径流式小型水电站水能计算方法

建筑工程小水电站计算与介绍小水电站是一种利用水能发电的设施，主要适用于山区、丘陵地区，通过引水渠道将水引入机组，利用水的落差和流速来驱动水轮机旋转，从而带动发电机发电。

本文将从小水电站的计算以及介绍两个方面展开，详细介绍小水电站的设计与运行原理。

一、小水电站的计算1.水头计算：水头是指水的落差，也即是水从引水渠道进入机组时，高度的差值。

在小水电站的设计中，常通过调查和勘测来确定水头。

水头的计算还需要考虑水流速度、水流量和水轮机的效率等因素。

2.水流量计算：水流量是指单位时间内通过水轮机的水的体积。

小水电站的水流量计算通常基于流量公式：Q=A*V，其中Q为水流量，A为水流截面面积，V为水流速度。

水流截面面积可以通过渠道的断面测量得到，水流速度则可通过测流仪或其他流速测量设备来获得。

3.功率计算：小型水电站的功率计算相对简单，采用的公式为：P=Q*H*η，其中P为发电站的功率，Q为水流量，H为水头，η为水轮机的效率。

根据水流量、水头和水轮机效率的不同变化，可以得到小水电站在不同条件下的发电功率。

4.发电量计算：发电量是指小水电站在一定时间内所产生的电能总量。

发电量的计算公式为：E=P*t，其中E为发电量，P为发电功率，t为发电时间。

可以通过实际运行数据来计算发电量，也可以通过模拟计算得到。

二、小水电站的介绍1.水轮机：水轮机是小水电站的核心设备，负责转化水能为机械能，再由发电机转化为电能。

水轮机一般分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两种类型，具体选择可以根据水能资源和地形条件来确定。

2.引水系统：引水系统是把水从上游引入机组的设施，主要由引水渠道、闸门和水管组成。

引水系统的设计需要根据山区地形、水流情况以及水头等因素来决定，以确保水能充分利用并保证水轮机的稳定运行。

3.发电机组：发电机组是将水轮机的机械能转化为电能的设备，主要由发电机、变压器和配电系统组成。

发电机的选择需要根据小水电站的功率和电网要求来确定，通常选择同步发电机。

小型水电站水利及动能计算4 水利及动能计算4.1 一般规定4.1.1 水利动能设计应坚持水资源综合利用和综合治理的原则，妥善处理需要与可能、近期与远景、上游与下游等方面的关系以及水资源开发与生态环境、征地移民的关系，经济合理地开发水资源。

4.1.2 水利动能设计应以流域综合规划或河流(河段)规划和电力规划为基础。

主要内容应包括：根据综合利用各部门要求确定电站的开发任务、供电范围，选择设计保证率和设计水平年，确定电站的规模和特征值，研究水库和电站的运行方式，阐明工程效益。

4.1.3 水利动能设计应在收集和分析当地社会经济、自然条件、电力系统、生态环境保护等基本资料和综合利用要求的基础上进行。

4.2 径流调节计算4.2.1 径流调节计算应收集长系列逐月(旬)径流、典型年逐日径流，电站下游水位流量关系曲线，水库库面蒸发和库区渗漏，水库水位-容积、面积关系曲线，综合利用部门需水要求、生态用水要求等资料。

4.2.2 径流调节计算应根据电站的调节性能和各部门用水要求，进行水量平衡，计算电站保证出力、多年平均发电量和特征水头，阐明电站运行特征和效益。

4.2.3 电站设计保证率可根据系统中水电站容量占电力系统容量的比重、设计电站的调节性能和容量大小等因素，在80％～90％范围内选取。

4.2.4 径流调节计算应采用时历法。

对于多年调节水库及年调节水库，应采用长系列(不少于30年)，按月(旬)平均流量进行计算；无调节或日调节电站，根据资料条件，可采用长系列逐日平均流量计算，也可采用典型年日平均流量计算。

典型年可选择丰水、平水、枯水三个代表年，也可增加平偏丰水、平偏枯水两个代表年。

4.2.5 当设计电站的上、下游有已建或在设计水平年内拟建的水利水电工程时，应进行梯级电站径流调节计算。

4.2.6 保证出力应根据径流调节计算结果绘制出力保证率曲线，按选定的设计保证率确定。

4.2.7 多年平均发电量可采用长系列年电量或典型年年电量的平均值。

中华人民共和国行业标准小型水力发电站水文计算规范SL 77一94主编单位：水利部农村电气化研究所批准部门：中华人民共和国水利部水利电力出版社1994北京中华人民共和国水利部关于发布《小型水力发电站水文计算规范》（SL 77一94）的通知水科教〔1994〕120号由水利部农村电气化研究所主编的《小型水力发电站水文计算规范》，经审查，批准为水利行业标准，其编号为SL77一94。

该标准从1994年5月1日起实施。

实行中如发现问题，请及时反映给主编部门；该规范由水利部水电及农村电气化司负责解释，由水利电力出版社出版发行。

1994年4月5日l 总则1．0．1为保证小型水力发电站（以下简称“小水电”或“小水电站”）水文分析计算质量，提高成果的可靠性，结合小水电特点，制定本规范。

1．0．2本规范适用于装机容量2．5万kw以下（含2．5万kw）各类小水电站可行性研究和初步设计阶段的水文分析计算，规划阶段亦应参照使用。

对装机容量小于sookw的电站，可根据实际情况适当简化内容，放宽要求；对小于IO0kW的微型电站，可参照执行。

详见附录A。

1．0．3小水电水文分析计算的基本资料应包括以下内容：（1）水文、气象资料；（2）流域自然地理、河流特征资料；（3）流域水利水电工程开发等人类活动影响资料；（4）水文、气象区域综合分析研究成果；（5）其他有关资料。

1．0．4小水电水文分析计算必须在认真调查和搜集水文、气象等基本资料的基础上，根据资料条件和工程特点，正确应用我国现行的中小流域水文分析计算方法和经省级以上行政主管部门审定的区域综合分析研究成果及其配套查算图表。

1．0．5小水电水文分析计算报告，应按照本规范内容逐章编写，依次说明流域情况、参证测站、引用资料、计算方法及其参数定量，明确给出分析计算结论，顺序列入全部采用成果和主要图表。

1．0．6小水电站装机容量、调蓄库容、集水面积任一项指标达到大中型水利水电工程级别下限的，水文分析计算按《水利水电工程水文计算规范》（S DJ214一83）和《水利水电工程设计洪水计算规范））（SL44一93）执行。

第一节小水电站计算一、水力发电的一般公式1・水电站的保证出力尸=9. 81Q/fy = AQH式中』——保证出力(kW)；Q——通过水电姑的流量(m[/s))"―作用于水电站的水头(设计水头)(m)；A——水电站的出力系数,4 = 9・8叨,大中型水电站取8, 0〜& 5,小型水电站当单机容量大于500kW以上的时取8.0；小于500kW,按表17—1选取；7 电站机组效率，7 =7/一一发电机效率*7 ------ 水轮机姣率。

17-1 出力系数人值水轮机与发电机间传动方式系.牧同轴连接7. 0 〜8. 0皮帯传动 6. 5 〜7. 5倚轮传动6,3两次传动6,02 •调节池容量V = 3600(Qz — Qi )7'・ _ 36O(M_ = 3600(几二匕)=9. 8177? _ 9. 81W?式中山—调节池容诫(mJ；Q2——高峰负荷时的流M(Tn：7s)；Qi 平均负荷时的流T——高峰员荷持绩吋fn](lOiA用调节池的有效贮水址发岀的电量(kWh)；P.一一高峰负荷时的输出功率(kW)$匕—平均负荷时的输出功^<kW), 其它符号同前。

3・扬水发电站汁算"丿扬水泵用电动机所需功率：9.81QZ7.,一矿一式中/・电动机功率(kW)；Q扬水fi(m3/s)；...... f j效扬程(m)・H— = H + h ：H—实际落差h损失水头(m〉；7——综合效率，7 = %% ?%—扬水泵效率；久扬水电动机效率。

(2)扬水电能：9. 81V"“3600?•・一■式中：月——扬水电能(kWh)； V —总扬水址(川)；其它符号同前。

4.压力水管内径式中皿——水管内径(m)；Q ----- 涼星(m$/s)：V •- •-流速(m/'s).5.压力水管厚度式中M——水管厚度《m)；P“——最大设计水压(N/m2)；d——水筒内径(m)$k-安全系数；J——管壁最大抗拉强度(N /m^)q—联轴节效牟。

小型水电站电能计算小型水电站是通过水流驱动涡轮机转动发电机发电的一种可再生能源发电方式。

电能计算是衡量水电站发电效率和产能的重要指标，对于水电站的运营和管理具有重要意义。

下面将详细介绍小型水电站电能计算的几个关键要素。

一、单位时段内的电能计算单位时段内的电能计算是小型水电站发电量的基本评估方法，常用于评估小型水电站的日、月、年发电量。

以日发电量为例，单位时段内的日发电量可通过以下公式计算：日发电量（kWh）=日发电量（KW）×日发电时间（小时）其中，日发电量（KW）表示日均发电功率，是水电站在其中一天内的总电能输出量，通常以千瓦时（kWh）为单位。

日发电时间（小时）表示该水电站在当天内的有效发电时间，即从开始发电到结束发电的时间。

二、能源利用系数计算能源利用系数是衡量水电站发电效率的重要指标，可以通过以下公式计算：能源利用系数（%)=水电站发电量（kWh）/自然水能（kWh）×100%其中，水电站发电量（kWh）表示水电站日、月、年的总发电量，自然水能（kWh）表示小型水电站所处的水流资源的总能量。

能源利用系数可以反映水电站的发电效率和资源利用情况。

能源利用系数越高，说明水电站的发电效率越高；能源利用系数越低，说明水电站的发电效率越低，表明水电站存在能源浪费现象。

三、装机容量利用系数计算装机容量利用系数是衡量小型水电站产能利用情况的指标，可以通过以下公式计算：装机容量利用系数（%)=水电站发电量（kWh）/装机容量（kW）×100%其中，水电站发电量（kWh）表示小型水电站的单位时段内的总发电量，装机容量（kW）表示小型水电站发电机的额定容量。

装机容量利用系数可以反映小型水电站的产能利用水平，装机容量利用系数越高，说明水电站的产能利用效率越高。

四、电网损耗计算电网损耗是指电能从水电站输送到用户端过程中的能量损失，电网损耗可以通过以下公式计算：电网损耗（kWh）=水电站发电量（kWh）-用户用电量（kWh）其中，水电站发电量（kWh）表示小型水电站的单位时段内总发电量，用户用电量（kWh）表示单位时段内用户实际使用的电能。

径流式水电站发电出力原理
径流式水电站，又称流量发电。

它是利用水的流动运动来驱动水轮机转动发电的一种水力发电方式，是水力发电中比较常见的一种形式。

其原理是利用引水、水轮机和发电机三大主要设备，将水从水库或者河流引入建筑物内的水轮机，并通过水轮机的转动产生机械能，最后将机械能转换为电能输出。

径流式水电站的发电原理主要涉及对水的流量、水头和效率的控制。

首先，流量是指水在单位时间内通过发电机的体积，一般用立方米/秒（m³/s）表示。

流量是决定水电站装机容量和发电量的重要因素之一。

其次，水头是指水从引水管道高度落差到水轮机的高度差，也称为水压力。

水头的高低则影响到水轮机转速的大小。

最后，径流式水电站的效率主要受到水轮机较为影响。

一般来说，水轮机的效率越高，产生的发电量也就越大。

在径流式水电站发电的过程中，首先要将水从水库或者河流引入引水管道，并通过截闸、闸门控制水流量。

然后，将水引入水轮进口处，水流经水轮机罩壳中心而进入轮叶桶处，轮叶桶带动转轮转动。

水轮旋转过程中产生的机械能被传递到发电机上，通过发电机的变化和调整，最终将机械能转换成电能。

总体而言，径流式水电站的发电原理是利用水流经水轮机，引流到发电机上，产生机械能并将其转化为电能。

在该过程中，需要控制水流量、水头和水轮机效率等因素，以保证发电量的稳定性和可靠性。

中华人民共和国行业标准小型水力发电站水文计算规范条文说明目次总则设计径流流量历时曲线枯水分析水位流量关系和文化生活中的影响举足轻重据典型调查和初步统计只达到设计年发电量而另一些电站常因遭遇一般洪水受到不同程度年以来我们对我国小水电水文计算工作进行了大量调查研究发现一些地方行政主管部门和有关人士往往不太重视水文工作这样就给小水电站带来了装计的资料条件和对水文工作的特殊要求当前面对现有数万座电站的改造挖潜和每年以万一工作程序我国国民经济和社会发展十年规划和八五多个农村初级电气化县和再建设小水电的特点大都散布在广大农村小河流域的上中游熟悉等情况成果外条设置和内容编排是以上小水电的特点小水电其容量界限依目前重要的是考虑本规范内容一般适用于集水面积以下的小流域小水电可行性根据我国小水电建设前期工作的实践经验除工万但具体而言由于我国所以较大的小水电站宽要求实际情况主要指电站类型范本条和以下的条是本规范超越各章的对小水电水文计算的共性要求但一般缺也不太知道我国已有很多可以为小水电水文分析计算直整理统计的水文特征值资料一类是水文行政主管部门来不及组织整编的国家水文站网近年实测的资料再一类则是很多水库专用水文这些特征或根据万区域地形图和或几十年来所以本其中包括区域综合这些资料一般鲜为小水电水文分析计算的三个原则集基本资料材料在短缺实测流量资料的地区特别是当暴雨径流资料太少而且对其质量没有把握时大多数是由直接占有水文气象资料及其测验设施的专职水文部门新分析研究这是本条中正确应用本规范分为实测径流资料不足和无实测径流资料后两种统称径流资料泛指原始的和整编的流量资料及其统计特征足够不足工程特点本规范按不同类型水电站对水文计算的不同要求特别归纳为两类一是即一般所分类的引水式河床式混合式二是包括具体见本规范各小水电水文分析计算采用的区域综合分析研究成果及其须是经省级以上行政主管部门审定的年代到其一般也没另外并应当按本条的要包括包括年内枯水年际枯水包括引用资料和参证测站包括流域暴雨洪水特性洪水调查计算方法及其参数定量各设计频率的设计洪水包括设计纵断面图包括多年平均和各设计频率或各设计泥沙代征和侵蚀模数分析包括装机容量指标下限为万万我国多数专业人员习惯上把集水面积小于以上则定为设计径流径流这里是泛指年各指定频率本条规定应提供的设计径流成果自本条至条基本上是我国几十年来小水电径流分析计算工作经验的总结及其方法的进行频率分析计算的机会实际上是很少有的项中条中实测或插补延长后另外还有泥沙和蒸发如未加特别注明一年以上条和的条件即由本条的本流域相邻流域或附近水文气象相似区域圈定的范围所限制选为降水量基本参证测站的限制条件则比较少渐次从周围相似区域内或气候一致区内本章条本规范以设计流域为中心站所在的区域其中中的本章条将进一步明本条是进行频率分析计算为改变目前各地分析计算流频率分析计算作了明确的规定数字期望公式计算经验频率三点法或用三点法且规划设计站点比较多和频率分析计算的工作量比较大则最好应用或编制有关软件这三条主要是关于因为正如前已指出而延长径流系列后进行频率分析计算直接频率计算的成果一般比间接区域分析成果更符合设计年小水电水文计算普遍遇到的资料条件和我国大部分地区年降水量存在年小周期丰枯波动和年左右的规定经验表明定一条有实用意义的相关线定线就比较困难条概括总结和明确规定了插补延长径流按集水面积比例缩放移用参证测站频率分析计算成果条中水面积比例就是通常应用最多的水文比拟法集水面积比例缩放的方法移用参证测站频率分析计算成果和插补延长径流系列除已经过集水多年平均降水量枯期和最枯月降水量相应降水量量比例逐年修正参证测站径流系列后进行频率计算但当资料十分短缺时可以统一用多年平均或本条是进行区域综合分析计算区域综合分析计算一是条的原则使用现行的区域综二是根据资料条件这两方面的工作互本规范条明确规定允许使用的区域综合图表应用现行的区域综合图表均值和等值线图及值分区图等值图及值及区域综合年各地原有的年径流分区经验公式一般不宜应用特别是不宜作为设计年径流的主要依据来应分析综合的区域天然年径流和集水面积关系这两条是必须对已确定使用的年径流系列进行代表性分析和一致性分析代表性在人类活由此曾造成许多失误和损失但应和年代后可望回因此浪费水资总结过去的实际工作经验三则在精度要求不高时分析中仅给出系列代表性和一致性好或不好的一般性结论是不够的还应当进一步定性或定人类活动对年径流的影响在设计径流中除必须按条的规从全则水电站设计装机容量必这些分析应结合条系列均值水平系列是偏丰还是偏枯或是还此外需要注意在年降水量明显存在年以表性年小周期丰枯波动而没有明显年以上大周期丰枯变化的未来径流形势偏丰还是可能偏枯可能接近常年比较重要问题一般只要有一个所以一般只指各月的统计值月内分设计年径流包括及其量历时曲线二是用来进行年发电量等水利水能计算不同的电站根据不同的负荷特性和电站在电力系统中的位置实际工作中条中同倍比缩放按个原则确定经验频率接近设计频率经验频率年内月内实测径流资料完整或比较完整比较完整对电站未来运行较为不利较为不利会造成未来电站大量弃水最不利因为这会在严适量基流的经综合后移用条的规已有的径流区域综合图表等资料刊印的设计年径流年内分配模型型条中的区域年降水和年径流关系面积同设计站址集水面积量级相当的径流参证测站其中包括插补参证年降水长系列中短缺即使设计辗转相关例如指为插补丁站某年缺测的年径流量远离实际练地根据千差万别的资料情况灵活应用中提及的中广开思路和应按游山丘区原因之二是即清的是未来电站所面临的真正的实际来水情况符合这一基本要求所以条规定对其一般不宜进行频率计算的实际径流特征应用条和条所规定的移用参证测站成果和设计站址流域同被移用站流域人类活动影响水平要求基本相同年左右时可按条的规定相关分析对比流域从相关图中一般都能由此定量确定同一年降水量条件下年份作为年径流设计典型年但必须注意因为受人类活动影响较大的年径流系列不能作频率分析所以无法在没有代表年概念下确定直接将年径流设计其设计意义在于确定当规划设计的站点以上流域发生设计频率年降水为避免偶然性可以考虑在频率接近设计代表年频率的年降水年份中多另外进行这种统计计算时还要注意对与实测年径流系列同步的年降水量系列进行必要的系因为我国小水电水文分析计算工作历来很少注意这个问这些影响所以本条仅规定应注意梯级电但基本方法却没有什么特算方法依然类同本章有关各条流量历时曲线为流量历时曲线是本规范区别于其他水文计算径流电站中的引水式电站是在引水口附近水库电站和抽水蓄能电站的水库是月平均流量历时曲线的计算成果偏大旬平均流量历时曲线很少被应用且在实测径流本条规定分级或不分级排队统计推若分级排队一般可分下限流量值即为各级代表流量若不分级则计算工作量很大且容易出错设计径流规定的综合区域日平均流量历时曲线制备综合区域日平均流量历时曲线时选择径流参证测站的技术要求和有关规定同第章设计径流无因次流量指各级代表流量同多年平均流这也是个困难应注意各参证测站的无因次或模数日平均流量历时曲线应当点绘在同一张普通格纸或对数绘制综合区域流量历时曲线的方法本条是关于也可用后者对设计频率的要求比较严格即用来推求流量历时曲线的设计典型年并不一定需要按设计代量分布的方法问题不经过同倍比缩放年径流频率分析计算先推求月平均流量历时曲线而最终应地下径流补给全年丰盛且比重较大的河流一般情况是保证率当所以应当注为此如何把月保证率必设计径流此外综合区过去不少地方一直沿用形式与古典概率公式相同的更小的值本规范统一规定应流量保证率和但都有样本和总体这种流量历时曲线是规划给出的是多年平均没有率具体做法应当是个流量的频率曲线及其参由此据了解例如当分析计算已确定某电站设计频率为为天中有天的上游来水量等于和大于的机遇是枯期时间统计分析时其中不同的是设计代表年有两种实测径流资料短缺时这里还需保证率各单站点设计的方便日平均流量保证率并特别冠以参数流量历时曲线我国很多电站实际流量历时曲线的成果本章前面有关条文已涉及这个问题本条规定的中心是应根据流量变幅即应分别选用合适的普通格纸或对数格纸对绘制不同形式的流量历时曲线来说对数格纸能放大高水低频或低水高频的曲线首端或尾部小水电站设计保证率一般为所以通常应用的多年平均日平均流量历时曲线绘制在普通格纸上也就可枯水分析水面积不大流域调蓄能力很低枯水对小水电站及其电网经济效益的影响小水电规划设计特本条从而规定径流量或月平均流量和最小日平均流量年内异常枯水对小水电站全年正常运行有很大的破坏作用指异常特枯年的出现及其未来重现的可能总的来看率大于一是必须应用径流分析和流量历时曲线的成果是必须进行专门性的枯水调查特别是仅由降水径流参证测站设计径流和推求流量历时曲线时枯调查一般的站址野外枯水调查可以在年内但有针对性的专门枯水调查比较正规的枯水调查方法同洪水调查有关组织水利电力出版社应当注意量是在什么相应降水量情况下的枯水流量设计洪水条的如峰高量小面窄历时短适用于大中型规定的中心和重点一是要求充分应用必须对洪可以要求和简化用矩法初本章虽在形式上内容不多所以本规范有关条文比较详尽和全本章相应条款即可同时仅淡化了第条和第但据的规定或综合选定万工程等别工程规模建筑物一般属永久性主要建筑物按常运用洪水标准为可参照平原水库拦河水闸用洪水标准为年和年非常运用洪水标准为年和这四条是相对谨慎可靠的方法条规定一是应根据经审定的全国确定计算参数和计算方都还应根据参证测站实测暴雨洪水资料分析综合选定主要编印或包括在以下一些图册中和简称年编制?暴雨径流查算图表?年对这些暴雨洪水查算图表需要说明以下几点我彼此之间经过多次反所以推求设计洪峰流量大于还必须按的规定应注意这里仅指由合适的径流参证测站所以设计雨量应根据暴雨洪水查算图表确定成果的问题比较少多为这样规定便过去各相关规范和资料对此没有明确区分本规范特将设计暴雨历时分为成洪暴雨历时和历时成洪暴雨量直接决定一次洪水过程洪量大小雨强度直接决定一次洪峰大小小流域多为一般应以设计设计洪水需要的是面雨量即使在以和暴雨的定点定面点面折减系数分别为和设计暴雨点面折减系数的具体数值和有关使用规则时正外延和峰量关系等条中建议作出的暴雨历时频率射状的非平行折线簇折点在历时为集水面积线推估设计流域的设计洪对以上线关系点据比较散乱所以条的规定而不能把区域综合转折点大约在和本规范在将对水特大或较大的历史洪水的含义是有较长的重现期近几年国内外水文分析计算工作经验水在小水电站设计洪水中的作用和影响并据原水利电力部根据我国年代末至年代初全国范围的大规模度也有保证单断面比降公式任意性相对较所以本条方法实际上是假定区间和上级电站以上同时组合相应洪水时水库调蓄后下泄的洪水一般不必再进行河道洪水演算只水位流量关系本条是本条中要求本条是本条的计算的水位流量关系点据作为上下控制点确定各级假定水位下相应的实际工作中水电站规划设计阶段微妙变化又十分敏感即使有条件应用第如果站址处于平坦开阔的中下所以本条也规定一般可取平均关系本条为此提出了特别要求和应执行的相关规泥沙根据经验和有关实验如果站址断面多年平均悬移质含沙量大于沙粒径达而另外在强调重视和必须提供泥沙计算成果的同时一般给出设计站址处多年平均含沙量或输沙量就能满站资料的条件限制可以放宽同流域没有附加条件见实际上应用多年平均站海拔高程的差别这两条不是成果合理性检查多年实践经验已表明可靠性比这些因素主要有资料的实力区域综合成果各地质量不平衡为了保证设计成果质量本规范特别列出一章本条实际上强调必须进行纵向横向采用合理选用多站同种方法横向是纵向点的对比分析着本条所规定检查的参数和本条是关于在条件允许时洪水综合图表本条中洪水综合图表中条中的保证率线在各这个问题对查洪水洪峰流量比降法公式有四个计算参数过水断面面积对绝但无实测资料时根据天然河道糙率表凭经验选定的河床糙率所以条明条和各地除自行综合外必须注意在双对数格纸绘出的以下给出的外包线供参考除流量平缓不会出。