第四讲(水能计算及水电站在电力系统中的运行方式)
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第五章 水能计算及电站在电力系统中的运行方式
5.4 水电站在电力系统中的运行方式
运行方式
水电站在电力系统负荷图上的工作位置（不同时期）或 系统负荷在各电站间的最优分配问题。
目的
使各电站扬长避短，供电可靠、经济、资源充分利用 （原因——负荷不均匀、电站特性不同）
1. 水、火电站的工作特性
电力系统中所有用户所需出力N（负荷）随时间t的变化曲线。 负荷N：用户所需出力+厂用电+输电损失 水电站
一年内各日的平均负 荷值所连成的曲线
3.电力系统的容量组成
电力系统中所有电站的装 机 容 量 的 总 和 ——N 装 ， 是影响工程投资和效益的 重要指标。
电站装机容量： N装=N必+N重 =N工+N备+N重 =N工+N负+N事+N检+N重
思考题
教材P153：1，4，6，8
目录
5.1 水能计算的目的与内容 5.2 水能计算的基本方程和主要方法 5.3 电力系统及其容量组成 5.4 水电站在电力系统中的运行方式 5.5 无调节和日调节水电站的水能计算 5.6 年调节和多年调节水电站的水能计算
启动灵活，宜任峰荷 工作可靠性差（径流随机）
火电站
启动缓慢，宜任基荷 工作可靠性高 运行费用高，运行费U火与E成正比
运行费用低，电能成本低
U水=（1/2~1/7)U火 无原料费（用水），厂用电少， 运行费与发电量无关
燃料费用所占比重大，且污染
2. 水电站在电力系统中的运行方式
保证出力（考虑设计保证率）
衡量电站的 动能效益
多年平均发电量
目的：确定装机容量
（1）水电站的出力和发电量概念
出力：水电站在某一时刻输出的电功率称为电站在 该时刻的出力。
水电站水能计算
三、水能资源开发方式
4、其他开发方式
（二）抽水蓄能发电
抽水蓄能电站根据利用水量的情况可分为两大类：一类是纯抽水 蓄能电站；另一类是混合式抽水蓄能电站。
第四部分
河流水能资源的梯级开发
四、河流水能资源的梯级开发
1、河流综合利用规划
河流综合利用规划要综合地解决防洪、发电、灌溉、 航运、给水、养殖、生态环境等方面的需水问题。
1、蓄水位350m，总库容360亿m3 2、装机90万kW，年发电量46亿kW·h。
土地盐碱化；威胁西安。
65～68改建：左岸增建两条泄洪排沙隧洞，改 建四根引水发电钢管。对潼关作用不大。
3、解除黄河下游的洪水威胁
69～73改建：打开原1～8号施工导流底孔，降
4、黄河清 5、初期灌溉2220万亩，远景7500万亩
1
0
260
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
56 218 12
56
42
6
2472 2472
44
3 88 201 18
32
17
15
2502 4974
78
4 110 192 23
22
9
20.5 1810 6784
82
5 146 178 30
36
14
26.5 3640 10432
101
6 188 169 36
42
9
33
2914 13337
一、水库及其特性
5、库区淹没、浸没和水库淤积
➢淹没：经常性淹没、临时性淹没
➢浸没：库水位抬高后引起库区周围地区地下水位 上升所带来的危害
➢水库淤积：降低水流挟沙能力，改变泥沙运动规 律，导致泥沙在库区逐渐沉淀淤积
水能计算及水电站在电力系统中的运行方式共49页
水能计算及水电站在电力系统中的运行方 式
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水利水能规划水能计算及水电站在电力系统中的运行方式讲义
Q（m3/s）
8000
7000
6000
5000
4000
3000 QP=2010 2000
1000 0 0
10 20 30 40 50
P=85%
60 70 80 90 100 P（％）
某无调节水电站日平均流量保证率曲线
水利水能规划水能计算及水电站在电力 系统中的运行方式
年调节水电站保证出力计算
【例3】某水电站为坝式年调节水电站，设计保
证率为80%。水库以发电为主，兴利库容V兴＝ 3152万m3，死库容V死＝1050万m3。，库区无其
它部门引水。设计枯水代表年月平均流量资料 如下表第(1)、(2)栏所示。试求该水电站的保
证出力 (其中出力系数A＝7)。
水利水能规划水能计算及水电站在电力 系统中的运行方式
水利水能规划水能计算及水电站在电力 系统中的运行方式
计工 算作 越量 来逐 越渐 精加 确大
水利水能规划水能计算及水电站在电力 系统中的运行方式
设计中水年法
基本步骤： 1）选择设计中水年，要求该年的年径流量及 其年内分配均接近于多年平均情况； 2）列出所选设计中水年各月（或旬、日）的 净来水流量； 3）根据国民经济各部门的用水要求，列出各 月（或旬、日）的用水流量； 4）对于年调节水电站，可按月进行径流调节 计算，对于季调节或日调节、无调节水电站，可按 旬进行径流调节计算，求出相应各时段的平均水头 H均及其平均出力N均；
年调节水电站的水能计算
年调节水电站保证出力：符合设计保证率要求的供水期平均出力。
计算方法：设计枯水年法，长系列法。
设计枯水年法： ➢①根据实测年径流系列统计计算成果与年径流频率曲线，按 已知的设计保证率求得年径流量； ➢②选年径流与设计年径流相近，年内分配不利的年份作为典 型年； ➢③用设计年径流量与典型年径流量之比表示的年内分配系数 推求设计枯水年的径流年内分配； ➢④最后根据给定的Z蓄、Z死及相应的兴利库容求出供水期的 调节流量，进而求出供水期的平均出力。
水电站水能计算
（3）事故备用容量。为了避免因机组发生故障而影响系统正常供电，笔削在电力系统中设置一定 数量的事故备用容量。
（4）检修备用容量。如果系统容量中没有足够的空闲容量，难以安排机组检修，就要设置一定的 检修备用容量，但石板情况下，力求不设或者少设置此部分备用。
（5）重复容量。在寻常年份，都会有水量富余，若仅以必须容量工作会产生大量弃水。为了利用 次部分水量来发电，只需要增加一部分电机容量，而不增大坝等水工建筑物的投资，这部分容量 并非保证电力系统政策供电所必需的，故称为重复容量。在设置重复容量的电力系统中，系统 的总装机容量就是必需容量与重复容量之和。
工程规划阶段，一般是先要拟定几个正常蓄水位方案，针对每一个方案 去求装机容量、保证出力、多年平均发电量和有利的死水位等指标，这也是 水能计算的主要任务。
1.确定水电站的动能指标，主要是保证出力、多年平均发电量、装机容量； 2.确定水库的特征水位，正常蓄水位和死水位等； 3.选定机电设备，水轮机组等； 4.经济评价
p n 1 [E (n 1E n)/E n] 10 % 0 为第n年到第（n+1）
年的增长率。其中E为发电量，有此式可以推出；
E n 1 E n (1 p n 1 )和 P (nE n 1 /E 1 1 ) 1% 00
设计负荷水平年:电力负荷总是随着国民经济的发展而逐年增长的，在规划设计水电站时， 考虑电力系统远景负荷的发展水平，与此负荷水平相适应的年份称为电力负荷水平年。
年负荷图。
❖ 日负荷图
日负荷图反映的 是一天之内电力 负荷的变化过程 线。日负荷图有 三个特征数值： 日最大负荷、日 均负荷和日最小 负荷。
为便于利用日 负荷图进行动能 计算，常需要事 先绘制日电能累
计曲线。
（4）检修备用容量。如果系统容量中没有足够的空闲容量，难以安排机组检修，就要设置一定的 检修备用容量，但石板情况下，力求不设或者少设置此部分备用。
（5）重复容量。在寻常年份，都会有水量富余，若仅以必须容量工作会产生大量弃水。为了利用 次部分水量来发电，只需要增加一部分电机容量，而不增大坝等水工建筑物的投资，这部分容量 并非保证电力系统政策供电所必需的，故称为重复容量。在设置重复容量的电力系统中，系统 的总装机容量就是必需容量与重复容量之和。
工程规划阶段，一般是先要拟定几个正常蓄水位方案，针对每一个方案 去求装机容量、保证出力、多年平均发电量和有利的死水位等指标，这也是 水能计算的主要任务。
1.确定水电站的动能指标，主要是保证出力、多年平均发电量、装机容量； 2.确定水库的特征水位，正常蓄水位和死水位等； 3.选定机电设备，水轮机组等； 4.经济评价
p n 1 [E (n 1E n)/E n] 10 % 0 为第n年到第（n+1）
年的增长率。其中E为发电量，有此式可以推出；
E n 1 E n (1 p n 1 )和 P (nE n 1 /E 1 1 ) 1% 00
设计负荷水平年:电力负荷总是随着国民经济的发展而逐年增长的，在规划设计水电站时， 考虑电力系统远景负荷的发展水平，与此负荷水平相适应的年份称为电力负荷水平年。
年负荷图。
❖ 日负荷图
日负荷图反映的 是一天之内电力 负荷的变化过程 线。日负荷图有 三个特征数值： 日最大负荷、日 均负荷和日最小 负荷。
为便于利用日 负荷图进行动能 计算，常需要事 先绘制日电能累
计曲线。
第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
-172.8
-4.54
7.86
10.13
719.8
626.1
92.73
18.39
第三节 电力系统及其容量组成
一、电力系统及其户
1、电力系统
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。
2、电力用户
⑴工业用电： ⑵农业用电： ⑶市政用电： ⑷交通运输用电：
二、电力系统负荷图
⑴定流量操作：设各时段的调节流量为已知值。 ⑵定出力操作：专对发电调节而言，即按照预 定的出力值调节径流。
定出力操作有两种方式：
第一种：是供水期初V兴蓄满，算至供水期末； 蓄水期初V兴放空，算至蓄水期末。结果表明按定 出力运行，水库在各种来水情况下实际蓄放水过程。
第二种：是自供水期末V兴放空为起算点，自 蓄水期末V兴蓄满为起算点分别逆时序算至起点。 结果表明水电站按定出力运行且保证V兴在供水期 末正好放空，蓄水期末蓄满的条件下，各种来水年 份各月水库须具有的蓄水量。
1、电力系统的容量组成
⑴电力系统总装机容量 N系装=N火装+N水装+N核装+N抽装+N潮装
⑵电力系统的工作容量、备用容量及重复容量 最大工作容量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。 ①负荷备用容量N负备： ②事故备用容量N事备： ③检修备用容量N检：
统起调相作用。
第四节 水电站在电力系统中的运行方式
一、无调节水电站在电力系统中的运行方式
⑴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。
水能计算及水电站在电力系统的运行方式
1、保证出力
2、多年平均发电量
3、水能计算的主要方法有哪些
4、电力系统日负荷图，年负荷土？日负荷图的特征和三个区域？
5、不同调节性能水电站的水能计算
6、水电站在电力系统中的运行方式
7、年调节水电站的正常蓄水位Z蓄=760m，死水位Z死=720m。
计算所依据的资料有：水库水位容积曲线；水电站下游水位流量关系曲线；设计枯水年入库径流资料；出力系数K取8.2；假设水头损失为定植，取△H=1.0m；无其他用水要求。
本例不计水量损失，故未列出水库面积曲线。
按等流量调节方式，计算设计枯水年水电站的出力和发电量，以及供水期平均出力。
水库水位容积曲线
下游水位流量关系曲线
设计枯水年入库径流资料。
电气工程中的水力发电与水能利用
电气工程中的水力发电与水能利用在电气工程领域，水力发电是一种常见且重要的能源利用方式。
通过利用水能的转换，将水的动能转化为电能。
本文将探讨水力发电的原理、分类以及水能的其他利用方式。
一、水力发电的原理水力发电的基本原理是利用水的能量转变为机械能，再通过发电机转化为电能。
这一过程需要建设水坝、水轮机、发电机组等设施。
1. 水坝：水坝是水力发电的重要基础设施，主要用于拦截河流水流，形成水库，以储存水能。
2. 水轮机：水流经过水轮机转动叶轮，叶轮带动轴转动，将水的动能转化为机械能。
3. 发电机组：水轮机带动的轴通过传动装置连接到发电机，发电机将机械能转化为电能。
二、水力发电的分类根据水流的性质以及发电方式的不同，水力发电可分为以下几种类型：1. 水库式水力发电：通过建设大型水库，调节水流的流量和压力，提高发电效率。
具有储水功能，适用于长时间稳定发电。
2. 引水式水力发电：水流通过水管或隧道引至下游的水轮机组。
常见的类型有引力式引水发电、压力式引水发电等。
适用于河流水位变化较大的地区。
3. 潮汐式水力发电：利用潮汐的涨落差，通过建设潮汐发电站，将潮汐能转化为电能。
适用于临海地区。
4. 波浪式水力发电：利用波浪的起伏运动，通过浮标、浮筒等设备将波浪能转化为电能。
三、水能的其他利用方式除了水力发电，水能还可以用于其他领域的利用，促进可持续发展和能源转型。
1. 水能利用于取暖：利用地下水或湖泊水温差，通过热泵等设备将水能转化为热能，供应取暖和热水。
2. 水能利用于冷却：通过水冷却系统，利用水的高热容量，将工业设备、发电设备等的余热转移到水中，实现冷却效果。
3. 水能利用于灌溉：利用水能提供农田灌溉水源，增加农田产量，提高农业生产效率。
4. 水能利用于海水淡化：通过海水淡化设备，将海水转化为淡水资源，解决沿海地区缺水问题。
结论水力发电是电气工程中的重要组成部分，通过合理利用水能资源，可以为社会提供清洁、可再生的能源。
水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
▪ 目的：
在规划设计阶段，假定若干个水库正常蓄水位方案， 为最终确定电站规模提供依据；
在运行阶段，根据水电站及水库的实际运行情况，计算水 电站在各时段的出力和发电量，以便确定电力系统中各电站 的合理运行方式。
2
一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
▪基本资料：
特性曲线——水库面积曲线和水库容积曲线； 水文资料——坝址断面的 、洪水及流域的降雨、蒸发等资料； 用水资料——发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料；
一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
▪ 内容：
水能计算主要是确定水电站的动能指标——保证出力 和多年平均年发电量，及其相应的主要参数——装机容量 和水库的正常蓄水位。
水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的重要环 节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能计算。
1
一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
（2） 水能计算原理推导
E1
(Z1
P1 r
1v12 2g
)W
E2
(Z2
P2 r
)W 2v22
2g
E12 E1 E2 (Z1 Z2 )W HW (kg.m)
N
E12 T
WH
T
QH(kg.m/ s)
图11-1 河段内蕴藏水能示意图
N＝9.81QH (kw)
9
二、水能利用的原理及开发方式
理论值 实际值
2.电力用户按其重要性可分为一级、二级和三级。
二、电力负荷图
日负荷图：负荷在一昼夜内的变化过程线。 年负荷图：负荷在一年内的变化过程线。
（一）日负荷图（图5-2） 特征值：最大负荷N〃 、平均负荷N、最 小负荷N′。
21
基荷指数： N ' / N
在规划设计阶段，假定若干个水库正常蓄水位方案， 为最终确定电站规模提供依据；
在运行阶段，根据水电站及水库的实际运行情况，计算水 电站在各时段的出力和发电量，以便确定电力系统中各电站 的合理运行方式。
2
一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
▪基本资料：
特性曲线——水库面积曲线和水库容积曲线； 水文资料——坝址断面的 、洪水及流域的降雨、蒸发等资料； 用水资料——发电、灌溉、航运、环境卫生等综合用水资料；
一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
▪ 内容：
水能计算主要是确定水电站的动能指标——保证出力 和多年平均年发电量，及其相应的主要参数——装机容量 和水库的正常蓄水位。
水电站的保证出力和发电量计算，是水能计算的重要环 节、故通常又将保证出力和发电量计算称为水能计算。
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一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料
（2） 水能计算原理推导
E1
(Z1
P1 r
1v12 2g
)W
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(Z2
P2 r
)W 2v22
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E12 E1 E2 (Z1 Z2 )W HW (kg.m)
N
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QH(kg.m/ s)
图11-1 河段内蕴藏水能示意图
N＝9.81QH (kw)
9
二、水能利用的原理及开发方式
理论值 实际值
2.电力用户按其重要性可分为一级、二级和三级。
二、电力负荷图
日负荷图：负荷在一昼夜内的变化过程线。 年负荷图：负荷在一年内的变化过程线。
（一）日负荷图（图5-2） 特征值：最大负荷N〃 、平均负荷N、最 小负荷N′。
21
基荷指数： N ' / N
第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
10 85 12 92 150 -77 — -2.023 — 0 23.755 21.732 179.56 178.78 179.17 117.00 62.17 0.85 7.78 5679
11 70 10 125 154 -94 — -2.469 — 0 21.732 19.263 178.78 171.72 178.25 117.25 61.00 0.85 7.83 5716
Байду номын сангаас
•
在进行水能计算时，除考虑水资源综合利用各部 门在各个时期所需的流量和水库水位变化等情况外 ，尚须考虑水电站的水头以及水轮发电机组效率等 的变化情况。 • 水电站的出力N的计算公式： N=9.81ηQH=AQH （5-1） • 式中： 在初步估算时，可根据水电站规模的大小采用下列 3/s）； Q —— 通过水电站水轮机的流量（ m 近似计算公式 H—— 水电站的净水头，为水电站上、下游水位 ⑴大型水电站（ N>25万kW ）， N=8.5QH（ kW ） 之差减去各种水头损失（ m ）； ⑵中型水电站（ N=2.5~25万 kW ）， η——水电站效率，它 <1, η机、发 N=（8~8.5） QH （等于水轮机效率 kW ） 电机效率η电及机组传动效率 η传的乘积。 ⑶小型水电站（ N<2.5万kW ）， N=（6.0~8.0） QH （kW） （5-2）
（二）无调节及日调节水电站保证出力计算 • 计算原理与年调节水电站保证出力的计算相 似，但须采用历时（日）保证率公式进行统计 ，可根据实测日平均流量值及相应水头，算出 各日平均出力值，然后按其大小次序排列，绘 制其保证率曲线，相应于设计保证率的日平均 出力，即为所求的保证出力值N保。 （三）多年调节水电站保证出力计算 • 计算方法与年调节水电站保证出力基本相同 ，可对实测长系列水文资料进行兴利调节与水 能计算来求得。简化计算时，可以设计枯水系 列的平均出力作为保证出力值N保。
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三、电力系统及容量组成
电力负荷图 电力负荷：电力用户对电力系统提出的出力要求。
基荷：日最小负荷水平线以下的部分， 一天内不变； 峰荷：日平均负荷以上部分，各时刻变 动； 腰荷：峰、基之间的负荷。 日平均负荷率：γ=N/Nmax 日最小负荷率：β=Nmin/Nmax γ、β是反映日负荷图均衡程度的指 标，该值越小,越不均衡。 年负荷图：负荷在一年内的变化过程
2 2 ⎡ ⎤ p 2 a 2 v2 p1 a1v1 ) − ( z2 + ) − h w ⎥γW = E1 − E 2 = ⎢( z1 + + + γ 2g γ 2g ⎣ ⎦
条件：水流为恒定流，可以认为
p1 / γ = p2 / γ = 0,
则
a1v1 / 2 g = a2 v2 / 2 g
2
2
－
0 23.755 21.732 179.56 178.78 179.17 117.00 62.17 0.85 7.78 5679
－
0 21.732 19.263 178.78 171.72 178.25 117.25 61.00 0.85 7.83 5716
－
0 19.263 18.479 177.72 176.32 177.02 117.50 59.52 0.85 7.89 5760
三峡工程电能介绍
三峡水库将淹没陆 地面积632平方公 里，涉及重庆市、 湖北省的20个县 （市）。淹没区居 住的总人口为 84.41万人。考虑 到建设期间内的人 口增长和二次搬迁 等其它因素，三峡 水库移民安置的动 态总人口将达到 113万人。
三、电力系统及其容量组成
三、电力系统及容量组成
水库水 位（m） 168 库容 3.71 3 （亿m ） 170 6.34 172 9.14 174 176 178 180
12.20 15.83 19.92 25.20
二、水能计算的基本方程和主要 方法
表1
流量 130 （m3/s） 下游水 115.28 位（m）
水库水位与库容的关系
140 116.22 150 117.00 160 117.55 170 118.06 180 118.50
水电站的发电量
水电站的出力与相应时间的乘积（P128）。
现取一个段面，研究断面1－1及断面2－2断面的能量变化情 况。根据水力学的伯努里方程，其能量方程应表达为如下形 式： 2 2
a1v1 p 2 a 2 v2 z1 + + − H t = z2 + + + hw 2g 2g γ γ
p1
E1− 2
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（6）：第（10）行为汛期水库蓄到Z蓄的弃水量。第（11）项为 时段初的水库蓄水量。本例在汛期末（8月底）蓄到正常蓄水位 180.0m,其相应蓄水量为25.20亿m3. （7）第（15）项有平均上游水位Z=(Z初＋Z末)/2。第（16）项月 平均下游水位由水电站下游水库流量关系曲线求得。见表2。 （8）第（19）项月平均出力N＝9.81η QH （9）第（20）项水电站月发电量E＝730N
4、 水电站在调度上更加 复杂
四、水电站在电力系统中的运行方式
1、 定义：所谓工作方式是指各电站在电力系统日、年 负荷图上的位置。 2、 工作方式的确定： A、无调节电站：基荷工作，可充分利用天然径流。 B、有调节水电站（蓄水式）： a、枯季：峰荷工作，用水库调蓄不多的水量； b、汛期：基荷工作，可充分利用天然径流； c、枯、汛之间：腰荷工作。 C、其余情况由火电补充。 水电站丰水年在基、腰荷的工作时间更长，枯水年在峰荷 工作的时间更长。图（枯、汛、其它）
平均流量值及其相应水头，算出各日平均出力值，然后按其 大小次序排列，绘制其保证率曲线，相应于设计保证率的日 平均出力，即为所求的保证出力值。 代表年法：选择设计枯水年、设计平水年和设计丰水年来 进行计算，将这3个设计代表年的日平均流量统一分组，并统 计其各组流量出现日 累积出现日数，然后按长系列法相同 的步骤来计算保证出力。
N = kqH= f(q,Z上， Z下)
Z 下 = a0 q
n
二、水能计算的基本方程和主要 方法
例：某水电站的正常蓄水位高程180m,某年天然来水量 Q天 各种流量损失 Q损 ，下游各部门用水 Q用 流量和发电需 要流量 Q电 ，分别见下表3第（2）～（3）行。此外，水 库水位与库容的关系，见表1，水库下游水位与流量的关 系，见表2。 表1 水库水位与库容的关系
1、火电站。不受来水条件 的限制，只要燃料充分， 全部装机均可用；水电站 出力和发电量随天然径流 情况而变化。
2、 火电站有最小出力限制，机组
启动较费时，加载过程亦慢；水电 站主要设备水轮机具有启动快，增 减负荷灵活，自动 化程度高的特 性，能应付负荷的剧烈变换。
3、火电站建设不受地形 条件的限制，电站本 身投资小；水电站施 工受地形限制，施工 期长运 行费用和成本 比火电低，但基建投 资大。
水能计算及水电站 运行方式
第四讲
提 纲
一、水能计算的目的与内容 二、水能计算的基本方程和主要方法 三、电力系统及其容量组成 四、水电站在电力系统中的运行方式 五、无调节和日调节水电站的水能计算
一、相关基本概念
水电站的出力
N = 9.81ηQH = AQH H = Z上－Z下－∆h
发电机组的出线段送出的功率（P127）。
1、电力系统 电力生产特点：电能难以储存、电力的发、供、用 是同时进行的。系统：火电、水电、核电、风电
表1 中国发电装机容量时间变化表
1987 1994 2004 装机 容量
单位：亿千瓦
2006装机达6.2亿千瓦
火电 4.844
77.82%
水电 1.285
20.67%
核电 0.0685
1.10%
风力 0.0187
长系列法
长系列法通常工作量大。为了简化计算，由大到小将日平均流 量分组，并统计其出现日数和累计出现日数，再分组流量的平 均值来计算出推求保证出力。
日平 均流 量分 组 (m3/ s) 180 以上
150－ 180
分组 出现 日流 日数 量平 (d) 均值 (m3/s) 180 以上 165 ….. 15以 下 595 492 ….. 5
万KW.H
水电站出力及发电量计算
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 9 115 20 100 150 -55 10 85 12 92 150 -77 11 70 10 125 154 -94 12 62 9 60 159 -106 ……… ……… ……… ……… ……… ………
月
m3/s
负荷
火电站工作容量
火电站
弃水
水电站装机容量 水电站
无调节水电站设计枯水年系统中的工作情况
五、无调节和日调节水电站的水能计算
1、保证出力：水电站在多年运行期间为电力系统提 供具有一定保证率的电能称为保证出力，是电站在 设计枯水段内的平均出力，用Np表示。 2、计算方法：长系列法和代表年法。 长系列法：采用历时（日）保证进行统计，可根据实测日
二、水能计算的基本方程和主要 方法
（3）结合以上两者特点: 落差一部分由筑坝形成， 一部分由引水建筑物产生。
优点：规模小，工程 优点：规模小，工程 造价较低，常可获得 造价较低，常可获得 较大落差。 较大落差。 缺点： 缺点： 发电量相对较少。 发电量相对较少。
三峡工程电能介绍
三峡水电站采用坝后式布置方案，共设有左、右两组 厂房。共安装26台水轮发电机组，其中左岸厂房14 台，右岸厂房12台。水轮机为混流式，机组单机额定 容量70万千瓦。三峡水电站总装机容量1820万千瓦， 年平均发电量846.8亿千瓦时。
(7)
(8) (9) (10) (11) (12) (13) (14)
－
-1.445
－
-2.023
－
-2.469
－
-2.784
………
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
亿 m3
－
0 25.200 23.755 180.00 179.56 179.78 117.00 62.78 0.85 7.85 5731
m
(15) (16) (17) (18) (19) (20)
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（1）汛期中如来水流量变化很大，应以旬或日为计算时段。本 例汛期以月为计算时段，第（1）行为计算时段。 （2）本算例中9月份进入水库供水期。各种流量损失包括水库水 面蒸发和库区渗漏损失以及上游灌溉引水和船闸用水等项。 （3）第（3）行为下游各部门用水流量，如不超过发电流量，则 下游用水要求可充分满足，否则进行调整和协调。 （4） ：（6）＝（2）－（3）－（5），负值表示水库供水；正 值表示水库蓄水。 （5）第（8）行为水库供水量。△W＝ △Q*t,如9月份： △W＝（－55）＊30.4＊24＊3600=－1.445亿m3 负值表示水库供水，正值表示水库蓄水。
三、电力系统及容量组成
系统最大负荷 系统 备用容量ຫໍສະໝຸດ 系统 重复容量 系统最大工作容量
系统必需容量
系统总装机容量
水电站装机容量
火电站 装机容量
水电站 重复容量
水电站必需容量
三、电力系统及容量组成
电力系统的容量组成
为保证电力系统中各用户用电，电力系统必须满足的两个 条件：
累计 出现 日数 (d)
频率 （保 证率 %）
保证 时间 t=87 60(h)
生物质 0.0066
0.11%
1
2
4
三、电力系统及容量组成
电力负荷图 电力负荷：电力用户对电力系统提出的出力要求。
基荷：日最小负荷水平线以下的部分， 一天内不变； 峰荷：日平均负荷以上部分，各时刻变 动； 腰荷：峰、基之间的负荷。 日平均负荷率：γ=N/Nmax 日最小负荷率：β=Nmin/Nmax γ、β是反映日负荷图均衡程度的指 标，该值越小,越不均衡。 年负荷图：负荷在一年内的变化过程
2 2 ⎡ ⎤ p 2 a 2 v2 p1 a1v1 ) − ( z2 + ) − h w ⎥γW = E1 − E 2 = ⎢( z1 + + + γ 2g γ 2g ⎣ ⎦
条件：水流为恒定流，可以认为
p1 / γ = p2 / γ = 0,
则
a1v1 / 2 g = a2 v2 / 2 g
2
2
－
0 23.755 21.732 179.56 178.78 179.17 117.00 62.17 0.85 7.78 5679
－
0 21.732 19.263 178.78 171.72 178.25 117.25 61.00 0.85 7.83 5716
－
0 19.263 18.479 177.72 176.32 177.02 117.50 59.52 0.85 7.89 5760
三峡工程电能介绍
三峡水库将淹没陆 地面积632平方公 里，涉及重庆市、 湖北省的20个县 （市）。淹没区居 住的总人口为 84.41万人。考虑 到建设期间内的人 口增长和二次搬迁 等其它因素，三峡 水库移民安置的动 态总人口将达到 113万人。
三、电力系统及其容量组成
三、电力系统及容量组成
水库水 位（m） 168 库容 3.71 3 （亿m ） 170 6.34 172 9.14 174 176 178 180
12.20 15.83 19.92 25.20
二、水能计算的基本方程和主要 方法
表1
流量 130 （m3/s） 下游水 115.28 位（m）
水库水位与库容的关系
140 116.22 150 117.00 160 117.55 170 118.06 180 118.50
水电站的发电量
水电站的出力与相应时间的乘积（P128）。
现取一个段面，研究断面1－1及断面2－2断面的能量变化情 况。根据水力学的伯努里方程，其能量方程应表达为如下形 式： 2 2
a1v1 p 2 a 2 v2 z1 + + − H t = z2 + + + hw 2g 2g γ γ
p1
E1− 2
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（6）：第（10）行为汛期水库蓄到Z蓄的弃水量。第（11）项为 时段初的水库蓄水量。本例在汛期末（8月底）蓄到正常蓄水位 180.0m,其相应蓄水量为25.20亿m3. （7）第（15）项有平均上游水位Z=(Z初＋Z末)/2。第（16）项月 平均下游水位由水电站下游水库流量关系曲线求得。见表2。 （8）第（19）项月平均出力N＝9.81η QH （9）第（20）项水电站月发电量E＝730N
4、 水电站在调度上更加 复杂
四、水电站在电力系统中的运行方式
1、 定义：所谓工作方式是指各电站在电力系统日、年 负荷图上的位置。 2、 工作方式的确定： A、无调节电站：基荷工作，可充分利用天然径流。 B、有调节水电站（蓄水式）： a、枯季：峰荷工作，用水库调蓄不多的水量； b、汛期：基荷工作，可充分利用天然径流； c、枯、汛之间：腰荷工作。 C、其余情况由火电补充。 水电站丰水年在基、腰荷的工作时间更长，枯水年在峰荷 工作的时间更长。图（枯、汛、其它）
平均流量值及其相应水头，算出各日平均出力值，然后按其 大小次序排列，绘制其保证率曲线，相应于设计保证率的日 平均出力，即为所求的保证出力值。 代表年法：选择设计枯水年、设计平水年和设计丰水年来 进行计算，将这3个设计代表年的日平均流量统一分组，并统 计其各组流量出现日 累积出现日数，然后按长系列法相同 的步骤来计算保证出力。
N = kqH= f(q,Z上， Z下)
Z 下 = a0 q
n
二、水能计算的基本方程和主要 方法
例：某水电站的正常蓄水位高程180m,某年天然来水量 Q天 各种流量损失 Q损 ，下游各部门用水 Q用 流量和发电需 要流量 Q电 ，分别见下表3第（2）～（3）行。此外，水 库水位与库容的关系，见表1，水库下游水位与流量的关 系，见表2。 表1 水库水位与库容的关系
1、火电站。不受来水条件 的限制，只要燃料充分， 全部装机均可用；水电站 出力和发电量随天然径流 情况而变化。
2、 火电站有最小出力限制，机组
启动较费时，加载过程亦慢；水电 站主要设备水轮机具有启动快，增 减负荷灵活，自动 化程度高的特 性，能应付负荷的剧烈变换。
3、火电站建设不受地形 条件的限制，电站本 身投资小；水电站施 工受地形限制，施工 期长运 行费用和成本 比火电低，但基建投 资大。
水能计算及水电站 运行方式
第四讲
提 纲
一、水能计算的目的与内容 二、水能计算的基本方程和主要方法 三、电力系统及其容量组成 四、水电站在电力系统中的运行方式 五、无调节和日调节水电站的水能计算
一、相关基本概念
水电站的出力
N = 9.81ηQH = AQH H = Z上－Z下－∆h
发电机组的出线段送出的功率（P127）。
1、电力系统 电力生产特点：电能难以储存、电力的发、供、用 是同时进行的。系统：火电、水电、核电、风电
表1 中国发电装机容量时间变化表
1987 1994 2004 装机 容量
单位：亿千瓦
2006装机达6.2亿千瓦
火电 4.844
77.82%
水电 1.285
20.67%
核电 0.0685
1.10%
风力 0.0187
长系列法
长系列法通常工作量大。为了简化计算，由大到小将日平均流 量分组，并统计其出现日数和累计出现日数，再分组流量的平 均值来计算出推求保证出力。
日平 均流 量分 组 (m3/ s) 180 以上
150－ 180
分组 出现 日流 日数 量平 (d) 均值 (m3/s) 180 以上 165 ….. 15以 下 595 492 ….. 5
万KW.H
水电站出力及发电量计算
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 9 115 20 100 150 -55 10 85 12 92 150 -77 11 70 10 125 154 -94 12 62 9 60 159 -106 ……… ……… ……… ……… ……… ………
月
m3/s
负荷
火电站工作容量
火电站
弃水
水电站装机容量 水电站
无调节水电站设计枯水年系统中的工作情况
五、无调节和日调节水电站的水能计算
1、保证出力：水电站在多年运行期间为电力系统提 供具有一定保证率的电能称为保证出力，是电站在 设计枯水段内的平均出力，用Np表示。 2、计算方法：长系列法和代表年法。 长系列法：采用历时（日）保证进行统计，可根据实测日
二、水能计算的基本方程和主要 方法
（3）结合以上两者特点: 落差一部分由筑坝形成， 一部分由引水建筑物产生。
优点：规模小，工程 优点：规模小，工程 造价较低，常可获得 造价较低，常可获得 较大落差。 较大落差。 缺点： 缺点： 发电量相对较少。 发电量相对较少。
三峡工程电能介绍
三峡水电站采用坝后式布置方案，共设有左、右两组 厂房。共安装26台水轮发电机组，其中左岸厂房14 台，右岸厂房12台。水轮机为混流式，机组单机额定 容量70万千瓦。三峡水电站总装机容量1820万千瓦， 年平均发电量846.8亿千瓦时。
(7)
(8) (9) (10) (11) (12) (13) (14)
－
-1.445
－
-2.023
－
-2.469
－
-2.784
………
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
亿 m3
－
0 25.200 23.755 180.00 179.56 179.78 117.00 62.78 0.85 7.85 5731
m
(15) (16) (17) (18) (19) (20)
二、水能计算的基本方程和主要 方法
解：
（1）汛期中如来水流量变化很大，应以旬或日为计算时段。本 例汛期以月为计算时段，第（1）行为计算时段。 （2）本算例中9月份进入水库供水期。各种流量损失包括水库水 面蒸发和库区渗漏损失以及上游灌溉引水和船闸用水等项。 （3）第（3）行为下游各部门用水流量，如不超过发电流量，则 下游用水要求可充分满足，否则进行调整和协调。 （4） ：（6）＝（2）－（3）－（5），负值表示水库供水；正 值表示水库蓄水。 （5）第（8）行为水库供水量。△W＝ △Q*t,如9月份： △W＝（－55）＊30.4＊24＊3600=－1.445亿m3 负值表示水库供水，正值表示水库蓄水。
三、电力系统及容量组成
系统最大负荷 系统 备用容量ຫໍສະໝຸດ 系统 重复容量 系统最大工作容量
系统必需容量
系统总装机容量
水电站装机容量
火电站 装机容量
水电站 重复容量
水电站必需容量
三、电力系统及容量组成
电力系统的容量组成
为保证电力系统中各用户用电，电力系统必须满足的两个 条件：
累计 出现 日数 (d)
频率 （保 证率 %）
保证 时间 t=87 60(h)