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          如何估算一個小水電資源點開發潛力?

                 早前,好友 源水 介紹了 如何計算一個小水電資源點具有多少可利用能量?,一個小水電資源點具有的可開發的能量 (N),主要由水頭(H)與流量(Q)決定,N = 9.81ηHQ。

                那么,如何估算一個小水電資源點每年能發多少電?能裝機多大呢?
               2019-nCoV施虐的日子,我們一起來估算一下。
          水電站
          1、 水電站入庫水量主要因素影響
                  電站所處地理位置不同,所在的流域不同,降雨情況不同,等等,每年入庫水量就有所不同,影響入庫水量的主要因素有以下幾個:
               (a)電站壩址以上集雨面積(F)。單位:平方公里(km2)。集雨面積越大,電站潛在可匯集的水量越多,這個容易理解。
               (b)水庫調節庫容(Vn),見圖1。單位:萬立方米(萬m3)。水庫調節庫容越大,能調蓄的水越多。
          注:根據不同需要,水庫庫容一般分為死庫容、興利庫容(又稱調節庫容)、防洪庫容、攔洪庫容和調洪庫容,以及總庫容,與其對應的庫水位有死水位、興利水位、防洪高水位、設計水位和校核水位。與防洪庫容相關的另一庫水位是汛期防洪限制水位(簡稱汛限水位)。水庫特征水位與相應庫容關系如圖1所示。
          水庫水位
               水庫在正常運用情況下,為滿足興利要求在開始供水時應蓄到的水位,稱正常蓄水位,又稱興利水位、正常高水位,或設計蓄水位。正常蓄水位至死水位之間的水庫容積稱為興利庫容,即調節庫容(Vn),用以調節徑流,提供水庫的供水量,滿足發電等各種功能。
               水庫有大小,根據調節庫容 Vn 的不同,一般分為有調節水庫和徑流式水電站。有調節水庫又可分為多年調、年調節、季調節和周(日)調節水庫。
               其中 Vn ≈ 0,或略大于0的水電站,稱為徑流式水電站。小水電水庫多為日、周或季調節水庫,或徑流式水電站。
               (c)多年平均降雨量(壩址以上集雨面積內),以及多年平均徑流深(P)。單位:毫米(mm)。降雨量越大,形成的徑流越多,入庫的水量也隨著增大。
          注:多年平均降雨量大的流域,多年平均徑流深不一定就大。
          水庫平均徑流等值圖
          (圖:某省多年平均年徑流深等值線圖,來源于網絡)
                  綜上,水電站入庫水量的經驗判斷:(1)電站壩址以上集雨面積F越大,則潛在可利用的水量越多;(2)水庫調節庫容Vn越大,則調節能力越強,水量利用率通常越高;(3)多年平均降雨量(多年平均徑流深P)越大,則可利用的水量通常越多。
           
                  但是,并不是所有的入庫水量都能用于發電,洪水期因水庫調蓄能力限制,相當一部分洪水未經發電機組就白白流失了;電站檢修、事故停電,或電網調度等因素,都可能導致部分水量的流失。
          所以,我們先估算總的入庫水量Wcp,并考慮水量利用率K。
           
          二、估算可用于發電的水量
                  1、估算全年入庫水總量Wcp
                  (a)根據當地省市《水文圖集》或《水資源圖集》,查得電站水庫這流域(重心點)的多年平均徑流深數據 P(mm);
                  (b)獲取電站集雨面積 F(km2);
                  (c)計算年平均入庫水量:(萬m3)。
          計算年平均入庫水量公式
                舉例1:查某電站水庫多年平均徑流深數據P=1200 mm,電站集雨面積F=22.5 km2,則
           查某電站水庫多年平均徑流
               經過上面的計算,我們已經掌握了電站上游全年入庫水總量,那么該電站可利用進行發電的水量有多少呢?
                 2、考慮水量利用率 K
                水量利用率 K:
           水量利用率公式
          電站的可利用發電水量 W利用 = K X Wcp
                 (a)考察水庫調節能力。水庫如具備月(季)調節能力,或不完全年調節(年調節)能力,水量利用率通常在65~95%,粗略計算可按80~90%取值。
                 (b)無調節能力的徑流式水電站,水量利用率通常只有50-70%;
                  例如:無調節電站 W利用 = 60% X Wcp;有調節電站 W利用 = 85% X Wcp。(以上為粗略的估算。水量利用率系數K應結合電站具體情況采用。具體可參見相關評價規程。)
                  通過計算,我們就獲得了該電站(假設為徑流水電站)全年可用于發電的水量!
                  既然是估算,本文提供一個小水電估算W利用 的經驗公式,通常在南方降雨較多的省,1 km2 集雨面積產流100萬m3。比如例1,浙江省某小水電集雨面積22.5 km2,根據上述經驗公式,W利用 約為2250萬m3。(注意,少雨的省市,這經驗公式得適當調整后使用哦。)
           
          三、估算每年能發多少電
                  1、估算單位耗水率 ( q耗水率 )
                  水電站單位耗水率指水電站發出 1kW·h 電量所消耗的水量,
          估算單位耗水率
                  上式中,k 為電站機組設備綜合效率系數;H 為電站凈水頭。
                  小水電機組設備綜合效率系數。一般小水電水輪機效率 0.8~0.9,發電機效率 0.9~0.96,則小水電站 k= 9.81X 0.85 X 0.93=7.75 。粗略估算時,可取 k=7.5~7.8。
                  假設該電站綜合效率系數 k =7.5,凈水頭H =50m,則該電站每度電的耗水率:
          每度電的耗水率公式
                  注:如果覺得麻煩,提供一個估算小水電單位耗水率的經驗公式,用 450去除水頭 H ,便得到單位耗水率。比如上述電站水頭H=50 m,450 / 50=9 ,該電站耗水率約為 9 m3/kW·h。
           
          2、據此,可以估算出該電站設計年發電量 E發 :
          電站設計年發電量 E發
                  因為是估算,所以不再考慮廠用電率和網損率。如要進一步估算上網電量(估算經濟效益),可再乘以0.9估算。
           
          四、估算電站裝機
                  可以用設計年發電量 / 設定年利用小時數,大致估算電站裝機。
                  假定該省小水電平均年利用小時h=2500小時,則裝機容量 N=2500000/2500=1000 kW。
                  粗略估計,該點可裝機 1000 kW,可選擇裝機 1 X 1000 kW 或 2 X 500kW。
           
          總  結:
                  1、根據集雨面積和多年平均徑流深,估算出可用于發電的水量 W利用。經驗公式:南方降雨較多的省,1 km2 集雨面積產流100萬m3;
                  2、根據電站水頭,估算單位耗水率 q耗水率 。經驗公式:450 除以水頭,便得到單位耗水率;
                  3、 W利用 除以 q耗水率,可估算出電站設計年發電量 E發 ;
                  4、E發 除以當地電站的平均年利用小時,就可以估算出該站點的裝機潛力。
           

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