电站动能计算及软件开发范文

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1潮汐电站动能计算

1.1计算方法概述目前潮汐发电量等动能指标，国内外主要有理论分析法、水能调节法和水动力计算模型进行计算三种。理论分析法一般适用于电站选址初期资料缺乏的情况下做近似估算，所得结果较为粗略，一般情况只须知道库区面积及平均潮差，即可估算可能的年发电量及相应装机容量；在国际上的设计实践及文献中，采用最多是伯恩斯坦[3]提出的适用于正规半日潮和非正规潮半日潮的计算公式；我国在第二次全国沿岸潮汐能资源普查时，正规半日潮港潮汐电站可开发装机容量N和年发电量E分别采用公式：N=225FA2，双向潮汐电站：E=0.55×106FA2，单向潮汐电站：E=0.40×106FA2，式中：N为理论功率，kW；E为潮汐能年理论储量，kW•h；A为平均潮差，m；F为水库面积，km2。规划设计阶段对重要的大中型电站，特别是进入可行性研究和初步设计阶段，则对电站装机规模和年发电量确定要求建立水能调节计算过程进行较准确的分析计算。另外，如果电站库区为较狭窄的海港且有一定数量的断面地形资料，可建立一维水力计算模型，对于开阔的海域可采用二维水力计算模型并耦合机组发电过程，计算过程一般较为复杂。

1.2长系列水能调节计算本文将建立长系列水能调节计算模型编写较通用的计算程序，为提高计算成果精度，计算时段细化至0.1h。计算工作一般可分为三步：即基本资料准备、水能调节计算与发电量计算。水能分析计算必须具备的基本资料为：逐时潮位过程线（典型或长历时）、库区库容关系曲线、水轮机组运转特性曲线、闸门泄流曲线（或计算公式）以及库区最高、最低限制水位等。虽然潮汐电站根据开发利用方式不同，运行工况也不尽相同，但水能调节计算都遵循水量平衡原则，主要基本公式有：式中：ΔV为时段内库容差；ΔT为时段值；Q为时段进出总流量；Qfi为Ti时刻入库流量，若无入库径流则为0；Qti为Ti时刻发电流量，落潮正向发电为正，涨潮反向发电时为负；Qzi为Ti时刻水闸流量，泄水时候为正，充水时为负；Qpi为Ti时刻水泵流量，泄水时候为正，充水时为负；Ni为Ti时刻发电机组出力；ρ为海水密度；g为重力加速度；η为机组效率；Ei为第i至i+1时段内的电量；Esum为总电量。

2潮汐电站动能计算软件设计

2.1软件功能框架设计软件开发基于Windows平台采用VisualBasic6.0编程工具，快速构建具有数据可视化、界面友好、操作简单、统计方便等特点的潮汐电站动能计算软件，本软件目前已向国家版权局取得了软件著作权（登记号：2014SR025244）。软件设计的主要功能模块包括：①基本数据读取。库容关系曲线、潮位过程线，机组特性、闸门泄流曲线等。②水能调节计算。包括单库单向、单库双向两种潮汐电站类型有水能调节计算，对于多库方案的调节计算有待进一步研究和开发。③统计输出功能。包括年发电量和加权水头等主要动能指标输出、逐时段计算过程输出以及不同时间段进行统计等。④图形展示功能。各类工作关系曲线绘制、计算过程数据可视化以及图形打印输出等。软件系统功能框架如图3所示。

2.2程序流程设计软件的计算操作流程主要包括4个步骤流程：①选择潮汐电站类型；②读取基本数据和参数；③进行水能调节计算；④计算结果输出保存。具体过程过图4所示。以发电工况为例，充水、泄水和抽水等工况计算，步骤与此类似，从相应的工作曲线上根据水头查找或计算相应的流量，进行水量平衡调节计算，计算步骤见图5。

2.3软件界面设计本软件界面主窗口主要有五部分组成：菜单、工具条、左视图、底视图和主视图。其中左视图为树状文件浏览、主视图为显示标签页的数据和图形，主视图为显示标签页的数据和图形，采用标签页的形式，顶部包含基本数据、计算结果、成果图形显示、程序帮助说明等，基本数据里包括水位库容、潮位过程、机组参数、闸门参数等四个分项；总体界面如图6~图8所示。

3应用实例

3.1瓯飞潮汐电站概况温州瓯飞潮汐电站位于浙江省温州市瓯江至飞云江间的瓯飞一期围垦工程外的滩涂区域，坝址距离温州市约12km，如图9所示。项目开发目标为发展新能源产业，同时进行防洪、港口、旅游、养殖、船舶避风、交通等综合开发和利用。温州潮汐电站是基于围海而开发的潮汐电站，不适于作多库式开发，由于该区域平均潮差只有4.00m左右，规划设计阶段按单库单向发电进行研究。主要建设物包括：潮汐电站（规划装机约450MW）、围堤及水闸、船闸等其他相关工程，电站建成后将超过目前装机容量最大的法国郎思潮汐电站（240MW）。

3.2调节计算1）基本资料①本区域潮汐为正规半日潮，潮汐过程为1991~1993年逐时过程，为提高计算精度，潮汐过程在程序中以0.1h时段进行细化插值计算。②水位~库容曲线采用库区最新地形图量算，库区在-3m~-10m等深线范围内，水库面积约45万亩，有效库容约10亿m3，发电运行水位范围0.5m~3.5m。水位库容关系曲线值见表1。③灯泡贯流式机组出力运转特性曲线。装机容量初拟450MW(单机5MW×90台)，额定水头为3.00m，最低发电水头为1.5m，机组发电过程中水头损失取0.5m。机组特性运转曲线值见表2。④泄水闸初拟50孔×20m高,泄流总净宽1000m，泄水闸底高程为-10.0m。2）电站动能指标经过水能调节分析，通过研制的计算软件输出逐时过程分析并通过手动计算验算过程的正确合理性，最后得出电站主要动能指标见表3，同时可以输出不同水头段的发电量，以便进一步优化机组选型和发电优化调度。

4结语

本文通过长系列的水能调节计算潮汐电站动能指标，并研制了潮汐电站动能计算软件，计算时段可细化至0.1h，且具有数据可视化、界面友好、计算快速、统计方便等特点，并获得了软件著作权，通过工程实例应用表明，计算成果能满足潮汐电站规划设计阶段要求，本软件有较大的实际应用和推广价值。对于多库建设方案潮汐电站的动能调节计算有待进一步的研究。

作者：舒全英 卢晓燕 郑雄伟 单位：浙江省水利水电勘测设计院