水利水能规划

1、第六章 水电站及水库的主要参数选择目录 水电站装机容量选择1以发电为主的水库特征水位的选择2本章思考题及课外延伸33第一节 水电站装机容量选择 电力系统中所有电站的装机容量的总和：N装影响工程投资和效益 水电站装机容量： N水, 装=N水, 工+ N水, 备+ N重 N水, 工水电站最大工作容量。指设计水平年电力系统负荷最高（一般在冬季枯水季节）时，水电站能担负的最大发电容量。 N水, 备水电站备用容量。为了确保系统供电的可靠性和供电质量，当系统在最大负荷时发生负荷跳动，因而短时间超过了设计最大负荷时，或者机组发生偶然停机事故时，或者进行停机检修等情况，都需要准备额外的容量，称水电站备用容量。

2、 N重重复容量。利用部分弃水额外增发季节性电能，只增加额外容量，不增加投资。由于这部分容量并非保证电力系统正常工作所必需，故称重复容量。本节分别介绍 N水, 工 N水, 备 N重N水, 工+ N水, 备=N水,必 必需容量一.水电站最大工作容量N水, 工选择 （1）选择原则 1. 原则一：工作可靠 在确定水电站的最大工作容量时，须进行电力系统的电力（出力）平衡和电量（发电量）平衡。 系统电力平衡系统电量平衡系统容量平衡工作可靠的三个 基本要求 第一个基本要求：系统电力平衡就是电站的出力（工作容量）须随时满足系统的负荷要求。 N水, 工+ N 火, 工= P 系 系统内所有水电站的最大工作容量（

3、kw） 系统内所有火电站的最大工作容量（kw） 系统最大负荷（kw） 对于规划中拟建水电站， 最大工作容量 N水, 规 N 水, 工 N 水, 建 第二个基本要求：系统电量平衡一般选择设计枯水年的来水过程，作为计算基础，要求所有电站的保证供电量等于任何时段内系统所要求保证的供电量 E水, 保+ E火, 保= E系, 保 该时段水电站能保证的出力与相应时段小时数的乘积（kwh）该时段火电站有燃料保证的工作容量与相应时段小时数的乘积（kwh）系统所要求的保证供电量（kwh） 第三个基本要求：系统容量平衡确定所有电站各时段在电力系统年负荷图上的工作容量、各种备用容量和重复容量，并检查有无空闲容量和受

4、阻容量。 2. 原则二：经济 尽量增加 N水, 工 原因：水电站补充单位电量投资低，仅增加机电投资水电站在电力系统日负荷图上的工作位置不同 最大工作容量不同 （1）担任电力系统基荷 N水, 工= N 水, 保 （保证出力） （2）担任电力系统腰荷 N 水, 工= N 水, 保 24/10 (设工作10小时/日) （3）担任电力系统峰荷 N 水, 工= N 水, 保 24/t (设工作 t 小时/日) 尽量改变水电站在系统负荷图上的工作位置，使其担任系统的峰荷。 （对于调节水库的水电站，设计枯水期 担任峰荷 丰水期 担任基荷）（2）无调节水电站N水, 工确定 无调节水电站的水库，几乎没有任何调节

5、能力，水电站任何时刻的出力变化，只决定于河流中天然流量的大小。因此，这种电站被称为径流式电站，一般只能担任电力系统的基荷。 最大工作容量等于按历时设计保证率所求出的保证出力 N水, 工= N 水, 保= 9.81 Q设 H设 设计枯水日的平均流量（m3/s） 日平均净水头（m） （3）日调节水电站N水, 工确定： 仍先计算日调节水电站的保证出力： N水, 保 = 9.81 Q设 H设 (kw) 设计枯水日的平均流量（m3/s） 日平均净水头（m） 日保证电能量为： E水, 保, 日=24 N 水, 保 （kw h） 分两种情况探讨： 作峰荷 部分基荷 日调节水电站作峰荷 （a）根据电力系统设计

6、水平年冬季典型日 最大负荷图，绘出其日电能累计曲线； （b）在日电能累计曲线上的a点向左量 取ab，使其值等于E保，日； （c）再由b点向下作垂线交日电能累计 曲线于c点，bc所代表的值即为日调节 水电站的最大工作容量N水, 工； （d）由c点作水平线与日负荷图相交，即 可求出日调节水电站在系统中所担任的 峰荷位置。 担任部分基荷 如下游航运、供水等要求泻放一部分工作容量 基荷 最大工作容量 N水, 工=N基+N峰 基荷工作容量 峰荷工作容量 基荷工作容量 N基 = 9.81 Q基 H设 峰荷工作容量 N峰同上 （ N峰=N保N基 ）具有综合利用要求时， 日调节水电站最大工作容量的确定。（4）

7、年调节水电站N水, 工确定： 符号概念： 调节库容 V年调 多年平均年来水量 W年 设计枯水年供水期 T供 天然来水量W供 平均水头H供 水量调节，平均调节流量Q调：Q调=（W供+V年调）/T供 保证出力： N保, 供 = 9.81 Q调 H供 保证电能： E保, 供 = N保, 供 T供 依据：供水期电力电量平衡 E保, 供 = E水, 供 +E火, 供 N系 = N 水, 工 +N 火, 工 （冬季典型日负荷图） 原则： 使E水, 供 = E保, 供 ，尽量增大N水, 工 （任峰荷） 方法：绘制N水, 工 E水, 供 曲线，由E保, 供 = E水, 供 求得 N水, 工 步骤：（见下页图）

8、 （1）选择设计枯水年，绘制最大负荷N t 图，并划分供水期。 在供水期内，水电站担任峰荷或腰荷 （2）为建立N 水, 工E水, 供 之间关系，假定若干个N水, 工 ，计算对应的E水, 供 方法: （a）假定若干个N水, 工1 ， N 水, 工2 ， N 水, 工3 ， （图3） （b）作供水期各月份典型日负荷图（下页图为12月）；再按日调节水电站担任峰荷时求最大工作容量的方法，求出对应的E1， E2， E3， （c）求各方案供水期保证电能 （d）作出N 水, 工 E水, 供 曲线 （3）根据设计枯水年供水期内的保证电能E保, 供 ，就可以在 关系曲线上求出年调节水电站的N水, 工。 E保,

9、供 查曲线 N水, 工 （4）最后，定出水电站工作位置（方法见下页） 日电能方法： 在最大工作容量N水, 工 图上，作水平线，其上为N水, 工 ， 表示各月份的工作容量称系统出力平衡图 在日平均负荷图上，要通过日电能计算： 水、火电站之间的分界线并非是一根直线，因N24 30.4 加起来，为电能。 所以，此图又称 系统电能平衡图 （5）多年调节水电站N水, 工确定： 原则、方法与年调节相同 年调节水电站 区别 多年调节水电站 计算设计枯水年供水期平均出力、保证电能 按此期间担任峰荷 求N水, 工计算设计枯水系列年的平均出力、保证电能 按枯水年全年担任峰荷 求N水, 工二.系统备用容量N备的确定

10、 N系备= N系负备+N系事备+ N系检备 1. 负荷备用容量 应付突然增加的冲击负荷。当这种突荷出现时，不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值，从而影响供电的质量。 作为调频电站 一般 N系负备=( 25 ) % N系 （ N系系统最大负荷）二.系统备用容量N备的确定 N系备= N系负备+N系事备+ N系检备 1. 负荷备用容量 应付突然增加的冲击负荷。当这种突荷出现时，不致因系统容量不足而使周波降低到小于规定值，从而影响供电的质量。 作为调频电站 一般 N系负备=( 25 ) % N系 （ N系系统最大负荷） 调频电站：担任电力系统负荷备用容量的电站。多设在有调节（尤其调节性能好、离负

11、荷中心近）水电站，而无调节水电站、火电站不负担负荷备用。 调频电站的选择，应能保证电力系统周波稳定、运行性能经济为原则。 2. 事故备用容量 在电力系统中，当有机组发生事故时，能够立即顶替事故机组工作 事故备用容量 一般，N系事备=(810 ) % N系 （ N系系统最大负荷） 且不小于系统中最大单机容量。 在系统电站间分配N系事备确定： 依据容量平衡图 （1）在系统日最大负荷曲线图上，系统最大负荷N系水平线与负荷曲线之间的面积 未被利用的空间容量 可安排机组大修（F检） （2）如果F检不能满足要求，则须另外增加检修备用容量N检备 3. 检修备用容量 检修安排：火电机组：1年1次，3045天，

12、多水季节 水电机组：2年1次，2030，枯水、低负荷时三.水电站重复容量N重的确定 由于河流水文情况的多变性，汛期流量往往比枯水期流量大许多倍，根据设计枯水年确定的水电站最大工作容量，尤其无调节水电站及调节性能较差的水电站，在汛期会产生大量弃水。 为了减少无益弃水，提高水量利用系数，可考虑额外加大水电站的容量，使它在丰水期内多发电。这部分增大的容量，在设计枯水期内，由于河道中来水少而不能当作电力系统的工作容量以替代火电站容量工作，因而被称作重复容量。它在系统中主要是发季节性电能，以节省火电站的燃料费用。 在调节性能差的水电站，设置N重可以利用弃水发E季，节 省火电煤耗，而获得效益。 N重不能替

13、代火 电容量，故要 额外增加水电 站的投资和年运行费。选择N重随着重复容量的 逐步增大，无益 弃水量逐渐减 少，因此可发的 季节性电能并不 能与重复容量呈 正比例增加。选定重复容量的动能经济计算 假设： N重额外设置的重复容量； h经济平均每年经济合理的工作小时数； 则 生产的电能量 E季 = N重 h经济 可节省的火电站燃料年费用：a N重 h经济 f 设置 N重的年费用为： C= N重 k水(A/P, is, n)+P水 年本利摊还因子（P89) k水水电站补充千瓦造价（元/kw）； is额定资金年收益率； n重复容量设备的经济寿命； P水水电站补充千瓦容量的年运行费用率 p水=23% a

14、 系数，因水电厂发1kwh电量，可替代火电厂 1.05 kwh , 故a =1.05 f火电厂发1kwh电量所需的燃料费 元/（kwh)选定重复容量的动能经济计算 则，在经济上设置 N重的有利条件为： a N重 h经济 f N重 k水(A/P, is, n)+P水 即： h经济 k水(A/P, is, n)+P水/a/f 节省 消耗（1） 无调节水电站重复容量的选定 在N水, 工水平线之上，设置 N重， 增发 E季 = N重 h设 效益 B =a E季 f = a N重 h设 d b 增加 N重， 让 h = h经济 （见上面计算公式） 对应h经济的 N，就是 N重系数1.05燃料价格单位电能

15、消耗燃料重（2）日调节水电站重复容量的选定 原则、方法与上基本相同 日调节水电站： 在枯水期，一般总是担任电力系统的峰荷。 在汛期，当必需容量 N必全部担任基荷后，还有弃水时，才考虑设置重复容量。 N必 N重 N装 h经济 h必 h设 日调节水电站重复容量的选定（3）年调节水电站重复容量的选定 对所有水文年资料进行径流调节，作多年平均的年持续时间弃水流量曲线 换算为弃水出力年持续曲线 再利用公式计算h经济 对应的N重 四.水电站装机容量N水装的确定步骤： （1）收集基本资料 （2）确定 N水, 工 （3）确定 N水, 备 （4）确定 N重 （5）选择水电站装机容量 N水装= N水, 工+ N水

16、, 备+ N重 同时参考制造厂家机组系列，定出：机型、台数、出力 （6）检修安排 （7）系统电力电量平衡系统最大负荷年变化线 系统要求的可用容量控制线 系统装机容量控制线系统最大负荷年变化线，在此控制线下，各类电站安排 的最大工作容量N系，工，要能满足系统最大负荷要求； 系统要求的可用容量控制线，在此控制线下，各类电站安排必须容量N系，必，要能满足系统要求； 系统装机容量控制线，在此控制线下，系统装机容量N系，工 包括水、火电站全部装机容量，要求达到电力系统的安全、经济、可靠的要求。 与之间的容量，表示系统各月的空闲容量和处在计划检 修中的容量，以及由于各种原因而无法投入运行的受阻容量。以下几

17、种情况要进行动能经济比较，研究预留机组的合理性： （1）在水能资源缺乏而系统负荷增长较快的地区，要求本水 电站承担远景更多的尖峰负荷； （2）远景在河道上游将有调节性能较好的水库投入工作，可 以增加本电站保证出力等动能效益。 （3）在设计水平年的供电范围内，如水电站的径流利用程度 不高，估计远景电力系统的供电范围扩大后，可以提供 本电站的水量利用率。第二节 以发电为主的水库特征水位的选择一. 正常蓄水位的选择 Z蓄 正常蓄水位是指水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求，在开始供水前应蓄到的最高水位。 多年调节水库在连续若干丰水年后才能蓄到正常蓄水位； 年调节水库在每年供水期前蓄到正常蓄水位；

18、 日调节水库 每天在水电站调节峰荷以前蓄到正常蓄水位； 无调节水电站任何时候在正常蓄水位。1、与防洪的关系2、与发电的关系3、与供水的关系（灌溉、城镇供水）4、与航运的关系 正常蓄水位增高1、投资和年运行费增加2、淹没损失增加3、地质条件复杂正常蓄水位与各水利部门效益之间的关系 选择 Z蓄的方法 （1）拟定比较方案 在Z蓄上、下限范围内拟定比较方案 上限： 库区淹没侵没情况 坝址地形地质条件 开发利用规划 水库水量损失 劳力、设备、资金、建材、施工期限制 下限：各部门正常工作的最低要求 （2）对各方案进行径流调节和水能计算。 （3）对各方案进行水利水能计算、动能经济计算、投资与损 失计算、经济评价、财务评价等。 （4）综合评价，选择方案。二. 死水位的选择 Z死 死水位是指水库在正常运用情况下，允许消落的最低水位。 （一般情况下，水库水位在正常蓄水位与死水位之间变动） 多年调节水库遇到设计枯水年系列时，才降至死水位； 年调节水库遇到设计枯水年时，才降至死水位； 极限死水位： 当遇到特殊枯水年份或发生特殊情况（如水库清底检修、战备、地震）时，水库运行水位比设计死水位还低，称为极限死水位。 备用库容： 设计死水位与极限死水位之间的库容。 原则： （1）满足综合利用正常工作的最低要求； （2）动能效益大或年费用最小 当Z蓄一定时，确定 Z死 消落深度 h ： 灌溉