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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主要在于确定水电站的工作情况（如出力、发电量及其变化情况）是选择水电站的主要参数（如水库的正常蓄水位、死水位和水电站的装机容量等）及其在电力系统中的运行方式等的重要手段，其中计算水电站的出力与发电量是水能计算的主要内容。水电站的出力：指发电机组的出线端送出的功率，一般以千瓦（kW）为单位。水电站发电量：水电站出力与相应时间的乘积。单位：千瓦时（kW·h） 在进行水能计算时，除考虑水资源综合利用各部门在各个时期所需的流量和水库水位变化等情况外，尚须考虑水电站的水头以及水轮发电机组效率等的变化情况。水电站的出力N的计算公式：N=9.81ηQH=AQH（5-1）式中：Q——通过水电站水轮机的流量（m3/s）；H——水电站的净水头，为水电站上、下游水位之差减去各种水头损失（m）；η——水电站效率，它<1,等于水轮机效率η机、发电机效率η电及机组传动效率η传的乘积。在初步估算时，可根据水电站规模的大小采用下列近似计算公式⑴大型水电站（N>25万kW），N=8.5QH（kW）⑵中型水电站（N=2.5~25万kW），N=（8~8.5）QH（kW）⑶小型水电站（N<2.5万kW），N=（6.0~8.0）QH（kW）（5-2） 水电站在t1至t2时间内的发电量（kW·h）。但在实际计算中，常用下式计算水电站的发电量（kW·h）(5.3)式中：为水电站在某一时段内的平均出力，即。为该时段的平均发电流量，为相应的平均水头。计算时段可以取常数，对于无调节或日调节水电站，可以取为一日，即=24小时；对于季调节或年调节水库，可以取为一旬或一个月，即=243小时或730小时；对于多年调节水库，可取为一个月或更长，即730小时。 在规划设计阶段，为了选择水电站及水库的主要参数而进行水能计算时，需假设若干个水库正常蓄水位方案，算出各个方案的水电站出力、发电量等动能指标，以便结合国民经济各部门的要求，进行技术经济分析，从中选出最有利的方案。在运行阶段，由于水电站及水库的主要参数（如正常蓄水位及水电站的装机容量等）均为已定，进行水能计算时要根据当时实际入库的天然来水流量，国民经济各部门的用水要求以及电力系统负荷等情况，计算水电站在各个时段的出力和发电量，以便确定电力系统中各电站的最有利运行方式。列表法计算举例: [例5-1]某水电站的正常蓄水位高程为180m，某年各月平均的天然来水流量Q天、各种流量损失Q损、下游各部门用水流量Q用和发电需要流量Q电，分别见表5-3第（2）~（5）行。此外，水库水位与库容的关系，见表5-1；水库下游水位与流量的关系，见表5-2。试求水电站各月平均出力及发电量。 其中：第（1）行为计算时段t，以月为计算时段，汛期中如来水流量变化很大，应以旬或日为计算时段；第（2）行为月平均天然来水流量Q天，本算例中9月份已进入水库供水期；第（3）行为各种流量损失Q损（其中包括水库水面蒸发和库区渗漏损失）以及下游灌溉引水和船闸用水等项；第（4）行为下游各部门的用水流量Q用，如不超过发电流量Q电，则下游用水要求可充分得到满足；如超过发电流量，则应根据各部门在各时期的主次关系进行调整，有时水电站的发电流量尚须服从下游各部门的用水要求。第（5）行为水电站发电时需从水库引用的流量；第（6）、（7）行为水库供水或蓄水流量，即（6）=（2）-（3）-（5），负值表示水库供水；正值表示水库蓄水；第（8）行为水库供水量，即ΔW=ΔQt。如在9月份，ΔW=（－55）×30.4×24×3600=－1.445亿m3，负值表示水库供水量。如为正值，表示蓄水量，可填入第（9）栏；第（10）行为汛期水库蓄到Z蓄后的弃水量；第（11）行为时段初的水库蓄水量，本例题在汛期末（8月底）水库蓄到正常蓄水位180.00m，其相应蓄水量为25.20亿m3；第（12）行为时段末水库蓄水量，即V末=V初-ΔW；第（13）行为相应于时段初水库蓄水量的水位；第（14）行为相应于时段末水库蓄水量的水位，它亦为下一个时段初的水库水位；第（15）行为月平均上游库水位，一般可采用Z平均上=（Z初+Z末）/2，否则应采用相应于库容平均值V平均的水位；第（16）行为月平均下游库水位Z平均下，可根据水电站下游水库流量关系曲线求得，参阅表5-2；第（17）行为水电站的平均水头H平均，即H平均=Z平均上–Z平均下（m）；第（18）行为水电站效率，假设η水=0.85；第（19）行即为所求的水电站月平均出力N平均水，N平均水=9.81ηQ平均H平均（kW）；第（20）行即为所求的水电站月发电量E水，E水=730N平均水（kW·h）。水电站的出力和发电量是多变的，需要从中选择若干个特征值作为衡量其动能效益的主要指标。水电站的主要动能指标有两个，即保证出力N保和多年平均年发电量E平均年。解：全部计算见表5-3所列。 一、水电站保证出力计算水电站保证出力：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）内的平均出力。平均出力：指设计枯水期的平均出力。(一)年调节水电站保证出力计算对于年调节水电站，在计算保证出力时，应利用各年水文资料，在已知或假定的水库正常蓄水位和死水位的条件下，通过兴利调节和水能计算，求出每年供水期的平均出力，然后将这些平均出力值按其大小次序排列，绘制其保证率曲线如图5-1（P.109）所示。 由于年调节水电站能否保证正常供电主要取决于枯水期，所以在规划设计阶段进行大量方案比较时，为节省计算工作量，也可用相应设计保证率的典型枯水期的平均出力，作为年调节水电站的保证出力。该曲线中相应于设计保证率P设的供水期平均出力值，即作为年调节水电站的保证出力N保。 （二）无调节及日调节水电站保证出力计算计算原理与年调节水电站保证出力的计算相似，但须采用历时（日）保证率公式进行统计，可根据实测日平均流量值及相应水头，算出各日平均出力值，然后按其大小次序排列，绘制其保证率曲线，相应于设计保证率的日平均出力，即为所求的保证出力值N保。（三）多年调节水电站保证出力计算计算方法与年调节水电站保证出力基本相同，可对实测长系列水文资料进行兴利调节与水能计算来求得。简化计算时，可以设计枯水系列的平均出力作为保证出力值N保。 二、水电站多年平均年发电量估算（一）设计中水年法根据一个设计中水年，即可大致定出水电站的多年平均年发电量。计算步骤：（1）选择设计中水年，要求该年的年径流量及年内分配均接近于多年平均情况。（2）列出所选设计中水年各月（或旬、日）的净来水流量。（3）据国民经济部门的用水要求，列出各月（或旬、日）的用水流量。（4）对于年调节水电站，可按月进行径流调节计算，对于季调节或日调节、无调节水电站，可按旬（日）进行径流调节计算，求出相应各时段的平均水头H平均及平均出力N平均。如某些时段的平均出力大于水电站的装机容量时，即以该装机容量值作为平均出力值。 （5）将各时段的平均出力乘以时段的小时数t，即得各时段的发电量Ei，设n为平均出力低于装机容量N装的时段数，m为平均出力等于或高于装机容量N装的时段数，则水电站的多年平均年发电量E年可用下式估算E年=E中=装]（Kw·h）（5-4）式中：（m+n）为全年时段数，以月为时段单位，则m+n=12，t=730小时；当以日为时段单位，则m+n=365，t=24小时。 （二）三个代表年法当设计中水年法不够满意时，可选择三个代表年，即枯水年、中水年、丰水年作为设计代表年。设已知水电站的兴利库容，则按上述步骤分别进行径流调节计算，求出这三个代表年的年发电量，其平均值即为水电站的多年平均年发电量E年，即E年=1/3[E枯+E中+E丰]（Kw·h）（5-5）式中：E枯——设计枯水年的年发电量；E中——设计中水年的年发电量，可据式（5-4）求出；E丰——设计丰水年的年发电量。如设计枯水年的保证率P=90%，则设计丰水年的保证率为（1-P）10%。此外，要求上述三个代表年的平均径流量，相当于多年平均值，各个代表年的径流年内分配情况，要符合各自典型年的特点。必要时也可选择枯水年、中枯水年、中水年、中丰水年和丰水年共五个代表年，据这些代表年估算多年平均年发电量。 （三）设计平水系列年法在求多年调节水电站的多年平均年发电量时，不宜采用一个中水年或几个典型代表年，而应采用设计平水系列年。设计平水系列年：指某一水文年度（一般由十几年的水文系列组成），其平均径流量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，其平均值即为多年平均年发电量。 （四）全部水文系列法无论何种调节性能的水电站，当水库正常蓄水位、死水位及装机容量等都经过方案比较和综合分析确定后，为了精确地求得水电站在长期运行中的多年平均年发电量，有必要按照水库调度图（参见第八章）进行调节计算，对全部水文系列逐年计算发电量，最后求出多年平均值。 第二节电力系统的负荷图一、电力系统及其用户特性电力系统由若干发电厂、变电站、输电线路及电力用户等部分组成。对广大众多的用电户往往由各种不同类型的电站（包括水电站、火电站、核电站及抽水蓄能电站等）协同联合供电，使各类电站相互取长补短，改善各电站的工作条件，提高供电可靠性，节省电力系统投资与运行费用。 电力系统通常按其生产特点和用电要求将用户划分为工业用电、农业用电、市政用电及交通运输用电四大类。⑴工业用电⑵农业用电⑶市政用电⑷交通运输用电指有关工矿企业中的各种电动设备、电炉、电化学设备及车间照明等生产用电。特点：用电量大，年内用电过程较均匀，但一昼夜内则随生产班制和产品种类的不同而有较大变化。主要指电力排灌、乡镇企业及农副产品加工用电、畜牧业及农村生活与公共事业用电等。排灌用电、农产品收获用电具有一定的季节性。干旱年灌溉用电与多雨年排涝用电较多，但用电时期内负荷相对稳定，而一年内不同时期则不均匀。主要指城市交通、给排水、通讯、各种照明以及家用电器等方面的用电。特点：一年内及一昼夜内变化都较大。主要指电气化铁道运输的用电。它在一年内现一昼夜间用电都较均匀，但电气列车启动时会产生负荷突然跳动的现象。 二、电力负荷图日负荷图：负荷在一昼夜内的变化过程线。如图5-2（P.112）。年负荷图：负荷在一年内的变化过程线。如图5-4（P.113）。（一）日负荷图电力系统日负荷变化有一定规律。一般上、下午各有一个高峰，晚上因增加大量照明负荷形成尖峰；午休期间及夜间各有一个低谷，后者比前者低得多。虽然各小时负荷均不相同，但对分析计算有重要意义的有三个特征值，即最大负荷N″、平均负荷、最小负荷N′。 日平均负荷可据式（5-6）定出，即E日/2.4（kW）（5-6）式中：E日表示一昼夜内系统所供应的电能，即用电力的日用电量（Kw·h），相当于日负荷曲线下所包括的面积。上述三年特征值把日负荷图划分为三个区域，即峰荷区、腰荷区及基荷区。如图5-2（P.112）。 为反映日负荷图的特征，常采用下列两个指标值表示：①日最小负荷率β：β=N′/N″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：γ=/N″γ值越大，表示日负荷变化越小。我国电力系统工业用电比重较大，γ一般在0.8左右，β一般在0.6左右。国外电力系统市政用电比重较大，β较小，一般在0.5以下。 该曲线特点：①在最小负荷N′以下，负荷无变化，故gc为一直线段；②在最小负荷N′以上，负荷有变化，故cd为上凹曲线段。d点的横坐标为一昼夜的电量E全日；③延长直线段gc，与d点的垂线相交于e点，则e点的纵坐标就表示平均负荷N平均。为了便于利用日负荷图进行动能计算，常须事先绘制日电能累积曲线，其绘制方法如图5-3（P.113）。可将日负荷曲线以下的面积自下至上加以分段，便得ΔE1、ΔE2等分段电能量，令图右边的横坐标代表分段电能量ΔE的累积值，由此定出相应的点a和b点。按此方法，向上逐段累积电能量到负荷的最高点，各交点的连线gabcd便是日电能累积曲线。 （二）年负荷图年负荷图的纵坐标为负荷（kW），横坐标为时间，为简化计算，常以月为单位。年负荷图一般采用下列两种曲线表示：（1）日最大负荷年变化曲线。它是一年内各日的最大负荷值所连成的曲线。如图5-4（a）（P.113）所示。它表示电力系统在一年内各日所需要的最大电力。这种年负荷图的形状有两个特性：a．在北方地区，冬季的负荷最高，夏季则低落10~20%；在南方地区则恰好相反。b.由于一年内随着生产的发展，电力负荷不断有所增长，因而实际上年末最大负荷总比年初大，这种考虑年内负荷增长曲线，称动态负荷曲线。在实际工作中，为简化计算，一般不考虑年内负荷增长的因素，则称为静态负荷曲线。 （2）日平均负荷年变化曲线。将一年内各日的平均负荷值所连成的曲线，称为日平均负荷年变化图。该曲线下面所包围的面积，就是电力系统各发电站在全年内所生产的电能量。在水能计算中，常以月为计算时段，纵坐标为月平均负荷，因而该图具有阶梯形状。如图5-4（b）（P.113）所示。 三、设计水平年在规划设计电站时，必须考虑远景电力系统负荷的发展水平，与此负荷发展水平相适应的年份，称设计负荷水平年。在编制这样的负荷图时，首先考虑供电范围，电力系统的供电范围总是逐步扩大的；其次选择设计负荷水平年，如果所选择的设计水平年过近，则据此确定的水电站规模可能偏小，使水能资源得不到充分利用；反之，选得过远，则设计电站的规模可能偏大，因而造成资金的积压，因此应通过技术经济分析，论证选择设计水平年。在进行具体工作时，可参考有关部门的规定，例如《水利水电工程水利动能设计规范》，其中提到：“水电站的设计水平年，应根据电力系统的动力资源、水火电比重与水电站的具体情况分析确定，一般可采用水电站第一台机组投入运行后的第5~10年。所选择的设计水平年，应与国民经济五年发展计划的年份相一致。对于规模特别大的水电站或远景综合利用要求变化较大的水电站，其设计水平年应作专门论证。”由此可见，对设计水平年可考虑一定的变幅范围。 第三节电力系统的容量组成及各类电站的工作特性一、电力系统的容量组成电站上每台机组都有一个额定容量，即发电机的铭牌出力。电站的装机容量：指该电站上所有机组铭牌出力之和。电力系统的装机容量：所有电站装机容量的总和。在电力系统总装机容量N装中，在设计阶段按机组所担负任务不同，有不同的容量名称。 最大工作容量N工″：为满足系统最大负荷要求而设置的容量。备用容量N备：为确保系统供电的可靠性和供电质量，电力系统还需设置另一部分容量，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，或机组发生偶然停机事故时，或进行停机检修等情况，都需准备额外的容量，统称之。它由负荷备用容量N负备、事故备用容量N事备和检修备用容量N检备所组成。为保证系统的正常工作，需要最大工作容量和备用容量两大部分，合称为必需容量N必。水电站必需容量是以设计枯水年（或段）的来水情况作为计算依据的，遇到丰水年或中水年，其汛期水量都会有富余。若仅以必需容量工作，常会产生大量弃水，为了利用这部分弃水额外增发季节性电能，只需要额外增加一部分容量即可，而不必增加水库、大坝等水工建筑物的投资。由于这部分容量并非保证电力系统正常工作所必需，故称为重复容量N重。在设置N重的电力系统中，系统的装机容量就是必需容量与重复容量之和。即N装=N必+N重=N工″+N备+N重=N″工+N负备+N事备+N检备+N重（5-7）上述电力系统中各种容量的组成，如图5-5（P.114）所示。 空闲容量N空：系统内有暂闲置的容量，称之。受阻容量N阻：当某一时期由于机组发生事故，或停机检修，或火电站因缺乏燃料，水电站因水量和水头不足等原因，使部分容量受阻不能工作，这部分容量称之。可用容量N可：系统中除受阻容量N阻外的所有其他容量称之。N装=N可+N阻=N工+N备+N空+N阻（5-8） 二、各类电站的技术特性（一）水电站的技术特性（1）水电站的出力和发电量是随天然径流量和水库调节能力而有一定的变化，在丰水年份，一般发电量较多，遇到特殊枯水年份，则发电量不足，甚至正常工作遭到破坏。（2）一般水库具有综合利用任务，但各部门的用水要求不同，兼有防洪与灌溉任务的水库，汛期及灌溉期内水电站发电量较多，但冬季发电则受限制，对于下游有航运任务的水库，水电站有时需承担电力系统的基荷，以便向下游经常泄放均匀的流量。（3）水能是再生性能源，水电站的年运行费用与所生产的电能量无关，因此在丰水期内应尽可能多发电，以节省系统燃料消耗。（4）水电机组开停灵便、迅速，从停机状态到满负荷运行仅需1~2分钟，并可迅速改变出力的大小，以适应负荷的剧烈变化，从而保证周波的稳定，所以水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务。（5）水电站的建设地点受水能资源、地形、地质等条件的限制。水工建筑物工程量大，一般又远离负荷中心地区，往往需建超高压，远距离输变电工程。水库淹没损失一般较大，移民安置工作较复杂。由于水电站发电不需消耗燃料，故单位电能成本比火电站的低。 （二）火电站的特点火电站的主要设备为锅炉、汽轮机和发电机等。（1）凝汽式火电站它的任务就是发电。锅炉生产的蒸汽直接送到汽轮机内，按一定顺序在转轮内膨胀作功，带动发电机发电。蒸汽在膨胀作功过程中，压力和温度逐级降低，废蒸汽经冷却后凝结为水。最后用泵把水抽回锅炉中去再生产蒸汽，如此循环不已。（2）供热工火电站它的任务是既要供热，又要发电。如采用背压式汽轮机，则蒸汽在汽轮机内膨胀作功驱动发电机后，其废蒸汽全部被输送到工厂企业中供生产用或取暖用。如采用抽汽式汽轮机，则可在转轮中间根据热力负荷要求抽出所需的蒸汽。当不需供热时，则与凝汽式火电站的工作过程相同。 （1）只要保证燃料供应，火电站就可全年按额定出力工作，不像水电站那样受天然来水的制约。（2）一般说来，火电站适宜担任电力系统的基荷，这样单位煤耗较小。此外，火电站机组启动较费时，机组从冷状态启动到满负荷运行其需2~3小时。（3）火电站高温高压机组的技术最小出力约为额定出力的75%，如果连续不断地在接近满负荷的情况下运行，则可以获得最高的热效率和最小的煤耗。中温中压机组可以担任变动负荷，即可以在系统负荷图的腰荷和峰荷部分工作，但单位电能的煤耗要增加较多。火电站的工作特点：（4）一般说，火电站本身单位千瓦的投资比水电站的低，但如考虑环境保护等措施的费用，并包括煤矿、铁路、输变电等工程的投资，则折合单位千瓦的火电投资，可能与水电（包括远距离输变电工程）单位千瓦投资相近。（5）火力发电必须消耗大量燃料（单位千瓦装机容量每年约需原煤0.3t左右），且厂用电及管理人员较多，故火力单位发电成本比水电站的高。 （三）其他电站（1）抽水蓄能电站抽水蓄能电站是利用系统午夜后多余的电能，从电站下水库抽水到上水库中蓄能；待到系统高峰负荷时，则与一般水电站一样发电，将上水库所蓄水能放入电站下水库中，每昼夜如此循环工作不已，如图5-7（P.117）。 当电站上水库较大时，则可将汛期一部分多余水量从河流中抽蓄到上水库中，等到枯水期水量不足时再补充来水供发电之用。近代的抽水蓄能电站，一般均采用可逆式抽水蓄能机组。当电力系统负荷处于低谷状态时，机组按抽水工况运行；当负荷达到高峰时，机组按发电工况运行。抽水蓄能电站的综合效率为η综=η抽η发（5-9）式中：η抽为按抽水工况运行时的综合效率，η发为按发电工况运行时的综合效率，η综一般为0.70-0.75。 抽水蓄能电站可以在电力系统中发挥如下作用：（1）吸收系统负荷低谷时的多余电能进行抽水蓄能，使高温高压火电站机组不必降低出力或部分机组临时停机，继续保持在高效率情况下运行，达到单位电能煤耗最小，年运行费最省。（2）与水电站常规机组一样，蓄能机组对电力系统负荷急剧变化的适应性甚好，因而可与常规机组共同承担系统尖峰负荷。（3）与水电站常规机组一样，蓄能机组亦适宜担任系统的负荷备用容量，调整系统周波，也可担任系统事故备用容量，使火电站不必常处于旋转备用状态，有利于节省煤耗。（4）距离负荷中心较近的抽水蓄能电站，也可多带无功负荷，对电力系统起调相作用。（5）当水库具有综合利用任务时，发电常受其他任务的限制，如冬季农田不灌溉，可能要求水电站暂停发电；但装设抽水蓄能机组后，每日系统高峰负荷时仍可发电泄水，夜间低谷负荷时，再从下游抽水到上库中来；灌溉水量并不受损。在上述作用中，以抽水蓄能电站对系统起调峰填谷作用最为重要。 （2）燃气轮机电站它主要由压气机、燃烧室、燃气轮机和发电机等部分组成，用石油或天然气作为燃料，其运行过程为：将空气吸入压气机，经压缩后送进燃烧室，同时向燃烧室注入石油或天然气使其燃烧，然后把燃烧后的高温热气（达1000ºC）送入燃气轮机内膨胀作功，驱动发电机发电。燃气轮机组及其设备占地小，基建工期短，不需大量冷却水；单位千瓦投资较低，缺点是耗油量大，年运行费高，发电成本贵。燃气轮机电站由起动至满负荷运行约需5~8分钟，当系统内缺乏水电容量时，可把燃气轮机组当作电力系统的短时间调峰容量以及系统的事故备用容量。 综上所述，近代大型电力系统一般由各种电站所组成。水电站投资较大，但年运行费较小，机组启闭灵便，适宜担任系统的调峰、调频、调相和事故备用等任务。火电站本身投资较小，但年运行费用较大，且要消耗大量燃料，机组有最小技术出力等限制，为取得最高热效率，火电站（尤其是高温高压机组）应担任系统的基荷。 当系统内缺乏调峰容量时，可考虑建设燃气轮机电站，以便担任系统的尖峰负荷和事故备用容量。燃气轮发电机组单位千瓦投资较小，但因燃用石油，故单位发电成本较高。在能源缺乏地区，修建水电站困难，修建火电站又需远距离运输燃料，在此情况下可考虑修建核电站，它的单位千瓦投资比火电站大，但运行费用小一些。核电站适宜于担任系统的基荷，出力尽可能平稳不变。当系统内有较多的高温高压火电站与核电站而水电站较少时，则应考虑修建抽水蓄能电站，可对系统起调峰填谷等作用。总之，各种电站的构成，与地区能源条件密切有关，要求在充分满足系统负荷要求的情况下，达到供电安全、可靠、经济等目的。 第四节水电站在电力系统中的运行方式一、无调节水电站的运行方式（一）无调节水电站的一般工作特征运行特征：任何时刻的出力主要决定于河中天然流量的大小。在枯水期，天然流量一日内无甚变化，在全部枯水期内，变化也不大。因此，无调节水电站在枯水期应担任系统日负荷图的基荷。 在丰水期，河中流量急增，该电站仍只宜于担任系统的基荷。只有当天然流量所产生的出力大于系统的最小负荷N′时，水电站应担任系统的基荷和一部分腰荷，这量还会发生弃水，如图5-8（P.120）所示。图中有竖阴影线的面积1，表示由于弃水所损失的能量。 （二）无调节水电站在不同水文年的运行方式无调节水电站的最大工作容量N″水工，一般是按设计保证率的日平均流量定出的（参见第六章第一节）。因此，在设计枯水年的枯水期，水电站以最大工作容量或大于最大工作容量的某个出力运行，和其他电站联合供电以满足系统最大负荷的要求。但在丰水期内无调节水电站即以其全部装机容量运行，有时仍不免有弃水，如图5-9（P.120）所示。 在丰水年，可能全年内的天然水流出力均大于无调节水电站的装机容量。因而水电站可能全年均需用全部装机容量在负荷图的基荷部分运行（如图5-10，P.120）。即使这样运行，可能全年均有弃水，丰水期内弃水尤多。 二、日调节水电站的运行方式（一）日调节水电站的一般工作特性工作特征：除弃水期外，在任何一日内所能产生的电能量，与该日天然来水量（扣除其他水利部门用水）所能发出的电能量相等。水电站进行日调节，对电力系统所起的效益为：（1）日调节水电站在枯水期一般总是担任峰荷，让火电站担任基荷。这样，火电站在一日内可维持均匀的出力，使汽轮机组效率提高，从节省煤耗，降低系统的运行费用。（2）在一定的保证出力情况下，日调节水电站比无调节水电站的工作容量可更大一些，能更多地取代火电站的容量。由于水电发电机组比同容量的火力发电机组投资小，因而系统的总投资可减少。（3）在每年丰水期，为充分发挥日调节水电站装机容量的作用，就不再使其担任系统的峰荷，而是随着流量的增加，全部装机容量逐步由峰荷转到基荷运行。这样，可增加水电站的发电量，相应减少火电站的发电量与总煤耗，从而降低系统的运行费用。 虽然水电站日调节能获上述效益，但大型水电站进行日调节担任峰荷时，一昼夜内通过水轮机的流量变化十分剧烈，因而下游河道的水位和流速变化也剧烈。当河道有频繁航运时，可能使航运受严重影响，甚至在某段时间必须停航。此外，若水电站下游有灌溉或给水渠道进水口时，会导致渠道进水受干扰和引水流量控制发生困难。解决上述矛盾的措施，或对水电站的日调节进行适当的限制，或在水电站下游修建反调节水库以减小流量、水位和流速的波动幅度。 （二）日调节水电站在不同季节的运行方式（1）在设计枯水年，水电站在枯水期内的工作位置是以最大工作容量担任系统的峰荷。如图5-11（P.121）中的t0~t1与t4~t5时期。当丰水期开始后，河中来水量渐增，这时日调节水电站仍担任峰荷，即使以全部装机容量投入工作，仍不免有弃水，因此其工作位置应逐渐下降到腰荷与基荷，如图5-11（P.121）中t1~t2期间所示位置。决定这个工作位置的方法，可用图5-12（P.121）解释。 在电力系统日负荷图上作日电能累积曲线。再在该曲线的左边按该日来水量所能产生的日电能量E水日，作辅助曲线，该线距日电能累积曲线的水平距离均等于E水日。另绘制N辅助曲线，它距日电能累积曲线垂直距离，均等于水电站的装机容量N水装。这两条辅助曲线相交于点a，再从a点作垂线交日电能累积曲线于b点，并由a和b各作水平线与日负荷图相交，即可定出水电站的工作位置，如图5-12（P.121）中斜影线面积所示。在日负荷图上所标出的阴影线面积，即等于水电站根据该日来水量所能生产的电能量E水日。随着来水流量的继续增加，水电站所能生产的日电能量也不断增加，因此图5-12中的E辅助线将向左平移，这就使水电站的工作位置下移。来水量越大，其工作位置也越下移。 在图5-11上t2~t3的汛期内，河中天然来水量最为丰沛，日调节水电站便应以全部装机容量在基荷运行，尽量减少弃水。t3以后，来水量逐渐减少，可按上述方法将水电站的工作位置逐渐上移，使其担任系统的腰荷和部分峰荷。在枯水期，从t4起，来水量已减少到只允许水电站以其最大工作容量重新担任系统的峰荷。（2）当丰水年来临时，河中来水量较多，即使在枯水期，日调节水电站也要担任负荷图中的峰荷和部分腰荷。在初汛后期，可能已有弃水，日调节水电站就应以全部装机容量担任基荷。在汛后的初期，可能来水仍较多，如继续有弃水，此时水电站仍应担任基荷，直至进入枯水期后，日调节水电站的工作位置便可恢复到腰荷，并逐渐上升到峰荷位置。 三、年调节水电站的运行方式（一）年调节水电站的一般工作特性不完全年调节水电站是经常遇到的，它在一年内按来水情况一般可划分为供水期、蓄水期、弃水期和不蓄不供期（也称按天然流量工作期）四个阶段，如图5-13（P.122）所示。 （二）设计枯水年的运行方式（1）供水期河中天然流量往往小于水电站为发出保证出力所需的调节流量或综合利用其他部门所需的调节流量。对于综合利用水库，水库供水期内调节流量并非常数，有时大些，有时小些。如某水库在冬季的主要用水部门是发电，所需的调节流量为图5-13中的Q调1。入春后天气转暖，灌溉及航运需水增大，便要求较大的调节流量Q调2。在以灌溉为主的综合利用水库中，发电需服从灌溉用水要求，因此发电量也随之增加。（2）蓄水期从t1起丰水期开始，河水流量增大，但在该时期内综合利用各部门需水量并不随着增加，有时反而减速小些。如汛期开始后降雨量较多，灌溉用水量减小了；那时可能正值春末夏初，系统负荷一般也许会降低些。但是为了避免以后可能发生较大的弃水量，故在蓄水期应在保证水库蓄满的条件下尽量充分利用丰水期水量。在蓄水期开始时，水电站即可担任峰荷、腰荷。当水库蓄水至相当程度，如天然来水量仍然增加，则水电站可以加大引用流量至图5-13中所示的Q调3，工作位置亦可由腰荷移至基荷，以增加水电站发电量，而使火电站燃料消耗量减少。在此期内，应把超过调节流量Q调3的多余流量全部蓄入水库，至t2水库全部蓄满。 （3）弃水期这一时期在大部分地区是夏、秋汛期，此时水库虽已蓄满，但河中天然来水量仍可能超过综合利用各部门所需的流量。由于不完全年调节水库的容积较小，故弃水现象无法避免。但为减少弃水量，此时水电站应将全部装机容量N水装在系统负荷图的基荷运行，即水电站的引用流量等于水电站最大过水能力QT。在图5-13（P.122）中，只有当天然流量超过QT的部分才被弃掉。t3是天然流量值等于QT的时刻，至此弃水期即告结束。（4）不蓄不供期、丰立期过后，河中天然流量开始减少，虽然流量小于QT，但仍大于水电站为发出保证出力所需的调节流量Q调，或综合利用其他部门的需水流量Q调2。由于此时水库已蓄满，为充分利用水能，河中天然流量来多少，水电站就引用多少流量发电，即不蓄水也不供水，故这时期称为不蓄不供期。这时水电站在电力系统中的工作位置，随着河中天然流量的逐渐减少，应使其由系统负荷图的基荷位置逐渐上升，直至峰荷位置为止。在水库供水期内，水电站在系统负荷图上的工作位置，视综合利用各部分用水的大小，有时担任峰荷，有时担任部分峰荷、部分腰荷，有时则担任腰荷。图5-14（P.122）所示是供水期水电站发电用水不受其他用水部门的限制，全部担任负荷图上峰荷的情况。 （三）丰水年的运行方式丰水年由于水量较多，在水库供水期内，年调节水电站可担任系统负荷图的部分基荷和腰荷，以增加发电量，并避免在供水期末因用不完水库蓄水量而使汛期内弃水加多。但应注意，在供水期前期，也不能过份使用水库存水，要考虑到如果后期来水较少，所存水量仍能保证水电站及综合利用部门正常工作的需要。供水期运行方式如图5-15所示。丰水期开始后，水库进入蓄水期，由于丰水年的来水量较大，一般水库蓄水期较短。在此时期内，水电站可尽早将其运行位置移至基荷部分。在弃水期，水电站则应以全部装机容量在基荷位置工作。 四、多年调节水电站的运行方式多年调节水库一般总是同时进行年调节和日调节。因此，其径流调节程度和水量利用率都比年调节水库的大。多年调节水库在一般年份内只有供水期与蓄水期，水库水位在正常蓄水位与死水位之间变化。只有遇到连续丰水年的情况下，水库才会蓄满，并可能发生弃水。当出现连续枯水年时，水库的多年库容才会全部放空，发挥其应有作用。 因此，具有多年调节水库的水电站，应经常按图5-16所示的情况工作。为使火电站机组能轮流在丰水期或在电力系统负荷较低的时期内进行计划检修，在这时期内水电站需适当增加出力以减小火电站出力。在一般来水年份，多年调节水电站在电力负荷图上将全年担任峰荷（或峰、腰负荷），让火电站经常担任腰荷、基荷。