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如何估算一个小水电资源点开发潜力?

       早前,好友 源水 介绍了 如何计算一个小水电资源点具有多少可利用能量?,一个小水电资源点具有的可开发的能量 (N),主要由水头(H)与流量(Q)决定,N = 9.81ηHQ。

      那么,如何估算一个小水电资源点每年能发多少电?能装机多大呢?
     2019-nCoV施虐的日子,我们一起来估算一下。
水电站
1、 水电站入库水量主要因素影响
        电站所处地理位置不同,所在的流域不同,降雨情况不同,等等,每年入库水量就有所不同,影响入库水量的主要因素有以下几个:
     (a)电站坝址以上集雨面积(F)。单位:平方公里(km2)。集雨面积越大,电站潜在可汇集的水量越多,这个容易理解。
     (b)水库调节库容(Vn),见图1。单位:万立方米(万m3)。水库调节库容越大,能调蓄的水越多。
注:根据不同需要,水库库容一般分为死库容、兴利库容(又称调节库容)、防洪库容、拦洪库容和调洪库容,以及总库容,与其对应的库水位有死水位、兴利水位、防洪高水位、设计水位和校核水位。与防洪库容相关的另一库水位是汛期防洪限制水位(简称汛限水位)。水库特征水位与相应库容关系如图1所示。
水库水位
     水库在正常运用情况下,为满足兴利要求在开始供水时应蓄到的水位,称正常蓄水位,又称兴利水位、正常高水位,或设计蓄水位。正常蓄水位至死水位之间的水库容积称为兴利库容,即调节库容(Vn),用以调节径流,提供水库的供水量,满足发电等各种功能。
     水库有大小,根据调节库容 Vn 的不同,一般分为有调节水库和径流式水电站。有调节水库又可分为多年调、年调节、季调节和周(日)调节水库。
     其中 Vn ≈ 0,或略大于0的水电站,称为径流式水电站。小水电水库多为日、周或季调节水库,或径流式水电站。
     (c)多年平均降雨量(坝址以上集雨面积内),以及多年平均径流深(P)。单位:毫米(mm)。降雨量越大,形成的径流越多,入库的水量也随着增大。
注:多年平均降雨量大的流域,多年平均径流深不一定就大。
水库平均径流等值图
(图:某省多年平均年径流深等值线图,来源于网络)
        综上,水电站入库水量的经验判断:(1)电站坝址以上集雨面积F越大,则潜在可利用的水量越多;(2)水库调节库容Vn越大,则调节能力越强,水量利用率通常越高;(3)多年平均降雨量(多年平均径流深P)越大,则可利用的水量通常越多。
 
        但是,并不是所有的入库水量都能用于发电,洪水期因水库调蓄能力限制,相当一部分洪水未经发电机组就白白流失了;电站检修、事故停电,或电网调度等因素,都可能导致部分水量的流失。
所以,我们先估算总的入库水量Wcp,并考虑水量利用率K。
 
二、估算可用于发电的水量
        1、估算全年入库水总量Wcp
        (a)根据当地省市《水文图集》或《水资源图集》,查得电站水库这流域(重心点)的多年平均径流深数据 P(mm);
        (b)获取电站集雨面积 F(km2);
        (c)计算年平均入库水量:(万m3)。
计算年平均入库水量公式
      举例1:查某电站水库多年平均径流深数据P=1200 mm,电站集雨面积F=22.5 km2,则
 查某电站水库多年平均径流
     经过上面的计算,我们已经掌握了电站上游全年入库水总量,那么该电站可利用进行发电的水量有多少呢?
       2、考虑水量利用率 K
      水量利用率 K:
 水量利用率公式
电站的可利用发电水量 W利用 = K X Wcp
       (a)考察水库调节能力。水库如具备月(季)调节能力,或不完全年调节(年调节)能力,水量利用率通常在65~95%,粗略计算可按80~90%取值。
       (b)无调节能力的径流式水电站,水量利用率通常只有50-70%;
        例如:无调节电站 W利用 = 60% X Wcp;有调节电站 W利用 = 85% X Wcp。(以上为粗略的估算。水量利用率系数K应结合电站具体情况采用。具体可参见相关评价规程。)
        通过计算,我们就获得了该电站(假设为径流水电站)全年可用于发电的水量!
        既然是估算,本文提供一个小水电估算W利用 的经验公式,通常在南方降雨较多的省,1 km2 集雨面积产流100万m3。比如例1,浙江省某小水电集雨面积22.5 km2,根据上述经验公式,W利用 约为2250万m3。(注意,少雨的省市,这经验公式得适当调整后使用哦。)
 
三、估算每年能发多少电
        1、估算单位耗水率 ( q耗水率 )
        水电站单位耗水率指水电站发出 1kW·h 电量所消耗的水量,
估算单位耗水率
        上式中,k 为电站机组设备综合效率系数;H 为电站净水头。
        小水电机组设备综合效率系数。一般小水电水轮机效率 0.8~0.9,发电机效率 0.9~0.96,则小水电站 k= 9.81X 0.85 X 0.93=7.75 。粗略估算时,可取 k=7.5~7.8。
        假设该电站综合效率系数 k =7.5,净水头H =50m,则该电站每度电的耗水率:
每度电的耗水率公式
        注:如果觉得麻烦,提供一个估算小水电单位耗水率的经验公式,用 450去除水头 H ,便得到单位耗水率。比如上述电站水头H=50 m,450 / 50=9 ,该电站耗水率约为 9 m3/kW·h。
 
2、据此,可以估算出该电站设计年发电量 E发 :
电站设计年发电量 E发
        因为是估算,所以不再考虑厂用电率和网损率。如要进一步估算上网电量(估算经济效益),可再乘以0.9估算。
 
四、估算电站装机
        可以用设计年发电量 / 设定年利用小时数,大致估算电站装机。
        假定该省小水电平均年利用小时h=2500小时,则装机容量 N=2500000/2500=1000 kW。
        粗略估计,该点可装机 1000 kW,可选择装机 1 X 1000 kW 或 2 X 500kW。
 
总  结:
        1、根据集雨面积和多年平均径流深,估算出可用于发电的水量 W利用。经验公式:南方降雨较多的省,1 km2 集雨面积产流100万m3;
        2、根据电站水头,估算单位耗水率 q耗水率 。经验公式:450 除以水头,便得到单位耗水率;
        3、 W利用 除以 q耗水率,可估算出电站设计年发电量 E发 ;
        4、E发 除以当地电站的平均年利用小时,就可以估算出该站点的装机潜力。
 

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