水文与水资源工程毕业设计.pdf

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1、郑州大学毕业设计（论文） 题目：径流式水电站水能计算 指导教师：原文林职称：讲师 学生姓名：* 学号： 20090520* 专业：水文与水资源工程 院（系）：水利与环境学院 完成时间：2013 年 5 月 25 日 2013 年 5 月 25 日 目录 摘要. I ABSTRACT. II 1 绪论 1 1.1 论文选题的背景及研究的目的和意义 1 1.2 水能计算方法简介 1 2 径流式水电站的特点 3 2.1 径流式水电站的开发特点 . 3 2.2 径流式水电站的运行特点 . 3 2.3 径流式水电站基本不调节径流的特点. 3 2.4 功率受天然流量控制 . 4 2.5 低水头径流式电站的

2、设计特点. 4 2.5.1 考虑水头损失 . 4 2.6 本章总结 4 3 所选实例的概况及基本资料 6 3.1 清源水电站（原名西淹电站）概况 6 3.1.1 自然地理情况 . 6 3.1.2 工程概况 . 6 3.2 清源水电站的主要参数与资料 6 3.3 清源水电站旬径流量系列典型年的选取 6 3.4 本章总结 7 4 用三种方法分别计算分析. 8 4.1 利用面积比法 8 4.1.2 面积比法的基本原理. 8 4.1.2 面积比法的计算方法. 8 4.1.3 利用面积比法计算清源电站装机和发电量. 8 4.1.4 方法评价 12 4.2 径流式水电站简捷算法 13 4.2.1 简捷算法

3、的原理 13 4.2.2 计算结果 15 4.2.3方法总结 . 16 4.3 利用列表法计算清源电站水能指标 16 4.3.1 列表法原理 16 4.3.2 列表法计算过程 16 4.3.3 方法评价 19 4.4 装机容量确定 . 19 4.5 本章小结 . 20 5 装机方案的优选 21 5.1 装机方案选择设计的任务 21 5.2 水轮机选择设计的原则 21 5.3 实例应用 22 5.4 本章总结 . 23 6 总结 24 致谢. 25 参考文献 . 26 附录 1 英文文献 27 附录 2 英文译稿 42 I 摘要 我国幅员辽阔，水资源与水能资源蕴藏丰富。我国的径流式水力资源分布广

4、 泛，但是分布不均匀， 不同的地方具有不同的开发条件。受到地理位置不同的限 制径流条件差异很大。 对于南方河流径流量大， 泥沙含量较少； 而对于北方河流 径流量较小， 水中含沙量较大。 这就为径流式水电站的水能计算增加了难度，本 论文以灵宝市清源电站水能计算为例，对径流式水电站水能计算方法进行研究分 析，该论文所取得的成果如下： (1)根据窄口水库的旬径流量系列，利用水文比拟法得出清源电站的旬流量资 料。 (2)分别采用面积比法、水电站径流计算简捷算法以及列表法，计算得出相应 的设计流量、装机容量、平均发电量。 (3)考虑水轮机价格、发电利用效率等水电站经济指标，确定出最佳的发电设 计流量、装

5、机容量以及平均发电量。 关键词：径流式水电站；水能计算；经济评价。 II ABSTRACT Chinas vast territory ， and rich in water resources and hydropower resources.Chinese run off water resources are widely distributed.But the uneven distribution of different places with different development conditions.Run off conditions vary greatly subj

6、ect to different geographical restrictions . For the South river ,their runoff is volume, and has a low sediment content ; while the northern river has a smaller runoff, and the water sediment is bigger. And this power station in hydropower make runoff calculations more difficult, this thesis let th

7、e Lingbao Qingyuan Hydro Energy calculated as a example, make a analysis for hydro power station on runoff calculation method . The outcome of the paper is as follows: (1)According to the Zhai Kou reservoir runoff series ,obtained using hydrological simulation method get the Qingyuan power stations

8、late traffic data. (2)Use the area ratio method , hydropower runoff calculation algorithm and the list of a simple method, calculated the corresponding design flow capacity, the average generating capacity. (3)Consider the turbines prices, hydroelectric power generation efficiency and other economic

9、 indicators, to determine the best design flow generation, installed capacity and the average generating capacity. Keywords: Run-off-station; waterpower calculation; economic evaluation. 1 1 绪论 1.1 论文选题的背景及研究的目的和意义 水能计算是指在不同水文情况下,针对工程设计不同的参数条件,计算水电站 的能量指标 ,即水电站的保证出力和多年平均发电量等。水能计算贯穿于水电站 规划设计、 运行管理、 增

10、容改造的整个过程中， 其计算成果为电站的方案设计比 较及装机容量确定等提供重要依据。 但由于来水资料的不确定性和水文资料长系 列性，致使水能计算复杂繁琐。水能计算一般与水能的调节性能有关,有调节性 能和无调节性能的水电站的水能计算方法是不同的。论文所选题目即是无调节性 能的径流式水电站水能计算， 其主要依靠天然来水发电。 目前相应的径流式水电 站水能计算方法主要有合轴图解法 、基本曲线法 、应用图表法 、时历法 等。上述水能计算方法虽均具有较高的计算精度，但存在工作量大、计算时 间长、过程较繁琐、无较强的针对性等不足。 我国小水电资源十分丰富，技术可开发量达128 亿 kW。目前，大陆地区 已

11、建成小水电站 45 000 多座，装机容量 5 100 多万 kW。小水电遍及全国 1/2 的 地域、 1/3 的县市，使 3 亿多无电人口用上了电。小水电在解决农村用电、带动 农村经济社会发展、 改善农民生产生活条件、 促进节能减排等多方面发挥了重要 作用。 本论文就是根据清源电站的资料，对其进行电站的设计， 介绍该类径流式水 电站的水能计算方法。 径流式水电资源丰富， 中国对径流式水电站的开发利用还 需要更深一步。 本次的径流式水电站的水能计算方法的设计，即是对径流式水电 站水能计算的方法进行分析筛选，选择合适的方法。 与此同时， 在设计的时候都 要综合考虑各种的标准指标， 以达到经济效益

12、、 生产效益、 环境效益统一兼顾的 目的。 1.2 水能计算方法简介 目前水能计算的方法很多,如快速水能规划法、基本曲线法、最优化数学模 型、图解法、简化等流量法等。 快速水能规划法是通过水库来水的指数概化模型, 将常系列逐时段的水能计算化为一次调蓄计算并通过有效的调配系数法调整概 化误差达到精度要求的快速水能计算方法；基本曲线法是根据参证水文站的日平 均流量保证率基本曲线,基本流量和年利用小时数关系曲线来进行水能计算；最 优化数学模型是针对梯级电站的龙头电站提出的,在枯水期满流量、满出力进行 梯级补偿的一种过程 ,是等流量或等出力的一种特殊情况；通用图解法是在缺乏 资料的情况下 ,采用参证站

13、的已有资料得出流量和水头、保证出力关系曲线,然后 利用水电站的已知资料查曲线进行求解,通用求解法直观简单、能减少工作量,也 2 能保证一定的计算精度；简化等流量法将每年的整个供水期作为一个计算时段, 推求出调节流量、保证出力和装机容量的计算公式的水能计算。 对于本课题所要计算的清源电站的具体情况，水头固定。 为计算其水能， 可 以采用面积比法、 计算水能系数的简捷算法和基本的列表法，然后进行比较找出 合适的装机容量。 1.3 本章小结 本章首先对本课题的研究方法， 研究目的与意义。 然后对水能计算的方法进 行了简单的介绍， 同时指出本论文所要采用的方法：列表法、面积比法和计算水 能系数的简捷算

14、法。为本论文指出来计算分析的解决方法。 3 2 径流式水电站的特点 2.1 径流式水电站的开发特点 无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及 所可能获得的水头进行装机容量选择。全年不能满负荷运行， 在保证率为 80%。 ， 一般仅达到 180 天左右的正常运行； 枯水期发电量急剧下降， 小于 50%，有时甚 至发不出电。即受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。 径流式电站一般位于河流的中下游平原或丘陵地带,人口稠密 ,是工农业相对 发达的地区。为减少水库损失,一般不宜建高坝 ,水头一般较低。但电站通常位于 电网负荷中心区 ,年发电利用小时数较高,水力资源利用充

15、分 ,施工技术简单 ,施工 场地开阔 ,交通运输方便 ,整个建设工期较短 ,具有较大的开发价值。 2.2 径流式水电站的运行特点 径流式水电站有其独特的运行特点： （1）24h内出力基本不变，适宜担负电力系统的基底负荷。 （2）年内各月电量变化大， 枯水期电量明显少于汛期， 为此使系统内火电站 或其他电站要在汛期少发电，枯水期多发电，降低系统电源装机容量利用率。 （3） 弃水多，径流式水电站的水量利用系数一般较低，当上游有调节水库时， 弃水会不同程度地减少。 （4） 坝式低水头径流式水电站的机组在汛期常因下游水位升高而发不足额定 出力，甚至不能发电。 2.3 径流式水电站基本不调节径流的特点

16、径流式水电站基本不调节径流， 按来水流量发电的水电站。 当来水流量大于 电站水轮机过水能力时， 水电站满出力运行， 多余的水量不通过机组发电，直接 经泄水道泄向下游，称为弃水；当来水较少时，全部来水通过机组发电，但有部 分装机容量因缺水而未被利用。 水电站这种运行方式称为径流发电。与径流式水 电站相对应的是调节式水电站， 其运行方式是用水库调节径流， 据用电要求发电： 来水多于需要时， 水库蓄水；不足时，水库补水。调节式水电站包括有多年调节、 年（季）调节、周调节、日调节等水电站（见径流调节）。其中日调节水电站一 般只在枯水季进行日调节， 在汛期常采用径流发电方式， 所以有人认为日调节水 电站

17、也属径流式水电站。 径流式水电站中有高水头或低水头的引水式水电站，也 有低水头的坝式水电站。其原因如下： （1）水库不具备相应的调节库容，没有能力调节。 （2）虽有一定库容， 但受综合利用要求制约而不调节径流。如建在中国长江 上的葛洲坝水利枢纽，其水库总库容15.8 3 m亿，在枯水期本可进行日调节，但 4 为适应下游航运要求而不调节径流。当上游三峡水利枢纽建成运行后，葛洲坝将 不再作径流发电运行而承担反调节任务，即把三峡水利枢纽因调峰运行而放出的 24h 不均匀流量反调节成均匀流量出库以适应下游航运要求。 径流式水电站在 24h 内一般均匀发电，但当电力系统调峰能力不足时也可不 均匀发电，即

18、在负荷高峰时利用全部流量发电或机组满出力运行；在负荷低谷时 相对减少发电出力， 致使部分流量不通过机组发电而弃水出库。这种运行方式称 为弃水调峰，由于弃水而未被利用的电量称为强迫弃水电量。 2.4 功率受天然流量控制 径流式电站无调节水库(或调节能力有限 ),电站水头变化幅度大 ,水轮机功率 受天然流量控制 ,上游水位比较固定。 在枯水期有日调节能力且水头高,但流量小 , 机组流量功率受阻而发不出额定功率；在汛期初始阶段,流量逐渐增大 ,但水头降 低水头功率仍受阻；此后,当流量随来水量的增大而增加,其增大速度大于水头减 小的比例时 ,功率随之增加 ,水头和流量组合到某种情况,功率达到最大值 :

19、此后,流 量虽继续增加 ,但由于水头降低速度快,功率逐渐减小 ,机组发不出额定功率,致使 功率再次受阻。这也是径流式电站与蓄水式电站显著不同点之一。 2.5 低水头径流式电站的设计特点 2.5.1考虑水头损失 径流式电站多属河床电站 ,主厂房一般都在坝内 ,进水口距离机组中心线较近, 加之由于水头较低 ,水轮机主要靠流量作功,所以进水口闸门尺寸较大,过栅流速 较低。从进水口到尾水管出口的局部水头损失以及动能差往往被人们所忽略不计, 根据已建成的国内低水头径流电站数据统计,水头损失可按下列经验公式进行估 算: 2 g Hg H (2.1) 式中H 一电站水头损失 ,m; 一摩阻系数 ; g H一

20、电站毛水头 ,m。 如果在水轮机参数选择过程中未计入水头损失,它将影响电能的大小、设计 水头与装机容量的确切性,将使电站年发电量达不到设计值。一般取H =0.5m。 在此课题中，根据所得资料可以设定水头固定为95m，但是在其他的水能计算 时应当考虑水头的损失。 2.6 本章总结 本章中对径流式水电站的设计、 开发与运行的特点进行了讲诉， 对径流式的 5 特点的介绍， 有利于为径流式水电站水能计算的程序设计方案的选择。了解径流 式水电站在我国水电里的地位，另一面由反映了该课题研究的必要性。 6 3 所选实例的概况及基本资料 3.1 清源水电站（原名西淹电站）概况 3.1.1 自然地理情况 清源水

21、电站（原名西淹电站） 位于河南省灵宝市五庙乡西淹村西南部。灵宝 市位于豫晋陕三省交界处的河南省西部，属三门峡市，北濒黄河，分别与陕西 省洛南县、 潼关县，山西省芮城县、 平陆县，河南省陕县、 洛宁县、卢氏县接壤。 清源水电站建址于黄河一级支流弘农涧河的支流麻家河上。麻家河发源于卢 氏县杜关镇的鸡笼山，流经清水河口、麻家河、穆桂寨北流入弘农涧河。弘农涧 河为黄河一级支流， 是灵宝市境内除黄河干流外最大一条河流，发源于小秦岭南 麓的朱阳芋园西，由南向北流经朱阳、五亩、尹庄、城关、函谷关、大王6 个乡 （镇） ， 至函谷关北注入黄河， 流域面积 2068km2。 干流长 88km， 河床坡降 1.1

22、%， 多年平均流量为 4.3m 3/s。弘农涧河上游建有窄口水库。 灵宝市属暖温带大陆性半湿润季风型气候，气候温和， 四季分明。 年平均气 温 13.8，极值高温 42.7，极值低温 -17，日平均气温大于10的日数为 182210天。 积温 33704620， 无霜期 199215天。 日照百分率为 50%54%。 年平均降雨量为 641.8mm，且时空分布不均， 由南向北呈递减趋势， 6 至 9 月份 降雨量占全年的 60%左右。 3.1.2工程概况 清源水电站引用麻家河和金家河水流，设计水头95m。清源水电站建筑工 程主要由麻家河渠首坝、金家河渠首坝、明渠、渡槽、隧洞、前池、压力管道、

23、厂房、升压站、生活区组成。 3.2 清源水电站的主要参数与资料 由于清源水电站是径流式水电站，其水头是固定的即设计水头H设=95m,综 合出力系数 A 的取值范围在 7.5 到 8.5，在本论文里综合出力系数A 取 8。所给 资料还包括1958-2005 年 48 年窄口水库旬径流量系列，窄口水库控制面积 903km 2，清源水电站控制面积 195km2。由于窄口水库建在弘农涧河上游，清源 水电站在弘农涧河的支流上， 两站地理条件相似， 降水条件一致， 故可以利用水 文比拟法将窄口水库的旬径流量系列扩展为清源电站的旬径流量系列，资料见附 表。 3.3 清源水电站旬径流量系列典型年的选取 为计算

24、方便， 可以选定丰平枯三个典型年。 以典型年的径流资料代表整个系 列的数据，这样既保证了一定的全面性，另一方面有减少了数据的处理量。 7 首先，将 48 年清源水电站旬径流系列里的各年的年平均径流进行排频，绘 制 P 曲线，所绘制曲线如图1所示： 图 1 P曲线找代表年 取 25%、50%、75%分别为丰平枯代表年， 所对应的年份为1985年、1966 年、1999 年。在利用计算水能参数的简捷算法里，利用丰平枯三代表年进行计 算，使计算过程简化。 3.4 本章总结 本章介绍了水能计算的实例清源电站的概况，对清源电站的自然地理、 工程概况都有较详细的描述， 介绍了水能计算的主要参数。为了简化计

25、算， 方便 得出合适的计算结果， 在本论文中， 统一的对清源水电站的参证站窄口水库的多 年旬径流资料，利用面积比拟法将窄口水库的旬径流资料同倍比缩放为清源水电 站的旬径流资料。再利用P曲线找到丰平枯所对应的年份。为清源电站的水 能计算提供方便。 8 4 用三种方法分别计算分析 4.1 利用面积比法 4.1.2面积比法的基本原理 水能计算中，出力系数A 与设计水头 H 只按一定的配比系数影响出力和发 电量， 而年利用小时数则不受其影响， 其只受日平均流量和保证曲线的形状影响。 形状与日平均流量和保证率有关，对于一个水文站历年观测的数据来说是确定 的，那么，不同的日平均流量对应的保证率就确定了，所

26、对应的年利用小时数就 确定了。只要求出每个流量所对应的年利用小时数，就可以很方便的算出出力， 装机容量，年发电量等。 4.1.2面积比法的计算方法 据水文站历年观测的流量资料， 进行分级统计， 求出各分级流量的满发保证 率。以分级流量为纵坐标， 相应的保证率为横坐标， 绘出日平均流量保证率曲线。 在该曲线中， 纵坐标某个流量值与纵横坐标轴，保证率曲线围成的面积就是可发 电流量所占的面积， 该流量值在曲线以外的面积是不能发电的空闲面积。发电量 所占的面积与总面积之比即是发电历时所占总历时的比例，用此比例乘以一年的 小时数 8760h，即为该流量发电时的年利用小时数。 4.1.3利用面积比法计算清

27、源电站装机和发电量 根据多年观测的旬平均流量资料，进行分级统计计算结果如表1。由表的数 据绘出流量 满发保证率曲线（见图2） 。 图 2 分级流量Q满发保证率 P 关系曲线图 9 表 1 清源电站 19582005年旬平均流量分级统计表 Q(m 3/s) 0.1 0.3 0.4 0.42 0.44 0.45 0.46 0.5 累计旬数 (旬） 1728 1691 1499 1461 1420 1399 1377 1298 保证率 P(%) 99.94 97.86 86.75 84.55 82.18 80.96 79.69 75.12 Q(m 3/s) 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1

28、.7 1.9 2.1 累计旬数 （旬） 903 645 429 306 226 185 157 129 保证率 P(%) 52.26 37.33 24.83 17.71 13.08 10.71 9.09 7.47 Q(m 3/s) 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 累计旬数 （旬） 106 93 83 76 73 64 53 51 保证率 P(%) 6.13 5.38 4.80 4.40 4.22 3.70 3.07 2.95 Q(m 3/s) 3.9 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1 6 8 累计旬数 （旬） 47 42 37 32 32 30 20 6

29、保证率 P(%) 2.72 2.43 2.14 1.85 1.85 1.74 1.16 0.35 Q(m 3/s) 10 12 14 16 18 20 25 30 累计旬数 （旬） 3 2 1 1 1 1 1 0 保证率 P(%) 0.17 0.12 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.00 年利用小时数计算 根据清源电站的统计资料， 列表计算分级流量所对应的年利用小时数，其结 果见表 2。 其中： （1）栏为分级流量 i Q； （2）栏为分级流量对应的保证率； （3）栏为分级流量所占面积，等于两分级流量之 差 乘 以 保 证 率平均值 1 2 PiPi ; （4）栏为累积流

30、量面积，等于（3）栏累计 i (3) ； （5）栏为总面积， 包括流量面积和空闲面积之和， 等于； （6）栏为流量面积占总面积的比例，等于4 / 5（ ）（）； （7）栏为分级流量对应的年利用小时数，等于68760h（ ）。 1ii QQ 100% i Q 10 根据计算结果，绘制流量 年利用小时数曲线（见图3）. 表 2 清源电站分级流量年利用小时数计算表 Q(m 3/s) 保证率 P(%) 分级流量 面积 累积流量 面积 总面积 流量面积所 占比例 年利用 小时数 0.1 99.94 0.100 0.10 0.1 1.000 8760.00 0.3 97.86 0.198 0.30 0.3

31、 0.993 8697.48 0.4 86.75 0.092 0.39 0.4 0.975 8544.55 0.42 84.55 0.017 0.41 0.42 0.970 8494.94 0.44 82.18 0.017 0.42 0.44 0.964 8440.74 0.45 80.96 0.008 0.43 0.45 0.960 8411.95 0.46 79.69 0.008 0.44 0.46 0.957 8382.05 0.48 76.85 0.016 0.46 0.48 0.950 8318.48 0.5 75.12 0.015 0.47 0.5 0.942 8251.99 0.

32、7 52.26 0.127 0.60 0.7 0.855 7488.26 0.9 37.33 0.090 0.69 0.9 0.764 6696.14 1.1 24.83 0.062 0.75 1.1 0.682 5973.63 1.3 17.71 0.043 0.79 1.3 0.610 5341.23 1.5 13.08 0.031 0.82 1.5 0.549 4808.86 1.7 10.71 0.024 0.85 1.7 0.498 4365.67 1.9 9.09 0.020 0.87 1.9 0.456 3997.38 2.1 7.47 0.017 0.88 2.1 0.421

33、3685.72 2.3 6.13 0.014 0.90 2.3 0.390 3417.01 2.5 5.38 0.012 0.91 2.5 0.363 3184.01 2.7 4.80 0.010 0.92 2.7 0.340 2981.20 2.9 4.40 0.009 0.93 2.9 0.320 2803.39 3.1 4.22 0.009 0.94 3.1 0.302 2646.90 3.3 3.70 0.008 0.94 3.3 0.286 2507.52 3.5 3.07 0.007 0.95 3.5 0.272 2381.18 3.7 2.95 0.006 0.96 3.7 0.

34、259 2266.72 3.9 2.72 0.006 0.96 3.9 0.247 2163.22 4.1 2.55 0.005 0.97 4.1 0.236 2068.95 4.3 2.43 0.005 0.97 4.3 0.226 1982.85 4.5 2.14 0.005 0.98 4.5 0.217 1903.63 11 续表 2 水能计算 求80%P是的保证出力 由清源电站的QP关系曲线，查的 P=80%时的流量为 3 0.46/Qms 清保 ,则 保证出力80.46 95347.7NAQHkW 清保清保 。 求装机容量和发电量 （1）按三倍保证出力装机 3 330. 4 61.

35、3 8/;QQms 清设清保 从表 2 中可知，通过1.3 1.5 3 m /s之间的年利用小时数，利用差值函数 可以求得 3 1.38/Qms 清设 时的年利用小时数为5146.78h。则清源电站装机容量 和多年平均发电量分别为： 81. 3 89 51 0 4 9NA QHk W 装清 设 (4.1) ENh 装 1049 5146.78=5398972.22kW h=540 万kW h (4.2) Q(m3/s) 保证率 P(%) 分级流量面 积 累积流量 面积 总面积 流量面积所 占比例 年利用 小时数 4.7 1.85 0.004 0.98 4.7 0.209 1830.06 4.9

36、 1.85 0.004 0.99 4.9 0.201 1761.99 5.1 1.74 0.004 0.99 5.1 0.194 1699.05 6 1.16 0.013 1.00 6 0.167 1463.21 8 0.35 0.015 1.02 8 0.127 1113.88 10 0.17 0.005 1.02 10 0.102 895.67 12 0.12 0.003 1.03 12 0.085 748.50 14 0.06 0.002 1.03 14 0.073 642.66 16 0.06 0.001 1.03 16 0.064 562.96 18 0.06 0.001 1.03

37、18 0.057 500.97 20 0.06 0.001 1.03 20 0.052 451.38 25 0.06 0.003 1.03 25 0.041 362.12 30 0.00 0.001 1.03 30 0.034 302.19 （1）（2）（3）（4）（5）（6）（7） 12 图 3 分级流量Q年利用小时数 h 关系曲线 （2）按年利用小时不小于5000h装机 从表2 中利用差值函数可以求得年利用小时等于5000 h 对应的流量 3 Q1.43/ms 清设 ，则装机容量和多年平均发电量为： 81. 4 39 51 0 8 7NA QHk W 装清设 (4.3) ENh 装 108

38、7 5000=543.5 kW h万 (4.4) 4.1.4方法评价 径流式水电站是一项投资少、 见效快、易于实施的水电项目。 但在前期规划 设计阶段的水能计算中，一般做法是将水文站历年观测的日平均流量进行分级， 并统计出出现的天数， 将天数由大到小进行累加， 得出大于等于该级流量的累计 天数，求出各分级流量的保证率和持续时间，再由出力系数 A和分级流量Q求出 出力和出力差值， 电能差值和累计电能， 然后以流量、 出力为纵坐标， 以保证率、 年发电量、 年利用小时数为横坐标绘出日平均流量一保证率，出力一保证率， 出 力一年发电量，出力一年利用小时数曲线，通过曲线，得到所求的保证出力，装 机容量

39、，年发电量，年利用小时数这种计算方法工作量大、相对麻烦，不能很快 拿出计算成果供项目方案选定。面积比法对通常的水能计算方法进行了分析探 索，通过利用不同日平均流量对应的保证率，年利用小时数， 可以很方便地进行 水能计算，从而达到快速、简捷、准确的效果，为工作提供便利。 本文采用面积比法对清源水电站进行了水能计算。经分析，认为此方法计算 13 简捷、方便，计算成果准确，可以加以推广应用。 4.2 径流式水电站简捷算法 4.2.1简捷算法的原理 无调节水电站水能计算常用历时法， 这种方法用力年的水文资料进行计算工 作量较大，对于小型水电站常采用比较简化的代表年法，即从长系列的水文资料 里选取丰、

40、中、枯三个特定的年份作为设计典型代表年来代替总体进行计算。重 新选取三个典型年 ,以三个典型年的旬平均流量为系列进行排频,累计流量 ,计算 相应的径流利用系数、设备利用系数B 、理想年利用小时T 、综合利用 系数 C ,并点绘出PQQBQCQ、曲线(见图及表所示 )。它们的相 互关系如下 : （1）流量保证率 P 的计算 对三个典型年的流量按大小顺序排列,求出各个流量的累计天数,并按下式求 出各 个流量出现的频率。 100% 3 36 m P (4.5) 式中P各流量出现的频率%（）； M各流量从大到小排列的序号。 （2）径流利用系数 水量利用程度是同装机容量选择关系密切的重要指标。相应于某一

41、设计装机 容量的可利用水量包括小于设计流量和等于设计流量的部分： 97.59 QmQ (4.6) 式中Q设计流量 3 /ms； Q小于 Q 的累积流量 3 /ms； 97.59三个典型年的总累积流量 3 /ms。 （3）设计利用率 B 在设计装机容量情况下,全部可利用的水量使机组设备满载运行的时间与总 历时的比值 ,即: 14 3 (36 ) QmQ B Q (4.7) （4）理想年利用小时 T 8760TB （5）综合利用系数 C 显然,水量利用率与设备利用率的选择是相互约束的,如果选择较大的设计流 量,水量利用率也较高 ,但设备利用率却降低 ;反之,选择偏小的设计流量 ,设备利用 率高,水

42、量就不能充分利用 ,浪费水力资源。现用径流利用系数与设备利用率的乘 积来表示水能与设备的综合利用率C 。 CB (4.8) 应用该方法求解清源电站的装机容量和多年平均发电量 根据所得清源电站的旬平均流量资料，绘制典型年水能计算成果表， 如下表 3： 表 3 清源电站典型年水能计算成果表 序 号 m 洪量 Q (m 3/s) 频率 P (%) 累积流量 Q (m 3/s) 径流利 用系数 设备利 用率 B 综合利 用率 C 年利用 小时 T(h) 1 6.05 0.01 97.59 1.00 0.16 0.16 1389.00 2 3.45 0.02 91.53 0.97 0.26 0.26 2

43、311.47 3 3.08 0.03 88.08 0.97 0.29 0.28 2559.31 4 2.54 0.04 85.00 0.95 0.35 0.33 3042.53 5 2.15 0.05 82.46 0.93 0.40 0.37 3518.84 6 1.91 0.06 80.31 0.92 0.44 0.41 3897.86 7 1.83 0.06 78.40 0.92 0.46 0.42 4037.79 8 1.57 0.07 76.57 0.90 0.53 0.47 4606.37 9 1.51 0.08 75.00 0.89 0.54 0.49 4768.47 10 1.3

44、8 0.09 73.49 0.88 0.59 0.52 5134.57 11 1.31 0.10 72.11 0.87 0.61 0.53 5341.33 12 1.30 0.11 70.80 0.87 0.62 0.54 5399.02 13 1.26 0.12 69.50 0.87 0.63 0.55 5516.89 22 1.04 0.20 59.21 0.83 0.73 0.61 6421.59 33 0.96 0.30 48.13 0.81 0.77 0.62 6724.01 44 0.84 0.40 38.31 0.76 0.83 0.63 7274.14 50 0.78 0.46

45、 33.46 0.74 0.86 0.63 7520.18 55 0.73 0.50 29.66 0.71 0.88 0.63 7742.80 15 续表 3 61 0.69 0.56 25.35 0.69 0.90 0.62 7914.68 65 0.66 0.60 22.63 0.67 0.92 0.61 8048.63 71 0.64 0.65 18.70 0.65 0.93 0.60 8119.01 77 0.58 0.71 15.00 0.61 0.95 0.58 8343.84 87 0.52 0.80 9.45 0.55 0.97 0.54 8538.56 93 0.47 0.8

46、5 6.52 0.51 0.99 0.50 8671.78 108 0.34 0.99 0.34 0.38 1.00 0.38 8760.00 4.2.2计算结果 错误！未指定书签。 由计算的清源电站的旬平均流量Q0.91 3 /ms， （1）电站的保证出力 根据负荷对象选取P=80%,从清源电站水能计算图表上查得相应的 0.52Q清保 3 /ms(4.9) 电站保证出力为： NA QH 装清保 8 0.52 95=395.2kW (4.10) （2）按 3 倍保证流量装机 3 330.521.56QQm s 清 设清保 (4.11) 33 8 0.52 951037.4NAQHkW 装清保

47、(4.12) 此时由清源电站水能计算成果表可以查出年利用小时数为4630h，则求平均 年发电量 E EN h 装 1037.4 4630=480.3kW h万 (4.13) （3）若装机容量为1500kW 3 1. 9 7/Qms 清设 此时设计年利用小时数为3897.9h ，则平均年发电量E E3897.9 1500=585 kW h万 （4）若装机容量为 1000kW 3 1.32/Qms 清 设 此时的设计年利用小时数为5337.8h ，则平均年发电量E E5337.8 1000=534kW h万 根据计算图表装机容量设定为1000kW 16 4.2.3方法总结 计算实例表明 :在选定参

48、证站并进行水能计算的基础上,大大减少了水能计算 的重复运算 ;对于一个小流域是这样 ,对于一个较大的流域或地区则可划分流域区, 分别选定相应的参证站作水能计算模式,使该区内电站的水能计算得以简化或只 是一个比拟条件比值选定和少量的查图表工作,而电站出力持续曲线、装机容量 与发电量关系曲线图表和相应的径流利用率、设备利用率、 综合利用率等水能利 用指标便可得出。 4.3 利用列表法计算清源电站水能指标 4.3.1列表法原理 列表法能较严格， 更细致的考虑需水和水量损失随时间的变化，它是一种最 通用的方法。 概念清晰， 应用广泛， 尤其适合于有复杂综合利用任务的水库的水 能计算。当方案较多、时间序

49、列较长时，不适用。但是所选的系列为旬资料时间 序列并不是太长， 故可以较准确地计算结果， 列表法是最常用的方法， 所以用该 方法检验前两个方法的计算结果。 4.3.2列表法计算过程 已知清源电站综合出力系数A 取 8，径流式水电站水头固定H=95m，利用 清源电站的旬流量资料，先对流量进行分级，统计在该流量范围内出力，频率， 累计电量与装机年利用小时，计算过程如表4： 表 4 列表法水能计算结果表 流量分级 (m3/s) 平均 流量 Q(m 3/s) 出力 N=A*Q* H 出力差 值 频率 保证时 间（h) 电量差 E=N t(万 kw） 累计电 量 E 装机年 利用小 时（ h） (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 30Q25 27.5 22206.25 4037.5 0.06 5.07 2.05 731.63 329.47 25Q20 22.5 18168.75 2826.2 0.06 5.07 1.43 729.58 401.56 20Q18 19 15342.5 1615 0.06 5.07 0.82 728.15 474.60 18Q16 17 13