计算某流域水电站保证出力和多年平均发电量.docx
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计算某流域水电站保证出力和多年平均发电量
计算某流域水电站保证出力和多年平均发电量
1、确定设计保证率
根据设计资料可知,湖北省电网中水电比重占57%,由《水利水电工程水利动能设计规范》可查得其对应的水电站设计保证率为95%~98%。
取95%为隔河岩水电站的设计保证率。
选取95%、50%、1-95%,在年水量频率曲线上分别确定设计枯水年、设计中水年和设计丰水年的年水量。
2、选取典型年
根据年水量法选取典型年
将表1-6所给的数据根据年年水量由大到小排序,并计算其对应的频率,计算结果如表所示。
表1
序号
频率(%)
年份
年平均流量(m³/s)
年水量
(亿m³)
1
3.4
54-55
602.3
190.08
2
6.9
58-59
517.2
163.23
3
10.3
75-76
497.2
156.91
4
13.8
73-74
487.8
153.95
5
17.2
63-64
482.4
152.24
6
20.7
71-72
475.4
150.03
7
24.1
69-70
449.3
141.8
8
27.6
67-68
447.2
141.13
9
31.0
64-65
429.6
135.58
10
34.5
62-63
422.2
133.24
11
37.9
68-69
419
132.23
12
41.4
52-53
405.9
128.1
13
44.8
77-78
403.7
91.3
14
48.3
70-71
401
126.55
15
51.7
74-75
361.5
114.09
16
55.2
60-61
350.9
110.74
17
58.6
76-77
335.2
105.79
18
62.1
65-66
320.5
101.15
19
65.5
57-58
303.4
95.75
20
69.0
61-62
295.2
93.16
21
72.4
56-57
290.3
91.62
22
75.9
78-79
289.3
91.3
23
79.3
59-60
287.8
90.83
24
82.8
72-73
282.1
89.03
25
86.2
51-52
270.1
85.24
26
89.7
55-56
270
85.21
27
93.1
53-54
254.9
78.71
28
96.6
66-67
249.4
77.61
绘制经验频率曲线,如图所示。
在绘制的经验频率曲线上找出95%、50%、5%所对应的年水量值,查图可知设计枯水年的年水量为79亿m³,设计中水年年水量为115亿m³,设计丰水年年水量为180亿m³。
选取与设计年水量接近的年份作为设计典型年:
选取66-67年作为设计枯水典型年,其年水量为78.7亿m³,放大倍比K枯=79/78.7=1.004;
表2流量(m³/s)
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
天然流量
273.8
658
522
294.5
128.4
97.2
187.9
179.4
80.2
55
195
319
设计流量
274.9
660.6
524.1
295.6
128.9
97.6
188.6
180.1
80.5
55.2
195.8
320.3
选取60-61年作为设计中水典型年,其年水量为110.7亿m³
放大倍比K中=115/110.7=1.309;
表3流量(m³/s)
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
天然流量
296.4
414.4
825.1
864.7
151
421.9
151
281.3
86.1
52.1
75.4
578
设计流量
307.9
430.5
857.3
898.4
156.9
438.3
156.9
292.3
89.5
54.1
77.4
600.5
选取58-59年作为丰水典型年,其年水量为163.2亿m³,
放大倍比K丰=180/163.2=1.103;
表4流量(m³/s)
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
天然流量
636.3
1057
694.8
1199
775.9
211.5
575.8
152
74.2
66.3
184
535
设计流量
701.8
1165.8
766.3
1322.5
855.8
233.3
635.1
167.6
81.8
73.1
202.9
590.1
一、计算保证出力
1、计算调节流量
①根据设计资料可知,Z消=40m,Z死=160m,则正常蓄水位Z正=Z消+Z死=200m,根据表1-1库容曲线知,水库的兴利库容V兴=34.0亿m³。
坝址处多年平均年水量W年=378.3×12×2.63×106=11.94×109m³
库容系数β=V兴/W年=15×108/11.94×109=12.56%,介于8%-30%之间,可进行年调节。
当水库进行完全年调节时,
Q设年=250.4m3/sW设年=79亿m³
表5流量(m³/s)
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
设计流量
274.9
660.6
524.1
295.6
128.9
97.6
188.6
180.1
80.5
55.2
195.8
320.3
流量小于250.4m3/s的月份为枯水期,则枯水期为8月至次年2月,共7个月。
枯水期T枯=7×2.63×106
=18.41×106s
枯水期总水量W设枯=(128.9+97.6+188.6+180.1+80.5+55.2+195.8)×2.63×106
=24.37亿m³
完全年调节所需库容V完=Q设年×T枯-W设枯
=250.4×18.41×106-24.37×108
=21.726亿m³
由此可知,V兴, ②按已知兴利库容确定调节流量 假定8月至次年1月为枯水期,枯水期为6个月。 调节流量Q调=(W设供+V兴)/T供 =(128.9+97.6+188.6+180.1+80.5+55.2)×2.63×106÷(6×2.63×106) =261.87m3/s 由于Q调大于2月份的设计流量,故2月份也属于枯水期。 所以,假设枯水期从8月至次年2月,共7个月。 此时,Q调=(W设供+V兴)/T供 =(128.9+97.6+188.6+180.1+80.5+55.2+195.8)×2.63×106÷(7×2.63×106) =213.86m3/s 当Q调为213.86m3/s时,枯水期正好为8月至次年2月,共7个月。 所以,Q调=213.86m3/s 2、确定发电水头 根据坝址水位流量关系曲线, 表1-2 水位高程m 77.75 78 78.5 79 80.1 81 82.1 83.6 84.55 相应流量m³/s 50 69 179 330 920 1590 2460 3680 4490 Q调=213.86m3/s时,根据差分法, 下游水位高程h1=78.5+(79-78.5)/(330-179)×(213.86-179) =78.6m 上游水位高程为正常蓄水位h2=200m 水头H=h2-h1 =200-78.6 =121.4m 3、计算保证出力 保证出力N保=AQ调H(A取8.5) N保=8.5×213.86×121.4 =220682.134kw 二、计算装机容量 电站的装机容量是由最大工作容量、备用容量和重复容量三部分组成。 而备用容量一般采用电力系统最大负荷的某一百分比求得;电力系统的重复容量一般由火电站承担,水电站不考虑重复容量。 所以,要计算水电站的装机容量主要在于确定水电站的最大工作容量。 1、计算水电站最大工作容量 年调节水电站的最大工作容量N‘’水、工主要取决于供水期内的保证电能E保、供。 E保、供=N保T供 E保、供=220682.134×7×730=1127685705kw.h 通过假定若干个水电站最大工作容量方案,可以推求出水电站最大工作容量 N‘’水、工与其供水期内的保证电能E保、供之间的关系,并绘制出水电站最大工作容量N‘’水、工与其供水期内的保证电能E保、供之间的关系曲线。 现已知保证电能,在关系曲线上即可对应求出N‘’水、工。 推求N‘’水、工与E保、供之间的曲线关系 为满足电力系统正常工作,水、火电站的最大工作容量之和必须等于电力系统的最大负荷,即N‘’水、工+N‘’火、工=P‘’系 假设1假设火电站的最大工作容量为480万kw 根据表1-4和表1-5 表1-42010年湖北电网冬季日负荷表万kw 小时 1 2 3 4 5 6 7 8 负荷 609 602 583 558 595 622 673 714 小时 9 10 11 12 13 14 15 16 负荷 747 763 754 705 690 705 714 705 小时 17 18 19 20 21 22 23 24 负荷 737 796 821 812 783 769 693 622 表1-5湖北电网2010年最大负荷表万kw 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 负荷 821 811 802 792 781 773 781 792 792 802 811 821 由表1-4可知,2010年1月电网最大负荷为821万kw,与12月份相等,于是可用冬季日负荷表直接计算1月和12月的水电站日电能量。 用日负荷表减去火电站的最大工作容量480万kw即为水电站的日负荷。 其结果如下表: 表62010年1月、12月水电站日负荷表万kw 小时 1 2 3 4 5 6 7 8 负荷 129 122 103 78 115 142 193 234 小时 9 10 11 12 13 14 15 16 负荷 267 283 274 225 210 225 234 225 小时 17 18 19 20 21 22 23 24 负荷 257 316 341 332 303 289 213 142 由表6知水电站的最大工作容量为341万kw。 则1月水电站的日电能量等于12月水电站日电能量: E1=E12=(129+122+103+78+115+142+193+234+267+283+274+225+210+225+234+225+257+316+341+332+303+289+213+142)×1 =5252万kw.h 1月、12月的水电站的平均出力: N1=N12=E1/24=5252÷24=218.83万KW 同理 E2=E11=5012kw.hN2=N11=208.83万kw E8=E9=4556kw.hN8=N9=189.83万kw E10=5024kw.hN10=209.33万kw E保、供=730×(218.83×2+208.83×2+189.83×2+209.33) =1054346.3kw.h 同理 假设火电站的最大工作容量为470万kw时 水电站最大工作容量N工‘’=351万kw 供水期保证电能E保、供=1105446.3kw.h 假设火电站的最大工作容量为460万kw时 水电站最大工作容量N工‘’=361万kw 供水期保证电能E保、供=1156546.3kw.h 根据以上三组水电站最大工作容量和供水期保证电能数据,绘出 N‘’-E保、供曲线。 如图所示。 根据曲线图查得,E保、供=1127685705kw.h,对应的最大工作容量为356.3万kw。 2、计算水电站的备用容量 电站的备用容量由负荷备用容量、事故备用容量和检修备用容量组成。 检修备用容量一般由火电站承担,所以水电站的备用容量计算中一般不考虑检修备用容量。 根据水利动能设计规范的规定,负荷备用容量可采用系统最大负荷的5%,事故备用容量可采用系统最大负荷的10%。 由资料可知,系统的最大负荷为821万kw。 所以 负荷备用容量N负荷=821×5%=41.05万kw 事故备用容量N事故=821×10%=82.1万kw 3、计算水电站的装机容量 N装=N工‘’+N负荷+N事故 =356.3+41.05+82.1 =480万kw 三、计算多年平均发电量 选用三个点代表年法计算多年平均发电量。 选用枯水年、中水年、丰水年作为设计代表年,求出这三个代表年的年发电量,其均值即为水电站的多年平均发电量。 (1)枯水年年发电量的计算 时段t 月 ⑴ 4 5 6 7 8 9 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 273.8 658 522 294.5 128.4 97.2 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 78.81 79.28 79.16 78.88 78.27 78.13 水电站平均水头H ⑸ 121.19 120.72 120.84 121.12 121.73 121.87 水电站效率 ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 27.67 66.24 52.60 29.74 13.03 9.88 月发电量E水 万kw.h ⑻ 20198 48352 38396 21712 95142 72106 时段t 月 ⑴ 10 11 12 1 2 3 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 187.9 179.4 80.2 55 195 319 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 78.53 78.5 78.05 77.88 78.55 78.96 水电站平均水头H ⑸ 121.47 121.5 121.95 122.12 121.45 121.04 水电站效率η ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 19.04 18.18 81.55 62.80 22.14 36.10 月发电量E水 万kw.h ⑻ 13893 13268 16311 12560 44287 72204 第⑴行为计算时段,以月为计算时段。 第⑵行为天然来水流量,视为该流量全部用于发电。 第⑶行为上游水位,视正常蓄水位为上游水位,均为200m。 第⑷行为下游水位,根据表1-2坝址水位流量曲线内插求得。 第⑸行为水电站平均水头,H=Z上-Z下(m) 第⑹行为水电站效率η,η取0.85。 第⑺行为月平均出力,N水=9.81ηQ天H(kw) 第⑻行为月发电量,E水=730N水(kw.h) 由上表可知,水电站每月的月平均出力均小于水电站装机容量480万kw。 所以,枯水年水电站的年平均发电量E年=730∑Ei(i=1,2….12) 算得枯水年水电站的年平均发电量E枯=187092万kw.h (2)中水年年发电量的计算 计算方法同枯水年 时段t 月 ⑴ 4 5 6 7 8 9 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 296.4 414.4 825.1 846.7 151 421.9 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 78.89 79.16 79.92 79.99 78.37 79.17 水电站平均水头H ⑸ 121.11 120.84 120.08 120.01 121.63 120.83 水电站效率 ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 29.93 41.75 82.61 84.73 15.31 42.51 月发电量E水 万kw.h ⑻ 20851 30482 60310 61852 11780 31031 时段t 月 ⑴ 10 11 12 1 2 3 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 151 281.3 86.1 52.1 75.4 578 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 78.37 78.84 78.05 77.88 78.03 79.46 水电站平均水头H ⑸ 121.63 121.16 121.92 122.22 121.97 120.54 水电站效率η ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 15.31 28.42 87.53 53.10 76.68 58.10 月发电量E水 万kw.h ⑻ 11180 20746 63898 38761 55980 42410 中水年水电站年平均发电量E中=306906万kw.h (3)丰水年年发电量的计算 计算方法同枯水年 时段t 月 ⑴ 4 5 6 7 8 9 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 636.3 1057 694.8 1199 775.9 211.5 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 79.57 80.28 79.68 80.47 79.83 78.61 水电站平均水头H ⑸ 120.43 119.72 120.32 120.32 120.17 121.39 水电站效率η ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 63.90 105.52 69.71 119.50 77.75 21.41 月发电量E水 万kw.h ⑻ 46645 77029 50887 87238 56756 15628 时段t 月 ⑴ 10 11 12 1 2 3 天然来水流量Q天 m³/s ⑵ 575.8 152 74.2 66.3 184 535 月平均上游水位Z上 M ⑶ 200 200 200 200 200 200 月平均下游水位Z下 ⑷ 79.46 78.38 78.02 77.96 78.52 79.38 水电站平均水头H ⑸ 120.54 121.62 121.98 122.04 121.48 120.62 水电站效率η ⑹ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 月平均出力N水 万kw ⑺ 57.87 15.41 75.47 67.67 18.64 53.81 月发电量E水 kw.h ⑻ 42249 11253 5509 4925 13606 39281 丰水年水电站的年平均发电量E丰=451007万kw.h (4)求水电站多年平均发电量 水电站多年平均发电量E年=[E枯+E中+E丰]/3 最终求得水电站多年平均发电量E年=314889万kw.h
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- 计算 流域 水电站 保证 出力 多年 平均 发电量