面積比法在徑流水電站水能計算中的應用

【摘要】近年來，面積比法在徑流水電站水能計算中的應用問題得到了業內的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了調節水電站水能計算的基本方法，在詳細探討面積比法在徑流水電站水能計算中應用的同時，結合相關實踐經驗，就裝機容量的選擇展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

【關鍵詞】面積比法；徑流水電站；水能計算；應用

1、前言

作為徑流水電站水能計算中的重要方法之一，面積比法的應用優勢不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對面積比法應用的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化徑流水電站水能計算工作的最終整體效果。

2、概述

徑流式水電站是一項投資少、見效快、易于實施的水電項目。但在前期規劃設計階段的水能計算中，一般做法是將水文站歷年觀測的日平均流量進行分級，并統計出出現的天數，將天數由大到小進行累加，得出大于等于該級流量的累計天數，求出各分級流量的保證率和持續時間，再由出力系數A和分級流量Q求出出力和出力差值，電能差值和累計電能，然后以流量、出力為縱坐標，以保證率、年發電量、年利用小時數為橫坐標繪出日平均流量—保證率，出力—保證率，出力—年發電量，出力—年利用小時數曲線，通過曲線，得到所求的保證出力，裝機容量，年發電量，年利用小時數。這種計算方法工作量大、相對麻煩，不能很快拿出計算成果供項目方案選定。面積比法對通常的水能計算方法進行了分析探索，通過利用不同日平均流量對應的保證率，年利用小時數，可以很方便地進行水能計算，從而達到快速、簡捷、準確的效果，為工作提供便利。

3、調節水電站水能計算的基本方法

3.1 等流量法

等流量法水能計算的基礎是保證調節期供水的相等流量，即在已知水電站水庫的死水位和正常蓄水位（亦稱興利庫容）前提下，按等流量調節的方式進行計算。由于它建立在了利用興利庫容盡量把流量調勻的假定上，因此可以說是一種理想的簡化調節方法。

3.2 等出力法

等出力法水能計算的基礎是保證調節期的相等出力。與等流量同前提下，通過調節使供水、蓄水期的水電站的出力分別相等的方式進行計算。它可以滿足水電站的發電在實際工作中各月流量不等，隨負荷要求變化出力的現象，從出力角度來計算衡量水能。在缺少資料的情況下，采用等出力法常運用半圖解方式通過繪制曲線關系圖來進行計算。

4、面積比法在徑流水電站水能計算中的應用探討

4.1 面積比法的基本原理

在水能計算中，出力系數A和設計水頭H只按一定的配比系數影響出力和發電量，而年利用小時數則不受其影響，影響年利用小時數的因素只有日平均流量與保證率曲線的形狀。這個形狀與日平均流量和保證率有關，對于一個水文站歷年觀測的數據來說是確定的，那么，不同的日平均流量對應的保證率就確定了，所對應的年利用小時數也就確定了。

4.2 面積比法的計算方法

2.2.1面積比法的基本思路

根據水能計算的基本方法，出力欄的計算只不過是在分級流量數值前擴大了A×H倍數，發電量的計算考慮了流量歷時。因此，在水能計算中，首先從分級流量和保證率出發，分析不同日平均流量下的保證率和年利用小時數，從而求出其他參數，使水能計算得到簡化。

4.2.2面積比法的計算方法

根據水文站歷年觀測的日平均流量資料，進行分級統計，求出各分級流量的保證率。以分級流量為縱坐標，相應的保證率為橫坐標，繪出日平均流量保證率曲線。在保證率曲線中，縱坐標某個流量值與縱橫坐標軸，保證率曲線圍成的面積就是可發電的流量所占的面積，該流量值在曲線以外的面積是不能發電的空閑面積，發電流量所占的面積與空閑面積之和為總面積。總面積也等于100%×Qi。發電流量所占的面積與總面積之比既是發電歷時所占總歷時的比例，用此比例乘以一年的小時數8760h，即為該流量發電時的年利用小時數。

4.2.3相似流域的面積比法計算

規劃設計的水電站，如果流域相似，可按照水文面積比擬法求出規劃設計電站的日平均流量歷時曲線，而面積比擬法求得的歷時曲線與原曲線屬相似形，形狀不變，可發電流量面積占總面積的比例不變，年利用小時數不變。因此，相似流域的水電站年利用小時數仍按面積比法計算。

5、裝機容量選擇

5.1 機組臺數的確定

裝機容量的確定，采用套用定型機組法。柳溝三級水電站原有1臺×500kW的機組，現經水能計算，電站平均年發電量為386.2萬kWh大于原設計平均年發電量220萬kWh。因此，電站有擴容的空間。為便于輪流檢修機組，保證運行靈便可靠，同時，考慮到盡可能減少技改的造價，充分利用原來電站的已有設施，本次技術改造初步確定機組的臺數為2臺。

5.2確定定型機組

為充分利用水電站原有設施和設備，本次技術改造確定選用兩種定型機組：更換原來的1臺×500kW機組，采用水輪機型號為HL153-WJ-50，配套電機為SF500-6，機組引水流量為1.64m3/s；另外新建1臺×320kW機組，采用水輪機型號為HL160-WJ-50，配套電機為SF320-6，機組引水流量為1.05m3/s。因此，柳溝三級水電站的總裝機容量為1臺×500kW+1臺×320kW=820kW，設計凈流量為Q=1.05+1.64=2.69m3/s。

5.3 裝機容量合理性分析

根據上述選定的定型機組，柳溝三級水電站的多年平均利用小時數為：根據本地區的徑流電站的經驗來看，年平均利用小時數為3000～4000h左右較為合適的。但由于柳溝三級水電站的發電用水部分是經過柳溝水庫調節的（經調節的流量約占總流量的65%），上游的柳溝一級水電站和已完成技改的柳溝二級水電站的年利用小時數均在4800h左右。因此，從梯級電站間的流量匹配和充分發揮機組的使用效率的角度來看，本站選擇裝機容量820kw，多年平均利用小時數4718h，是適應本站的水能和流量要求，也能夠較理想地利用本地區的水力資源。

6、結束語

綜上所述，加強對面積比法在徑流水電站水能計算中應用的研究分析，對于其良好計算效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的徑流水電站水能計算過程中，應該加強對面積比法關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

參考文獻：

[1] 黃強.水能利用[M]第4版.北京：中國水利水電出版社.2016（10）：60-62.