确定水电站能量指标及运行有关参数的水利计算。它的主要任务是阐明水电站的电力电量效益，并为论证供电范围、选择水电站设计保证率、拟定设计负荷水平、确定电站规模及机组特征值、制定运行方式和水库调度规则提供依据。

水能计算所依据的基本资料主要包括：水库可能的开发条件和方式、电站布置方式和特性、坝址（电站）的径流系列及统计参数、水库容积曲线、电站尾水道的水位流量关系曲线、电站引水水头损失和水库水量损失等。

水电站的出力与电能一般按下式计算：

式中，N为电站出力，kW；Q为发电流量，m³/s；H为作用于水轮机进、出口的净水头，m；T为时间，h；η₁为水轮机效率；η₂为发电机效率；K为出力系数；E为电站在n个ΔT时段的总和T内所生产的电能，kW·h。

水能计算主要成果为保证出力（参见保证电能）和多年平均年发电量，计算成果中还应包括：根据水库调节计算成果列出的历年出力、库水位、水头过程；根据各计算时段（月或旬）的平均水头及出力绘制的水头及出力历时曲线；特征工作水头；分时段电站预想出力等。

图1 无调节及日调节水电站水能计算示意图

常规水电站水能计算

无调节和日调节水电站水能计算

无调节水电站是指没有调节能力的水电站，它的生产与运行特点是电站上游基本维持固定水位，发电流量完全由天然径流量决定。其计算要点是：①根据实测径流资料中日平均流量的变动范围，划分若干个流量等级，统计各级流量的重现历时，并由各级流量的平均值按式（1）计算电站的出力；以它为统计序列，并考虑因水头降低使出力受阻的限制，绘制出力保证率曲线（图1）。②由设计保证率（P₀）推求保证出力，并拟定几个电站装机容量（N_y）方案，按式（2）计算多年平均电能（E₀），绘制N_y—E₀关系线（图2），作为确定电站装机规模的依据。日调节水电站是指其水库仅具有日调节能力的水电站。根据调节要求，枯水期水库的调节库容要在每昼夜24 h内充满和放空1次，使库水位常在正常蓄水位和死水位之间波动，因此计算电站出力的上游水位可取调节库容充满一半时相应的水位。当丰水期日平均入库流量超过水电站最大过水能力时，电站停止日调节，这时计算出力的上游水位为正常蓄水位。其他计算方法与无调节电站相同。

图2 装机容量—年发电量曲线

年调节水电站水能计算

（1）保证出力（电能）计算。年调节水电站的保证出力指相应于设计保证率的一定时期内，水电站受水量或工作水头的限制所能提供的平均出力（电能）。一般而言，其控制时段为设计枯水年的供水期，对某些低水头电站可能是洪水期。保证出力的计算是在径流调节计算的基础上进行的，一般采用时历法，于每年供水期初水库蓄满开始，假定一个固定出力，按式（1）逐月（旬）进行试算，库水位和发电流量均用月（旬）平均值，要求供水期末库水位刚好消落至死水位，否则应重新假定出力值重复计算。以历年供水期的平均出力进行统计排序，绘出出力历时曲线，相应设计保证率的供水期平均出力即为所求的保证出力。对于某些低水头水电站，还应检验汛期出力是否大于相应年份（水文年）供水期平均出力，取其小者为统计排序的出力。

（2）多年平均年发电量计算。电能的生产与水库运行方式密切相关，计算多年平均年发电量，首先根据径流资料和电站参数编制水库调度图，其形式见图3，由水库的运行状态参数（库水位和时间）决定其出力值；而后根据长系列径流资料，逐月（旬）按调度图的规则进行计算，求出各时段出力；再按式（2）由给定的装机容量求得相应的多年平均年发电量，并绘制水电站装机容量与多年平均年发电量的关系曲线，见图2。

图3 水库调度图

①—保证出力区；②—加大出力区③—限制出力区；④—装机容量满发区

多年调节水电站水能计算

（1）保证出力计算。多年调节水电站的保证出力指相应于设计枯水段（包括几个连续枯水年组）的平均出力。当采用时历法时，计算方法与年调节相同，计算起点为连续丰水年汛末水库蓄满并开始供水的时刻。对于重要水库，必要时可采用随机模拟法生成人工径流系列为计算样本。采用概率法计算时，可先用多年径流调节线解图求出调节流量，再参照年调节水电站的方法计算保证出力。

（2）多年平均年发电量计算。采用时历法时，其计算步骤与年调节水电站相同。采用概率法计算时，可根据全概率定理，由不同初蓄量条件的年发电量保证率曲线，组合求得总的年发电量保证率曲线，然后由装机容量求得多年平均年发电量。

特征工作水头计算

包括最大工作水头、最小工作水头、平均水头等计算，是水轮机机型及尺寸选择的重要依据。①最大工作水头一般为正常蓄水位与发保证出力时相应下游尾水位之差。如水电站担负日调节任务，应取日最小出力计算下游尾水位；如水库承担下游防洪任务，应以防洪调度过程中可能出现的最大水头校核，取其中大者为最大工作水头。②最小工作水头一般为死水位与水轮机最大过水能力相应的下游尾水位之差，并扣除引水道水头损失。如系低水头水电站，应研究洪水期可能出现的最小水头，在水轮机选择中，一般应考虑在此水头下机组能够工作。③平均水头，历年各时段平均水头的算术平均值，称算术平均水头；采用各时段相应出力加权计算的平均水头，称加权平均水头。

电站预想出力计算

预想出力为给定工作水头下水电站可发出的最大出力。装机容量和预想出力之差称受阻出力。在水电站出力计算时，由计算时段的平均水头和机组出力限制曲线确定该时段预想出力，它是水电站参加系统电力电量平衡的重要指标，直接反映了设计水电站遭遇不同水文情况的容量效益。对于中低水头、大流量的水电站，丰水期预想出力降低幅度，直接与机组尺寸选择和系统对容量的利用相关，也是这类水电站计算电量时必须加以考虑的。需根据计算成果，经技术经济比较来合理确定水轮机参数。

抽水蓄能电站水能计算

抽水蓄能电站水能计算的主要任务，是配合论证电站规模及选择上、下库特征水位，阐明运行方式及效益，进行径流调节计算，提出相应的能量指标与其他特征值。

日调节纯抽水蓄能电站水能计算

根据拟定的上、下库特征水位、装机容量和电力系统的要求，从死水位开始按给定的水泵功率逐时段进行抽水量及上、下库水量平衡计算，要求在低谷期末上库蓄至正常蓄水位，否则应变动给定装机容量进行迭代计算，直至满足要求为止。发电工况从上库正常蓄水位开始，根据试算求得的额定出力，并考虑预想出力进行逐时段计算，直至库水位消落至死水位。计算中还需考虑机组的效率，水头损失和上、下库渗漏、蒸发的水量损失等。根据上述计算求得日供电量和日发电量，考虑机组检修求得抽水工况年耗电量、发电工况年发电量以及特征水头和预想出力等。对于选定方案，应根据常规水电站丰、平、枯代表年逐月典型日电力电量平衡成果，确定不同代表年设计电站的工作位置，并按其给定的调峰时出力过程进行发电工况校核计算，验证可供水量和预想出力的满足程度。

季调节纯抽水蓄能电站水能计算

应分别按蓄水期、平水期、供水期进行计算。蓄水期宜充分利用下库丰水期可供水量和电力系统富裕电能抽水蓄能，除满足日调峰发电用水外，将多余水量充蓄上库，直至达到正常蓄水位；平水期（指上库蓄满期间）日抽水量和发电用水量基本平衡，水库仅进行日调节。供水期利用日低谷电量抽水，发电用水包括日抽水量和水库供水量，直至水库消落至死水位。蓄水期抽水电量受系统富裕电能的历时和电力限制，下库供水量选用设计枯水年的径流过程，计算可逐时段（旬）进行。电站发电量及上库水位消落过程，应根据设计水平年电力系统电力电量平衡确定的发电出力过程逐时段计算。电站多年平均年发电量和年抽水电量应采用丰、平、枯代表年计算成果的平均值。

潮汐电站水能计算

潮汐电站水能计算应根据典型潮位过程线按时历法进行，计算时段可取0.25 h和0.5 h。典型的潮位过程线应为典型的一个太阴月连续潮位过程，根据历史潮位统计资料，选取高潮位、低潮位、涨潮潮差、落潮潮差的平均值与多年平均值相接近的过程。发电工况的调节计算应按机组水头预想出力线进行，采用的发电起始水头应使单潮发电量最大。多年平均年发电量应为单潮平均发电量乘以全年的单潮数，并扣除机组检修期少发的电量。单潮平均发电量应按典型潮位过程线的各个单潮发电量统计求得。单潮发电量应按发电工况各时段平均出力统计求得。计算成果包括水库水位、工作水头、发电流量、出力过程及多年平均年发电量等。