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1潮汐電站動能計算

1.1計算方法概述目前潮汐發電量等動能指標，國內外主要有理論分析法、水能調節法和水動力計算模型進行計算三種。理論分析法一般適用于電站選址初期資料缺乏的情況下做近似估算，所得結果較為粗略，一般情況只須知道庫區面積及平均潮差，即可估算可能的年發電量及相應裝機容量；在國際上的設計實踐及文獻中，采用最多是伯恩斯坦[3]提出的適用于正規半日潮和非正規潮半日潮的計算公式；我國在第二次全國沿岸潮汐能資源普查時，正規半日潮港潮汐電站可開發裝機容量N和年發電量E分別采用公式：N=225FA2，雙向潮汐電站：E=0.55×106FA2，單向潮汐電站：E=0.40×106FA2，式中：N為理論功率，kW；E為潮汐能年理論儲量，kW•h；A為平均潮差，m；F為水庫面積，km2。規劃設計階段對重要的大中型電站，特別是進入可行性研究和初步設計階段，則對電站裝機規模和年發電量確定要求建立水能調節計算過程進行較準確的分析計算。另外，如果電站庫區為較狹窄的海港且有一定數量的斷面地形資料，可建立一維水力計算模型，對于開闊的海域可采用二維水力計算模型并耦合機組發電過程，計算過程一般較為復雜。

1.2長系列水能調節計算本文將建立長系列水能調節計算模型編寫較通用的計算程序，為提高計算成果精度，計算時段細化至0.1h。計算工作一般可分為三步：即基本資料準備、水能調節計算與發電量計算。水能分析計算必須具備的基本資料為：逐時潮位過程線（典型或長歷時）、庫區庫容關系曲線、水輪機組運轉特性曲線、閘門泄流曲線（或計算公式）以及庫區最高、最低限制水位等。雖然潮汐電站根據開發利用方式不同，運行工況也不盡相同，但水能調節計算都遵循水量平衡原則，主要基本公式有：式中：ΔV為時段內庫容差；ΔT為時段值；Q為時段進出總流量；Qfi為Ti時刻入庫流量，若無入庫徑流則為0；Qti為Ti時刻發電流量，落潮正向發電為正，漲潮反向發電時為負；Qzi為Ti時刻水閘流量，泄水時候為正，充水時為負；Qpi為Ti時刻水泵流量，泄水時候為正，充水時為負；Ni為Ti時刻發電機組出力；ρ為海水密度；g為重力加速度；η為機組效率；Ei為第i至i+1時段內的電量；Esum為總電量。

2潮汐電站動能計算軟件設計

2.1軟件功能框架設計軟件開發基于Windows平臺采用VisualBasic6.0編程工具，快速構建具有數據可視化、界面友好、操作簡單、統計方便等特點的潮汐電站動能計算軟件，本軟件目前已向國家版權局取得了軟件著作權（登記號：2014SR025244）。軟件設計的主要功能模塊包括：①基本數據讀取。庫容關系曲線、潮位過程線，機組特性、閘門泄流曲線等。②水能調節計算。包括單庫單向、單庫雙向兩種潮汐電站類型有水能調節計算，對于多庫方案的調節計算有待進一步研究和開發。③統計輸出功能。包括年發電量和加權水頭等主要動能指標輸出、逐時段計算過程輸出以及不同時間段進行統計等。④圖形展示功能。各類工作關系曲線繪制、計算過程數據可視化以及圖形打印輸出等。軟件系統功能框架如圖3所示。

2.2程序流程設計軟件的計算操作流程主要包括4個步驟流程：①選擇潮汐電站類型；②讀取基本數據和參數；③進行水能調節計算；④計算結果輸出保存。具體過程過圖4所示。以發電工況為例，充水、泄水和抽水等工況計算，步驟與此類似，從相應的工作曲線上根據水頭查找或計算相應的流量，進行水量平衡調節計算，計算步驟見圖5。

2.3軟件界面設計本軟件界面主窗口主要有五部分組成：菜單、工具條、左視圖、底視圖和主視圖。其中左視圖為樹狀文件瀏覽、主視圖為顯示標簽頁的數據和圖形，主視圖為顯示標簽頁的數據和圖形，采用標簽頁的形式，頂部包含基本數據、計算結果、成果圖形顯示、程序幫助說明等，基本數據里包括水位庫容、潮位過程、機組參數、閘門參數等四個分項；總體界面如圖6~圖8所示。

3應用實例

3.1甌飛潮汐電站概況溫州甌飛潮汐電站位于浙江省溫州市甌江至飛云江間的甌飛一期圍墾工程外的灘涂區域，壩址距離溫州市約12km，如圖9所示。項目開發目標為發展新能源產業，同時進行防洪、港口、旅游、養殖、船舶避風、交通等綜合開發和利用。溫州潮汐電站是基于圍海而開發的潮汐電站，不適于作多庫式開發，由于該區域平均潮差只有4.00m左右，規劃設計階段按單庫單向發電進行研究。主要建設物包括：潮汐電站（規劃裝機約450MW）、圍堤及水閘、船閘等其他相關工程，電站建成后將超過目前裝機容量最大的法國郎思潮汐電站（240MW）。

3.2調節計算1）基本資料①本區域潮汐為正規半日潮，潮汐過程為1991~1993年逐時過程，為提高計算精度，潮汐過程在程序中以0.1h時段進行細化插值計算。②水位~庫容曲線采用庫區最新地形圖量算，庫區在-3m~-10m等深線范圍內，水庫面積約45萬畝，有效庫容約10億m3，發電運行水位范圍0.5m~3.5m。水位庫容關系曲線值見表1。③燈泡貫流式機組出力運轉特性曲線。裝機容量初擬450MW(單機5MW×90臺)，額定水頭為3.00m，最低發電水頭為1.5m，機組發電過程中水頭損失取0.5m。機組特性運轉曲線值見表2。④泄水閘初擬50孔×20m高,泄流總凈寬1000m，泄水閘底高程為-10.0m。2）電站動能指標經過水能調節分析，通過研制的計算軟件輸出逐時過程分析并通過手動計算驗算過程的正確合理性，最后得出電站主要動能指標見表3，同時可以輸出不同水頭段的發電量，以便進一步優化機組選型和發電優化調度。

4結語

本文通過長系列的水能調節計算潮汐電站動能指標，并研制了潮汐電站動能計算軟件，計算時段可細化至0.1h，且具有數據可視化、界面友好、計算快速、統計方便等特點，并獲得了軟件著作權，通過工程實例應用表明，計算成果能滿足潮汐電站規劃設計階段要求，本軟件有較大的實際應用和推廣價值。對于多庫建設方案潮汐電站的動能調節計算有待進一步的研究。

作者：舒全英 盧曉燕 鄭雄偉 單位：浙江省水利水電勘測設計院