第五章 水能计算及水电站在电力系统中的运行方式
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水能计算及水电站主要参数选择页数:77
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第四讲(水能计算及水电站在电力系统中的运行方式)
0.30%
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。
生物质 0.0066
0.11%
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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
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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。
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。
第五章 水能计算及水电站运行方式
章节重点（1）水力发电的基本原理根据伯努利方程：得出单位水体的水能，所以，对于水体重量，其潜在的水能为：其水流功率（出力）为：所谓水电站出力，是指发电机组的出线端送出的功率。
水电站是能量转换的装置，它将水能转换为机械能，然后又机械能转换为电能。
通常情况下，水电站出力小于水流出力。
水电站出力可用下面公式计算：水电站发电量：（2）水能计算的基本方法水能计算是为求水电站出力N和发电量E而进行的计算。
水能计算的方法包括：统计法和时历法（列表法——数值法：半图解法、图解法）。
方法的选择与水电站调节类型有关。
（3）水电站保证出力及其计算，是指水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求水电站保证出力N保的枯水期（供水期）内的平均出力。
其计算方法根据水电站类型不同而异。
（4）多年平均发电量及其计算多年平均发电量E年是指水电站在多年工作期间，平均每年所能生产的电能量，它反映水电站的多年平均动能效益，是水电站发电效益的一个重要的稳定指标。
多年平均发电量的常用简化算法如下：E年的大小与N装及水电站运行方式有关，在未选定N装前，暂不考虑N<N装，Q<Q T的限制，按N=AQH来计算水流出力，即采用无限装机法；选定N装后，计算。
按N<N装（5）电力负荷图将电力系统中不同用电户对电力系统的要求叠加起来，得到系统中所有用户所需出力N（负荷）随时间t的变化曲线，即为电力负荷图。
（6）电力系统的容量组成电站的装机容量是指所有机组铭牌出力之和。
电力系统的装机容量便是所有电站装机容量的总和，即：N系, 装=N’’系, 工+ N系, 备+ N重其中：N’’——系统最大工作容量。
指设计水平年电力系统负荷最高（一般在系工冬季枯水季节）时，所有电站能担负的最大发电容量。
N系, 备——系统备用容量。
为了确保系统供电的可靠性和供电质量，当系统在最大负荷时发生负荷跳动，因而短时间超过了设计最大负荷时，或者机组发生偶然停机事故时，或者进行停机检修等情况，都需要准备额外的容量，称为系统备用容量。
水利水能规划第五章 水能计算
N供 ~ p
No Image
（2）典型年法 ： 由 p设选设计枯水年，对此年供水期进行水能计算，得 设计枯水年的平均出力 ，则：N供
N保=AQ调H供
（3）简化法
：Q调，供
W供 V兴 T供
H供
（z 上供 z 下
h）
z
上供：由V
V死
1 2
V兴
z下：Q调查z下 ~ Q
三峡电站初期的规划是26台70万千瓦的机组，也就是 装机容量为1820万千瓦，年发电量847亿度。后又在 右岸大坝“白石尖”山体内建设地下电站，建6台70 万千瓦的水轮发电机。在加上三峡电站自身的两台5万 千瓦的电源电站。总装机容量达到了2250万千瓦，年 发电量1000亿度。
H z上 z下 h h — 落差损失
1.径流式水I 电m 站（日N 或a 无调o 节g ） e
（1）长系列法
由n年径流资料进行n年水能 N日
计算，得n365个 N日 ，按递减
m
排列由 p n 100%计算p，绘
N保
N日 ~ p
由p设′（历时设计保证率）查
曲线得 N保，
p设
p(%
N AQH
主要内容 计算水电站的出力与发电量
No Image
一.水利发电的基本原理
1.水流功率（出力）
伯努利方程：E12
(z1
p1 r
a1v12 2g
)
(
z2
p2 r
a2v22 ) 2g
z1
z2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
单位重水体
水体重量： rQt 潜在水能： E12 rQtH 水流功率（出力）：N 9.81QH
水能资源蕴藏量：将河流分段，分段计算水流出力（Q0 多年平均流量），累加得到全河总水流出力。
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
第5章水电站水能计算
个方程式。如果与假定值不符，再重新假定（如表）。
列表试算法（定出力） K=8.3
时段 △t 月 天然 流量 Q
m3 / s
电站 出力 N
发电 流量 Q
水库 蓄放 流量 △Q
m3 / s
水库 初末 蓄水 量 V
m3 / s
水库 弃水 量 Q弃
m3 / s
水库 平均 蓄水 量 *月
m3 / s
上游 平均 水位 （m）
水电站多年平均发电量
是指多年工作期间水电站平均每年所生产的发电量，是水电 站动能效益的指标。在正常蓄水位和死水位已知的情况下， 可以用长系列或代表年法计算。
1.全部水文系列法 共有n年的水文资料，计算时段是t，可求n*t个时段的平均出力数值，按大 小排列，绘制时段出力保证率曲线。将保证率曲线的坐标换算成一年的持续小时 数，则任何保证率p相应的持续小时数为p*8760，根据拟定的装机容量得出多年 平均发电量。 多年平均发电量也可以根据下算式计算： E均=(∑Ei)/n 2.代表年法 E均=(E丰+E平+E枯)/3
（3）火电站启动费时，加荷缓慢，适宜承担基荷。
（二）水电站的工作特性 （1）水电站的重要特性之一，是其出力和发电量岁天然径流量情况而变化，水电站的出力和 发电量的变化势必引起电力系统其他电站出力、电站的变化。
（2）水电是清洁的可再生能源，发电成本较低，只有水电的10%-20%。
（3）水电站建设费用高。 （4）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。 （5）水电站在调度上的复杂性。主要由来水的不稳定性引起。 （6）水电站的建设地点受到水能资源、地形、地质等条件的限制。
全部水文系列法
第2节 电力系统负荷图
列表试算法（定出力） K=8.3
时段 △t 月 天然 流量 Q
m3 / s
电站 出力 N
发电 流量 Q
水库 蓄放 流量 △Q
m3 / s
水库 初末 蓄水 量 V
m3 / s
水库 弃水 量 Q弃
m3 / s
水库 平均 蓄水 量 *月
m3 / s
上游 平均 水位 （m）
水电站多年平均发电量
是指多年工作期间水电站平均每年所生产的发电量，是水电 站动能效益的指标。在正常蓄水位和死水位已知的情况下， 可以用长系列或代表年法计算。
1.全部水文系列法 共有n年的水文资料，计算时段是t，可求n*t个时段的平均出力数值，按大 小排列，绘制时段出力保证率曲线。将保证率曲线的坐标换算成一年的持续小时 数，则任何保证率p相应的持续小时数为p*8760，根据拟定的装机容量得出多年 平均发电量。 多年平均发电量也可以根据下算式计算： E均=(∑Ei)/n 2.代表年法 E均=(E丰+E平+E枯)/3
（3）火电站启动费时，加荷缓慢，适宜承担基荷。
（二）水电站的工作特性 （1）水电站的重要特性之一，是其出力和发电量岁天然径流量情况而变化，水电站的出力和 发电量的变化势必引起电力系统其他电站出力、电站的变化。
（2）水电是清洁的可再生能源，发电成本较低，只有水电的10%-20%。
（3）水电站建设费用高。 （4）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。 （5）水电站在调度上的复杂性。主要由来水的不稳定性引起。 （6）水电站的建设地点受到水能资源、地形、地质等条件的限制。
全部水文系列法
第2节 电力系统负荷图
水能计算及水电站主要参数选择
水电站的工作位置 比较灵活。
水电站在调度上更 加复杂。
二、火电站的工作特点
1.只要保证燃料供应，火电站就可以全年按额定出力工作， 不像水电站那样受天然来水的制约。受“技术最小出力”限 制。
2. 电能成本高，运行费包括燃料费、环保费等。
3. 工作有“惰性”，启动慢，调负荷慢，适宜担任电力系统 的基荷，单位煤耗较小。
厂用电为年发电量的1.0%
厂用电为年发电量的2.5%
可以储存水能，立即用来处理事故
36
基荷指数： P' / P
该指数越大，基荷占负荷图的比重越大， 表示用户的用电情况比较稳定。
日最小负荷率 P' / P' '
该指数越小，表示负荷图中高峰与低谷负 荷的差别越大，日负荷越不均匀。
日平均负荷率 P / P' '
该指数越大，表示日负荷变化越小。
37
日电能累积曲线
是日负荷图的出力值（kW）与其相应的电量（kW·h）之间
计算方法与上述年调节水电站保证出力的 计算基本相同。简化计算时，可以设计枯水年 组来计算。一般选用实际水文资料中最枯最不 利的连续枯水段作为设计枯水段。
23
二、水电站多年平均发电量的估算
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。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。
4
水能计算的目的：确定水电站的保证出力、多年平均 发电量指标、水电站的工作情况。
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、
水电站在调度上更 加复杂。
二、火电站的工作特点
1.只要保证燃料供应，火电站就可以全年按额定出力工作， 不像水电站那样受天然来水的制约。受“技术最小出力”限 制。
2. 电能成本高，运行费包括燃料费、环保费等。
3. 工作有“惰性”，启动慢，调负荷慢，适宜担任电力系统 的基荷，单位煤耗较小。
厂用电为年发电量的1.0%
厂用电为年发电量的2.5%
可以储存水能，立即用来处理事故
36
基荷指数： P' / P
该指数越大，基荷占负荷图的比重越大， 表示用户的用电情况比较稳定。
日最小负荷率 P' / P' '
该指数越小，表示负荷图中高峰与低谷负 荷的差别越大，日负荷越不均匀。
日平均负荷率 P / P' '
该指数越大，表示日负荷变化越小。
37
日电能累积曲线
是日负荷图的出力值（kW）与其相应的电量（kW·h）之间
计算方法与上述年调节水电站保证出力的 计算基本相同。简化计算时，可以设计枯水年 组来计算。一般选用实际水文资料中最枯最不 利的连续枯水段作为设计枯水段。
23
二、水电站多年平均发电量的估算
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。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。
4
水能计算的目的：确定水电站的保证出力、多年平均 发电量指标、水电站的工作情况。
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、
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。
水能规划复习重点
第一章水资源综合利用1、水力发电的基本原理及计算公式：水力发电就是利用天然水能生产电能的水利部门。
水流在重力作用下不断向下游运动，其重力势能会转化为动能来发电。
水流出力：单位时间内的水能 N1-2=9.81QH1-2（kw）某一河段蕴藏的水能资源：E1-2=N1-2·T（kw·h）8P2、河川水能资源的估算：利用水流出力的累加值估算某一河流的水能资源量见9P表1-13、集中水能的方式：集中水能的方法：集中落差、引取流量水电站集中水能的方式有坝式，引水式，混合式同“4”4、水资源的开发方式：坝式：坝后式、河床式；引水式：有压引水式、无压引水式；混合式5、水源的获得方案：水源主要有：1、蓄洪补贴 2、引取水量较丰的河湖水 3、汲取地下水为了配合以上水源，需要修建相应工程：1、蓄水工程 2、自流灌溉引水渠首工程 3、提水灌溉工程 4、渠系 5、长藤结瓜水利系统6、各种灌溉方法及其优缺点：地面灌溉：优点：投资省，技术简单；缺点：用水量大，容易引起地表土壤板结；地下灌溉：优点：土壤湿润均匀，避免板结，节约用水量；缺点：资金及田间工程量大；喷灌：优点：可以灵活掌握洒水量，降低灌水定额，省水、增产；缺点：投资高，需要消耗劳动力，灌水质量受风速影响大；滴灌：优点：省水、省工、省地、省肥；缺点：投资高，滴头容易堵塞7、灌溉制度：某种作物在全生育期内规定的灌水次数、灌水时间、灌水定额、灌溉定额。
其中，灌水定额指某一次灌水时每亩田的用水量；灌溉定额是指全生育期历次灌水定额之和。
8、灌溉用水量的计算：见P169、防洪和治涝的工程措施：1、水土保持2、筑堤防洪与防汛抢险3、疏浚与整治河道4、分洪、滞洪与蓄洪第二章兴利调节1、水库的特征水位和特征库容：死水位(Z死) 死库容(V死)正常蓄水位（Z蓄）兴利库容（V兴）防洪限制水位(Z限)防洪高水位(Z防)防洪库容(V防)设计洪水位(Z射洪)拦洪库容(V拦)校核洪水位(Z校洪)调洪库容(V调洪)总库容(V总)有效库容(V效)2、水库的水量损失：包括蒸发损失、渗漏损失，冰冻地区还可能有结冰损失渗漏损失可分三类：(1)坝身及水工建筑物止水不严处(2)通过坝基及绕坝两翼处(3)坝底、库边流向较低渗水层处3、水库蒸发损失的计算：见P 294、水库泥沙淤积形态：横向淤积形态可分为全断面淤积、主槽淤积、沿湿周均匀淤积；纵向淤积形态可分为三角洲淤积、带状淤积、锥体淤积5、年保证率与历时保证率的计算和大小： 水利水电部门正常工作的保证程度，称为工作保证率。
水资源规划第5章 水电站运行方式 第1-2节
4 39
4.5
816
16 32
74.5
746
1×4=4
1×16=16
5 38
8.5
0×5=0
17 31
90.5
0×17=0
6 38
8.5
0×6=0
18
31
90.5
730
1×18=18
7 38
8.5
812
19
30
108.5
1×7=7
0×19=0
8 37
15.5
0×8=0
20
30
108.5
712
1×20=20
9 37
15.5
805
21
29
128.5
692
1×9=9
1×21=21
10 36
24.5
796
22
28
149.5
1×10=10
0×22=0
11 35
34.5
0×11=0
23
28
149.5
671
1×23=23
12 35
34.5
13 34 1×12=12 46.5
786 774
24
27 27×24=64 172.5
（1）日最小负荷率β，
，β值越小，表示
日高峰负荷与日低谷负荷的差别越大，日负荷越不均匀。
__
（2）日平均负荷率γ， ＝ N / N ' '，γ值越大，表示日
负荷变化越小。
（3）基荷指数α，
，α值越大，基荷占
负荷图的比重越大，表示用户的用电情况比较稳定。
我国电力系统的工业用电比重较大，γ值一般在0.8 左右，β值一般在0.6左右。国外电力系统由于市政用电 比重较大，β值较小，一般在0.5以下。
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表5-2 水电站下游水位与流量关系
130 140
150
160 170 180
115.28 116.22 117.00 117.55 118.06 118.5
例题求解
表5-3 水电站出力及发电量计算（枯水期）
时段 t
天然来水流量 Q天
各损失流量及船闸用水等 Q损+Q船
下游综合利用需要流量Q用
发电需要流量 Q电 水库供水流量 ΔQ
11 70
10
125 154 -94 -2.469 21.732 19.263 178.78 171.72 178.25 117.25 61 0.85 7.83 5716
12 62
9
60 159 -106 -2.784 19.263 18.479 177.72 176.32 177.02 117.5 59.52 0.85 7.89 5760
9 115
20
100 150 -55 -1.445 25.2 23.755 180 179.56 179.78 117 62.78 0.85 7.85 5731
10 85
12
92 150 -77 -2.023 23.755 21.732 179.56 178.78 179.17 117 62.17 0.85 7.78 5679
证出力 (其中出力系数A＝7)。
采用代表年法计算保证出力，即对设计枯水年进行水能 计算，具体步骤如下：
水库按等流量调节，先假定供水期为10～2月，供水期5 个月的天然来水量为：
W供＝(2.00＋2.05＋0.85＋1.50＋2.8)×30.4×24×3600 ＝24l6×104m3
QP
W供 V兴 T供
注意：上游水位一般维持在正常蓄水位。
无调节水电站的水能计算
图1 日平均出力保证率曲线N～P 图2 日平均出力持续曲线N～T
由于一般无调节水电站的水头变化不大， 也可根据选定的设计保证率在日平均流量频率 曲线上查得日平均保证流量Qp后，用Np=AQpHp计 算日平均保证出力。
流量分组（m3/s）分组平均流量（m3/s） 出现次数 累积出现次数 频率（%）
说明：(1)上游水位取正常蓄水位； (2)水头损失为0.5m (3)出力系数K＝8.3。
水能计算过程与成果如表所示。
• 根据表中第(5)栏和(8)栏的计算数据，可点绘出该水 电站的水流出力保证率曲线和水流出力持续曲线。若该水 电站的设计保证率取85％，则从图中可查出该水电站的保 证出力为53kw。如该水电站的装机容量定为80kW，从图中 可计算出该水电站的多年平均年发电量为44.05亿kW．h。
无调节水电站保证出力:符合设计保证率要求的日平均出力。
基本步骤： 1）根据实测径流资料的日平均流量变动范围，
将流量划分为若干个流量等级； 2）统计各级流量出现的次数； 3）计算各级流量的平均值，查水位流量关系
曲线，求得相应的下游水位Z下； 4）计算各级流量相应的水电站净水头
H=Z上-Z下-△H； 5）计算电站的出力N=KQH。
1
6
16.2
日调节水电站的水能计算
日调节水电站库水位在日内是变化的，一日内
库水位至少在死水位和正常蓄水位之间波动一次，
故上游水位近似取其平均值，即Z上=（Z蓄+Z死）/2。 在丰水期日平均入库流量可能会超过水电站的最大
过流能力，这时上游水位为Z蓄。下游水位用日平均 流量从水电站下游水位流量关系曲线中查得。
4.1m3/s填入表中第(3)栏供水月份内。
现设3～8月为蓄水期，蓄水期亦按等流量调节，其调节流量为：
Q调
W蓄 V兴 T蓄
6.38m3 / s
此值与天然来水流量相比较，可知蓄水期定得合理。
然后逐月进行水量平衡计算，求出各月平均蓄水量，查
库容曲线得各月的平均库水位，再由各月调节流量查得下游
水位，算出每月平均水头和平均出力。供水期的平均出力即
异同：
日调节水电站的保证出力计算方法与无调节 水电站基本相同。区别仅在于无调节水电站 的上游水位固定不变，而日调节水电站的上 游水位则在正常蓄水位和最低水位之间有小 幅度变化，计算时采用其平均水位。
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。
为水电站保证出力。
NP
956
936
895
6
821
746考虑水量损失及水头损失，故结果稍偏大。
当求出供水期调节流量QP＝4.1m3/s以后，也可直接
计算NP。此时应先求供水期的平均库容 V＝（V死＋V兴/2）＝1050×104＋1/2×3152×104＝
2626×104m3。查库容曲线得供水期平均库水位Z上＝ 30.90m，Z下＝1.40m，忽略水头损失，则得 HP＝30.9－1.4=29.5m，由此可算出NP
水电站的主 要动能指标
保证出力N保 多年平均发电量E年，均
一、水电站保证出力计算
☺水电站的保证出力：指水电站在长期工作中，符 合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）的平 均出力。
无调节水电站保证出力计算 日调节水电站保证出力计算 年调节水电站的保证出力计算 多年调节水电站保证出力计算
无调节水电站的水能计算
（1）
（2）
（3） （4） （5）
5.2～5.49
5.35
1
1
2.7
4.9～5.19
5.05
1
2
5.4
4.6～4.89
4.75
0
2
5.4
4.3～4.59
4.45
1
3
8.1
4.0～4.29
4.15
1
4
10.8
3.7～3.99
3.85
0
4
10.8
3.4～3.69
3.55
1
5
13.5
3.1～3.39
3.25
水电站在t1至t2时段内的发电量为：
E t2 Ndt t1
实际计算中常采用：
(kW h)
t2
E Nt
t1
水电站在某 一时段t内 的平均出力
(kW h)
计算时段的 长短主要根 据水电站出 力变化情况 及计算精度
水能计算的方法 ：
➢列表法：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、时间序列较长时，不适用。
值即为多年平均年发电量。
径流利用系数，
全部水文系列法
E年 1 n
n 1
E年
表示发电用水 量与天然来水
量的比值
在完全缺乏资料的情况下，可粗估多年平均发电量：
E年 AQH净 8760kW • h
无调节水电站保证出力计算
【例题】某无调节水电站的正常蓄水位为469m。 已知该水电站水库库容曲线，下游水位流量关系 线，以及多年日平均径流系列资料。 （1）试通过水能计算求出该水电站的设计保证 率取85％时的保证出力。 （2）如该水电站的装机容量定为80kW，计算出 该水电站的多年平均年发电量。
第五章 水能计算及水电站在电力 系统中的运行方式
❖第一节 水能计算的目的与内容 ❖第二节 电力系统的负荷图 ❖第三节 电力系统的容量组成及各类电站的
工作特性 ❖第四节 水电站在电力系统中的运行方式
第一节 水能计算的目的与内容
✓水能计算的目的：确定水电站的出力和发电量及 它们随时间变化的规律。 ✓水电站的出力：指发电机组的出线端送出的功率。 ✓水电站的发电量：水电站出力与相应时间的乘积。
NP AQPHP 7 4.10 29.5 846.7kW
灌溉水库水电站的水能计算
1.灌溉和发电用水不结合 灌溉和发电用水不结合的水库，灌溉引水口 的位置多在大坝上游，电站建成河床式或坝后式。 Z死决定于灌溉引水高程，Z蓄决定与灌溉用水量。 灌溉引水后剩余的水量仍然很多，可结合发电的 最低要求增加部分库容满足发电最低要求。此时 结合发电要求确定Z蓄和Z死。
(m+n)＝365(日)， t=24小时；以月为时段 (m+n)=12(月)， t=730小时。
三个代表年法
E 1 3
E枯 E中 E丰
设计平水系列法
设计平水系列：指某一水文年段(一般由十几年
的水文系列组成)，该系列平均径流量约等于全部水
文系列的多年平均值，其径流分布符合一般水文规律。
对该系列进行径流调节，求出各年的发电量，其平均
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。
失、下游各部门用水流量和发电需要流量，分别见
表5-3（2）～（5）栏。求水电站各月平均出力及发
电量。
表5-1 水库水位与容积关系
水位Z(m) 168 170 172 174 176 178 180 库容V(亿m3) 3.71 6.34 9.14 12.2 15.83 19.92 25.2
流量q(m3/s) 下游水位(m)
➢图解法：计算精度较差、工作量也不比列表
法小；
➢电算法：从发展方向看，适宜用电算法进行
水能计算。即使方案很多，时间序列很长， 也可迅速获得精确的计算结果。
【例5-1】某水电站正常蓄水位高程为180m。水库水
位与库容关系见表5-1，水库下游水位与流量关系，
见表5-2。某年各月平均的天然来水量、各种流量损
2416104 3152104 530.4 243600