水能规划第五章

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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,5、1 水电站出力与发电量计算,1、水能计算的内容与方法 水能计算的内容: 确定水电站的出力，发电量，装机容量在电力系统中的工作情况与正常蓄水位，兴利库容的关系。 水能计算的基本方程式 天然水流出力N天=9.81Q天H 水能E天=9.81Q天HT 水电站在计算时段内平均出力为,水电站在t1，t2时间内，因出力随系统负荷要求，天然来水的变化及综合用水的变化而不同，故发电量,实际计算时常采用下列简化式,水能计算 水能计算的用途： 在规划设计阶段，Z兴，Z死，V兴等参数未定。 先假定几个Z兴方案，算出各方案的出力，电能，装机容量等动能指标值，并结合综合

2、利用各部门的要求进行技术经济分析，选出最有利方案。 对运行中的水电站，Z死，Z兴，N装已定，假定若干个水库运行方案，结合综合利用其它要求，进行水能计算，确定水库及水电站的最有利运行方案。 水能计算的具体方法：列表法，图解法,2、水电站保证出力计算,水电站保证出力的定义： 水电站在长期工作中，枯水期所能发出相应于设计保证率的平均出力，称为保证出力，它是确定水电站装机容量的重要依据，也是水电站运行时的一种重要指标。,年调节水电站保证出力计算 长系列法：对所有年份的水文资料进行径流调节，按N水=9.81水Q调H供计算每年供水期的平均出力，然后，按从大到小次序排列，计算并绘制平均出力保证率曲线，由曲线

3、上查相应设计保证率P设时的出力，即为N保。,设计枯水年法：设计代表年按设计保证率选择实际年份，其年内分配较危险的，要对水量加以修正。 进行径流调节求得Q调、H供，水假定为常数，则 N保=9.81水Q调H供（KW） 如供水期采用等流量调节，则 (转第二章PPt 62),无调节及日调节水电站保证出力计算 计算原理与年调节相似，只是设计保证率是采用历时保证率计算，即用实测的全部日平均流量，计算并绘制保证率曲线，从该曲线上查出相应于设计保证率的日平均流量作为保证流量Q保，由Q保查当时相应的日平均上，下游水位，其差值即为平均水头 然后由下式计算N保，,多年调节水电站保证出力计算 多年调节兴利库容已定的情

4、况下求N保 先选择设计枯水系列： 求出该设计枯水系列的净天然来水量W枯,3、水电站多年平均年发电量估算,定义：多年平均年发电量指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。它反映水电站长期工作的动能效益，是水电站的重要动能指标之一。 计算方法： 详算法：在Z兴，V兴，N保已定的情况下，对长系列水文年份进行计算，取其平均值。 简化法：在规划阶段，进行方案比较时，精度要求不高，可采用简化法选代表年进行计算，设计代表年的选择又可分为设计中水年法和三个代表年法。,设计中水年法（平水年） 选出设计中水年，并决定其径流年内分配； 所选设计中水年各月来水减去损失流量为净流量； 按综合用水要求，列出各月

5、用水量； 年调节，多年调节需进行径流调节求Q和H； 计算各月平均出力N保=9.81水Q保H，如N水N装，则以N装为平均出力； N水730为日发电量，多年平均年发电量E=N水730，令Ni为各月平均出力，N装为装机容量，n为月平均出力低于N装的月数，则E=730Ni+（12-n）N装 。,三个代表年法： 选P枯=95%，P平=50%，P丰=5%或P枯=90%，P平=50%， P丰=10%为三个代表年； 按设计中水年法同样步骤对枯、平、丰三个年进行计算； 多年平均发电量E年=1/3（E95%+ E50%+ E5%）。,全部水文系列法： 当Z兴，Z死，N装通过方案比较分析确定后，为精确计算水电站在实

6、际运行中的多年平均发电量，对全部水文系列，逐年计算发电量，并求其平均值。,5、2 电力系统组成及负荷图,1、电力系统及其用电特性,电力系统或电网：在各电站之间及电站与用户之间用输电线连结成的一个整体。,电力系统负荷：在任何瞬时内要求电力系统供应的电力，称为电力系统负荷。 用电户用电特性：用电规模有大有小，用电时间有断有续，一日、一周、一年内有周期性变化，有时无一定规律。,用电户分类： 工业用电：占电力系统负荷的比重最大，一般在总负荷的50%以上。在一昼夜内，随着工作班制度（一、二、三班）和产品种类的不同，用电负荷在不同时间内有很大变化。工业用电较稳定，年内变化小，冬夏季最高负荷差别在10%左右

7、。,农业用电：除大量的排灌用电和社办企业用电外，还有田间耕作，收获、畜牧业、生活及公共事业用电，目前，主要是排灌及收获用电，具有季节性，在此期间负荷相对稳定，但在其它时间，日负荷变动较大。,市政用电：包括电车，给排水，街道，住宅照明，生活用电器等。在一昼夜和一年内不同季节之间，市政用电变化较大。市政用电的定额，一般是以一个居民在一年内的平均用电量作为计算单位。用电定额与城市规模大小、市政公共事业的发达程度以及生活上电气化程度等因素有关。,交通运输用电：主要指电气化铁道用电。用电平稳，因按列车时刻表运行，只有在电气列车起动时，在列车加速的很短时段内会产生负荷跳动现象，耗电量决定于列车货运量和铁路

8、坡度。,2、电力负荷图,电力负荷图：表示电力负荷随时间的变化过程的图形。表示负荷在一昼夜内变化过程的图形，成为日负荷图；表示负荷在一年内变化过程的图形，成为年负荷图。,负荷图的形状与用电户的组成及用电比重有关，不同电力系统，其负荷图不同时期形状各异，但具有周期性变化规律。,日负荷图,日负荷图分区及负荷图指数,日最大负荷N/ ，日平均负荷 及日最小负荷N/称为日负荷图的三个特征值。日负荷图所包围的面积就是日用电量E日，它与日平均负荷的关系为：,分区： 基荷：在N/以下的部分，全日24小时均均匀 ； 腰荷：N/与 的部分，部分时间变动，部分恒定； 峰荷： 以上至N/之间的部分，一天内不断变化。,日

9、负荷图指数：大表示基菏占负荷图的比重大，也就是各用户用电情况稳定；,日最小负荷率：越小，表示负荷图中高峰与低谷差别大，日负荷越不均匀；,平均负荷率：越大，表示日负荷的变化小，相反越小，表示负荷越不均匀。,日电能累积曲线,年负荷图,年负荷图 （a）月最大负荷曲线；（b）月平均负荷曲线,年负荷图的表示方法：,月最大负荷年变化曲线：一年中各日的日最大负荷值所连成的曲线。年最大负荷图反映年内各日系统最大负荷及电力系统承担电力负荷的发电设备的工作容量的变化。显然，系统内各电站装机容量的总和至少应等于电力系统的最大负荷N/系。 月平均负荷年变化曲线：一年中各日的日平均负荷值相连便是日平均年负荷图。该曲线下

10、包围的面积，就是电力系统各电站全年内要生产的电能。,5、3电力系统的容量组成及各类电站的工作特性,1、电力系统的容量组成,电力系统总装机容量 电力系统总装机容量是指向电力系统供电的各类发电站的全部机组额定容量的总和，也就是电力系统中全部机组铭牌出力的总和，用符号N系装表示。其中水电站的装机容量以N水装表示，火电站的装机容量以N火装表示。 N系装=N火装+N水装+N核装+N抽装+N潮装,电力系统的工作容量、备用容量及重复容量 最大工作量N/工 ：担任系统最大负荷的容量，电网为满足最大负荷的需要而装设，等于最大年负荷图上的最大负荷值。 备用容量N备：当其它工作机组发生故障、停机检修时备用的容量。

11、负荷备用容量N负备：满足超过设计最高负荷的跳动负荷的容量。 事故备用容量N事备：替代突然发生事故的机组进行工作的容量。,检修备用容量N检：替代检修机组进行工作的容量。 必须容量N必：最大工作容量和备用容量之和，是正常供电必不可少的容量。 重复容量N重：弃水多的水电站，在必须容量外加装额外容量利用弃水生产额外电能以节省煤耗。 系统总装机容量N系装= N/系工+N系备+N系重,上述各种容量关系可用下式表示： N装=N必+N季（重） =N/工 +N备+ N季（重） =N/工 +N负备+ N事备+ N检备+N季（重）,电力系统空闲容量及受阻容量 空闲容量N空：系统或某电站的装机容量不是任何时刻都处于发

12、电状态，因系统最大负荷出现时间不长，所以在低负荷时有的工作容量未利用，同时，装机中还包括的备用和重复容量都不是经常同时利用的，故电站上往往有暂时闲置的容量，除备用容量外，其余都是空闲容量。 受阻容量N阻：当某一时期由于机组发生事故或检修或燃料缺乏（火电），缺水或水头不足（水电）不能投入工作的容量。 从运行的容量平衡观点看N系装也可以下式表示： N系装=N/工+N备+N空+N阻,2、各类电站的工作特性 水电站工作特性： 出力多变：水电站最重要的工作特性之一是出力和电量随天然径流情况而变化。 起动迅速：上述特性使它非常适于担任系统负荷图中经常变动的峰荷部分。 不消耗燃料：故其运行费与所生产的电能数

13、量无关，这对确定电力系统中的运行方式有很大影响。 具有综合利用任务的水电站，其工作方式受其他部门用水的影响。,燃气轮机火电站的工作特性,出力稳定：只要燃料充足，就不会使正常工作遭到破坏。因此火电站的工作的保证率高于水电站的保证率。 成本高：火电厂的运行费用与发电量几乎成正比。 火电站工作的“惰性”大，不宜担任峰荷。当火电厂担任峰荷时，由于锅炉的“惰性”而不能随着负荷的变化迅速改变产生的蒸汽量。 火电站机组启动比较费时。所以火电站不宜时停时开。,核电站的主要工作特性 需要持续不断的以额定出力工作，总是承担基荷部分，全部运行时间内约有5-15%时间计划或事故停堆，故需较大的备用容量。,抽水蓄能电站

14、的工作特性 日调节抽水蓄能电站系吸收夜间系统低落处的多余电能抽水，使系统中其他电站如火电站、核电站等处在最有利工况下运行，从而节省煤耗，节省运行费。而季调节抽水蓄能电站利用汛期多余的电能抽水，充分利用水能，改善电站运行条件。,蓄能机组对负荷急剧变化的适应性甚好，故最适宜于担任日负荷图的尖峰部分。 由于抽水蓄能电站运行的高度灵活性与可靠性，它可代替水电机组担任事故备用，使火电机组不必处于旋转备用或热备用状态，从而减少煤耗。 可逆式机组也适宜于作为负荷备用来调整周波。离负荷中心较近的抽水蓄能电站也可多带无功负荷，对系统起调相作用。,5.4水电站在电力系统中的运行方式,1、无调节水电站在电力系统中的

15、运行方式,无调节水电站的一般工作特性 运行特征：任何时刻的电站出力主要决定于河中天然流量的大小，枯水期天然流量变化不大，故应担任日负荷图的基荷部分，洪水期流量增加仍宜担任基荷，只有当天然出力大于系统最小负荷N，时，才担任基荷和部分腰荷，且有弃水。,丰水期在日负荷 设计枯水年在系统 丰水年在在系统 图上的工作位置 中的工作情况 中的工作情况,无调节水电站在不同水文年的运行方式 设计枯水年：枯水期以最大工作容量或更大些出力运行和其他电站联合运行，洪水期即使以全部装机运行仍有弃水。 丰水年：可能全年内天然水流出力均大于N装，因而水电站全年均以装机容量运行，尚有弃水，汛期更多。,2、日调节水电站在电力

16、系统中运行方式,日调节水电站一般工作特性 除弃水期外，任何一日内所能生产的电能量与该日天然来水量所能发出的电能量相等，为了节约煤耗，火电站应担任基荷，水电站充分发挥其机动灵活的优点担任负荷变化大小的峰荷，这样日调节对电力系统有三方面效益： 日调节枯水期担任峰荷，火电站基荷出力均匀，效率高，节省煤耗，成本低； 日调节水电站的工作容量比无调节大，可更多的替代火电容量，因水电投资少，故有利； 洪水期全部装机由峰荷逐步转到基荷，减少火电煤耗，降低运行费。,日调节水电站在 日调节水电站 设计枯水年的运行方式 工作位置的决定,日调节水电站在不同年份的运行方式 设计枯水年 枯水期：以最大工作容量担任系统的峰荷； 洪水期：来水加大，此时，以全部装机容量担任峰荷仍有弃水，因此，应逐步下降到腰荷，甚至基荷。 丰