规划站址水利动能参数拟定方案

7.3.4.1　上、下水库死水位拟定

拟定上、下水库死水位时应考虑以下问题。

(1)进(出)水口布置要求。为确保进(出)水流态平顺,进水时不带入空气,喇叭口顶端要在死水位以下至少2m。另外,进(出)水口底板高程要考虑防止泥沙进入,水面要有足够的取水宽度。

(2)死水位定得高不仅会加大坝高,还会增大死库容,对于水源偏紧的站址将产生初期蓄水困难。另外,抬高下水库死水位还会减小电站工作水头(抬高上水库死水位会加大电站工作水头),对于水头不高的抽水蓄能电站是十分不利的。

(3)水泵水轮机工作水头允许变化幅度。蓄能机组工作水头的最大变化幅度为上、下水库工作深度之和,外加抽水及发电两种工况的水头损失。由于库容曲线的斜率下段大上段小,当调节库容一定时,死水位越低水库工作深度越大,蓄能机组面临的工作水头变化幅度越大,有可能超过允许变化幅度。

(4)电站装机容量。在电站平均水头变化不大的情况下,电站装机容量越大,上、下水库调节库容、工作深度、机组工作水头变幅越大,必须寻找一个在满足机组运行技术要求的前提下,与电站装机容量相适应的死水位。

(5)淤沙库容。当电站调节水库所在河流含沙量较大,或水库周边岩石风化严重时,应考虑预留淤沙库容。

7.3.4.2　上、下水库正常蓄水位拟定

应根据以下几点综合分析拟定上、下水库正常蓄水位。

(1)水库地形地质条件允许的水位高程及水库淹没和环境保护控制高程。

(2)电力系统需要的电站装机规模及其相应的调节库容。

(3)上、下水库的水源条件。

(4)蓄能机组工作水头允许变化幅度。

(5)水库综合利用要求。

在规划阶段,上、下水库正常蓄水位不作比较,通常根据地形、地质条件拟定其中任何一个,另一个由上、下水库能量转换计算求得。现假设先拟定上水库正常蓄水位,再推求下水库正常蓄水位,具体步骤如下:

(1)根据上述各点拟定上水库正常蓄水位,从库容曲线查得相应库容,减去死库容即得调节库容。

(2)将上水库工作深度等分成若干段,即将上水库的调节库容划分成若干层,然后从上水库正常蓄水位起,逐层将水体放至下水库,按下式计算每层水体的能量。

式中 Ei——第i层水体的发电量,kW·h;

η——抽水蓄能电站综合效率(规划阶段取0.7～0.75);

Vi——第i层水体体积,m3;

Hijun——第i层平均水头,m;

g——重力加速度,m/s2。

将正常蓄水位至死水位之间的各层水体的能量累计,即得调节库容所蓄水量的发电量,即

式中 E——与正常蓄水位及死水位相应的发电量,kW·h;

N——上水库工作深度分段数。

(3)随着上水库分层水体放入下水库,上水库水位逐渐下降,下水库水位逐渐上升,当最后一层水体放入下水库后,其相应的水位即为下水库的正常蓄水位。(www.xing528.com)

上、下水库的正常蓄水位和死水位拟定后,还应复核其水位变化幅度是否满足蓄能机组的技术要求。

衡量拟定的上、下水库死水位和正常水位是否合适,通常通过验算蓄能机组工作水头变幅控制系数k 来判断。k 为最大扬程与最小水头之比,按下式计算:

式中 k——蓄能机组工作水头变幅控制系数;

Zsz——上水库正常蓄水位;

Zss——上水库死水位;

Zxz——下水库正常蓄水位;

Zxs——下水库死水位;

Δhp——抽水工况水头损失;

Δht——发电工况水头损失。

图7.4为机组制造厂提供的k值曲线,如果计算的k值落在曲线上方,则表示电站水头变化幅度过大,水泵水轮机在这样的条件下运行,将产生较大的噪声和振动,并会引起气蚀损伤,因而是不允许的。此时需调整上、下水库特征水位,直至k值满足要求为止。

图7.4　k～最大水头临界曲线^[1]

由于上、下水库库容曲线的斜率与高程成反比,在调节库容变化不大的情况下,正常蓄水位和死水位越低,水库的工作深度越大,即水位变幅越大,亦即k值越大,因此欲降低k值,必须整体抬高正常蓄水位和死水位,反之则需降低正常蓄水位和死水位。首先应调整库容曲线低水位段斜率较大的水库的正常蓄水位和死水位,当不能满足要求时再调整另一个水库的正常蓄水位和死水位。另外从增大电站工作水头的角度考虑,抬高上水库的死水位比较有利。有时当死水位抬高后死库容变得很大,增加初期蓄水负担,在水源条件紧缺的情况下,可能成为制约因素。总之,需反复推敲寻找最合适的水位组合。

7.3.4.3　上、下水库洪水位拟定

当上水库集水面积很小,除库面雨水外基本无洪水入库时,一般不需作洪水调节计算,按设计、校核频率24h设计暴雨和水库集水面积计算入库洪水量及相应洪水位;当上水库具有一定流域面积时,需根据设计、校核频率设计洪水流量过程线,按第6章6.4节方法进行调洪计算,确定设计、校核洪水位。

下水库一般都具有一定的流域面积,需根据设计、校核频率设计洪水过程线,按第6章6.4节方法进行调洪计算,并考虑洪水流量与发电流量最不利的遭遇,确定设计、校核洪水位。

7.3.4.4　电站装机容量拟定

规划阶段的装机容量不作比较,一般按装机利用小时数估算。装机利用小时数与所在电力系统的负荷特性和电源结构有关。华东电网抽水蓄能电站选点规划中按日满发5h加1h备用考虑,并考虑库容量求误差,库容留5%～10%的裕度。装机利用小时数确定之后,可按下式计算装机容量。

式中 NY——电站装机容量;

E循环——一次循环蓄能量;

σ——考虑地形图精度库容裕度系数(规划阶段取1.05～1.10);

T满发——一次循环满发小时数;

T备用——备用容量满发小时数。

7.3.4.5　额定水头拟定

日调节抽水蓄能电站的最小水头出现在抽水工况的起始和发电工况的末尾时段,额定水头取决于电站在日负荷图上的工作位置,当电力系统要求抽水蓄能电站在日负荷晚峰末期满出力运行时,额定水头需按最小水头拟定。如果电力系统允许抽水蓄能电站在日负荷晚峰末期减出力运行,则可适当提高额定水头,按发电工况结束前若干分钟的上、下水库相应水位来确定。华东电网抽水蓄能电站选点规划曾以发电工况结束前0.5h的净水头作为额定水头。