（水利工程專業(yè)論文）天堂蓄能電站及其梯級(jí)運(yùn)行方式研究.pdf

華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 抽水蓄能電站日益成為現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)構(gòu)成中的一個(gè)重要組成部分 在當(dāng)今電 力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大和用電結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化的情況下 其所承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰 填谷 和旋轉(zhuǎn)備用任務(wù)對(duì)于現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)揮著極其重要的作用 研究抽水蓄能電 站合理的水庫(kù)運(yùn)行方式 不僅對(duì)充分發(fā)揮抽水蓄能電站調(diào)節(jié)作用 而且對(duì)提高其自身 的效益有著重要的實(shí)際意義 天堂抽水蓄能電站及其梯級(jí)的運(yùn)行 對(duì)緩解湖北電網(wǎng) 尤其是湖北東部地區(qū)電網(wǎng) 的填谷和調(diào)峰需要 改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件起到了一定的作用 天堂抽水蓄能電站的興建 使得原天堂水庫(kù)死水位提高 這樣在提高一 二級(jí)電 站運(yùn)行水頭的同時(shí) 天堂水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能也由多年調(diào)節(jié)降為年調(diào)節(jié) 因此 本文主要 研究天堂抽水蓄能電站及其梯級(jí)的運(yùn)行方式 在滿足天堂抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的填 谷和調(diào)峰作用的前提下 提高梯級(jí)的總發(fā)電效益 本研究?jī)?nèi)容包括 1 天堂水庫(kù)入庫(kù)徑流系列推求 2 天堂抽水蓄能電站及其 梯級(jí)的水能計(jì)算 3 天堂抽水蓄能電站及其梯級(jí)運(yùn)行方式對(duì)湖北電網(wǎng)的作用與影響 綜合分析 4 針對(duì)天堂抽水蓄能電站及其梯級(jí)運(yùn)行的現(xiàn)狀 在研究了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水 庫(kù)運(yùn)行有關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上 通過(guò)對(duì)運(yùn)行以來(lái)實(shí)際資料的分析 結(jié)合抽水蓄能電 站自身的特點(diǎn) 建立了在總的運(yùn)行周期 一年 內(nèi)以發(fā)電總收益最大為目標(biāo)的梯級(jí)優(yōu) 化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型 并在考慮多種約束情況的條件下 通過(guò)選擇合理的徑流描述方法和 應(yīng)用變向探索法進(jìn)行優(yōu)選計(jì)算 制訂了抽水蓄能電站及其梯級(jí)優(yōu)化的運(yùn)行方式 通過(guò)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果和運(yùn)行實(shí)際情況的比較表明 在滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷調(diào)度要 求的情況下 抽水蓄能電站及其梯級(jí)的總收益得到提高 論文成果不管從理論上還是方法上 都將對(duì)我國(guó)抽水蓄能電站的運(yùn)行具有參考應(yīng) 用的價(jià)值 關(guān)鍵詞 抽水蓄能電站梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行方式 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t t h ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o ni sb e c o m i n ga ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h em o d e m l a r g e s c a l ep o w e rs y s t e mc o m p o s i t i o nd a yb yd a y a n dw i t ht h es i t u a t i o nt h a tm a n y c h a n g e sh a v et a k e np l a c ei n c o n s t a n te n l a r g e m e n to ft h ep o w e rs y s t e ma n dp o w e r c o n s u m i n gs t r u c t u r en o w a d a y s i tm u s tu n d e r t a k et h et a s kt h a tt r a n s f e r r i n gt h ep e a k f i l l i n g o u tv a l l e yo ft h ep o w e rs y s t e m a n do f f e rr o t a t er e s e r v e s oi tp l a y sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n t r o l ef o rt h em o d u l a t i o no ft h em o d e mf u l l l e n g t hp o w e rs y s t e m s t u d y i n gt h er a t i o n a lo p e r a t i o nw a yo ft h er e s e r v o i r n o to n l yc a ng i v ef u l lp l a yt ot h e r o l eo fr e g u l a t i o no ft h ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n b u ta l s oc a ni m p r o v ei t so w n b e n e f i t t h et i a n t a n gp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o nm a k e ss o m ec o n t r i b u t i o n st ot r a n s f e r r i n g t h ep e a k f i l l i n go u tv a l l e y a n di m p r o v i n gt h eo p e r a t i o nt e r m so ft h ep o w e rs y s t e mo f h u b e i e s p e c i a l l yt h ea r e ao fe a s tp r o v i n c e a st h ec o n s t r u c t i o no ft h et i a n t a n gp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o nh a sb e e nf i n i s h e d t h ed e a dw a t e rl e v e li s i m p r o v e d s ot h eo p e r a t i n gh e a do ft h ef i r s ta n ds e c o n dp o w e r s t a t i o nh a sa l s ob e e ni m p r o v e d m e a n w h i l e t h ea d j u s t i n gf u n c t i o no ft h et i a n t a n g r e s e r v o i rh a sb e e ns t r e n g t h e n e d t h a ti st os a y t h ea d j u s t m e n tf r e q u e n c yh a sb e e nl o w e r e d t oo n c eay e a rw h i l ei tw a so n l yo n c ef o rm a n yy e a r si nt h ep a s t i nt h el i g h to ft h e s e c o n s i d e r a t i o n s t h i sa r t i c l em a i n l yt a l k sa b o u tt h ec a s c a d eo p e r a t i o nw a yo fp u m p e ds t o r a g e p o w e rs t a t i o n a n dh o wt oi m p r o v et h et o t a lb e n e f i to ft h ec a s c a d eh y d r o e l e c t r i cp o w e r s t a t i o n s t h i sr e s e a r c h m a i n l yi n c l u d e s s e v e r a la s p e c t sa sf o l l o w s 1 a c q u i s i t i o na n d c a l c u l a t i o no ft h ed a t ao ft h ei n c o m i n gf l o wo ft h et i a n t a n gr e s e r v o i r 2 t h ec a s c a d e h y d r o p o w e rc o m p u t a t i o no ft h es e r i e so fp o w e rs t a t i o n s 3 t h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f t h ef u n c t i o na n di n f l u e n c et h a ti tp l a y so nt h eh u b e ip o w e rg r i d 4 o nt h eb a s i so f s t u d y i n gt h et h e o r ya n dm e t h o do ft h ee x i s t i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e r v o i r sa n d t h ec u r r e n to p e r a t i o n a ls i t u a t i o no ft h i sp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n w eh a v es e tu pa m a t h e m a t i c a lm o d e la i m i n ga tt h eg o a lt h a to p t i m i z i n gt h et o t a li n c o m ew i t h i nao p e r a t i o n 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 c y c l e o n ey e a r t h r o u g hc h o o s i n gr e a s o n a b l ed e s c r i p t i o nm e t h o do fr u n o f fa n dt a k i n g o p t i m i z e dc a l c u l a t i o n s w i t he x p l o r a t o r ym e t h o d s w eh a v ea l s om a d et h eo p t i m i z e d o p e r a t i o nw a yo ft h ec a s c a d ep u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n sw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no f k i n d so f r e s t r a i n t c o m p a r i n gt h er e s u l to fc a l c u l a t i o nw i t ha c t u a lo p e r a t i o ns t a t u e s i ti n d i c a t e st h a t b e s i d e sm e e t i n gt h et a s ko fa d j u s t i n gt h ep e a ka n df i l l i n go u tv a l l e yo ft h ep o w e rs y s t e m t h et o t a l l n c o m e sa r er a i s e d n om a t t e rt h ea c h i e v e m e n t so rt h em e t h o d so ft h et h e s i s t h e yw i l lb eb o t ho fg r e a t v a l u e sf o rn a t i o n a lp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n k e yw o r d s p u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n c a s c a d er e s e r v o i r o p e r a t i n gm o d e 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 盡我所知 除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個(gè) 人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果 對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者簽名 日期 艫咋月 j 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有 權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和 借閱 本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 保密口 在年解密后適用本授權(quán)書(shū) 本論文屬于 不保密回 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 4 學(xué)位論文作者簽名 日 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 概述 1 1抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用 抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中發(fā)揮作用的途徑是利用系統(tǒng)的低谷剩余電能抽水 將 電能轉(zhuǎn)化為水的位能儲(chǔ)存起來(lái) 待系統(tǒng)需要時(shí)再用來(lái)發(fā)電 是解決電力系統(tǒng)低谷剩余 出力和尖峰用電需求的一種電能調(diào)蓄手段 利用這種手段 可以安全 經(jīng)濟(jì)有效地解 決電力系統(tǒng)中發(fā) 供電之間的矛盾 另外 抽水蓄能電站在系統(tǒng)中還具有顯著的動(dòng)態(tài) 效益 如承擔(dān)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用 調(diào)頻 調(diào)相 調(diào)整負(fù)荷 事故備用以及提高系統(tǒng)運(yùn)行 可靠性等 因此 抽水蓄能電站在系統(tǒng)中的運(yùn)行準(zhǔn)則與運(yùn)行方式 不能以追求發(fā)電 小時(shí)數(shù)高 即發(fā)電量多 為目標(biāo) 而應(yīng)以滿足系統(tǒng)安全 穩(wěn)定 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行這一綜合目 標(biāo)來(lái)分析制定 電力系統(tǒng)的發(fā)電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)由三方面 一是電壓在規(guī)定范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定 二是頻 率在規(guī)定范圍內(nèi)并保持穩(wěn)定 三是電能供應(yīng)充分并具有高度的可靠性 發(fā)電質(zhì)量如果 沒(méi)有保證 則所有用電工業(yè)的丌工率 操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量都將受到影響 由于供電 不足而采取限制用電和強(qiáng)制停電不但會(huì)影響社會(huì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 而且會(huì)提高產(chǎn)品 成本 也給人民的生活帶來(lái)很大的不便 另外 若電力系統(tǒng)的負(fù)荷下降到低谷而調(diào)節(jié) 措施不及時(shí) 將造成頻率過(guò)高 這對(duì)于用電部門的影響是同樣嚴(yán)重的 國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐 已經(jīng)充分證明 抽水蓄能機(jī)組在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰 調(diào)頻 調(diào)相 事故各用和吸收 多余電能等方面都有明顯的功效 供電充足和發(fā)電質(zhì)量提高后 所有用電部門的經(jīng)濟(jì) 性都隨之改進(jìn) 城市生活水平也得以提高 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是巨大的1 2 1 抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的作用是以下兩個(gè)方面 1 對(duì)改善電網(wǎng)運(yùn)行的作用 抽水蓄能機(jī)組是水電機(jī)組 啟動(dòng)快速 適用負(fù)荷范圍寬 在電力系統(tǒng)中能很好地 替代火力機(jī)組擔(dān)任調(diào)峰作用 作為發(fā)電機(jī)組 抽水蓄能機(jī)組有很強(qiáng)地負(fù)荷跟隨能力 在電網(wǎng)中可起調(diào)頻作用 抽水蓄能機(jī)組的利用時(shí)數(shù)不很高 隨時(shí)可以作為系統(tǒng)的備用機(jī)組 同時(shí)還可以作 旋轉(zhuǎn)備用 也是在并列狀況下在發(fā)電方向空轉(zhuǎn) 必要時(shí)能更快地帶上負(fù)荷 可以在很 短的時(shí)州內(nèi)轉(zhuǎn)換為發(fā)電 2 在能源利用上的作用 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 包括降低電力系統(tǒng)燃料消耗 改變能源結(jié)構(gòu)和提高火電設(shè)備利用率三個(gè)方面的 作用 在降低電力系統(tǒng)燃料消耗方面的作用 電力系統(tǒng)中的大型高溫高壓熱力機(jī)組 包 括燃煤機(jī)組和核燃料機(jī)組 均不適于在低負(fù)荷下工作 由于電網(wǎng)調(diào)節(jié)需要而強(qiáng)迫壓低 負(fù)荷后 燃料消耗核廠用電能將增加 機(jī)組在磨損也將加速 在采用了抽水蓄能機(jī)組 與燃煤機(jī)組及核電機(jī)組配合運(yùn)行后 這些熱力機(jī)組都得以在額定或較高出力下穩(wěn)定運(yùn) 行 實(shí)現(xiàn)了較高的運(yùn)行效率 在改變能源結(jié)構(gòu)方面的作用 抽水蓄能機(jī)組所代替的熱力機(jī)組中有一部分是燃油 的蒸汽機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)組 抽水蓄能的動(dòng)力來(lái)自燃煤 使用抽水蓄能以后就起到了以 煤代油的作用 對(duì)改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)有重要意義 在提高火電設(shè)備的利用率方面的作用 用燃煤機(jī)組調(diào)峰時(shí)要經(jīng)常改變運(yùn)行方式或 頻繁丌停機(jī) 因而導(dǎo)致及其的磨損核經(jīng)常發(fā)生事故 抽水蓄能機(jī)組可以替代這些熱力 機(jī)組的調(diào)峰任務(wù) 使這些機(jī)組可以擔(dān)負(fù)更為穩(wěn)定的負(fù)荷 設(shè)備的利用率因而得以提高 壽命可以延長(zhǎng) 天常抽水蓄能電站是目前湖北電網(wǎng)中唯一的抽水蓄能電站 在電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào) 峰 調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用任務(wù) 為了提高天堂抽水蓄能電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和可靠性 丌 展了本項(xiàng)目研究 1 2 天堂梯級(jí)電站概況 1 流域自然地理特性 天堂抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣境內(nèi)的天堂河上 其上 下游水庫(kù)分 別為已建成的天堂水庫(kù)和二級(jí)水庫(kù) 天堂水庫(kù)壩址控制流域面積2 2 0 k m 2 多年平均 徑流量1 8 9 1 0 8 m 3 多年平均流量5 9 8 m 3 s 天堂河又稱新昌河 系巴水上游的主要 支流之一 發(fā)源于大別山主峰南麓 于敢魚(yú)嘴匯入巴水 流域面積4 3 7 k m 2 全長(zhǎng) 6 0 6 k m 其中主槽長(zhǎng)3 9 7 k m 河底平均坡降5 7 2 地勢(shì)陡峻 水能資源豐富 該地區(qū)受亞熱帶季風(fēng)影響和特定的地貌支配 具有氣候溫和 雨量充沛 光照充 足 春暖秋涼 四季分明的氣候特征 屬北亞熱帶季風(fēng)區(qū)氣候類型 掘羅田縣氣象站 觀測(cè)資料 該地區(qū)的年平均降雨量1 4 6 0 m m 一般年份6 7 8 月份的雨量占全年降 阿量的5 0 5 多年平均降雨天數(shù) 大于1 0 m m 4 0 天 歷年最高氣溫4 1 7 最低氣 溫 1 4 6 平均氣溫1 6 4 c 歷年最大風(fēng)速2 3 5 m s 風(fēng)向w 多年平均相對(duì)濕度7 7 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 最大相對(duì)濕度1 0 0 最小相對(duì)濕度6 2 天堂梯級(jí)電站概況 天堂梯級(jí)水電站位于湖北省羅田縣北部 長(zhǎng)江中游北岸 支流巴水的新呂河上 流域規(guī)劃以發(fā)電為主 九級(jí)開(kāi)發(fā) 共裝機(jī)8 4 9 m w 現(xiàn)已相繼建成五級(jí)電站 裝機(jī)容 量2 6 6 5 m w 設(shè)計(jì)年發(fā)電量9 3 0 5x1 0 4 k w h 天堂水庫(kù)為梯級(jí)龍頭水庫(kù) 于1 9 6 6 年1 0 月開(kāi)工 1 9 6 9 年1 1 月主體工程竣 工 1 9 7 2 年水庫(kù)丌始正常運(yùn)行 1 9 8 8 年至1 9 9 0 年對(duì)大壩和副壩進(jìn)行了加高加固 整漏處理 天常水庫(kù)壩址在大別山主峰天堂寨 海拔1 7 2 9 m 腳下的大地坳鄉(xiāng)為多年調(diào)節(jié)水 庫(kù) 以防洪發(fā)電為主 兼有養(yǎng)魚(yú)等綜合效益 天堂水利樞紐大壩 副壩 溢洪道 發(fā) 電隧洞 泄洪隧洞和管理設(shè)施等部分組成 大壩為粘土心墻土石壩 五百年一遇設(shè)計(jì) 二千年 遇校核 增加非常溢洪設(shè)施 防洪能力可達(dá)二千年一遇 壩頂高程3 0 3 5 m 總庫(kù)容16 2 1 0 a m 3 設(shè)計(jì)洪水位3 0 1 6 6 m 校核洪水位3 0 2 8 3 m 防汛限制水位2 9 6 m 相應(yīng)庫(kù)容1 0 8 7 0 1 0 4 m 3 死水位2 7 8 m 相應(yīng)庫(kù)容2 9 0 8 1 0 4 m 3 調(diào)節(jié)庫(kù)容7 9 6 2 庫(kù) 容系數(shù)0 4 2 具有多年調(diào)節(jié)性能 水庫(kù)具有孔寬8 m 高9 3 m 的寬頂堰式溢洪道 由 弧形閘f q 控制 堰頂高程2 9 0 m 最大泄流量1 3 5 7 m 3 s 非常溢洪道采取破副壩形式 寬1 0 0 m 堰頂高程2 9 3 m 最大泄流量2 2 4 0 m 3 s 一級(jí)電站壩后式電站 裝機(jī)容量7 0 m w 發(fā)電輸水洞為圓形有壓隧洞 長(zhǎng)2 6 0 m 直徑2 5 m 進(jìn)口底高程2 6 5 m 電站從隧洞引水至岔道管與二臺(tái)可逆式機(jī)組相接 機(jī) 組單機(jī)最大過(guò)水能力為9 4 5 m 3 s 二級(jí)電站距一級(jí)電站5 9 k m 建在侯家河上游3 0 0 m 河谷處 為無(wú)壓引水道式電 站 有一小水庫(kù) 有效庫(kù)容2 3 0 1 0 4 m 3 可以進(jìn)行日調(diào)節(jié) 大壩為雙位2 4 1 5 m 由于 泄洪閘未安裝閘門 實(shí)際運(yùn)行水位2 4 3 2 m 閘門底坎高程 電站從大壩引水經(jīng)l o o m 明渠 2 2 m 混凝土壓力水管分岔道進(jìn)入二臺(tái)機(jī)組 裝機(jī)容量4 4 5 m w 三級(jí)電站距二級(jí)電站3 5 k m 位于大地坳鄉(xiāng) 為無(wú)壓引水道式水電站 小水庫(kù)有 效庫(kù)容1 1 8 x1 0 4 m 3 具有同調(diào)節(jié)性能 大壩為雙曲拱壩 設(shè)計(jì) f 常高水位2 1 1 m 死 水位2 0 6 1 2 m 電站從大壩引水經(jīng)9 0 0 m 明渠進(jìn)入前池 經(jīng)8 8 m 混凝土壓力管進(jìn)入機(jī) 組 單機(jī)單管引水 裝機(jī)二臺(tái) 裝機(jī)容量4 4 5 m w 四級(jí)電站距三級(jí)電站4 5 k i n 位于河鋪牌形工 無(wú)凋節(jié)庫(kù)容 渠首建有漿砌重力 壩 經(jīng)3 7 0 0 m 明渠引水至壓力鋼管 8 8 m 再分岔道進(jìn)入二臺(tái)機(jī)組 裝機(jī)容量6 m w 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 五級(jí)電站 裝機(jī)二臺(tái) 裝機(jī)容量8 m w 1 3 天堂抽水蓄能電站概況 天掌抽水蓄能電站下庫(kù)為天堂二級(jí)電站水庫(kù) j 下蓄水位2 4 8 m 發(fā)電死水位2 4 4 位m 有效調(diào)節(jié)庫(kù)容2 9 1 1 0 4 m 3 此庫(kù)容即為天堂抽水蓄能電站正常運(yùn)行所需的同調(diào) 節(jié)庫(kù)容 占天堂水庫(kù)有效庫(kù)容的8 3 上庫(kù)為天堂水庫(kù) 正常蓄水位2 9 6 m 發(fā)電死 水位2 8 6 m 水庫(kù)有效調(diào)節(jié)庫(kù)容5 3 9 1 1 0 4 m 3 具有年調(diào)節(jié)能力 電站裝機(jī)容量7 0 k w 裝設(shè)二臺(tái) 單機(jī)3 5 k w 立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī) 組 抽蓄電站投入運(yùn)行后 主要在日負(fù)荷低谷時(shí)間 冬季一般在0 0 0 6 0 0 夏季一 般在1 0 0 7 0 0 抽水 早晚負(fù)荷高峰期發(fā)電 抽蓄電站除利用蓄能水量發(fā)電外 豐 水期可利用天堂水庫(kù)的天然水來(lái)發(fā)電 指一級(jí)電站滿裝機(jī)發(fā)電后多余水量 如果抽蓄 電站不利用這部分水量 就可能會(huì)棄摔 天堂抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用主要是調(diào)峰 填谷 減少系統(tǒng)峰谷差 并具有調(diào)相和承擔(dān)系統(tǒng)事故備用 提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性和可靠性等方面的動(dòng)態(tài)效益 功能 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 天堂蓄能電站及其梯級(jí)的水能計(jì)算 為便于后面闡述天堂水庫(kù)入庫(kù)徑流系列推求 天堂梯級(jí)和抽蓄電站的水能計(jì)算方 法 首先分析與研究有關(guān)水能計(jì)算的原理與方法 2 1 電站出力計(jì)算 1 水流出力 構(gòu)成水電站的水能的基本要素是水輪發(fā)電機(jī)組的引用流量q 和上下游落差h 即 水電站的水流出力為 n 9 8 1 q h 9 8 1 q z 上一z 下 2 1 式中 為水流出力 k w z 為庫(kù)水位或機(jī)組引水管前池水位 z 為發(fā)電尾 水位 2 水頭損失 因?yàn)闆](méi)有考慮任何損失 所以按式 2 一1 計(jì)算所得的水流出力只表示天然水能所 具有的理論功率 水電站在實(shí)際運(yùn)行時(shí) 水流通過(guò)欄污柵 進(jìn)水口 引水管道流至水 輪機(jī) 并經(jīng)尾水管排至下游河道 在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中 水流必定會(huì)產(chǎn)生各種水頭損失 h 這種損失可由水力學(xué)公式計(jì)算 但實(shí)際應(yīng)用中常建立如下關(guān)系來(lái)計(jì)算水電站的 綜合水頭損失 h c e q 2 式中 口為經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 由式 2 2 就可計(jì)算作用在水輪機(jī)上的凈水頭 h 凈 h 一 h z 上一z v 一心 3 水電站實(shí)際出力 當(dāng)水流進(jìn)入水輪機(jī)水室以后 在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中 這部分損失可用相應(yīng)設(shè)備的效率加以考慮 q q 水帆 r i 傳動(dòng) q 電機(jī) 2 2 2 3 還將有一部分能量損失 2 4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中 r l 為水電站的總效率 n m n t 1t n 分別為水機(jī)效率 傳動(dòng)設(shè)備效率 及發(fā)電機(jī)的效率 水電站所能發(fā)出的實(shí)際出力為 n 9 8 1 r l q h 凈 2 5 一般來(lái)說(shuō) 式 2 4 中的三種效率 n 自機(jī)隨n 的變化較小 而q 機(jī)則與水輪發(fā) 電機(jī)組的出力和凈水頭有關(guān) 在進(jìn)行時(shí)段 如同 旬或月 較長(zhǎng)的水能計(jì)算中 無(wú)法 知道每臺(tái)機(jī)組的出力過(guò)程 亦即不能求出n m 或n 因此 常把9 8 lq 近似記為一個(gè) 常數(shù) 即k 9 8 1n 并采用如下簡(jiǎn)化公式來(lái)計(jì)算水電站的出力 n 足琺 h 掙 式中 q 為發(fā)電引用流量 m 3 s k 為出力系數(shù) 對(duì)于中型電站k 8 o 8 5 2 2 水量平衡方程 入庫(kù)流量 水庫(kù)蓄水量及出庫(kù)流量三者間必須滿足水量平衡方程 2 6 v h i v t q 一q q a t wi w 2 7 式中 v v 1 分別為時(shí)段初 末水庫(kù)蓄水量 m 3 q q 引 q 分別為時(shí)段 平均入庫(kù)流量 發(fā)電引用流量及溢洪道流理 m 3 s a t 為計(jì)算時(shí)段長(zhǎng) s w 舢 w 分別為時(shí)段蒸發(fā)與水庫(kù)滲漏損失水量 m 3 根據(jù)式 2 7 可由實(shí)測(cè)水位 發(fā)電量和泄洪流量等計(jì)算入庫(kù)流量 亦可由入庫(kù)流 量 水電站出力和時(shí)段初庫(kù)蓄水量計(jì)算時(shí)段末水庫(kù)蓄水量 2 3 抽水蓄能電站水能計(jì)算 1 發(fā)電工況 凈水頭 h 茇 凈 z 上一z 下一 h 發(fā)電量 e t v h nt 1 3 6 7 2 2 8 2 9 6 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 式 2 8 2 9 中 zt zf 分別為上 下水位 m h 為水頭損失 m h 為發(fā)電工況的平均凈水頭 m v 為蓄能庫(kù)容 m 3 n t 發(fā)電工況的運(yùn)行效率 3 6 7 2 為轉(zhuǎn)換系數(shù) e t 為發(fā)電量 k w h 2 抽水工況 水頭 hm zt zt h 2 1 0 抽水用電量 e p v h qt 3 6 7 2r tp 2 1 1 式 2 1 0 2 1 1 中 h p 為抽水工況的平均揚(yáng)程 1 1 1 r lp 為抽水工況的運(yùn) 行效率 e p 為抽水用電量 k w h 2 4 發(fā)電引用流量計(jì)算 對(duì)任一時(shí)段 如已知電站上下游水位 電站出力n 可用如下迭代步驟計(jì)算相應(yīng) 的 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 入庫(kù)流量計(jì)算 對(duì)任一時(shí)段 若已知水庫(kù)時(shí)段初末庫(kù)水位 電站平均出力n 及泄洪水量 則可推 求平均入庫(kù)流量 由式 2 7 變換可得 q v c 上1 w 磊發(fā) w 洛嗣 t q 1 q 棄 2 1 2 時(shí)段平均入庫(kù)流量q 的具體求法為 由水庫(kù)時(shí)段初 末庫(kù)水位 查庫(kù)容曲線得v v 小同時(shí)可計(jì)算w 一 查水位面 積關(guān)系得庫(kù)水面面積 即可求得w q 可根據(jù)泄洪水量折算 q 由2 4 方法計(jì)算 將各項(xiàng)代入式 2 1 2 即可 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 水文與電能資料的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 3 1 梯級(jí)水電站設(shè)計(jì)資料 1 天堂電廠設(shè)計(jì)資料 1 工程特征值 表3 1 工程特性表 序號(hào)特征值單位一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí) 總和 l 流域面積k m 22 2 02 5 9 82 7 6 82 8 03 1 5 2 多年平均降雨簧 m m1 4 6 0 1 4 6 01 4 6 0 1 4 6 0 1 4 6 0 3 多年平均流量 m 5 9 8 4 正常蓄水位m2 9 6 02 4 3 22 1 11 7 4 71 2 l0 4 5相應(yīng)庫(kù)容1 0 4 m 31 0 8 7 0 6 發(fā)電死水位m 2 7 8 2 4 1 52 0 6 1 2 1 7 1 0 7 相應(yīng)庫(kù)容 10 4 m 32 9 0 8 8 有效庫(kù)容 1 0 4 m 37 9 6 2 9 水席調(diào)仃性能多年日 目 無(wú)日 l of 游尾水位 m 2 4 82 1 21 7 41 2 7 16 6 3 3 0 53 0 54 4 l l 設(shè)計(jì)水頭 m4 45 3 1 2 8 2 8 4 0 3 2 3 2 40 1 2 裝機(jī)容量m w 3 x 1 2 54 o x 22 6 6 5 1 2 5 1 2 5 2 0 1 3 機(jī)組臺(tái)數(shù) 322221 l 最大引 大機(jī) 1 2 61 2 6j j 3 1 4m 3 48 8 2 用流昔 小機(jī) 5 8 5 86 7 1 5 保i 止山力m w 1 2 6 61 0 5 3l1 6 01 5 8 l2 2 7 37 3 3 3 1 6山力系數(shù)8 o8 o8o8 o8 o 1 7 多年平均發(fā)電量 1 0 4 k w h1 5 7 l1 6 3 0i5 5 91 9 8 62 5 5 99 3 0 5 9 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 羅田氣象站多年平均月蒸發(fā)量 表3 2 月蒸發(fā)量 月份 l23456789l o i l 1 2 蒸發(fā)彗 6 i 69 4 71 1 7 91 5 1 91 6 7 32 2 8 02 2 5 31 6 6 3 1 2 3 08 3 76 1 1 i m m 3 天堂水庫(kù)容曲線 表3 3 天堂水庫(kù)容曲線表 水僦庫(kù)窬水位水位庫(kù)容水位水位庫(kù)容 水位庫(kù)容 2 7 8 02 9 0 82 8 2 04 0 4 32 8 6 05 4 7 92 9 0 07 3 4 5 2 9 4 09 5 8 8 2 7 8 5 3 0 2 02 8 2 54 2 1 02 8 6 55 6 8 02 9 0 57 6 0 0 2 9 459 8 8 0 2 7 9 03 1 6 02 8 3 04 3 6 02 8 7 0 5 9 l o2 9 l o7 8 5 02 9 5 o1 0 1 8 0 2 7 9 53 3 0 02 8 3 54 5 2 02 8 7 56 1 2 0 2 9 i 58 1 4 02 9 5 51 0 5 l o 2 8 0 0 3 4 5 22 8 4 04 7 0 62 8 8 06 3 6 52 9 2 0 8 4 2 0 2 9 6 0 1 0 8 7 0 2 8 0 53 5 9 02 8 4 5 4 8 6 02 8 8 56 6 0 02 9 2 58 6 7 02 9 6 5 1 1 1 9 0 2 3 7 4 02 8 5 05 0 5 02 8 9 0 6 8 3 02 9 3 08 9 6 02 9 7 01 1 5 4 0 2 8 1 5 3 8 9 02 8 5 55 2 4 02 8 9 57 0 8 02 9 3 5 9 2 6 02 9 8 01 2 2 7 7 注 表中水位單位為m 庫(kù)弈單位為1 0 4 m 3 4 天堂水庫(kù)水位面積關(guān)系曲線 表3 4 水庫(kù)水位面積表 水位面積水位面積水位 面積水位面積 2 7 8 2 6 62 9 05 1 62 9 35 8 4 2 9 66 7 3 2 8 231 22 9 l 5 3 82 9 46 0 82 9 7 6 9 8 2 8 642 22 9 25 5 9 2 9 56 4 12 9 87 3 3 注 表中水位單位為m 水面面積單位為k m 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 水電站水頭損失 表3 5 梯級(jí)水電站水頭損失計(jì)算表 電站一級(jí)二級(jí)二級(jí)四級(jí)五級(jí) h 3 9 1 1 0 q 1 22 0 0 3 q 2 22 0 0 一 q 圳22 0 0 3 q 4 22 0 0 3 q 5 w 2 6 一級(jí)電站出力限制線 n 0 1 1 8 h 一1 5 2 m w 當(dāng)n 大于3 7 5 m w 時(shí) 令n 3 7 5 m w 7 天堂水庫(kù)滲漏損失 由于天堂上 下庫(kù)均位于天堂河上游高山峽谷區(qū) 兩岸山體雄厚 庫(kù)靛由大別一 呂梁期的天堂寨 龔家鋪混合花崗巖體以及大別群中 深度變質(zhì)巖構(gòu)成 巖體透水性 差 庫(kù)周地下水位均高于水庫(kù)正常蓄水位 地形地質(zhì)封閉條件好 無(wú)水庫(kù)滲漏問(wèn)題 因此 在本項(xiàng)研究中 不考慮天堂水庫(kù)的滲漏水量損失 8 天堂水庫(kù)月初水位控制方法 表3 6 天堂水庫(kù)月初水位控制表 月份67 8 91 01 l 上調(diào)度線2 8 8 02 9 i 02 9 3 02 9 6 02 9 6 02 9 6 0 卜 調(diào)度線2 7 8 02 7 8 02 8 4 0 2 8 902 8 9 5 2 9 0 0 月份1 2 l2 3 4 s 上調(diào)度線2 9 5 02 9 4 02 9 2 02 9 1 o2 9 0 02 8 8 0 下調(diào)度線2 8 8 02 8 7 0 2 8 5 0 2 8 3 02 7 9 02 7 8 0 2 天堂抽水蓄能電站資料 1 電站機(jī)組主要參數(shù) 表3 7 機(jī)組主要參數(shù)表 項(xiàng) 目 單位 數(shù)值或類型 屯站裝機(jī)容量 臺(tái) 1 0 4 k w2 3 5 水泵水輪機(jī)機(jī)型立軸單級(jí)混流可逆式 最大水頭 最大揚(yáng)程m 5 0 5 4 額定水頭 額定揚(yáng)群m 4 3 4 7 最小水頭 最小揚(yáng)氍m3 8 4 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 7 機(jī)組主要參數(shù)表 項(xiàng)目 單位數(shù)值或類型 轉(zhuǎn)輪直徑m 5 1 額定出力 額定人力m w 3 6 l5 1 3 6 5 5 額定水頭 額定揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的流量 m 3 s9 4 7 7 3 4 最人揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的流昔 m 3 s5 6 2 最小揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的流量 m s7 93 額定轉(zhuǎn)速 m i r l1 2 5 額定點(diǎn)效率 9 l 9 2 6 2 工程特征值 表3 8t 程特性表 序號(hào)項(xiàng)目單1 i 7 上水庫(kù) r 水庫(kù) l 流域面積 k m 2 2 2 02 5 9 8 2 多年平均流量 m 3 s5 9 87 0 7 3 多年平均年徑流量 1 0 4 m 31 8 9 0 02 2 2 9 6 4 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn) 0 21 5相應(yīng)流量 m 3 s4 1 1 01 1 1 0 6 校核洪水標(biāo)準(zhǔn) o 0 50 i 7相廊流精m 3 s4 8 3 71 4 9 8 8校核洪水f i 7 m 3 0 2 8 3 2 4 8 5 0 9 設(shè)計(jì)洪水位 r n3 0 1 6 62 4 8 0 0 l o 總庫(kù)容 1 0 4 m 31 6 2 0 01 0 8 3 l l 正常蓄 k 位 r t 2 9 6 0 02 4 8 0 0 1 2 相應(yīng)庫(kù)容 1 0 4 m 31 0 8 7 01 0 5 2 1 3 死水位 2 8 6 0 02 4 40 0 1 4相應(yīng)庫(kù)容1 0 4 m 35 4 7 97 6 1 15 有效庫(kù)容 1 0 4 m 35 3 9 l2 9 l 1 6 調(diào)1 性能 年調(diào)肖日調(diào)壯 t 7 水庫(kù)面積 正常薔水位 k m 26 7 3o 8 2 2 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 動(dòng)能指標(biāo)特性 表3 9 動(dòng)能指標(biāo)特性表 項(xiàng)目單位 數(shù)量項(xiàng)目單位數(shù)量 裝機(jī)容量m w 3 5 2 年抽水用電鷲 1 0 4 k w h1 5 9 9 6 日抽水用電量 1 0 4 k w h4 3 8 2年發(fā)電量 1 0 4 k w h1 2 5 0 6 日發(fā)電量 1 0 4 k w h 3 4 2 6 年抽水利j j 小時(shí) h2 l8 8 日抽水小時(shí)h 6 0 年發(fā)電利用小時(shí) hl8 2 0 日發(fā)l 乜小時(shí) h5 0 綜合效率 0 6 9 4 水頭損失公式 抽水工況水頭損失值 h 抽 6 8 0 1 0 6 q 2 發(fā)電工況水頭損失值 a h 發(fā) 6 1 2 1 0 6 q 2 3 2 天堂電站實(shí)際運(yùn)行資料 天堂水庫(kù)1 9 7 2 年開(kāi)始運(yùn)行 并具有1 9 7 3 1 9 9 6 年 共2 4 年 日初 8 0 0 庫(kù)水 位 r 發(fā)電量 日泄洪水量及日發(fā)電水量 由電量轉(zhuǎn)換 等實(shí)測(cè)與整理數(shù)據(jù) 3 3 天堂水庫(kù)徑流系列推求 據(jù)以上天堂水庫(kù)2 4 年同庫(kù)水位 發(fā)電量及泄洪量 表3 一l 3 9 利用入庫(kù)量推 求方法 式2 1 2 可計(jì)算天堂水庫(kù)2 4 年逐句 月 的平均入庫(kù)流量 其計(jì)算成果 陋3 6 1 月平均入庫(kù)流量如表3 i o 甸平均入庫(kù)流量如表3 1 i 計(jì)算考慮了庫(kù)面蒸發(fā)損失 表3 一1 0 天堂水庫(kù)月平均入庫(kù)流量表 年月 123456 7 8 9t 0l l1 2 年平均 1 9 7 32 2 61 7 6 69 2 17 8 78 9 51 2 4 71 9 6 66 5 8 8 9 9 2 9 2i 4 40 9 58 1 8 1 9 7 41 4 41 9 91 9 84 9 51 9 2 4 6 1 21 4 5 81 7 8o 5 01 7 71 2 40 7 54 7 3 1 9 7 5o 8 41 6 8i 7 24 0 9 6 3 65 4 13 2 8 81 5 8 84 9 23 5 l2 5 21 5 66 8 5 1 9 7 61 3 3 26 92 5 81 4 04 5 24 9 23 5 22 3 12 3 41 9 71 6 7o 6 6 2 4 9 1 9 7 7i 2 6i 0 93 1 98 2 92 1 4 09 0 0 1 6 1 1 1 1 3 83 7 3 3 9 8 2 0 6 1 3 46 9 6 19 7 81 1 l1 9 32 1 l1 8 22 8 8 4 5 51 7 62 0 10 8 30 4 9 0 8 6 0 5 6 1 7 4 1 9 7 9o 5 00 6 9o 8 5 3 2 65 9 82 1 8 71 2 4 i3 7 63 9 4o 8 4 07 3o7 7 4 6 3 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 1 0 年月 l234567891 0l l1 2年平均 1 9 8 00 9 61 3 55 4 44 s 04 3 41 8 4 63 7 3 73 6 5 45 1 73 5 21 4 6 1 8 9l o 1 6 1 9 8 10 8 02 3 52 4 96 5 91 7 24 5 3i o 6 87 3 32 9 l6 1 83 4 51 9 l4 2 6 1 9 8 21 0 22 6 8 4 6 l 6 0 83 9 87 3 02 4 5 21 9 3 53 9 9 l5 92 8 6 2 0 8 6 7 2 1 9 8 3l8 7i 5 i34 9 5 6 58 4 71 6 5 85 4 2 74 8 51 3 1 2 i8 7 4 3 5 32 2 ll l2 9 1 9 8 41 7 72 1 61 8 4 3 2 3 2 9 62 0 1 91 0 6 78 4 7 5 8 3 1 6 62 1 02 8 45 3 0 1 9 8 5i 7 01 8 54 0 24 4 41 82 63 8 86 6 0 2 3 0 3 4 67 9 02 9 l2 1 95 0 0 1 9 8 617 61 3 83 7 05 4 47 6 52 2 1 22 6 7 12 6 83 8 52 2 51 6 2 1 2 66 7 3 1 9 8 73 4 5 4 5 85 6 89 j 91 6 f 48 1 22 i 0 5 2 9 0 27 2j2 5 37 6 3 j 5 59 7 4 1 9 8 8 5 02 5 95 2 34 0 58 1 88 8 25 9 3l8 0 11 3 7 l2 8 i1 2 6 1 3 06 1 2 1 9 8 9 2 3 73 5 5 6 5 56 1 7 9 4 62 8 9 59 4 05 9 23 8 43 7 46 6 7 2 4 57 4 i 1 9 9 0 2 2 31 0 6 3 5 6 65 9 61 2 1 15 3 s 7 7 53 6 9 2 4 51 8 q2 1 61 5 95 0 8 1 9 9 l0 9 8 3 2 69 2 31 2 1 78 0 12 6 6 56 3 0 48 2 81 8 2i o oi 0 0 1 5 61 1 4 9 1 9 9 21 4 6o 8 75 9 33 1 71 4 55 9 32 9 40 8 01 8 60 7 70 2 9o 7 22 18 1 9 9 31 9 0 3 4 l1 0 6 64 2 41 5 2 5 1 3 3 4 1 4 5 38 2 l9 7 02 9 83 8 12 3 47 5 6 1 9 9 4i 0 82 2 83 2 24 2 57 2 43 3 59 1 43 3 l2 6 60 7 50 7 51 1 73 2 8 1 9 9 51 4 81 2 31 3 43 4 01 3 2 41 7 0 96 3 98 8 71 5 82 3 31 1 5o 8 24 9 3 1 9 9 6 1 i l0 1 92 2 31 4 33 2 52 0 2 64 9 5 05 9 92 7 82 6 42 2 41 1 l7 8 0 月平均1 5 l3 0 7 4 2 9 5 0 78 7 9 1 2 3 1 9 2 39 0 54 6 33 2 8 2 3 21 4 8 6 2 8 0 表3 1l天堂水庫(kù)旬平均入庫(kù)流量表 年月 1234567891 01 11 2 上i 6 27 9 71 2 8 53 7 21 7 2 9o 9 31 3 0 3 1 1 2 913 2 44 2 8 1 6 90 9 4 1 9 7 3 出 1 4 92 5 7 81 0 0 51 2 9 93 8 77 8 84 1 8 65 6 91 0 152 5 l1 5 21 1 2 下3 5 31 9 4 65 1 46 9 0s 9 8 2 8 5 9 5 5 13 1 l3 s 82 0 6 1 i lo 8 l 上1 4 81 8 31 8 21 9 l2 6 91 8 91 1 5 82 5 30 3 43 4 6i 6 40 6 8 1 9 7 4由 0s 5 2 2 22 5 27 5 54 6 6 0i 3 31 8 0j2 4 3o 3 30 9 21 3 9o9 0 fj9 31 8 9 1 6 4 5 3 89 4 l 15 13 1 4 1 80 4 4o 8 21 0 lo 6 8 o 6 9 上i 1 72 7 82 7 32 5 45 2 04 2 68 8 2 70 2 07 8 90 4 32 9 81 4 3 r r b o5 so6 81 8 92 9 81 1 0 8o 8 59 4 04 0 3 84 4 64 3 52 5 31 7 1 卜08 i1 5 60 6 36 7 53 1 41 1 1 23 8 87 8 72 4 05 5 52 0 51 5 4 4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 續(xù)表3 1 天堂水庫(kù)甸平均入庫(kù)流量表 年月1234567891 0 i l 1 2 上1 6 02 0 31 6 81 8 0o 2 64 5 42 3 82 2 43 8 33 2 41 1 50 7 5 1 9 7 6中 1 7 53 9 33 8 71 3 29 7 81 8 06 9 83 2 l1 1 3 70 7 51 5 40 6 4 fo7 22 0 6 7 l 1 0 93 6 08 4 31 4 01 5 718 l1 9 32 3 20 6 l 上2 7 lo 6 9o 6 7 6 4 94 3 4 81 6 31 2 3 35 8 63 6 05 6 43 2 s 0 4 5 1 9 7 7由 o 5 01 1 645 37 7 61 5 4 27 5 28 5 92 48 02 2 74 0 22 4 4j 8 4 fo6 21 5 04 2 6l o 5 667 7 1 7 8 32 6 3 84 2 l5 3 32 4 4o 5 li 6 9 上 4 62 5 6 1 5 6 1 2 32 3 35 0 81 9 51 1 l1 3 7o 6 00 6 5o 6 8 1 9 7 8 由 1 2 5i7 l1 2 820 72 5 72 o o1 1 43 5 0o 6 60 2 9l1 80 6 l 卜o6 6i 4 33 3 62 1 63 6 86 5 62 i5i 4 80 4 60 5 7 0 7 4o 3 9 上 o5 20 4 7o 8 32 5 74 5 73 3 51 2 5 02 8 64 4 81 4 4o 1 309 i 1 9 7 9中0 5 10 5 2 0 6 82 181 2 3 51 2 99 5 95 4 54 4 00 6 00 5 305 l 下0 4 61 1 81 0 2 5 0