水电站可以根据开发形式和用途分为以下几种:无调节电站、日调节电站、年调节电站、多年调节电站和灌溉水库水电站。这是目前我国农村水电站开发的几种常见形式,在进行水能计算时其特点各不相同。下面只说明年调节电站保证出力和发电量的计算。
水库的兴利库容能够对一年内的径流进行重新分配,将丰水期的余水量蓄起来,在枯水期提高发电流量,这类水电站为年调节水电站。在年调节水电站的一个调节年度内,一般分为蓄水期、弃水期、供水期和不蓄不供期等几个时期。其中供水期引用流量最小,电站出力也小。年调节水电站某年能否保证正常工作,关键取决于供水期。只要电站供水期的出力和电量能满足系统正常用电要求,则电站全年工作就有保证。因此,年调节水电站的保证出力是指相应于设计保证率的年供水期的平均出力。设计保证率采用年设计保证率。计算方法可以采用长系列法和代表年法,而两种方法的具体计算都可以通过等流量法和等出力法完成。下面仅介绍等流量计算法。
年调节水库(图10-4)丰水期的余水量蓄满兴利库容V兴,则设计枯水年供水期的调节流量为:
图10-4 流量过程图
设计枯水年蓄水期的调节流量为:
式中 Q供、Q蓄——水库设计枯水年供水期和蓄水期的调节流量,m3/s;
W供、W蓄——水库设计枯水年供水期和蓄水期的天然来水量,m3或(m3/s)•月;
V兴——水库设计枯水年的兴利库容,m3或(m3/s)•月;
T供、T蓄——水库设计枯水年供水期、蓄水期的历时,s或月。
等流量法就是指蓄水期和供水期分别以相同流量调节,并分别确定T供、T蓄。
供水期是指天然流量小于供水期调节流量的时期,即Q天然<Q供;蓄水期是指天然流量大于蓄水期调节流量的时期,即Q天然>Q蓄。依此概念确定供水期和蓄水期,一般采用试算法。下面以一个实例具体说明试算的过程。
【例10-1】已知某水库水位—库容曲线见表10-1,该水库P=90%设计枯水年来水过程见表10-2,水库正常蓄水位为133.0m,死水位为110.0m。请确定蓄水期和供水期。
表10-1 某水库水位—库容曲线
表10-2 某水库P=90%设计枯水年来水过程
解(1)绘制水位—库容曲线。由正常蓄水位和死水位在曲线上查得相应水位的库容,则兴利库容为V兴=34.5-7.7=26.8[(m3/s)•月]。(www.daowen.com)
(2)确定蓄水期。在一年的来水过程中,流量较大的几个月可能是蓄水期。通过观察,3~9月相对较大,故首先假设3~9月为蓄水期,则蓄水期的天然来水量为:
W蓄3~9月=19.8+14.9+41.5+55.3+30.2+3.5+28.8=194.0ρ(m3/s)•月]根据式(10-11)得蓄水期调节流量为:
把结果与各月实测流量比较,有3月、4月、8月流量小于调节流量,不是蓄水期,但要满足区间时间的连续性,故去掉3月、4月、8月、9月。重新假设蓄水期为5~7月,同上有:
再次比较,仍有9月流量小于调节流量。第三次假设蓄水期为5月、6月,同上有:
满足定义要求,所以该水库蓄水期为5月和6月。
(3)确定供水期。并不一定就是一年中除了蓄水期就是供水期,多数情况下还会有不蓄不供期。所以同样需要进行试算。方法同上,只要保证Q供P=90%>Q天然的连续时段就属于供水期。经演算可知:10月至翌年2月的Q天然<Q供P=90%=12.06(m3/s),即该水库的供水期为10月至翌年2月。
在上述过程中调节流量Q蓄P=90%、Q供P=90%实际上就是水库在设计保证率下的引用流量。若计算水库的保证出力就变得很简单了,仍以上述例题为例加以说明。
【例10-2】假设[例10-1]中年调节水库无水量损失,水头损失为1.0m,结合下游水位—流量关系线(表10-3),试推求该水电站的保证出力和保证电能。
表10-3 某水库下游水位—流量关系线
解 年调节水电站保证出力计算见表10-4。
由[例10-1]中可知5月、6月为蓄水期,引用流量为35 m3/s;10月至翌年2月为供水期,引用流量为12.06 m3/s;其他月份为不蓄不供期,引用流量为各月天然来水量。但8月为一年中用电的高峰期末端,其流量太小,不能保证其发电量能满足电力系统要求,所以将8月和9月进行平均处理,取流量为16.15 m3/s。
将数据列于表10-4中的第②栏。由②-③=④可求⑤,即各月水库的水量变化值。因为等流量计算,故不产生弃水,第⑥栏全为0。根据第⑤栏水量变化情况,求出时段末水库蓄水量V末=7.70+ΔW,进而得出平均蓄水量⑧。查水位库容曲线和下游水位流量曲线得上下游水位,列于第⑨、第⑩栏中,除去水头损失可求出净水头,列于第⑫栏中。最后根据公式N=AQH,其中A取7.0,Q为引用流量,H为净水头,计算月平均出力,结果列于第⑬栏中。由月平均出力与各月历时求出发电量,列于第⑭栏中。
表10-4 年调节水电站等流量保证出力计算表
电站保证出力就是供水期平均出力:
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