摘要：本文從水能計(jì)算與電能利用、水電站水能參數(shù)選擇兩個(gè)方面對(duì)引水式小型水電站的水能設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

　　1水能計(jì)算與電能利用

　　水能計(jì)算是針對(duì)樞紐設(shè)計(jì)的不同水能參數(shù)的運(yùn)用規(guī)劃，計(jì)算各種水文情況下水電站的能量指標(biāo)，即水電站的保證出力和多年平均發(fā)電量等。由于河川徑流在年際之間和年內(nèi)分布存在著季節(jié)性差異，它需要通過水庫進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，把豐水時(shí)段的多余水量重新分配到枯水季節(jié)里去利用，也就是說，旨在加大水電站的保證出力和年發(fā)電量。

　　通常水利計(jì)算和水能計(jì)算是同時(shí)進(jìn)行的，時(shí)歷法是應(yīng)用最為普遍的方法。所謂水利計(jì)算系指運(yùn)用水庫調(diào)節(jié)徑流，確定樞紐下游流量的全部計(jì)算工作，解決每一計(jì)算時(shí)段內(nèi)的水量平衡方程，具有一般調(diào)節(jié)性能(季調(diào)節(jié))的水電站，計(jì)算時(shí)段汛期按旬、枯水期按月較為適宜;只是對(duì)具有年和多年調(diào)節(jié)能力的水電站，計(jì)算時(shí)段才全部按月可取得較好的結(jié)果;對(duì)僅有日調(diào)節(jié)水庫的水電站，也就是徑流利用率低的水電站，才有必要將計(jì)算時(shí)段按日進(jìn)行。

　　水能計(jì)算旨在求得:(l)在樞紐不同參數(shù)條件下水電站各項(xiàng)水能指標(biāo);(2)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算最終參數(shù)條件，反映水電站的多年運(yùn)行特性。

　　1.1水電站的基本水能指標(biāo)

　　1.1.1保證出力

　　水電站的保證出力是指相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率(可靠性)枯水時(shí)段的最小日、旬、月平均或年平均的出力(按不同調(diào)節(jié)性能采用)。采用多年徑流系列進(jìn)行水利水能計(jì)算，確定保證出力是最普遍應(yīng)用的方法。水電站的保證出力計(jì)算:

　　N保二AQ保H凈

　　式中N保——水電站保證出力;

　　A——出力系數(shù)，一般大中型水電站可以取8.0-8.5；

　　Q保——設(shè)計(jì)保證流量；

　　H凈——凈水頭。

　　保證出力的大小決定于河川天然流量、正常蓄水位、死水位，以及相應(yīng)的水頭變化，并且與設(shè)計(jì)保證率有關(guān)。取決于這一出力按年數(shù)或時(shí)間的保證率一般采用80%一95%，同時(shí)也取決于保證率以外的時(shí)間，即允許這一出力的降低程度。時(shí)間，即允許這一出力的降低程度。

　　1.1.2多年平均發(fā)電量

　　水電站多年平均發(fā)電量是指選用的徑流系列歷年發(fā)電量的平均值。在設(shè)計(jì)中，不論對(duì)新設(shè)計(jì)的水電站或是已運(yùn)轉(zhuǎn)的水電站，都是一項(xiàng)最重要的動(dòng)能指標(biāo)。

　　多年平均發(fā)電量的大小主要決定于天然流量的變化、樞紐水能基本參數(shù)(即正常蓄水位、死水位、裝機(jī)容量等)和通過水電站水輪機(jī)的流量、水頭變化的影響，以及所采用計(jì)算水文系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

　　1.1.3水電站預(yù)想出力

　　所謂水電站的預(yù)想出力(或峰荷出力)是指水電站一晝夜或數(shù)小時(shí)內(nèi)，不論水頭、流量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、樞紐上下游容許的水位變幅如何，水電站均能發(fā)出的最大出力。影響預(yù)想出力的主要因素是日平均出力(或日發(fā)電量)、通過水電站的日平均流量，以及水電站出力在一晝夜內(nèi)的利用方式，即承擔(dān)日負(fù)荷圖的工作位置、形狀等。預(yù)想出力需按每年逐月計(jì)算，但也常按規(guī)定的計(jì)算保證率，只確定電網(wǎng)最大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)預(yù)想出力。為確保水電站可靠地承擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷，在最大負(fù)荷發(fā)生時(shí)的預(yù)想出力的保證率一般應(yīng)為95%一100%。

　　1.2水能利用問題的研究

　　在我國水電比重大的地區(qū)，豐水期水電有大量季節(jié)性電能涌進(jìn)電網(wǎng)，而電網(wǎng)對(duì)其有效吸收程度常受到一定的限制，即使網(wǎng)內(nèi)火電按技術(shù)最小出力運(yùn)行或部分停機(jī)，季節(jié)性電能也難以得到充分利用，特別是夜間負(fù)荷低谷時(shí)段。

　　1.2.1重視河流規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)中龍頭水庫的作用

　　水電事業(yè)的發(fā)展，梯級(jí)水電站的開發(fā)，水庫淹沒往往成為制約建庫條件的主要因素。如果在河流上游有建庫條件較好、淹沒損失相對(duì)較少的壩址，建龍頭水庫蓄能、蓄豐補(bǔ)枯，實(shí)現(xiàn)對(duì)全河流梯級(jí)的調(diào)節(jié)或補(bǔ)償，這樣既可以減少下游梯級(jí)水電站豐水期棄水，又可以增加枯水期電能。如四川龍溪河上的獅子灘、福建古田溪上的古田一級(jí)、貴州貓?zhí)�河上的紅楓、黃河上游的龍羊峽，以及廣西紅水河上的天生橋一級(jí)、龍灘等梯級(jí)的龍頭水庫，都是這樣規(guī)劃運(yùn)用的。它對(duì)下游梯級(jí)可以實(shí)現(xiàn)水量調(diào)節(jié)和補(bǔ)償作用，從而有利于提高水量利用、電量有效利用。

　　1.2.2聯(lián)網(wǎng)與跨流域補(bǔ)償?shù)难芯?/p>

　　水電比重大的地區(qū)，考慮到各條河流之間徑流變化不同步和大水庫具有增強(qiáng)徑流調(diào)節(jié)的作用，因此，擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)就成為水電站進(jìn)行跨流域徑流補(bǔ)償提供必要的前提，實(shí)現(xiàn)水電之間、水火之間的電力補(bǔ)償，爭(zhēng)取水能資源充分利用。西北、四川聯(lián)網(wǎng)研究就是一個(gè)較好的例子。它以黃河龍羊峽為龍頭的梯級(jí)蓄能，對(duì)水電比重大、調(diào)節(jié)性能差的四川水電進(jìn)行跨流域徑流和電力補(bǔ)償。通過聯(lián)網(wǎng)，使西北汛期水電讓出部分基荷(或腰荷)出力，接納四川水電部分季節(jié)性電能，枯水期黃河水電增發(fā)出力，反送四川。我區(qū)紅水河豐富的水電能源，通過500kV天廣線將云南、貴州、廣西水電東送廣東。雖然目前天生橋一級(jí)和龍灘水電站尚未建成，但徑流不同步的聯(lián)網(wǎng)效益已得到初步證實(shí)，并且減少了云南、廣西豐水期水電棄水，緩解了廣東能源緊張局面，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2水電站水能參數(shù)選擇

　　水電站水能主要參數(shù)(或稱特征值)包括正常蓄水位、死水位、裝機(jī)容量等。在參數(shù)選擇時(shí)，必須考慮電站所在地區(qū)綜合利用要求，參數(shù)選擇的一致性，以及它們之間的相互影響。

　　2.1正常蓄水位

　　正常蓄水位是指水庫在正常運(yùn)用的情況下，滿足設(shè)計(jì)的興利要求，在開始供水時(shí)應(yīng)蓄到的最高水位。通常，選擇正常蓄水位采用以下步驟和方法:

　　(l)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在河流規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)水庫的具體條件進(jìn)行全面分析，確定正常蓄水位的范圍，擬定幾個(gè)比較方案。

　　(2)對(duì)各比較方案進(jìn)行綜合利用水量平衡，并初選各方案相應(yīng)的死水位、裝機(jī)容量、機(jī)組等計(jì)算能量指標(biāo)和效益。

　　(3)根據(jù)各方案的工程量、投資、施工工期等計(jì)算成果，進(jìn)行動(dòng)能比較，對(duì)不同方案作出評(píng)價(jià)，然后提出推薦方案。

　　隨著正常蓄水位的抬高，水庫庫容和電站的裝機(jī)容量、保證出力、多年平均發(fā)電量等均相應(yīng)增加，水庫淹沒、大壩等水工建筑物的工程量也必然增加。水工建筑物規(guī)模越大，施工期也就越長(zhǎng)，電站效益發(fā)揮越晚。通過經(jīng)濟(jì)比較找出最有利的正常蓄水位。當(dāng)然水庫淹沒也會(huì)成為重要的制約因素。