调节一日以内的天然径流，称为日调节水电站。相同点：无调节、日调节水电站的出力计算，都以“日”为计算时段，故其保证出力N保为相应于设计保证率的日平均出力。差异：日调节水电站的上下游水位，随一日之内的用水量不同而发生变化。,-,16,例7-1某河床式水电站为无调节水电站，具有18年径流资料，其系列的代表性较好，有关资料列入表7-1中，设计保证率P=80%。试推求该水电站的保证出力N保和日保证电能E保。,（1）分组；（7）出力；（2）求可能引用的发电流量；（8）累积出现次数；（3）上游水位；（9）累积频率；（4）下游水位；（10）保证时间；（5）水头损失；（11）求保证出力；（6）净水头；（12）求日保证电能,1、无调节、日调节水电站水能计算方法,例题7-1解答,-,18,1、无调节、日调节水电站水能计算方法,-,19,2、年调节水电站水能计算,定义：水库的兴利库容能够对一年内的天然径流进行重新分配，将丰水期的余水量蓄起来提高枯水期的发电流量、这类水电站称为年调节水电站。方法：设计枯水年法和长序列法方案比较阶段一般采用设计枯水年法；对选定方案要求较详细的水能计算可采用长系列法。等流量法和等出力法,-,20,设计枯水年法,实测径流序列,设计枯水年径流,设计年径流量,年内分配,兴利调节计算,设计枯水年供水期调节流量,供水期的平均出力，即为年调节水电站的保证出力,等流量或等出力,水能计算,频率计算,-,21,长序列法,实测径流序列,逐年进行兴利调节计算,各年供水期的平均出力,绘制供水期平均出力保证率曲线,年调节水电站保证出力,各年供水期,逐年进行供水期水能计算,频率计算,-,22,（1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算,图7-8设计枯水年调节流量计算示意图,供水期的调节流量QP供为QP供（W供V兴）/T供蓄水期的调节流量QP蓄为QP蓄（W蓄V兴）/T蓄,原理：,-,23,例7-2：以发电为主的某年调节水电站，设计保证率P=90%，水库正常蓄水位为133.0m，死水位为110.0m，水库水位库容关系、下游水位流量关系如表7-2。由分析计算得出坝址处的设计枯水年流量过程，如表7-3中、栏。初步计算暂不计水库的水量损失，水头损失按1.0m计算。试用等流量法推求该水电站的保证出力和保证电能。,（1）用等流量法进行设计枯水年的水能计算,表7-3某年调节水电站等流量水能计算（不计水量损失，P=90%）,-,25,例7-3：根据例7-2资料，按等出力试算法求该水电站的保证出力N保及保证电能E保。,（2）用等出力法进行设计枯水年的水能计算,表7-4某年调节水电站等出力水能计算（未计水量损失，P=90%）,-,27,3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算,水库的兴利库容较大，能够对几年甚至几十年的天然径梳进行重新分配，将丰水年组的余水蓄存起来，提高枯水年组的发电流量，这类水电站称为多年调节水电站。当水库经过多年调节，在相对于设计保证率的枯水年组内所发出的平均出力。称为多年调节水电站的保证出力。在设计枯水年组内的总发电量为保证电能，但电力系统都是以年来计算发电量的，故将按保证出力连续工作一年的发电量，作为多年调节水电站的保证电能。,定义,-,28,特点,当水电站水库进行多年调节时，丰水年蓄存在水库中的多余水量，可以调配到连续几个枯水年份使用，因此，多年调节水电站的特点是其水库能进行年际间的水量调配，调节周期可长达若干年，使水电站在连续枯水年组内得到相同的平均出力和年发电量。,3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算,-,29,（1）按水电站的设计保证率P设计算水库正常供水允许破坏的年数T破n-P设(n+1)；（2）从年径流长序列中，选择最枯的连续枯水年组，逆时序从该枯水年组末起扣除允许破坏年数T破，余下的年组即为所选的设计枯水年组；（3）按等流量调节计算设计枯水系列的调节流量；（4）按等流量调节计算N保和E保。,计算方法,-,30,7.2.2水电站的多年平均年发电量计算,定义：,无调节、日调节、年调节及多年调节水电站的多年平均发电量，均为多年运行期间平均每年所产生的电能。,计算方法：,1、代表年法或代表年组法2、长序列法,-,31,在规划设计阶段，其计算精度要求不高，可采用简化方法计算，一般采用平水年法计算多年平均年发电量。水电站的初步设计阶段，一般采用三代表年法。是以三个代表年(设计枯水年、设计中水年和设计丰水年)的年发电量的平均值作为水电站多年平均年发电量。,1、代表年法或代表年组法,3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算,-,32,方法：长系列法要求对实测径流资料依时序逐年逐时段进行水能计算，并在对逐时段平均出力进行统计计算的基础上求得水电站的多年平均年发电量。,2、长序列法,适用范围：当水库的正常蓄水位、死水位以及装机容量都确定后，有必要用这种方法较精确的求出多年平均年发电量。,3、多年调节水电站的保证出力与保证电能计算,-,33,小结,7.1和7.2主要介绍了以下几个主要内容：,-,34,7.3电力系统负荷与容量组成7.3.1电力系统及电力负荷图7.3.2电力系统的容量组成7.3.3水电站、火电厂的工作特点,第三节内容结构：,-,35,7.3.1电力系统及电力负荷图,一、电力系统,定义,作用,用电户,工业用电农业用电市政用电交通运输用电,-,36,定义,二、电力负荷图,出力与时间关系曲线,特性,实践证明它具有周期性的变化规律其变化情况可用日负荷图与年负荷图表示。,7.3.1电力系统及电力负荷图,-,37,1、日负荷图,二、电力负荷图,图7-10a日负荷图,图7-10b日电能累积曲线,-,38,(1)日负荷图的特征值与分区,日最大负荷N日平均负荷日最小负荷N,1、日负荷图,三个特征值,分区,基荷腰荷峰荷,-,39,(2)日负荷特征系数,基荷指数：N/越大，基荷占负荷图的比重越大，这表示用户的用电情况比较平稳。日最小负荷率：NN越小，表示负荷图中高峰与低谷负荷的差别越大。日平均负荷率：N越大，表示日负荷变化越小。,1、日负荷图,-,40,表示一年内电力系统的负荷变化过程线，称为年负荷图,2、年负荷图,定义：,年最大负荷图：表示电力系统在一年内各日或各月对各电站最大出力总和或发电设备总容量的要求。年平均负荷图：表示电力系统在一年内各日或各月对各电站总电量的要求。,-,41,定义：与设计负荷水平相应的年份称水电站的设计水平年。选择原则：一般可采用第一台机组投产后的5-10年，所选设计水平年应与国民经济五年计划年份相一致。,3、水电站的设计水平年,-,42,概念：,7.3.2电力系统的容量组成,一台发电机组所标的铭牌出力为额定容量，即容量,一座电站所有发电机组的铭牌出力之和，即电站的装机容量,电力系统中全部机组铭牌出力的总和，即电力系统总装机容量,-,43,分类,按电力系统中各类容量担任的任务分为：,最大工作容量N工备用容量N备重复容量N重,负荷备用容量N负备事故备用容量N故备检修备用容量N检备,7.3.2电力系统的容量组成,-,45,1水电站的工作特性,1）水电站正常工作只能达到一定的保证程度。2）水电站机组操作运用灵便、启闭迅速。所以，有一定的调节性能的水电站适宜担任系统的调峰、调频、负荷备用及事故备用等任务。3）水电站运行费用较低，且不污染，有利于环境保护。4）水电站的建设地点受水能资源、地质及地形等条件的限制。同时水电站土建工程量大，工期长，且因其一般远离负荷中心地区，故需建高压、远距离输变电工程。另外，修建水库一般会造成淹没损失，需做好移民安置工作。,7.3.3水电站、火电厂的工作特点,-,46,2火电站的工作特性,火电站的主要设备为锅炉、汽轮机和发电机等，我国火电绝大部分以煤为燃料。火电站的工作主要有以下特性：1）火电站出力和发电量的工作保证率较高。2）火电站工作惰性大，机组启动费时，加荷也较缓慢，从停机状态启动到满负荷运行一般需23小时。3）由于火电必须消耗大量的燃料，且机组设备较复杂，厂用电及所需管理人员也多，所以，火电运行费远比水电高。另外，火电站污染环境，需采取环保措施。,7.3.3水电站、火电厂的工作特点,-,47,7.4水电站装机容量的选择7.4.1水电站最大工作容量确定7.4.2水电站的备用容量7.4.3水电站的重复容量确定7.4.4水电站装机容量的简化估算,第四节内容结构：,-,48,7.4.1水电站最大工作容量确定,无调节水电站的最大工作容量确定,日调节水电站的最大工作容量确定,年调节水电站的最大工作容量确定,多年调节水电站的最大工作容量确定,-,49,无调节水电站的最大工作容量确定,由于无调节水电站没有水量调节能力，为避免弃水，其工作位置应在基荷。按保证电能进行计算，无调节水电站的最大工作容量等于保证出力。,无调节水电站以保证出力在基荷运行一日的发电量恰好等于保证电能。,7.4.1水电站最大工作容量确定,-,50,日调节水电站的最大工作容量确定,取决于E保.日及电站在负荷图中的位置,图a在峰荷部分工作时,图b承担峰荷和基荷任务,7.4.1水电站最大工作容量确定,-,51,(1)计算保证出力N保及保证电能E保。(2)由E保和供水期水电站在负荷图上的工作位置，拟定3个以上最大工作容量方案。(3)确定每个方案供水期各月的月平均出力。(4)分别计算各方案供水期的发电量E供。式中：i月份的平均出力；730每个月的小时数。(5)确定年调节水电站最大工作容量。据拟定的各最大工作容量方案及计算出的各方案相应的供水期的发电量，可绘制最大工作容量与供水期发电量关系曲线。从该曲线查得供水期发电量等于保证电能的最大工作容量，即为所求水电站的最大工作容量。,年调节水电站的最大工作容量确定,7.4.1水电站最大工作容量确定,-,52,多年调节水电站最大工作容量确定的原则和方法，与年调节水电站基本相同。区别在于：多年调节水电站的保证出力为符合水电站设计保证率要求的枯水年组平均出力，其保证电能按设计枯水系列中一年的发电量计。因此多年调节水电站确定最大工作容量时，计算时段是枯水年，而不是年内供水期。,多年调节水电站的最大工作容量确定,7.4.1水电站最大工作容量确定,-,53,7.4.3水电站的重复容量确定,例7-4,-,54,7.4.4水电站装机容量的简化估算,以上介绍的按电力电能平衡原则选择水电站装机容量方法，结果比较准确，但计算工作量大，且对水文及负荷资料要求均较高。在初步方案比较