如何估算一個小水電資源點開發潛力？

      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。

        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。

（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。

 

        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）。

      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

 

     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：

 

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。）

 

        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，

        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：

        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 ：

        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。

 

        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。

 

        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。