水利水能規(guī)劃

1、第六章 水電站及水庫(kù)的主要參數(shù)選擇目錄 水電站裝機(jī)容量選擇1以發(fā)電為主的水庫(kù)特征水位的選擇2本章思考題及課外延伸33第一節(jié) 水電站裝機(jī)容量選擇 電力系統(tǒng)中所有電站的裝機(jī)容量的總和：N裝影響工程投資和效益 水電站裝機(jī)容量： N水, 裝=N水, 工+ N水, 備+ N重 N水, 工水電站最大工作容量。指設(shè)計(jì)水平年電力系統(tǒng)負(fù)荷最高（一般在冬季枯水季節(jié)）時(shí)，水電站能擔(dān)負(fù)的最大發(fā)電容量。 N水, 備水電站備用容量。為了確保系統(tǒng)供電的可靠性和供電質(zhì)量，當(dāng)系統(tǒng)在最大負(fù)荷時(shí)發(fā)生負(fù)荷跳動(dòng)，因而短時(shí)間超過了設(shè)計(jì)最大負(fù)荷時(shí)，或者機(jī)組發(fā)生偶然停機(jī)事故時(shí)，或者進(jìn)行停機(jī)檢修等情況，都需要準(zhǔn)備額外的容量，稱水電站備用容量。

2、 N重重復(fù)容量。利用部分棄水額外增發(fā)季節(jié)性電能，只增加額外容量，不增加投資。由于這部分容量并非保證電力系統(tǒng)正常工作所必需，故稱重復(fù)容量。本節(jié)分別介紹 N水, 工 N水, 備 N重N水, 工+ N水, 備=N水,必 必需容量一.水電站最大工作容量N水, 工選擇 （1）選擇原則 1. 原則一：工作可靠 在確定水電站的最大工作容量時(shí)，須進(jìn)行電力系統(tǒng)的電力（出力）平衡和電量（發(fā)電量）平衡。 系統(tǒng)電力平衡系統(tǒng)電量平衡系統(tǒng)容量平衡工作可靠的三個(gè) 基本要求 第一個(gè)基本要求：系統(tǒng)電力平衡就是電站的出力（工作容量）須隨時(shí)滿足系統(tǒng)的負(fù)荷要求。 N水, 工+ N 火, 工= P 系 系統(tǒng)內(nèi)所有水電站的最大工作容量（

3、kw） 系統(tǒng)內(nèi)所有火電站的最大工作容量（kw） 系統(tǒng)最大負(fù)荷（kw） 對(duì)于規(guī)劃中擬建水電站， 最大工作容量 N水, 規(guī) N 水, 工 N 水, 建 第二個(gè)基本要求：系統(tǒng)電量平衡一般選擇設(shè)計(jì)枯水年的來水過程，作為計(jì)算基礎(chǔ)，要求所有電站的保證供電量等于任何時(shí)段內(nèi)系統(tǒng)所要求保證的供電量 E水, 保+ E火, 保= E系, 保 該時(shí)段水電站能保證的出力與相應(yīng)時(shí)段小時(shí)數(shù)的乘積（kwh）該時(shí)段火電站有燃料保證的工作容量與相應(yīng)時(shí)段小時(shí)數(shù)的乘積（kwh）系統(tǒng)所要求的保證供電量（kwh） 第三個(gè)基本要求：系統(tǒng)容量平衡確定所有電站各時(shí)段在電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖上的工作容量、各種備用容量和重復(fù)容量，并檢查有無空閑容量和受

4、阻容量。 2. 原則二：經(jīng)濟(jì) 盡量增加 N水, 工 原因：水電站補(bǔ)充單位電量投資低，僅增加機(jī)電投資水電站在電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖上的工作位置不同 最大工作容量不同 （1）擔(dān)任電力系統(tǒng)基荷 N水, 工= N 水, 保 （保證出力） （2）擔(dān)任電力系統(tǒng)腰荷 N 水, 工= N 水, 保 24/10 (設(shè)工作10小時(shí)/日) （3）擔(dān)任電力系統(tǒng)峰荷 N 水, 工= N 水, 保 24/t (設(shè)工作 t 小時(shí)/日) 盡量改變水電站在系統(tǒng)負(fù)荷圖上的工作位置，使其擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷。 （對(duì)于調(diào)節(jié)水庫(kù)的水電站，設(shè)計(jì)枯水期 擔(dān)任峰荷 豐水期 擔(dān)任基荷）（2）無調(diào)節(jié)水電站N水, 工確定 無調(diào)節(jié)水電站的水庫(kù)，幾乎沒有任何調(diào)節(jié)

5、能力，水電站任何時(shí)刻的出力變化，只決定于河流中天然流量的大小。因此，這種電站被稱為徑流式電站，一般只能擔(dān)任電力系統(tǒng)的基荷。 最大工作容量等于按歷時(shí)設(shè)計(jì)保證率所求出的保證出力 N水, 工= N 水, 保= 9.81 Q設(shè) H設(shè) 設(shè)計(jì)枯水日的平均流量（m3/s） 日平均凈水頭（m） （3）日調(diào)節(jié)水電站N水, 工確定： 仍先計(jì)算日調(diào)節(jié)水電站的保證出力： N水, 保 = 9.81 Q設(shè) H設(shè) (kw) 設(shè)計(jì)枯水日的平均流量（m3/s） 日平均凈水頭（m） 日保證電能量為： E水, 保, 日=24 N 水, 保 （kw h） 分兩種情況探討： 作峰荷 部分基荷 日調(diào)節(jié)水電站作峰荷 （a）根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6、水平年冬季典型日 最大負(fù)荷圖，繪出其日電能累計(jì)曲線； （b）在日電能累計(jì)曲線上的a點(diǎn)向左量 取ab，使其值等于E保，日； （c）再由b點(diǎn)向下作垂線交日電能累計(jì) 曲線于c點(diǎn)，bc所代表的值即為日調(diào)節(jié) 水電站的最大工作容量N水, 工； （d）由c點(diǎn)作水平線與日負(fù)荷圖相交，即 可求出日調(diào)節(jié)水電站在系統(tǒng)中所擔(dān)任的 峰荷位置。 擔(dān)任部分基荷 如下游航運(yùn)、供水等要求瀉放一部分工作容量 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設(shè) 峰荷工作容量 N峰同上 （ N峰=N保N基 ）具有綜合利用要求時(shí)， 日調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的確定。（4）

7、年調(diào)節(jié)水電站N水, 工確定： 符號(hào)概念： 調(diào)節(jié)庫(kù)容 V年調(diào) 多年平均年來水量 W年 設(shè)計(jì)枯水年供水期 T供 天然來水量W供 平均水頭H供 水量調(diào)節(jié)，平均調(diào)節(jié)流量Q調(diào)：Q調(diào)=（W供+V年調(diào)）/T供 保證出力： N保, 供 = 9.81 Q調(diào) H供 保證電能： E保, 供 = N保, 供 T供 依據(jù)：供水期電力電量平衡 E保, 供 = E水, 供 +E火, 供 N系 = N 水, 工 +N 火, 工 （冬季典型日負(fù)荷圖） 原則： 使E水, 供 = E保, 供 ，盡量增大N水, 工 （任峰荷） 方法：繪制N水, 工 E水, 供 曲線，由E保, 供 = E水, 供 求得 N水, 工 步驟：（見下頁(yè)圖）

8、 （1）選擇設(shè)計(jì)枯水年，繪制最大負(fù)荷N t 圖，并劃分供水期。 在供水期內(nèi)，水電站擔(dān)任峰荷或腰荷 （2）為建立N 水, 工E水, 供 之間關(guān)系，假定若干個(gè)N水, 工 ，計(jì)算對(duì)應(yīng)的E水, 供 方法: （a）假定若干個(gè)N水, 工1 ， N 水, 工2 ， N 水, 工3 ， （圖3） （b）作供水期各月份典型日負(fù)荷圖（下頁(yè)圖為12月）；再按日調(diào)節(jié)水電站擔(dān)任峰荷時(shí)求最大工作容量的方法，求出對(duì)應(yīng)的E1， E2， E3， （c）求各方案供水期保證電能 （d）作出N 水, 工 E水, 供 曲線 （3）根據(jù)設(shè)計(jì)枯水年供水期內(nèi)的保證電能E保, 供 ，就可以在 關(guān)系曲線上求出年調(diào)節(jié)水電站的N水, 工。 E保,

9、供 查曲線 N水, 工 （4）最后，定出水電站工作位置（方法見下頁(yè)） 日電能方法： 在最大工作容量N水, 工 圖上，作水平線，其上為N水, 工 ， 表示各月份的工作容量稱系統(tǒng)出力平衡圖 在日平均負(fù)荷圖上，要通過日電能計(jì)算： 水、火電站之間的分界線并非是一根直線，因N24 30.4 加起來，為電能。 所以，此圖又稱 系統(tǒng)電能平衡圖 （5）多年調(diào)節(jié)水電站N水, 工確定： 原則、方法與年調(diào)節(jié)相同 年調(diào)節(jié)水電站 區(qū)別 多年調(diào)節(jié)水電站 計(jì)算設(shè)計(jì)枯水年供水期平均出力、保證電能 按此期間擔(dān)任峰荷 求N水, 工計(jì)算設(shè)計(jì)枯水系列年的平均出力、保證電能 按枯水年全年擔(dān)任峰荷 求N水, 工二.系統(tǒng)備用容量N備的確定

10、 N系備= N系負(fù)備+N系事備+ N系檢備 1. 負(fù)荷備用容量 應(yīng)付突然增加的沖擊負(fù)荷。當(dāng)這種突荷出現(xiàn)時(shí)，不致因系統(tǒng)容量不足而使周波降低到小于規(guī)定值，從而影響供電的質(zhì)量。 作為調(diào)頻電站 一般 N系負(fù)備=( 25 ) % N系 （ N系系統(tǒng)最大負(fù)荷）二.系統(tǒng)備用容量N備的確定 N系備= N系負(fù)備+N系事備+ N系檢備 1. 負(fù)荷備用容量 應(yīng)付突然增加的沖擊負(fù)荷。當(dāng)這種突荷出現(xiàn)時(shí)，不致因系統(tǒng)容量不足而使周波降低到小于規(guī)定值，從而影響供電的質(zhì)量。 作為調(diào)頻電站 一般 N系負(fù)備=( 25 ) % N系 （ N系系統(tǒng)最大負(fù)荷） 調(diào)頻電站：擔(dān)任電力系統(tǒng)負(fù)荷備用容量的電站。多設(shè)在有調(diào)節(jié)（尤其調(diào)節(jié)性能好、離負(fù)

11、荷中心近）水電站，而無調(diào)節(jié)水電站、火電站不負(fù)擔(dān)負(fù)荷備用。 調(diào)頻電站的選擇，應(yīng)能保證電力系統(tǒng)周波穩(wěn)定、運(yùn)行性能經(jīng)濟(jì)為原則。 2. 事故備用容量 在電力系統(tǒng)中，當(dāng)有機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，能夠立即頂替事故機(jī)組工作 事故備用容量 一般，N系事備=(810 ) % N系 （ N系系統(tǒng)最大負(fù)荷） 且不小于系統(tǒng)中最大單機(jī)容量。 在系統(tǒng)電站間分配N系事備確定： 依據(jù)容量平衡圖 （1）在系統(tǒng)日最大負(fù)荷曲線圖上，系統(tǒng)最大負(fù)荷N系水平線與負(fù)荷曲線之間的面積 未被利用的空間容量 可安排機(jī)組大修（F檢） （2）如果F檢不能滿足要求，則須另外增加檢修備用容量N檢備 3. 檢修備用容量 檢修安排：火電機(jī)組：1年1次，3045天，

12、多水季節(jié) 水電機(jī)組：2年1次，2030，枯水、低負(fù)荷時(shí)三.水電站重復(fù)容量N重的確定 由于河流水文情況的多變性，汛期流量往往比枯水期流量大許多倍，根據(jù)設(shè)計(jì)枯水年確定的水電站最大工作容量，尤其無調(diào)節(jié)水電站及調(diào)節(jié)性能較差的水電站，在汛期會(huì)產(chǎn)生大量棄水。 為了減少無益棄水，提高水量利用系數(shù)，可考慮額外加大水電站的容量，使它在豐水期內(nèi)多發(fā)電。這部分增大的容量，在設(shè)計(jì)枯水期內(nèi)，由于河道中來水少而不能當(dāng)作電力系統(tǒng)的工作容量以替代火電站容量工作，因而被稱作重復(fù)容量。它在系統(tǒng)中主要是發(fā)季節(jié)性電能，以節(jié)省火電站的燃料費(fèi)用。 在調(diào)節(jié)性能差的水電站，設(shè)置N重可以利用棄水發(fā)E季，節(jié) 省火電煤耗，而獲得效益。 N重不能替

13、代火 電容量，故要 額外增加水電 站的投資和年運(yùn)行費(fèi)。選擇N重隨著重復(fù)容量的 逐步增大，無益 棄水量逐漸減 少，因此可發(fā)的 季節(jié)性電能并不 能與重復(fù)容量呈 正比例增加。選定重復(fù)容量的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算 假設(shè)： N重額外設(shè)置的重復(fù)容量； h經(jīng)濟(jì)平均每年經(jīng)濟(jì)合理的工作小時(shí)數(shù)； 則 生產(chǎn)的電能量 E季 = N重 h經(jīng)濟(jì) 可節(jié)省的火電站燃料年費(fèi)用：a N重 h經(jīng)濟(jì) f 設(shè)置 N重的年費(fèi)用為： C= N重 k水(A/P, is, n)+P水 年本利攤還因子（P89) k水水電站補(bǔ)充千瓦造價(jià)（元/kw）； is額定資金年收益率； n重復(fù)容量設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命； P水水電站補(bǔ)充千瓦容量的年運(yùn)行費(fèi)用率 p水=23% a

14、 系數(shù)，因水電廠發(fā)1kwh電量，可替代火電廠 1.05 kwh , 故a =1.05 f火電廠發(fā)1kwh電量所需的燃料費(fèi) 元/（kwh)選定重復(fù)容量的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算 則，在經(jīng)濟(jì)上設(shè)置 N重的有利條件為： a N重 h經(jīng)濟(jì) f N重 k水(A/P, is, n)+P水 即： h經(jīng)濟(jì) k水(A/P, is, n)+P水/a/f 節(jié)省 消耗（1） 無調(diào)節(jié)水電站重復(fù)容量的選定 在N水, 工水平線之上，設(shè)置 N重， 增發(fā) E季 = N重 h設(shè) 效益 B =a E季 f = a N重 h設(shè) d b 增加 N重， 讓 h = h經(jīng)濟(jì) （見上面計(jì)算公式） 對(duì)應(yīng)h經(jīng)濟(jì)的 N，就是 N重系數(shù)1.05燃料價(jià)格單位電能

15、消耗燃料重（2）日調(diào)節(jié)水電站重復(fù)容量的選定 原則、方法與上基本相同 日調(diào)節(jié)水電站： 在枯水期，一般總是擔(dān)任電力系統(tǒng)的峰荷。 在汛期，當(dāng)必需容量 N必全部擔(dān)任基荷后，還有棄水時(shí)，才考慮設(shè)置重復(fù)容量。 N必 N重 N裝 h經(jīng)濟(jì) h必 h設(shè) 日調(diào)節(jié)水電站重復(fù)容量的選定（3）年調(diào)節(jié)水電站重復(fù)容量的選定 對(duì)所有水文年資料進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，作多年平均的年持續(xù)時(shí)間棄水流量曲線 換算為棄水出力年持續(xù)曲線 再利用公式計(jì)算h經(jīng)濟(jì) 對(duì)應(yīng)的N重 四.水電站裝機(jī)容量N水裝的確定步驟： （1）收集基本資料 （2）確定 N水, 工 （3）確定 N水, 備 （4）確定 N重 （5）選擇水電站裝機(jī)容量 N水裝= N水, 工+ N水

16、, 備+ N重 同時(shí)參考制造廠家機(jī)組系列，定出：機(jī)型、臺(tái)數(shù)、出力 （6）檢修安排 （7）系統(tǒng)電力電量平衡系統(tǒng)最大負(fù)荷年變化線 系統(tǒng)要求的可用容量控制線 系統(tǒng)裝機(jī)容量控制線系統(tǒng)最大負(fù)荷年變化線，在此控制線下，各類電站安排 的最大工作容量N系，工，要能滿足系統(tǒng)最大負(fù)荷要求； 系統(tǒng)要求的可用容量控制線，在此控制線下，各類電站安排必須容量N系，必，要能滿足系統(tǒng)要求； 系統(tǒng)裝機(jī)容量控制線，在此控制線下，系統(tǒng)裝機(jī)容量N系，工 包括水、火電站全部裝機(jī)容量，要求達(dá)到電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的要求。 與之間的容量，表示系統(tǒng)各月的空閑容量和處在計(jì)劃?rùn)z 修中的容量，以及由于各種原因而無法投入運(yùn)行的受阻容量。以下幾

17、種情況要進(jìn)行動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較，研究預(yù)留機(jī)組的合理性： （1）在水能資源缺乏而系統(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)較快的地區(qū)，要求本水 電站承擔(dān)遠(yuǎn)景更多的尖峰負(fù)荷； （2）遠(yuǎn)景在河道上游將有調(diào)節(jié)性能較好的水庫(kù)投入工作，可 以增加本電站保證出力等動(dòng)能效益。 （3）在設(shè)計(jì)水平年的供電范圍內(nèi)，如水電站的徑流利用程度 不高，估計(jì)遠(yuǎn)景電力系統(tǒng)的供電范圍擴(kuò)大后，可以提供 本電站的水量利用率。第二節(jié) 以發(fā)電為主的水庫(kù)特征水位的選擇一. 正常蓄水位的選擇 Z蓄 正常蓄水位是指水庫(kù)在正常運(yùn)用情況下，為滿足設(shè)計(jì)興利要求，在開始供水前應(yīng)蓄到的最高水位。 多年調(diào)節(jié)水庫(kù)在連續(xù)若干豐水年后才能蓄到正常蓄水位； 年調(diào)節(jié)水庫(kù)在每年供水期前蓄到正常蓄水位；

18、 日調(diào)節(jié)水庫(kù) 每天在水電站調(diào)節(jié)峰荷以前蓄到正常蓄水位； 無調(diào)節(jié)水電站任何時(shí)候在正常蓄水位。1、與防洪的關(guān)系2、與發(fā)電的關(guān)系3、與供水的關(guān)系（灌溉、城鎮(zhèn)供水）4、與航運(yùn)的關(guān)系 正常蓄水位增高1、投資和年運(yùn)行費(fèi)增加2、淹沒損失增加3、地質(zhì)條件復(fù)雜正常蓄水位與各水利部門效益之間的關(guān)系 選擇 Z蓄的方法 （1）擬定比較方案 在Z蓄上、下限范圍內(nèi)擬定比較方案 上限： 庫(kù)區(qū)淹沒侵沒情況 壩址地形地質(zhì)條件 開發(fā)利用規(guī)劃 水庫(kù)水量損失 勞力、設(shè)備、資金、建材、施工期限制 下限：各部門正常工作的最低要求 （2）對(duì)各方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)和水能計(jì)算。 （3）對(duì)各方案進(jìn)行水利水能計(jì)算、動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算、投資與損 失計(jì)算、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)等。 （4）綜合評(píng)價(jià)，選擇方案。二. 死水位的選擇 Z死 死水位是指水庫(kù)在正常運(yùn)用情況下，允許消落的最低水位。 （一般情況下，水庫(kù)水位在正常蓄水位與死水位之間變動(dòng)） 多年調(diào)節(jié)水庫(kù)遇到設(shè)計(jì)枯水年系列時(shí)，才降至死水位； 年調(diào)節(jié)水庫(kù)遇到設(shè)計(jì)枯水年時(shí)，才降至死水位； 極限死水位： 當(dāng)遇到特殊枯水年份或發(fā)生特殊情況（如水庫(kù)清底檢修、戰(zhàn)備、地震）時(shí)，水庫(kù)運(yùn)行水位比設(shè)計(jì)死水位還低，稱為極限死水位。 備用庫(kù)容： 設(shè)計(jì)死水位與極限死水位之間的庫(kù)容。 原則： （1）滿足綜合利用正常工作的最低要求； （2）動(dòng)能效益大或年費(fèi)用最小 當(dāng)Z蓄一定時(shí)，確定 Z死 消落深度 h ： 灌溉