水利水能規(guī)劃第6章

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本章思索題及課外延伸33第一節(jié)水電站裝機(jī)容量選擇

電力系統(tǒng)中一切電站的裝機(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——水電站最大任務(wù)容量。指設(shè)計(jì)程度年電力系統(tǒng)負(fù)荷最高〔普通在冬季枯水季節(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)，因此短時(shí)間超越了設(shè)計(jì)最大負(fù)荷時(shí)，或者機(jī)組發(fā)生偶爾停機(jī)事故時(shí)，或者進(jìn)展停機(jī)檢修等情況，都需求預(yù)備額外的容量，稱水電站備用容量。N重——反復(fù)容量。利用部分棄水額外增發(fā)季節(jié)性電能，只添加額外容量，不添加投資。由于這部分容量并非保證電力系統(tǒng)正常任務(wù)所必需，故稱反復(fù)容量。本節(jié)分別引見(jiàn)N〞水,工

N水,備

N重

N〞水,工+N水,備=N水,必

必需容量

一.水電站最大任務(wù)容量N〞水,工選擇〔1〕選擇原那么1.原那么一：任務(wù)可靠在確定水電站的最大任務(wù)容量時(shí)，須進(jìn)展電力系統(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)容量平衡任務(wù)可靠的三個(gè)根本要求第一個(gè)根本要求：系統(tǒng)電力平衡——就是電站的出力〔任務(wù)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)一切水電站的最大任務(wù)容量〔kw〕系統(tǒng)內(nèi)一切火電站的最大任務(wù)容量〔kw〕系統(tǒng)最大負(fù)荷〔kw〕對(duì)于規(guī)劃中擬建水電站，最大任務(wù)容量N〞水,規(guī)＝N〞水,工－N〞水,建第二個(gè)根本要求：系統(tǒng)電量平衡——普通選擇設(shè)計(jì)枯水年的來(lái)水過(guò)程，作為計(jì)算根底，要求一切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任務(wù)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)根本要求：系統(tǒng)容量平衡——確定一切電站各時(shí)段在電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖上的任務(wù)容量、各種備用容量和反復(fù)容量，并檢查有無(wú)空閑容量和受阻容量。

2.原那么二：經(jīng)濟(jì)盡量添加N〞水,工緣由：水電站補(bǔ)充單位電量投資低，僅添加機(jī)電投資水電站在電力系統(tǒng)日負(fù)荷圖上的任務(wù)位置不同最大任務(wù)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,?！?4/10(設(shè)任務(wù)10小時(shí)/日)〔3〕擔(dān)任電力系統(tǒng)峰荷N〞水,工=N〞水,?！?4/t(設(shè)任務(wù)t小時(shí)/日)盡量改動(dòng)水電站在系統(tǒng)負(fù)荷圖上的任務(wù)位置，使其擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷?！矊?duì)于調(diào)理水庫(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(wú)調(diào)理水電站N〞水,工確定無(wú)調(diào)理水電站的水庫(kù)，幾乎沒(méi)有任何調(diào)理才干，水電站任何時(shí)辰的出力變化，只決議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，普通只能擔(dān)任電力系統(tǒng)的基荷。

最大任務(wù)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=9.81ηQ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)理水電站N〞水,工確定：

仍先計(jì)算日調(diào)理水電站的保證出力：

N〞水,保=9.81ηQ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=24N〞水,保〔kwh〕

分兩種情況討論：①作峰荷②部分基荷

①日調(diào)理水電站作峰荷

〔a〕根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)程度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)理水電站的最大任務(wù)容量N〞水,工；〔d〕由c點(diǎn)作程度線與日負(fù)荷圖相交，即可求出日調(diào)理水電站在系統(tǒng)中所擔(dān)任的峰荷位置。

②擔(dān)任部分基荷

如下游航運(yùn)、供水等要求瀉放一部分任務(wù)容量基荷

最大任務(wù)容量N〞水,工=N基+N峰

基荷任務(wù)容量峰荷任務(wù)容量

基荷任務(wù)容量N基=9.81ηQ基H設(shè)峰荷任務(wù)容量N峰——同上〔N峰=N?！狽基〕具有綜合利用要求時(shí)，日調(diào)理水電站最大任務(wù)容量確實(shí)定?！?〕年調(diào)理水電站N〞水,工確定：符號(hào)概念：調(diào)理庫(kù)容V年調(diào)多年平均年來(lái)水量W年設(shè)計(jì)枯水年供水期T供天然來(lái)水量W供平均水頭H供水量調(diào)理，平均調(diào)理流量Q調(diào)：Q調(diào)=〔W供+V年調(diào)〕/T供保證出力：N保,供=9.81ηQ調(diào)H供保證電能：E保,供=N保,供T供

根據(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〕原那么：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(jiàn)下頁(yè)圖〕〔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，假定假設(shè)干個(gè)N〞水,工，計(jì)算對(duì)應(yīng)的E水,供方法:〔a〕假定假設(shè)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)理水電站擔(dān)任峰荷時(shí)求最大任務(wù)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)理水電站的N〞水,工。E保,供查曲線N〞水,工

〔4〕最后，定出水電站任務(wù)位置〔方法見(jiàn)下頁(yè)〕

日電能方法：①在最大任務(wù)容量N〞水,工圖上，作程度線，其上為N〞水,工，表示各月份的任務(wù)容量——稱系統(tǒng)出力平衡圖②在日平均負(fù)荷圖上，要經(jīng)過(guò)日電能計(jì)算：水、火電站之間的分界限并非是一根直線，因N×24×30.4加起來(lái)，為電能。所以，此圖又稱系統(tǒng)電能平衡圖〔5〕多年調(diào)理水電站N〞水,工確定：

原那么、方法與年調(diào)理一樣

年調(diào)理水電站區(qū)別多年調(diào)理水電站

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備確實(shí)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)付忽然添加的沖擊負(fù)荷。當(dāng)這種突荷出現(xiàn)時(shí)，不致因系統(tǒng)容量缺乏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

普通N系負(fù)備=(2～5)%N〞系〔N〞系——系統(tǒng)最大負(fù)荷〕二.系統(tǒng)備用容量N備確實(shí)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)付忽然添加的沖擊負(fù)荷。當(dāng)這種突荷出現(xiàn)時(shí)，不致因系統(tǒng)容量缺乏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

普通N系負(fù)備=(2～5)%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)理〔尤其調(diào)理性能好、離負(fù)荷中心近〕水電站，而無(wú)調(diào)理水電站、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)轉(zhuǎn)性能經(jīng)濟(jì)為原那么。

2.事故備用容量

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)有機(jī)組發(fā)惹事故時(shí)，可以立刻頂替事故機(jī)組任務(wù)——事故備用容量

普通，N系事備=(8～10)%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：根據(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〞系程度線與負(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〕假設(shè)F檢不能滿足要求，那么須另外添加檢修備用容量N檢備3.檢修備用容量檢修安排：火電機(jī)組：1年1次，30~45天，多水季節(jié)水電機(jī)組：2年1次，20~30，枯水、低負(fù)荷時(shí)三.水電站反復(fù)容量N重確實(shí)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任務(wù)容量，尤其無(wú)調(diào)理水電站及調(diào)理性能較差的水電站，在汛期會(huì)產(chǎn)生大量棄水。

為了減少無(wú)益棄水，提高水量利用系數(shù)，可思索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(lái)水少而不能當(dāng)作電力系統(tǒng)的任務(wù)容量以替代火電站容量任務(wù)，因此被稱作反復(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)理性能差的水電站，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重不能替代火電容量，故要額外添加水電站的投資和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)。選擇N重隨著反復(fù)容量的逐漸增大，無(wú)益棄水量逐漸減少，因此可發(fā)的季節(jié)性電能并不能與反復(fù)容量呈正比例添加。——選定反復(fù)容量的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算

假設(shè)：N重——額外設(shè)置的反復(fù)容量；h經(jīng)濟(jì)——平均每年經(jīng)濟(jì)合理的任務(wù)小時(shí)數(shù)；那么消費(fèi)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：aN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—反復(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)轉(zhuǎn)費(fèi)用率p水=2~3%a—系數(shù)，因水電廠發(fā)1kwh電量，可替代火電廠1.05kwh,故a=1.05f—火電廠發(fā)1kwh電量所需的燃料費(fèi)[元/〔kwh)]——選定反復(fù)容量的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算

那么，在經(jīng)濟(jì)上設(shè)置N重的有利條件為：

aN重h經(jīng)濟(jì)fN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)省耗費(fèi)〔1〕無(wú)調(diào)理水電站反復(fù)容量的選定

在N〞水,工程度線之上，設(shè)置N重，

增發(fā)E季=N重h設(shè)

效益B=aE季f=aN重h設(shè)db

添加N重，讓h=h經(jīng)濟(jì)〔見(jiàn)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)錢單位電能耗費(fèi)燃料重〔2〕日調(diào)理水電站反復(fù)容量的選定

原那么、方法與上根本一樣

日調(diào)理水電站：

在枯水期，普通總是擔(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)，才思索設(shè)置反復(fù)容量。

N必N重N裝h經(jīng)濟(jì)h必h設(shè)日調(diào)理水電站反復(fù)容量的選定〔3〕年調(diào)理水電站反復(fù)容量的選定

①對(duì)一切水文年資料進(jìn)展徑流調(diào)理，作多年平均的年繼續(xù)時(shí)間~棄水流量曲線②換算為棄水出力年繼續(xù)曲線③再利用公式計(jì)算h經(jīng)濟(jì)④對(duì)應(yīng)的N重

四.水電站裝機(jī)容量N水裝確實(shí)定步驟：〔1〕搜集根本資料〔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,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①系統(tǒng)最大負(fù)荷年變化線②系統(tǒng)要求的可用容量控制線③系統(tǒng)裝機(jī)容量控制線①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任務(wù)容量N〞系，工，要能滿足系統(tǒng)最大負(fù)荷要求；

②系統(tǒng)要求的可用容量控制線，在此控制線下，各類電站安排必需容量N〞系，必，要能滿足系統(tǒng)要求；

③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，要求到達(dá)電力系統(tǒng)的平安、經(jīng)濟(jì)、可靠的要求。

②與③之間的容量，表示系統(tǒng)各月的空閑容量和處在方案檢修中的容量，以及由于各種緣由而無(wú)法投入運(yùn)轉(zhuǎn)的受阻容量。以下幾種情況要進(jìn)展動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較，研討預(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)較快的地域，要求本水電站承當(dāng)遠(yuǎn)景更多的尖峰負(fù)荷；

〔2〕遠(yuǎn)景在河道上游將有調(diào)理性能較好的水庫(kù)投入任務(wù)，可以添加本電站保證出力等動(dòng)能效益。

〔3〕在設(shè)計(jì)程度年的供電范圍內(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)展后，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(kāi)場(chǎng)供水前應(yīng)蓄到的最高水位。

多年調(diào)理水庫(kù)—在延續(xù)假設(shè)干豐水年后才干蓄到正常蓄水位；年調(diào)理水庫(kù)——在每年供水期前蓄到正常蓄水位；日調(diào)理水庫(kù)—每天在水電站調(diào)理峰荷以前蓄到正常蓄水位；無(wú)調(diào)理水電站——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)轉(zhuǎn)費(fèi)添加2、淹沒(méi)損失添加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(méi)侵沒(méi)情況壩址地形地質(zhì)條件開(kāi)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：各部門正常任務(wù)的最低要求

〔2〕對(duì)各方案進(jìn)展徑流調(diào)理和水能計(jì)算。

〔3〕對(duì)各方案進(jìn)展水利水能計(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?！财胀ㄇ闆r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)理水庫(kù)——遇到設(shè)計(jì)枯水年系列時(shí)，才降至死水位；年調(diào)理水庫(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)轉(zhuǎn)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。

原那么：〔1〕滿足綜合利用正常任務(wù)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：