水能計算

出力和發(fā)電量計算公式

N=9.81zQH

式中N為電站出力(kW)；嚻i為第i時段平均出力(kW);Q為發(fā)電流量m3/s;H為水輪機凈工作水頭(m);z為水輪發(fā)電機組工作效率，大型水電站的機組效率一般采用0.82～0.90；ΔT為計算時段長(h)；n為計算時段數(shù);E為電站在n個時段內(nèi)的發(fā)電量(kw·h) 。

為滿足水電站動力設(shè)備選擇的需要，還應(yīng)根據(jù)歷年調(diào)節(jié)計算成果，確定運行特征值：

①列出歷年出力、庫水位、水頭過程，并按經(jīng)驗頻率法計算其各自的保證率曲線；

②根據(jù)水電站運行中可能出現(xiàn)的庫水位和尾水位的遭遇情況確定最大、最小工作水頭，并按歷年調(diào)節(jié)計算資料求得算術(shù)平均水頭和出力加權(quán)平均水頭；

③采用類似前述方法求出電站機組不同計算水頭和轉(zhuǎn)速的電力電量指標 。

水能計算是確定電站效益與工程規(guī)模之間的關(guān)系的計算。電站效益通常用保證出力和多年平均電能兩指標來衡量，而工程規(guī)模則以水庫正常蓄水位和相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容、引水道尺寸及電站裝機容量為指標。水電站的水能指標計算。其主要任務(wù)在于求出相應(yīng)一定工程規(guī)模和設(shè)計保證率的保證出力，相應(yīng)不同水電站裝機容量的多年平均年發(fā)電量，以及水輪機組的工作狀況和運行參數(shù)，為設(shè)計電站的方案比較及裝機容量的確定提供依據(jù) 。

根據(jù)水電站水庫（或前池）調(diào)節(jié)徑流的能力，分為無調(diào)節(jié)水電站、日調(diào)節(jié)水電站、年調(diào)節(jié)水電站和多年調(diào)節(jié)水電站。

水能計算無調(diào)節(jié)水電站水能計算

電站上游水位基本上維持在正常蓄水位，發(fā)電流量完全取決于天然流量。計算時，以日平均流量為發(fā)電流量，取相應(yīng)于日平均流量的電站尾水位為下游尾水位，計算逐日出力過程,然后選取相應(yīng)水電站設(shè)計保證率的日平均出力為電站保證出力，并計算多年平均年發(fā)電量。

水能計算日調(diào)節(jié)水電站水能計算

電站上游水位經(jīng)常在正常蓄水位和死水位之間波動。計算時，上游水位取日平均水位，其他與無調(diào)節(jié)水電站相同。

水能計算年調(diào)節(jié)水電站水能計算

保證出力系指相應(yīng)設(shè)計保證率的供水期平均出力。調(diào)節(jié)計算一般采用時歷法，按逐年、逐時段（月）進行。計算時,取供水期的發(fā)電流量或出力為常數(shù)，并使庫水位自正常蓄水位開始至供水期末消落至死水位，以求得歷年供水期的平均出力。再據(jù)此進行頻率計算，即可求得相應(yīng)于設(shè)計保證率的保證出力。多年平均年發(fā)電量可根據(jù)長系列徑流資料，逐時段（月或旬）按水庫調(diào)度圖規(guī)定的運行方式計算，先求出各時段的出力，再求得多年平均年發(fā)電量。

水能計算多年調(diào)節(jié)水電站水能計算

保證出力系指相應(yīng)于設(shè)計枯水段（包括一個以上的連續(xù)枯水年組）的平均出力。調(diào)節(jié)計算方法有時歷法、概率法與隨機模擬法三種。當(dāng)采用時歷法計算時，與年調(diào)節(jié)水電站水能計算類似 。

根據(jù)天然來水和水庫的調(diào)節(jié)庫容等資料，可以計算出水電站的保證出力和多年平均年發(fā)電量等水能指標，然后根據(jù)設(shè)計水平年電力系統(tǒng)的負荷發(fā)展要求，進行政治、技術(shù)和經(jīng)濟等方面的分析，確定水電站的正常蓄水位、死水位和裝機容量等主要參數(shù)?？傊?，與水電站的水能指標、水電站在電力系統(tǒng)中的工作情況和水電站主要參數(shù)有關(guān)的各種計算，均可稱為水電站的水能計算。基本計算公式。設(shè)水電站的調(diào)節(jié)流量為Q(米3/秒)，水頭為H（米），水電站的總效率為η，則水電站的功率（也稱出力）為P＝9.81ηQH(千瓦)。設(shè)水電站在某一時段內(nèi)的平均出力為p（千瓦），則在該時段T(小時)內(nèi)的發(fā)電量E=p·T（千瓦時）。計算內(nèi)容一般有：①水電站的設(shè)計保證率，指水電站在多年期間能夠正常發(fā)電而不遭受破壞的機率，也就是指水電站正常發(fā)電的保證程度，可以用水電站正常發(fā)電的總時段與計算總時段相比的百分率表示。時段長短可以根據(jù)水庫調(diào)節(jié)性能和設(shè)計需要按年、月、旬、日分別選用。水電站設(shè)計保證率的選用，應(yīng)主要根據(jù)水電站所在電力系統(tǒng)的負荷特性、系統(tǒng)中水電容量的比重、并考慮水庫調(diào)節(jié)性能、水電站的規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中的作用等因素，根據(jù)水利水電工程水利動能設(shè)計規(guī)范確定。在電力系統(tǒng)中水電容量比重占50％以上的大、中型水電站，其設(shè)計保證率可達95～98％；在電力系統(tǒng)中水電容量比重在25％以下的中小型水電站的設(shè)計保證率約為80％。②水電站的保證出力，指水電站相應(yīng)于設(shè)計保證率的枯水時段發(fā)電的平均出力，它是選擇水電站裝機容量的重要依據(jù)?？梢岳靡延械娜克馁Y料，通過徑流調(diào)節(jié)計算，求出每年供水期的平均出力，然后將這些出力值按大小次序排列，繪制其出力保證率曲線，在該曲線中相應(yīng)于設(shè)計保證率的平均出力，就是水電站的保證出力。③水電站的多年平均發(fā)電量，指水電站在多年工作時期內(nèi)，平均每年所能產(chǎn)生的電能量。通?？筛鶕?jù)入庫天然流量系列資料，利用水庫進行徑流調(diào)節(jié)，按水電站的發(fā)電量計算公式，算出各年的發(fā)電量，取其平均值。④水電站的裝機容量，指水電站廠房內(nèi)所有機組額定容量之和，是由設(shè)計的工作容量、備用容量和重復(fù)容量組成。工作容量指水電站按保證出力運行時對電力系統(tǒng)所能提供的發(fā)電容量。備用容量包括：負荷備用容量，是擔(dān)負電力系統(tǒng)一天內(nèi)瞬時的負荷波動和計劃外的負荷增長所需要的發(fā)電備用容量；事故備用容量，是電力系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備發(fā)生事故時，保證正常供電所需要的發(fā)電備用容量；檢修備用容量，指電力系統(tǒng)中全部機組按年檢修計劃所必須增設(shè)的發(fā)電容量。重復(fù)容量指調(diào)節(jié)性能較差的水電站在汛期內(nèi)產(chǎn)生較多棄水時，為了節(jié)省火電燃料，增發(fā)季節(jié)性電能而額外增設(shè)的發(fā)電容量。水電站裝機容量一般根據(jù)電力系統(tǒng)的電力電量平衡方法求出，某些小型水電站可以采用裝機容量年利用小時數(shù)法或保證出力倍比法求出。⑤水電站的正常蓄水位，指水庫在正常運行的情況下為滿足設(shè)計的興利要求而在汛末供水期開始時應(yīng)蓄到的高水位，是水庫設(shè)計中非常重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到水利樞紐的規(guī)模、水工建筑物及有關(guān)設(shè)備的投資、綜合利用各部門的效益、水庫的淹沒損失和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等重大問題。在一般情況下，隨著正常蓄水位的抬高，水庫的調(diào)節(jié)流量、水電站的保證出力、多年平均年發(fā)電量和其他綜合利用效益均將增加，但水工建筑物的工程量及其投資和水庫淹沒的損失等也將隨之增加。因此，可以根據(jù)水利動能經(jīng)濟比較準則，結(jié)合政治、社會、技術(shù)等多方面因素、綜合分析，在許多比較方案中選出最有利的正常蓄水位。⑥水電站的死水位，指在正常運用的情況下，允許水庫消落的最低水位。正常蓄水位至死水位之間的深度，稱為水庫消落深度。在正常蓄水位一定的情況下，當(dāng)死水位降低或水庫消落深度增大，可以獲得較大的興利調(diào)節(jié)庫容、較多的調(diào)節(jié)流量和較大的水電站保證出力，但隨著死水位的降低，水電站的平均水頭減小和多年平均年發(fā)電量將可能減少，水電站的受阻容量和進水口、引水建筑物的投資可能有所增加，因此也可以根據(jù)水利動能經(jīng)濟比較準則以及其他因素，從許多比較方案中選出最有利的死水位。參考書目　中華人民共和國水利電力部：《水利水電工程水利動能設(shè)計規(guī)范》(SDJ11-77)（試行），水利電力出版社，北京，1978。　華東水利學(xué)院等編：《水文及水利水電規(guī)劃》，下冊，水利出版社，北京，1981。 2100433B

本書是熱能與動力工程專業(yè)“水電站動力設(shè)備”方向水能利用課程的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的師生及工程技術(shù)人員參考。本書共分七章，前五章為水電站（群）的水能規(guī)劃部分，主要講述水能開發(fā)利用的原理和方式，水庫特性及分類；徑流調(diào)節(jié)；水能計算；電力系統(tǒng)的有關(guān)知識；水電站經(jīng)濟評價；水電站主要參數(shù)選擇；水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行和水庫（群）調(diào)度等。后兩章為水電站建筑物部分，重點講述水電站水利樞紐及其主要建筑物的特性；水電站發(fā)電廠房的布置、運行、結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計方面的基本知識。

運用各種技術(shù)方法和手段揭示一個地區(qū)的水能儲量、分布規(guī)律、開發(fā)利用條件等，為工程項目設(shè)計或國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃制定提供所需水能資源的工作。

中文名稱

水能資源調(diào)查

英文名稱

water energy investigation

定　　義

運用各種技術(shù)方法和手段揭示一個地區(qū)的水能儲量、分布規(guī)律、開發(fā)利用條件等，為工程項目設(shè)計或國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃制定提供所需水資源的工作。

應(yīng)用學(xué)科

資源科技（一級學(xué)科），水資源學(xué)（二級學(xué)科）