G6.4.3.1保证出力计算无调节和日调节水电站设计保证率以日为时段衡量，其保证出力是指水电站相应于设计保证率的日平均出力。G6.4.3.2多年平均年发电量计算无调节水电站的多年平均年发电量，可借助日平均出力历时曲线求得。图G6.8日平均流量频率曲线图G6.9日平均出力历时曲线日调节水电站多年平均年发电量的计算与无调节水电站计算方法相同，不再赘述。......
2023-06-21
如何计算年调节水电站的保证出力与多年平均年发电量？
【摘要】：G.6.4.1.1保证出力计算对于年调节水库水电站，由于水库有调节作用，因而年调节水电站的保证出力是指相应于设计保证率的供水期的平均出力。例如，某水电站设计保证率为90%，保证出力为1万kW，就表明在多年运行期间平均100年有90年该水电站的供水期的平均出力大于等于1万kW。不计水库水量损失，试用等流量法计算水电站的保证出力。由表G6.8计算可得，设计枯水年供水期的平均出力即保证出力1303kW。G6.4.1.2多年平均年发电量计
G.6.4.1.1 保证出力计算
对于年调节水库水电站，由于水库有调节作用，因而年调节水电站的保证出力是指相应于设计保证率的供水期的平均出力。例如，某水电站设计保证率为90%，保证出力为1万kW，就表明在多年运行期间平均100年有90年该水电站的供水期的平均出力大于等于1万kW。
当水库正常蓄水位和死水位方案一定时，推求水电站的保证出力，可采用长系列法和代表年法。
（1）长系列法。长系列法，是利用坝址断面处已有的全部径流资料系列，通过水能计算推求每年供水期的平均出力，然后将供水期的平均出力按大小次序排列，进行频率计算，绘制供水期平均出力的频率曲线，则该曲线上相应于设计保证率的供水期的平均出力，即年调节水电站的保证出力。
（2）代表年法。代表年法，是选择设计保证率相应的设计枯水年，推求该年供水期的平均出力，作为年调节水电站的保证出力。
由长系列法和代表年法可知，欲推求保证出力，关键是计算任一年或设计枯水年供水期的平均出力。常用方法有等流量法和等出力法。
（1）等流量法。等流量法在供水期内用相同流量调节计算，推求供水期内各时段的平均出力，然后求得供水期的平均出力。为直观起见，结合算例加以介绍。
【例G6.3】某年调节水库，正常蓄水位Z正＝710m，死水位Z死＝702m，兴利库容V兴＝22.5m3/s·月；水库水位容积关系、下游水位流量关系见表G6.2、表G6.3；出力系数k＝7.0，水头损失ΔH＝1.0m；设计枯水年流量过程见表G6.7。不计水库水量损失，试用等流量法计算水电站的保证出力。
表G6.7 设计枯水年流量过程
计算要点如下：
1）计算供水期的调节流量。利用工作任务4中式（G6.14）经过试算求得本例供水期为10月至次年2月，供水期相应来水总量为14.8m3/s·月，供水期调节流量为：
2）计算供水期逐月平均出力。当供水期调节流量确定后，以10月初库水位Z＝Z正，相应的水库蓄水量V死＋V兴＝26.5m3/s·月作为起始条件，逐时段调节计算，见表G6.8。其中第（4）～（10）栏的计算方法与表G6.4所述方法相同，不再赘述。
由表G6.8计算可得，设计枯水年供水期的平均出力即保证出力
1303kW。
表G6.8 等流量调节计算表
若计入水库水量损失，其方法与工作任务G4介绍的方法相同，可在不计损失求得的月平均蓄水量的基础上计入损失，然后将损失从来水中扣除，再调节计算。
由表G6.8计算可得，设计枯水年供水期的平均出力即保证出力
1303kW。
表G6.8 等流量调节计算表
若计入水库水量损失，其方法与工作任务G4介绍的方法相同，可在不计损失求得的月平均蓄水量的基础上计入损失，然后将损失从来水中扣除，再调节计算。
（2）等出力法。在正常蓄水位Z正和死水位Z死已知的情况下，采用等出力法计算供水期的平均出力，往往需要试算。具体方法为：假定供水期的平均出力
，然后对供水期各时段进行等出力调节计算（即已知出力的水能调节计算），可求得供水期末的最低水位Zmin，若Zmin＝Z死，则
为所求；否则，重设
，再进行调节计算，直至Zmin＝Z死为止。一般求出若干组
后，可点绘
—Zmin关系线，由已知Z死查得的
为所求；也可按直线内插求Z死相应的
。
【例G6.4】仍采用［例G6.3］中的资料，试用等出力法推求保证出力。
当假定设计枯水年供水期平均出力为1300kW时，水能调节计算过程见［例G6.2］，由表G6.6可知，供水期末的最低水位Zmin＝702.5m，不等于Z死＝702m。
重新假设设计枯水年供水期平均出力为1320kW，与［例G6.2］类似的方法可求得供水期末最低水位Z死＝701.4m。
采用直线内插法可求得Z死＝702m时，设计枯水年供水期平均出力即保证出力。
（2）等出力法。在正常蓄水位Z正和死水位Z死已知的情况下，采用等出力法计算供水期的平均出力，往往需要试算。具体方法为：假定供水期的平均出力
，然后对供水期各时段进行等出力调节计算（即已知出力的水能调节计算），可求得供水期末的最低水位Zmin，若Zmin＝Z死，则
为所求；否则，重设
，再进行调节计算，直至Zmin＝Z死为止。一般求出若干组
后，可点绘
—Zmin关系线，由已知Z死查得的
为所求；也可按直线内插求Z死相应的
。
【例G6.4】仍采用［例G6.3］中的资料，试用等出力法推求保证出力。
当假定设计枯水年供水期平均出力为1300kW时，水能调节计算过程见［例G6.2］，由表G6.6可知，供水期末的最低水位Zmin＝702.5m，不等于Z死＝702m。
重新假设设计枯水年供水期平均出力为1320kW，与［例G6.2］类似的方法可求得供水期末最低水位Z死＝701.4m。
采用直线内插法可求得Z死＝702m时，设计枯水年供水期平均出力即保证出力。
（3）等流量计算方法。就是把整个供水期作为一个时段一次计算，求供水期平均蓄水量
（3）等流量计算方法。就是把整个供水期作为一个时段一次计算，求供水期平均蓄水量
利用水库的水位—容积关系曲线查出
相应的平均库水位
；再由调节流量q查下游水位流量关系曲线得供水期下游水位
；则可由式（G6.7）计算供水期平均出力。
利用水库的水位—容积关系曲线查出
相应的平均库水位
；再由调节流量q查下游水位流量关系曲线得供水期下游水位
；则可由式（G6.7）计算供水期平均出力。
仍以［例G6.3］资料为例，供水期平均蓄水量
15.25（m3/s·月），由
查水位—容积关系线得供水期平均水位
＝707.4m；由q＝7.46m3/s，查下游水位—流量关系线得
＝681.2m，故保证出力
Np＝7.0×7.46×（707.4-681.2-1.0）＝1316（kW）
上述三种方法就精度而言，以等出力法较合理，逐时段等流量法次之，简化等流量法最差，但简化等流量法由于简便，所以在缺乏资料的小型水电站设计和流域规划阶段应用较多。
三种方法就计算结果而言，在相同条件下，等出力法总是大于逐时段等流量法计算的平均值，这是由于前者计算期的平均水头高于后者，水头利用较优。至于简化等流量法的计算值，可能大于也可能小于另外两种方法。
G6.4.1.2 多年平均年发电量计算
多年平均年发电量，反映水电站长期工作的效益，是水电站的动能指标之一。计算方法可以采用长系列法，丰、平、枯三个代表年法和平水年法。
1.长系列法
长系列法是根据长系列水文资料，计算每年的逐月平均出力，一般蓄水期和供水期可分别采用等流量调节计算，供水期等流量调节如［例G6.3］所述，蓄水期等流量按式（G6.14）确定。即
式中 q蓄——蓄水期发电调节流量，m3/s；
W蓄——蓄水期天然来水量，m3/s·月；
W蓄损——蓄水期损失水量，m3/s·月；
T蓄——蓄水期历时，月；
其他符号含义同前。
式（G6.14）为无弃水情况下的发电流量。由于装机容量的限制，蓄水期会存在一定的弃水。因此，按式（G6.14）引水发电，凡是月平均出力大于装机容量Ny的月份，其出力应取N＝Ny。
求得每年逐月出力后，每年的发电量为
式中 E年——年发电量，kW·h；
Ei——第i个月的发电量，kW·h；
730——每个月的小时数，每月按30.4d计；
Ni——第i个月的平均出力，kW。
仍以［例G6.3］资料为例，供水期平均蓄水量
15.25（m3/s·月），由
查水位—容积关系线得供水期平均水位
＝707.4m；由q＝7.46m3/s，查下游水位—流量关系线得
＝681.2m，故保证出力
Np＝7.0×7.46×（707.4-681.2-1.0）＝1316（kW）
上述三种方法就精度而言，以等出力法较合理，逐时段等流量法次之，简化等流量法最差，但简化等流量法由于简便，所以在缺乏资料的小型水电站设计和流域规划阶段应用较多。
三种方法就计算结果而言，在相同条件下，等出力法总是大于逐时段等流量法计算的平均值，这是由于前者计算期的平均水头高于后者，水头利用较优。至于简化等流量法的计算值，可能大于也可能小于另外两种方法。
G6.4.1.2 多年平均年发电量计算
多年平均年发电量，反映水电站长期工作的效益，是水电站的动能指标之一。计算方法可以采用长系列法，丰、平、枯三个代表年法和平水年法。
1.长系列法
长系列法是根据长系列水文资料，计算每年的逐月平均出力，一般蓄水期和供水期可分别采用等流量调节计算，供水期等流量调节如［例G6.3］所述，蓄水期等流量按式（G6.14）确定。即
式中 q蓄——蓄水期发电调节流量，m3/s；
W蓄——蓄水期天然来水量，m3/s·月；
W蓄损——蓄水期损失水量，m3/s·月；
T蓄——蓄水期历时，月；
其他符号含义同前。
式（G6.14）为无弃水情况下的发电流量。由于装机容量的限制，蓄水期会存在一定的弃水。因此，按式（G6.14）引水发电，凡是月平均出力大于装机容量Ny的月份，其出力应取N＝Ny。
求得每年逐月出力后，每年的发电量为
式中 E年——年发电量，kW·h；
Ei——第i个月的发电量，kW·h；
730——每个月的小时数，每月按30.4d计；
Ni——第i个月的平均出力，kW。
多年平均年发电量
等于各年发电量的平均值，即
式中 n——系列的年数。
2.丰、平、枯代表年法
多年平均年发电量
等于各年发电量的平均值，即
式中 n——系列的年数。
2.丰、平、枯代表年法
首先，确定相应于设计保证率p设的设计枯水年、p＝50%的平水年和（1-p设）的丰水年，然后，分别计算3个代表年的年发电量E丰、E平、E枯，则多年平均年发电量
为
3.平水年法
确定p＝50%的平水年作为代表年，进行水能计算，以该年的发电量作为多年平均年发电量。
上述三种方法，长系列法能比较精确地求出多年平均年发电量，可借助Excel软件计算，以减少计算工作量和提高计算速度。
首先，确定相应于设计保证率p设的设计枯水年、p＝50%的平水年和（1-p设）的丰水年，然后，分别计算3个代表年的年发电量E丰、E平、E枯，则多年平均年发电量
为
3.平水年法
确定p＝50%的平水年作为代表年，进行水能计算，以该年的发电量作为多年平均年发电量。
上述三种方法，长系列法能比较精确地求出多年平均年发电量，可借助Excel软件计算，以减少计算工作量和提高计算速度。
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