水电站水能计算
水利资源计算 水电站水能计算
=
V - V1
V1 + Q = V + q t 2 t 2
q N V + q t 2
出力
落差
发电流量
下游 水位
（104Kw) （m） （m3/s) （m）
6.4
49 157.4 191.86
52 148.3 191.80
55 140.2 191.75
58 132.9 191.70
61 126.4
6.6
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2
功率 出力(output) N
1 P1 Z1
V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
1 2
河段的潜在水能
N1-2=
E1-2 T
g
=
WH T
1-
2
=γQH1-2
(牛顿·米/秒)
1千瓦=1000牛顿·米/秒， γ=1000×9.81N/m3
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
有压引水式水电站 • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调
压室，压力水管，厂房，尾水渠。
2020年6月1日12时57分
（三）混合式水电站
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
2020年6月1日12时57分
3. 坝式开发的特点： ① 水头相对较小； ② 一般能形成蓄水库，电站引用流量大， 综合利用效益高； ③ 投资大，工期长，通常单位造价高，且 上游形成淹没区。
4. 坝式开发的适用条件： 适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件 的河段。
水电站水能计算程序
水电站水能计算程序1.物理参数输入：用户输入水电站所在地的水资源情况，包括河流水流量、水头高度、水位变化等。
同时还需要输入水电站的设计参数，如装机容量、效率等。
2.水流数据处理：根据用户输入的水流量和水位变化数据，对水流数据进行处理。
可以采用统计学方法对过去一段时间的水流数据进行分析，计算出平均水流量和极值水流量等。
3.水头计算：水头是水电站的重要参数，影响着水电站的发电效率。
根据用户输入的水位变化数据，计算出实时的水头值。
同时，还可以根据不同的水位变化情况，评估水头变化对发电效果的影响。
4.发电量计算：根据水头值、水流量和发电机组的设计效率等参数，计算出水电站的实际发电量。
可以根据用户输入的时间段和发电机组的工作状态，计算出发电量的变化趋势，为后续发电计划提供参考。
5.能力分析：通过对水电站的发电量进行分析，评估水电站的发电能力。
可以根据实际发电情况和设计参数，计算出水电站的利用率、负荷率等指标，评估水电站的运行效果。
6.压力计算：水电站在发电过程中需要克服水流对发电机组的压力，因此需要计算出水电站所承受的压力。
根据水位变化和水流量等参数，计算出水电站的压力值，并进行分析和比较。
7.故障预警：通过对水电站的水能进行长时间的监测和分析，可以对发电机组的运行状态进行监测，并实时判断是否存在潜在的故障风险。
通过设定合理的故障预警指标，可以及时采取措施避免发电机组的故障发生。
8.可行性分析：对于新建水电站的设计和规划，通过对水能计算程序的运行结果进行分析，评估水电站的可行性。
可以对不同的方案进行比较，选择最优的方案。
水能计算程序的开发需要基于专业的水力学和发电理论，并结合实际水电站的参数进行优化和调整。
通过合理利用水能计算程序，可以提高水电站的发电效率，降低运营成本，实现可持续发展。
水电机组水能利用率计算公式
水电机组水能利用率计算公式摘要：I.引言- 介绍水电机组水能利用率的概念II.水电机组水能利用率计算公式- 公式推导- 公式说明III.影响水能利用率的主要因素- 水源条件- 机电设备- 运行管理IV.提高水能利用率的方法- 优化水资源配置- 更新机电设备- 提高运行管理水平V.结论- 总结水电机组水能利用率的重要性- 强调提高水能利用率的意义正文：水电机组水能利用率计算公式是评估水电机组运行效率的重要指标，对于理解水能资源的利用状况具有重要意义。
根据所提供文本，本文将详细介绍水电机组水能利用率计算公式，并分析影响水能利用率的主要因素，提出提高水能利用率的方法。
首先，水电机组水能利用率计算公式如下：水能利用率= （水轮机实际出力× 实际发电量）/（水轮机理论出力× 水源流量× 水电厂发电时间）其中，水轮机实际出力是指水电机组在实际运行过程中产生的实际功率；实际发电量是指水电机组在一定时间内实际发出的电能；水轮机理论出力是指水电机组在设计条件下应产生的理论功率；水源流量是指水电厂的可用水量；水电厂发电时间是指水电厂在一定时间内实际发电的时间。
影响水能利用率的主要因素包括水源条件、机电设备和运行管理。
水源条件是指水电厂可用的水量、水质、水温等因素，这些因素会影响水轮机的出力。
机电设备是指水电机组及其辅助设备，如水轮机、发电机、变压器等，这些设备的性能直接影响水能利用率。
运行管理是指水电机组的调度、维护、管理等，合理的运行管理可以提高水能利用率。
提高水能利用率的方法包括优化水资源配置、更新机电设备和提高运行管理水平。
优化水资源配置是指合理调度水源，使水电厂能够在最佳状态下运行。
更新机电设备是指及时更换性能下降的设备，提高设备的运行效率。
提高运行管理水平是指通过科学的管理方法，合理调度水电机组，提高水能利用率。
水电机组水能利用率计算公式
水电机组水能利用率计算公式
水能利用率是指水电机组对流经机组的水能所实现的能量转换效率，
是衡量水电机组工作性能的重要指标之一、水能利用率的计算可根据以下
公式进行：
水能利用率=（发电机组输出电能）/（流经机组的水能）
其中，发电机组输出电能可以通过电量计进行测量，流经机组的水能
可以通过水流速度和水流量计进行测量。
在计算水能利用率时，首先需要确定流经机组的水能。
水能是指水流
动所具有的能量，在水电机组中主要来自于水流的动能。
水流动能的大小
主要取决于水流速度和水流量。
水流速度是指单位时间内水流通过的距离，可以通过测量水流通过的时间和流经机组的距离来计算。
水流量则是指单
位时间内流经机组的水的体积，可以通过流量计进行测量。
流经机组的水能可以通过以下公式计算：
流经机组的水能=（水流速度）^2×（水流量）×0.5×（水流密度）其中，水流密度是指水的密度，可以根据环境温度和压力来计算。
发电机组输出电能可以通过电量计进行测量，电量计可以记录发电机
组生成的电能的总量。
利用以上公式，可以计算出水能利用率。
水能利用率的计算结果一般
用百分比表示，即将计算出的结果乘以100，得到一个百分比值。
水能利用率的计算可以帮助评估水电机组的工作效率，优化机组运行
和设计，提高水能利用率，减少能源浪费，提高电网供电能力。
水利资源计算水电站水能计算
水利资源计算水电站水能计算水电站水能计算是指根据水流量和水头的大小，计算水电站所能利用的水能。
水能是指水流具有的动能和重力势能，可以转化为机械能和电能。
水电站水能计算主要包括两个方面，一是水流量计算，二是水头计算。
水流量计算是指计算单位时间内通过水电站的水的流量。
水流量的计算常采用测流仪器进行实测或间接推算。
常用的方法有流速-断面法、闸门耐用法、容量法等。
流速-断面法是通过测量水流速度和流过断面的横截面积，计算出水流量。
测量时，通常采用流速仪器，如流速计或超声波流速仪。
流量计算公式为：Q=V×A，其中Q为单位时间内通过的水流量，V为水流速度，A为横截面积。
闸门耐用法是通过测量闸门的开启时间和闸门的开度，再结合实测的闸门流速，计算出单位时间内通过的水流量。
计算公式为：Q=K×h×B×T，其中Q为单位时间内通过的水流量，K为闸门流速系数，h为闸门水头，B为闸门的宽度，T为闸门的开启时间。
容量法是根据水库库容和泄洪量来计算水流量。
它首先要计算库容曲线，即根据水位-库容关系，确定各个水位对应的库容。
然后通过监测库容变化，来计算单位时间内的泄洪量。
计算公式为：Q=∆V/∆t，其中Q为单位时间内通过的水流量，∆V为单位时间内库容的变化量，∆t为时间。
水头计算是指计算水电站的水头，即水位能和水压能的总和。
水头的计算方式有两种，一种是通过水位差计算，一种是通过水压计算。
水位差计算是根据上游水位和下游水位的差值，计算水头。
计算公式为：H=H1-H2，其中H为水头，H1为上游水位，H2为下游水位。
水压计算是通过测量上游水位和下游水位之间的水压差，计算水头。
计算公式为：H=K×h，其中H为水头，K为水压系数，h为水压差。
水电站水能计算对于水电站的设计、建设和运行管理非常重要，它能够帮助确定水电站的装机容量和发电能力，并对水资源进行合理规划和利用。
通过准确计算水能，可以提高水电站的发电效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
第三章 水电站水能计算
水电站水能计算
第一节 水能计算的基本方程和主要方法 第二节 电力系统及其容量组成 第三节 水电站水库消落深度、保证出力 和多年平均发电量 第四节 水电站装机容量选择 第五节 水电站水库调度图 第六节 无调节水电站水能计算 第七节 抽水蓄能电站简述
2013年7月20日1时19分
第一节 水能计算的基本方程和主要方法
2 河段的潜在水能
E1—2 = E1 - E 2 = γ W ( Z 1 - Z 2 +
2013年7月20日1时19分
P1 - P2 γ
+
a 1V12 - a 2V22
2g
)
a 1V 2 - a 2V 2 1 2
2g
0
1
V1 V2
E1-2=γ·W·H1-2（牛顿· 米）
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·H1-2 t·
2、保证出力计算（长系列法） 对于每一个死水 位方案，都可通过长 系列操作，求出相应 的保证出力值(或保证 电能值)，并点绘出死 水位与保证电能关系 曲线。 当水电站受最大消落深度限制和其他用水部门 要求所允许的死水位在极点下面时，则EP和死水位 选在极点处，可提供的Ep为最大。当所允许死水位 在极点之上时，就选定该死水位和其相应的保证电 能。
2013年7月20日1时19分
（三）混合式水电站
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。
2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建 库条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时， 采用混合式开发较经济。 我国四川狮子滩、福建古田溪、东北镜泊湖 等属于混合式开发方式。
2013年7月20日1时19分
第三节
水电站水库消落深度、保证出力 和多年平均电能计算
第十四章 水电站水能计算
c、经过以上逐时段演算至供水期末时，若此时水位为死 水位，则计算结束；否则，重新假定出力N0，返回步骤a 进行 大循环计算。 实例
2)等流量调节方式水能计算方法 a、根据设计枯水年入库径流资料，用已知的兴利库容V兴 求调节流量，作为水电站的发电流量q； 供水期的调节流量 蓄水期的调节流量 b、利用入库流量与水电站发电流量作为来、用水资料， 按列表法进行枯水年或枯水年组水能计算。 已知q，求N=? N=AqH=Aq(Z上-Z下) (Q-q)△t=V2-V1 Q q △t V1
NP
P设 P t
4）水位变化不大的无调节水电站，可采用更简单的方法: 由设计保证率在日平均流量频率曲线（图14-8）上查取设 计发电流量QP；再由公式NP=AQPHP=AQP(Z上-Z下-H)计算水电站 的日平均保证出力。 2 代表年法 为了简化计算，可用代表年法进行水能计算。其步骤：
①选择3个设计代表年：设计枯水年(P设)、设计中水年(P 中=50%)。设计丰水年(P丰=1-P设)。
二 多年平均发电量的计算（E年）
1 概念
指水电站年发电量的多年平均值。 2 在水文资料丰富情况下
由前面的计算，可得到无(日)调节水电站的日平均出力历 时曲线。其下包面积，即为天然水量的多年平均发电量。由于 受机组出力的限制，天然流量无法完全利用。实际多年平均发 电量取决于电站的装机容量。 装机容量与多年平均发电
b、将N(i)（i =1,2,…,n）由大到小排序，计算经验频率 P(i)，绘制日(旬)平均出力频率曲线；见右下图。 c、由设计保证率P推求NP. 对于无调节水电站，设计 保证率常用P历时。 NP N
P设
P
2）简化算法
将历年日平均流量由大到小分组，统计其出现日数和累计 出现日数，再按分组流量的平均值来计算出力和推求保证出力 NP。计算公式如下：
水电站水能计算
（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。
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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。
第六部分
水能计算的基本方法
六、水能计算的基本方法
确定水电站动能指标的计算，称为水能计算。水能 计算的目的，在规划设计阶段，为了选择水电站及 水库的主要参数，需假定若干个水库正常蓄水位方 案，计算各方案的水电站动能指标，为最终确定电 站规模提供依据；在运行阶段，由于水电站及水库 的主要参数（正常蓄水位、死水位和装机容量）已 定，则需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 统中各电站的合理的运行方式。
其余月份为不蓄不供期，水电站按天然流量发电，即水电站引用流量等于入 库流量 。
六、水能计算的基本方法
2、按等流量调节方式的水能计算方法
三、水能资源开发方式
➢开发利用水能时要解决的基本问题是集中落差和 调节流量。 ➢水能开发方式或者叫水电站开发方式，就集中落 差的措施而言，有坝式、引水道式和混合式三种 基本方式
三、水能资源开发方式
1、坝式（蓄水式）水电站
坝式水电站按其建筑物的布置特点，又可分为河床式、坝后式、坝内式等类型
1.起重机 2.主机室 3.发电机 4.水轮机 5.蜗壳 6.尾水管 7.尾水平台 8.尾水导墙 9.泄洪闸门 11.溢流坝 12.主坝 13、闸墩
年平均发电量、装机容量及年利用小时数。
tn
N
E N(t)dt
t1
n
E Nit i 1
E Δt
t1
ti ti-1
tn
t（h）
符合水电站设计保证率要求的一定临界期的平均出力称为保证出 力，由它决定水电站承担电力系统基荷的工作容量，为可靠性指 标或容量效益指标。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，为经济性指标，或电量效益指 标。这两项指标都是水电站的重要动能指标。
汛限水位
汛期兴利蓄水允许达到 的最高水位，设计条件 下水库防洪的起调水位。
死水位
水库在正常运用情况下， 允许消落到的最低水位。
调洪库容 防洪库容 兴总利库库容容
死库容
一、水库及其特性
3、水库的特征水位及其相应库容
水库规模最主要指标——总库容
总库容< 0.01亿 m3 ——小II 型水库
< 0.1亿 m3
再者，能量损失 ，η=η水机η传动η电机 N=9.81ηQH净 N=K QH净
根据水电站规模的大小，一般对大型水电站取K=8.5；中型水电 站K=8.0 8.5；小型水电站K=6.0 7.5。
五、水电站生产过程及动能指标
2、主要动能指标及其含义
水电站主要动能指标是指符合设计保证率的保证出力、多
分级的一般原则是：尽量减少级数，每级集中尽可能大的水头； 拟定各级水库的正常蓄水位时，应尽量使上下梯级之间相互衔 接，以充分利用河流的落差；各级水库位置和库容的安排应与 它控制的来水有较好的配合；避免过多的水库淹没。
四、河流水能资源的梯级开发
在拟定的河流梯级开发方案中，有一个先后开发的次序，不可能 也不必要同时修建。梯级开发方案中被选中首先开发的一个或一 批水利枢纽就叫近期工程。选择的近期工程应能满足当前迫切要 解决的综合利用要求，且技术经济指标较优越、具备一定的施工 条件等。
河床式水电站示意图
三、水能资源开发方式
坝后式水电站示意图
三、水能资源开发方式
2、引水式水电站
有压引水式和无压引水式
(a)有压引水式水电站
(b)有压引水式水电站 引水式水电站示意图
三、水能资源开发方式
3、混合式水电站
混 合 式 水 电 站 示 意 图
三、水能资源开发方式
4、其他开发方式
（一）潮汐发电
=0.0027WH (kW·h)
二、河流水能资源分析与估算
2、河川水能资源蕴藏量
构成水能资源的基本要素是流量和落差。
断面 河长L 高程 流量Q 断面间 落差 平均流量 出力N 累加 单位河长 号i (km) Z(m) (m3/s) 距l(km) H(m) Q(m3/s) (kW) ΣN(kW) 水流出力
3、水库的特征水位及其相应库容
楔形库容（动库容）
遭遇大坝校核标准洪水 时 临遭时遭，时遇，遇水达大 水下库到坝库游非的设正防常最计常洪运高标运保用水准用护坝位洪坝对前。水前象 临设时计达标到准的洪最水高时水，位坝。前 临时达到的最高水位。
正常运用条件下，兴利设 计允许能蓄到的最高水位。
校核洪水位 设计洪水位 防洪高水位 正常蓄水位
——小I型水库
<1亿 m3
——中型水库
<10亿 m3
——大II型水库
大于10亿 m3
——大I水库
大坝高程＝校核洪水位（或设计洪水位）＋浪高+安全高
一、水库及其特性
4、水库的水量损失
➢蒸发损失：水面面积扩大，水面蒸发>陆面蒸发 ➢渗透损失：水库蓄水，水位抬高，水压力的增大 ，因而产生了水库的渗漏损失 ➢结冰损失（临时损失）：冰层滞留在库岸周边
低发电引水钢管进口13m。 73.11~：现在315m运行，装机41万kW（90） ，年发电量12亿kW·h（46）。潼关河床抬高
3m (328.09m-326.6m)
一、水库及其特性
6、对生态环境等方面的影响
• 对气候的影响
• 对降水、气温、风、雾 等气象因子的影响
• 对水文的影响
• 改变下游河道的流量过程：断流、地下水位下降、自净能力下 降、水位日变幅大、水质恶化等。
• 对水体的影响
• 航运过闸、水温、水质、水面大、蒸发量大、水汽多、水雾多
• 对鱼类和生物的影响
• 洄游鱼类（鱼梯、鱼道；人工繁殖）、生态系统改变
• 对人群健康的影响
• 疾病（疟疾、血吸虫病等）、
第二部分
河流水能资源分析与估算
二、河流水能资源分析与估算
1、水能计算的基本公式
水能：河流中流动着的水流蕴藏着一定的能量。天然情况下，水能消耗 于水流的内部摩擦，克服沿程河床阻力，冲刷河床和挟带泥沙运行等方面。 采用一定的工程技术措施后，可以将水能变为电能。
E1 rW (Z1 P1 / r a1v12 / 2g)
E2 rW (Z 2 P2 / r a2v2 2 / 2g)
E12 E1 E2 r(Z1 Z2 )W rHW
(kg·m) N=9.81QH (kW) E=NT=9.81QHT (kW·h) E=NT=9.81QHT=9.81QHT/3600
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
六、水能计算的基本方法
2、按等流量调节方式的水能计算方法
表1 水位容积曲线
表2 下游水位流量关系曲线
六、水能计算的基本方法
2、按等流量调节方式的水能计算方法
解： （1）计算兴利库容 由已知 Z蓄=760m，死水位Z死=720m，查库容曲线表5-2 得出V蓄=21.4亿m3与V 死=7.9亿m3 ，则兴利库容V兴=21.4-7.9=13.5亿m3 。 （2）确定供水期及其引用流量 先假定供水期12月至4月共五个月，即，则12月至4月的天然来水量W供=457 （m3/s·月）。水电站引用流量为 Q引′ =(W供+ V兴)/T供=(457+513)/5=194(m3/s）， 与计算表中第（2）栏的天然流量对照，因为Q< Q引′，因此12月至4月为供水期。 将194 m3/s列入表中第（3）栏（12月至4月）。 （3）确定蓄水期及其引用流量 类似地用蓄水期公式试算，得蓄水期为6月至8月，其引用流量为Q引″=( W蓄V兴)/T蓄= (2264－513)/3=584(m3/s)，将584 m3/s列入计算表第（3）栏（6月至8 月）。
2、河段开发方案的比较
一个河段究竟采用何种开发方式，决定于当地地形、 地质、水文和技术经济条件，并应通过不同开发方 式的多种方案的技术经济比较来选择。
四、河流水能资源的梯级开发
四、河流水能资源的梯级开发
3、河流梯级开发方案和近期工程的选择
对全河流由上而下拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列， 呈阶梯状的分布形式，叫做河流的梯级开发。一条河流上一连 串的水电站系列称为梯级水电站，并由上而下定出级名。各级 水电站集中水头的方式可以是坝式、引水式或混合式，应通过 梯级开发方案的拟定和比较来选择。
我国已先后多次对大江大河进行过梯级开发方案的规划，例如黄 河规划了47个梯级电站，中游三门峡水利枢纽作为第一期工程， 上游选择刘家峡水利枢纽首先开发，目前已建成的有龙羊峡、李 家峡、公伯峡、苏只、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、小峡、大峡、 青铜峡、三门峡、小浪底等10几座大中型水电站，在建的还有拉 西瓦、康扬、积石峡、炳灵峡等大型工程。
1
0
260
0
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