当前课程知识点:水文水利计算 > 第十章 水电站水能计算 > 10.2 保证出力与多年平均发电量计算 > 10.2 保证出力与多年平均发电量计算
各位同学
大家好
本节我们来介绍保证出力
与多年平均发电量计算
这一节主要涉及三个内容
第1部分 水电站设计保证率
第2部分 水电站保证出力
第3部分 水电站多年平均年发电量
首先我们来回顾一下水电站的设计保证率
它是指水电站运行过程中
正常工作不遭破坏的概率
即时段平均出力大于或等于保证出力的概率
那么为什么会涉及设计保证率这样一个问题呢
大家知道我们水电站的出力
与流量都和水头有关
而河川径流各年各月都是变化的
这就使水电站各年各月的出力
和发电量也不相同
而电网为了保持电源稳定
不可能你发多少
我要多少
因此就会要求水电站
提供一个相对稳定的出力值
这个其实就是我们的保证出力
保证你能够多长时间内提供满足需求的出力值
这个时间的比例就是我们的水电站的保证率
一般用正常供电时间除以总供电时间来获得
如果是年调节或多年调节
那么它的计算的尺度就是年
而如果是无调节或日调节
一般尺度就是日
除此之外
设计保证率也与电力系统的负荷特性
系统中水电容量的比重并考虑水库的调节性能
水电站的规模
水电站在电力系统中的作用有关
电网中核心电站的设计保证率
就一定高于那些分布在农村
供电范围不大的小电站
那么怎么来具体计算设计保证率呢
首先要解决的问题就是
选择统计时段
在水能调节计算中
一般应根据长系列的水文资料进行计算
但在规划或初步设计阶段
可选择设计代表年或代表段来计算
由于算的是保证率
因此设计代表年可以按照年水量
或者枯水期水量来进行选择
而对于设计代表段
则有更多的要求
即要求满足(1)在设计代表段内水库
至少充满一次 放空一次
(2)设计代表段内必须包括有丰水年
平水年及枯水年
(3)设计代表段的平均年水量
应与多年平均年水量接近
知道了设计保证率
就可以计算水电站的保证出力了
前面我们已经讲到水电站的保证出力
是水电站的一个关键性的技术指标
它是指水电站在长期工作中
供水期所能发出的
相应于设计保证率的平均出力
比如某水电站设计保证率为95%
保证出力为3万kW
那这就表明在多年运行期间
平均100年中
会有95年该水电站供水期的平均出力
大于3万kW
对应不同类型的水电站
其保证出力的计算方法也不同
下面我们分别来看
对于年调节水电站而言
在水库正常蓄水位和死水位已定的情况下
一般可以采用二类方法进行计算
分别是长系列操作法和设计枯水年法
长系列操作法是一种比较精确的计算方法
他首先是利用已有的全部水文资料
通过水能调节计算
求出每年供水期的平均出力
然后将这些出力值按大小次序排列
绘成供水期的平均出力频率曲线
如我们右图所示
再根据设计保证率P
在该曲线上查得相应平均出力值
就是我们要求的保证出力
第二类方法是设计枯水年法
这种方法主要用于水电站的规划阶段
或进行大量方案比较的时候
可以有效减少计算工作量
在具体的计算过程中
长系列操作法和设计枯水年法
都可采用简化等流量法 逐时段等流量法
和等出力法计算供水期平均出力
下面我们以设计枯水年法为例来逐一了解一下
首先是简化等流量法
根据设计枯水年法的定义
年调节水电站的保证出力
可用设计枯水年供水期的平均出力表示
则可根据设计枯水年供水期的调节流量QP
和供水期的平均水头H杠供来估算
即保证出力等于K乘以调节流量QP
再乘以供水期的平均水头H杠供
这里QP
可以通过设计枯水年供水期的天然来水量W供
加上水库的兴利库容V兴
再除以设计枯水年供水期历时T供来获得
而供水期的平均水头H杠供
则可以供水期水库上游平均水位
减去下游平均水位
再减去水头损失来获得
其中上下游水文需要分别查询
水库水位容积曲线
和下游水位流量关系曲线得到
而水头损失则要根据同类水电站
或水力学手册进行估算
第二种方法是逐时段等流量法
这种方法的计算原理与简化等流量法
是基本相同的
区别在于简化等流量法是将整个供水期
当作一个时段
也就是一个来水Qp
来进行水能调节计算
而逐时段等流量法中Qp
不再是一个枯水期的值
而是随时段变化
这样的好处就是可以考虑不同时段的水头差别
第三种方法是等出力法
大家知道
对于水电站而言
他并不是非要追求供水期各月流量相等
而是更希望水电站大家的出力
是在一个时间上是一个相等或接近的过程
这样他更容易承担电网负荷中的基荷或腰荷
而要实现等出力其实并不简单
原因呢
就在于时段内的平均发电流量 时段末蓄水量
时段内平均水头彼此是相关联的 相交叉的
要想得到一个有利于等出力的发电流量
就必须要试算
那么在这个试算过程中
其实主要包含两步
第一步就是各时段出力等于预先假定值
第二部是供水期末的最低水位应为死水位
那么我们来看一下
我们右侧的图形
这是等出力法的具体过程
第一步
需要假定出力N'和发电流量q'
第二步在时段初水库蓄水量已知的情况下
基于水量平衡计算时段末需水量Vt
第三步
基于已有数据计算上游水位Z上
和下游水文Z下
第四步
计算时段出力Nt'
第五步
就来进行判断
如果计算的出力与假设出力的差小于允许误差
则进行下一步
如果不满足
则依据公式重新设定q'
返回第一步重新计算
第六步
如果出力允许误差满足
则判断供水期末水位是否等于死水位
如果是等于死水位
那么我们整个的计算就结束了
如果不满足
我们则需要重新设定第一步里面的N'
并返回第一步重新计算
直到满足两个试算条件
看到上面的步骤
我们可以知道
这样的试算的工作量是非常大的
单单通过手算的话
是很难实现的
因此等出力计算一般都要借助计算机完成
当然
前人在计算机发展并不好的条件下
他们也提出了一些其他的方法
比如像图解法和半图解法
也可以实现等出力计算
但计算精度与试算法相比
精度会差一些
这里需要说明的是
等流量法的供水期与等出力法的供水期
有可能是不相同的
等出力法的供水期初可能滞后等流量法
而供水期末也可能滞后等流量法
因此在计算中一定要注意
区别对待
前面我们说了
简化等流量法 逐时段等流量法以及等出力法
都可以用于长系列操作法与设计枯水年法
用于设计枯水年法比较好理解
那怎么用于长系列操作法呢
那么在应用的时候
我们需要每年按等流量法或等出力法
先求出供水期的平均出力
然后点绘供水期平均出力频率曲线
再根据设计保证率
来查得水电站的保证出力
这样就可以完成这个过程了
讲完了年调节水电站的保证出力计算
下面我们来看看
无调节和日调节水电站的保证出力如何计算
无调节
也称径流式水电站
因为他无调节库容来调蓄径流
所以基本上来多少水就放多少水
那么在这个运行过程中
其上游水位基本处于正常蓄水位
引用流量就是天然来水
日调节水电站由于调节库容非常小
因此计算方法基本与无调节一样
要计算无调节水电站的保证出力
主要涉及六个步骤
第一步选定代表期或代表年或使用长序列
如图a
可根据需求而定
第二步
由流量确定下游水位过程线Z下~t
如图b
第三步
绘制水头H~t过程线
如图c
第四步
我们要计算水流出力过程线N~t
第五步
根据水流出力过程线
绘制水流出力持续曲线
如右图所示
最后
由水电站设计保证率
查得保证出力NP
好
下面我们再来介绍一下
多年调节水电站保证出力的计算方法
多年调节水电站的保证出力就是要得到符合
设计保证率要求的连续枯水年组的平均出力
一般在正常蓄水位和死水位已定的情况下
计算保证出力的方法与年调节水电站是一样的
可用等流量法 等出力法
来进行计算
那么差别只有一点
也就是说
在我们进行多年调节水库的保证出力计算的时候
它不是对设计枯水年的供水期进行调节计算
而是对设计枯水段(或设计枯水年组)
来进行调节计算
保证出力
我们介绍完了
下面我们来了解一下
水电站的另一个关键性的指标
多年平均年发电量
他是指水电站在多年工作时期内
平均每年所能生产的电能量
它反映水电站多年平均动能效益
是决定电站效益的重要指标
多年平均年发电量的计算
也包括两种方法
一种是长序列法 一种是代表年法
那么对于年调节和多年调节水电站而言
长序列法
就是根据长系列水文资料
逐年逐月按水库调度图进行水能调节计算
求出每个月的平均出力Ni
然后再乘以时间T
就得到了12个月发电量
然后我们再把它求和就得到了每年的发电量
再然后我们把整个系列里边的
不同的年发电量求取平均值
就得到了多年平均年发电量
代表年法
主要是选择枯 平 丰三个设计代表年
对每个设计代表年进行水能调节计算
求出三个设计代表年的年发电量
E枯 E平和E丰
最后求平均
即可得到多年平均年发电量
在计算过程中有一点需要注意
就是在统计过程中
应将超过装机容量的部分扣除
因为超过装机容量
什么是装机容量
也就是可以发的最大发电量
如果计算值超过这个值
那么原理上我们应该按这个值取
多余的部分是弃水
这一部分是水电站无法利用的
因此在计算过程中
一定要扣除这部分
如果不扣除
那么计算的多年平均发电量会偏大
这对于我们后期电站的运行是非常不利的
上面介绍的都是年调节或多年调节
那么日调节和无调节水电站呢
这对这类水电站
我们一般逐日进行计算
然后再进行各年的发电量计算
对于无调节水电站
如果得到了出力持续曲线
那么多年平均发电量计算就很简单了
下一个图我们就给出这样一个
装机容量的水平线aa′以下的面积
大家看到我画斜杠的部分
这个面积事实上就是这个
电站的多年平均发电量
好
本小节的内容到此结束
谢谢大家的观看与学习
-1.1 水资源开发利用及洪水灾害治理
--1.1 小节测试
--1.1 课后讨论
-1.2 水文水利计算的任务与内容
--1.2 小节测试
--1.2 课后讨论
-1.3 水文水利计算的主要研究方法
--1.3 小节测试
--1.3 课后讨论
-2.1 洪水资料的分析处理
--2.1 小节测试
-2.2 历史洪水的调查和考证
--2.2 小节测试
-2.3 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法
--2.3 小节测试
--2.3 课后讨论
-2.4 设计成果的合理性分析
--2.4 小节测试
-2.5 设计洪水值的抽样误差和安全修正值问题
--2.5 小节测试
--2.5 课后讨论
-3.1 防洪安全设计
--3.1 小节测试
-3.2 设计洪水概念
--3.2 小节测试
-3.3 设计洪水过程线的拟定
--3.3 小节测试
--3.3 课后讨论
-3.4 设计洪水的地区组成
--3.4 小节测试
-3.5入库设计洪水
--3.5 小节测试
--3.5 课后讨论
-4.1 暴雨特性分析
--4.1 小节测试
-4.2 点暴雨量频率计算
--4.2 小节测试
-4.3 面暴雨量频率计算
--4.3 小节测试
--4.3 课后讨论
-4.4 设计暴雨量的时空分布计算
--4.4 小节测试
-4.5 由设计暴雨推求设计洪水
--4.5 小节测试
--4.5 课后讨论
-5.1 小流域设计暴雨
--5.1 小节测试
-5.2 由推理公式推求设计洪水
--5.2 小节测试
--5.2 课后讨论
-5.3 由地区经验公式推求设计洪水
--5.3 小节测试
-5.4 城市化对水文的影响
--5.4 小节测试
-5.5 城市排水管网设计流量计算
--5.5 小节测试
--5.5 课后讨论
-6.1 可能最大暴雨的基础理论
--6.1 小节测试
-6.2 可能最大暴雨的估算
--6.2 小节测试
-6.3 可能最大洪水
--6.3 小节测试
-7.1 年径流及其表征指标
--7.1 小节测试
-7.2 影响年径流的要素
--7.2 小节测试
-7.3 具有长期实测资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 小节测试
--7.3 课后讨论
-7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 小节测试
--7.4 课后讨论
-8.1 用水户分类及其层次结构
--8.1 小节测试
-8.2 工业需水量的计算与预测
--8.2 小节测试
--8.2 课后讨论
-8.3 灌溉用水量的计算与预测
--8.3 小节测试
-8.4 生态需水的计算与预测
--8.4 小节测试
--8.4 课后讨论
-8.5 其他用水的计算与预测
--8.5 小节测试
-9.1 径流调节的定义及分类
--9.1 小节测试
--9.1 课后讨论
-9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 小节测试
--9.2 课后讨论
-9.3 水库的水量损失
--9.3 小节测试
-9.4 设计保证率
--9.4 小节测试
-9.5 径流调节计算基本原理
--9.5 小节测试
--9.5 课后讨论
-9.6 根据用水过程确定水库的兴利库容
--9.6 小节测试
-9.7 根据兴利库容确定调节流量
--9.7 小节测试
-9.8 根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程
--9.8 小节测试
--9.8 课后讨论
-10.1 水能利用与电力系统负荷
--10.1 小节测试
-10.2 保证出力与多年平均发电量计算
--10.2 小节测试
-10.3 水电站装机容量的选择
--10.3 小节测试
-10.4 正常蓄水位与死水位选择
--10.4 小节测试
-11.1 灌溉工程水利计算概述
--11.1 小节测试
-11.2 引水灌溉工程水利计算
--11.2 小节测试
-11.3 蓄水灌溉工程水利计算
--11.3 小节测试
-11.4 提水灌溉工程水利计算
--11.4 小节测试
-11.5 地下水灌溉工程水利计算
--11.5 小节测试
-12.1 水库调洪的任务
--12.1 小节测试
-12.2 水库调洪计算的原理
--12.2 小节测试
-12.3 水库调洪计算的列表试算法
--12.3 小节测试
-12.4 水库调洪计算的半图解法
--12.4 小节测试
-12.5 其他情况下的水库调洪计算
--12.5 小节测试