水利水能规划课程设计指导书.doc

水 利 水 能 规 划课程设计 姓名：李佳佳 专业：水利水电工程 班级：13级水工5班 学号：130290502 河北工程大学水利水能规划课程设计目 录1、 绪论2、 径流调节与水能计算2.1 水库兴利调节计算2.2 年调节水电站最大工作容量确定2.3 结论3、 计算表及附图1、绪论（课程设计任务书）一、课程设计的目的使学生加深对水利水能规划课程基本理论的理解，更好地掌握水利水能规划的基本知识和分析计算方法；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图及编写说明书的能力。二、基本要求以给定的有关基本资料为依据，应用水利水能规划的理论和方法，进行具体的分析计算，根据分析计算成果，编写设计说明书，并附上必要的图表。三、基本资料和数据（一）电力系统负荷资料1、年负荷图（年最大负荷的百分比）：季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷（%）98969492908890929496981002、设计负荷水平年的最大负荷为_100104kw_3、典型日负荷图（最大负荷百分比）：时序（小时）12345678910111212月7472706872748088969288843、9月7068666466707478868480787月676563616367717582807775时序（小时）13141516171819202122232412月80828486909410098949082783、9月7680828486909492888680747月737779808286908884827770（二）计划兴建一座年调节水电站，其原始资料和已知条件为：1、坝址处设计代表年的径流资料（单位：米3/秒）月份456789101112123枯水年66018402430950570310150709080130400平水年1830214026301420840450180140130110120450丰水年21002730340023801040490260170801001905002、水库容积特性曲线水库水位（米）120130140145150155160165170173水库容积（108米3）1.53.56.99.111.815.119.424.731.537.8（1）选定水库正常蓄水方案_170米_。（2）选定水库死水位方案_140米_。3、年调节水电站下游水位流量关系曲线：水位（米）4.05.06.06.57.07.58.08.38.5流量（米3/秒）6020049073010701660254031903730水位零点的绝对高程方案_90米_。4同一设计枯水年供水期无调节水电站（一） 无调节水电站进口处设计枯水年流量资料月份三四五六七八九十十一十二一二年平均月平均流量(m3/s)23446914405494513222662091685876162367（二） 无调节水电站枯水期上游水位保持315m不变月份Q天(m3/s)Z上(m)Z下(m)H(m)N(104kw)十209315233.9481.0613.55 十一168315233.8181.1910.91 十二58315233.3181.693.79 一76315233.4581.554.96 二162315233.881.210.52 （三）相关电站资料及说明1、设计水平年电力系统中火电站的必需容量N火装 72.4万kw2、电力系统中无调节水电站装机容量N无装 30万kw3、其他资料l 拟建年调节水电站单机额定容量为16万kw l 拟建年调节水电站重复容量N重为 15.7万kwl 年调节水电站承担备用容量的1/3，火电站承担2/3l 无调节水电站枯水期各月平均出力l 拟建年调节水电站的效率为0.816h经济 k水（A/P , is , n） P水(af) 300(0.11.125)/(1.1251)0.03 (1.050.02) 2002 小时月份N(104kw)月份N(104kw)月份N(104kw)月份N(104kw)月份N(104kw)十13.55 十一10.91 十二3.79 一4.96 二10.52 四、设计内容1、熟悉、分析有关资料，绘制相关曲线。 2、应用时历列表法进行兴利调节计算。3、应用时历图解法进行兴利调节计算。4、绘制电力系统年负荷图、典型日负荷图及日电能累积曲线。5、根据电力电能平衡，确定拟建年调节水电站的最大工作容量、事故备用容量。6、确定拟建年调节水电站装机容量及电力系统总装机容量 。7、对设计资料进行径流调节和水能计算，求水电站多年平均年发电量。五、成果要求1、设计说明书和计算书各一份2、相关曲线绘图六、时间分配1、布置设计任务与熟悉资料（1天）； 2、分析计算，编写计算书（5天）； 3、绘图（1天）；4、编写说明书（3天）；5、课程设计答辩（1天）。七、参考资料 1、工程水文学2、水利水电规划3、水文分析与计算教材水利水能规划1.1基本资料分析在任务书中给出了电力系统设计负荷水平年的年负荷图，典型日负荷图，设计水电站的坝址处设计代表年的径流资料，水库容积特征曲线及年调节水电站下游水位流量关系曲线。根据给出的相关资料我们可以进行相关的蓄泄平衡计算进而计算出拟建水电站在其设计代表年的发电情况，根据电力系统的负荷资料可以进行水电站装机容量的计算，最终确定拟建水电站的装机容量及该水电站多年平均发电量E多年 。1.2设计任务以给定的有关基本资料为依据，应用水利水能规划的理论和方法，对给定的资料进行具体分析计算设 计一个以发电为主的年调节水电站，确定其装机容量及该水电站多年平均发电量E多年 根据分析计算成果，编写设计说明书，并附上图表。1.3设计目的通过对给出资料的分析计算使学生加深对水利水能规划课程基本理论的理解，更好的掌握水利水能规划的基本知识和分析计算方法，培养学生分析问题解决问题的能力，以及运算绘图及编写说明书的能力，加强学生对所学知识的运用能力。1.4成果要求1. 设计说明书和计算书各一份2. 相关曲线绘图1.5参考资料1、工程水文学2、水利水电规划3、水文分析与计算4、水利水能规划2、径流调节与水能计算2.1水库兴利调节计算2.1.1应用时历列表法进行兴利调节计算一、年调节水电站下游水位流量关系曲线、库容曲线的绘制(一) 年调节水电站水位库容关系1、 选定正常蓄水位为170米，死水位为140米2、 年调节水电站下游水位流量对应资料 年调节水电站水位库容关系对应关系见表2-1表2-1水库容积特性曲线水库水位（米）120130140145150155160165170173水库容积（108米3）1.53.56.99.111.815.119.424.731.537.8 3、由表中的资料绘制水位库容曲线年调节水电站ZV关系曲线：见附图一（二）年调节水电站下游水位流量关系1、年调节水电站下游水位流量对应资料 表2-2年调节水电站下游水位流量关系曲线：水位（米）4.05.06.06.57.07.58.08.38.5流量（米3/秒）6020049073010701660254031903730水位零点的绝对高程方案_90米_。2、由上表2-2资料绘制下游水位流量关系曲线年调节水电站ZQ关系曲线:见附图二二、用时历列表法进行设计枯水年供水期调节计算（一）计划新建的年调节水电站坝址断面设计枯水年资料见表2-3表2-3坝址处设计代表年的径流资料（单位：米3/秒）月份456789101112123年平均设计枯水年月平均流量 （m/s）66018402430950570310150709080130400640 （二）调节流量和供水期起讫月计算 已知设计任务为年调节水电站的调节流量和供水期起讫月计算，所以判别水库是否为完全年调节的步骤省略，现只需进行设计枯水年的供水期及调节流量的计算。计算过程如下：因为选定水库正常蓄水方案为170米，相应的库容为31.5108m,选定水库死水位方案为140米，相应库容为6.9108m,则V兴=V正-V死 =(31.5-6.9)108m =24.6108m该调节流量一定比Q设年=640m/s小。 假设设计枯水年的供水期为9月到次年3月则Q调=（W供+V兴）/T供即Q调=（24.6108+12302.63106）/(72.63106) 309.3(m/s)计算可得Q调小于当年9月份以及次年3月份的天然流量，所以当年9月份以及次年3月份不应该包含在供水期内，即实际供水期应为5个月，按此供水期再进行计算，得Q调=（24.6108+5202.63106）/（52.63106） =291.07(m/s)该Q调 小于当年9月份以及次年3月份的天然流量，大于供水期各月流量，小于非供水期各月流量，所以Q调 =291.07(m/s)，供水期为十月到次年二月。（2） 年调节水电站设计枯水年供水期调节计算时段t月（1）10111212天然来水流量Q天m/s（2）150709080130电站引用流量Q电（3）291.07291.07291.07291.07291.07水库供水流量-Q（4）-141.07-221.07-201.07-211.07-161.07水库蓄水流量+Q（5）水库供水量-W亿m（6）-3.71 -5.81 -5.29 -5.55 -4.24 水库蓄水量+W（7）弃水量W弃（8）00000时段初水库存水量V初（9）31.527.7921.9816.6911.14时段末水库存水量V末（10）27.79 21.98 16.69 11.14 6.90 时段初上游水位Z初m（11）170167.8162.6156.8148.9时段末上游水位Z末（12）167.8162.6156.8148.9140.4月平均上游水位Z上（13）168.9165.2159.7152.85144.65月平均下游水位Z下（14）95.495.495.495.495.4水头损失H损（15）00000水电站平均水头H（16）73.569.864.357.4549.25水电站效率水（17）0.8160.8160.8160.8160.816月平均出力N水万kw（18）17.13 16.26 14.98 13.39 11.48 保证出力N保万kw（19）14.65 月发电量E水万kwh（20）12501.63 11872.30 10936.80 9771.69 8376.95 保证发电量E保万kwh53459.37 N保 N T供 E保 E月 注：Q调=Q引用=291.07 m/s ；Q供=Q引-Q天然；水库供水流量-Q=Q2.63106；时段初水库存水量10月份即正常蓄水位所对应的水量，后边则用初水位-供水量；时段末蓄水量=V初-W；时段初上游水位下游水位根据水库水位和库容关系可得出；月平均上游水位=（Z初+Z末）/2；月平均下游水位通过下游水位流量关系可得出；平均水头=Z上-Z下；效率已给出；月平均出力N水=9,81QH; N保=N/T供=14.65；月发电量E水=730N水；保证发电量E保=E月=53459.37。2.1.2应用时历图解法进行兴利调节计算1、 水量差积曲线计算表2-4水量差积曲线计算表水量差积曲线计算表（t=1）年月月平均流量 （m/s）Q月月水量 （m/s）月 W月（=Q月t）水量差值 （m/s）月 W月-W定 ( =Q月t-Q定t)水量差积值 （m/s）月（W月-W定）(1)(2)(3)(4)0枯水年466066020205184018401200122062430243017903010795095031033208570570-7032509310310-330292010150150-4902430117070-5701860129090-550131018080-5607502130130-5102403400400-2400平均值Q平=Q定=640 二、由上表数据绘制水量差积曲线3、 图解计算调节流量和供水期起讫月份由水量差积曲线可得设计枯水年的调节流量为295m/s，其供水期约为10月至次年2月。2.2年调节水电站最大工作容量确定2.2.1电力系统年负荷曲线、日负荷曲线和日电能累积曲线绘制一、1、设计负荷水平年电力系统年负荷资料 （1）年负荷图（年最大负荷的百分比）：表2-5季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷（%）9896949290889092949698100 （2）设计负荷水平年的最大负荷为_100104kw_2、 由资料绘制电力系统年负荷图电力系统年负荷图二、1、设计负荷水平年电力系统典型日负荷资料典型日负荷图（最大负荷百分比）：表2-6时序（小时）12345678910111212月7472706872748088969288843、9月7068666466707478868480787月676563616367717582807775时序（小时）13141516171819202122232412月80828486909410098949082783、9月7680828486909492888680747月7377798082869088848277702、由典型日负荷资料及日电能累计曲线计算数据绘制典型日负荷图及日电能累积曲线典型日负荷图及日电能累积曲线：见附图三2.2.2年调节水电站最大工作容量计算一、年调节水电站最大工作容量计算1、 年调节水电站确定最大工作容量计算表年调节水电站确定最大工作容量计算表月份10111212Q调m/s291.07291.07291.07291.07291.07Q调、平均m/s291.07H供m73.569.864.357.4549.25H供、平均m62.86N保、年万kw14.65N保、供万kwh53459.37 在本设计中，所设计水电站为年调节水电站，年调节水电站的最大工作容量N”水工主要取决于设计洪水期内的保证电能E保、供，现将用电力电量平衡法确定最大工作容量。步骤如下：（1） 确定拟建水电站在电力系统中所担任的工作位置：在本设计中拟建水电站是以发电为主的年调节水电站适合担任电力系统的峰荷部分。（2） 假设四个水电站的最大工作容量方案N”水工1 N”水工2 N”水工3 N”水工4 ，并逐方案计算其供水期的保证电能。现以方案一中的N”水工1，12月份为例对保证电能的计算加以说明。 自12月份日负荷图中日最大负荷Nmax所处位置绘水平切线与日电能积累曲线顶点相切。 以此水平切线位置为起点向下找出方案一N水、工1与日电能积累曲线的交点a，找出其相应的日电能E日1即为方案一在12月份对应的日电能。 以同样的方法找出各个方案在供水期各个月所对应的日电能。将各个假设最大装机容量方案在供水期内的所求的的个月日电能求和，找出各个方案所对应的供水期保证电能E保供。将各个假设最大装机容量方案各方案所对应供水期保证电能E保供列表并绘制最大工作容量和供水期关系曲线N1E供。2绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线N1E供由下表绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线N1E供假设方案与水电站供水期保证电能关系表月份电力系统 N工（万kw）第一方案N水、工1=6万kw第二方案N水、工2=8万kw第三方案N水、工3=16万kw第四方案N水、工4=20万kwN其他 （万kw）N水 （万kw）E日 （万kwh）N其他 （万kw）N水 （万kw）E日 （万kwh）N其他 （万kw）N水 （万kw）E日 （万kwh）N其他 （万kw）N水 （万kw）E日 （万kwh）19894419.792644.98414119.18018172.329694215.292443.68412136.88016198.7109694210.592447.58412138.38016201.4119894424.292653.78414143.58018202.11210094647.192864.28416140.28020186.1E保供i3549.63 7722.79 20619.46 29218.25 3、在NIE供曲线上根据E保查得 NI NI=36.03万kw二、年调节水电站备用容量、必需容量确定1、N负备 由课程设计任务书给的资料及说明可知：年调节水电站承担备用容量的1/3，火电站承担2/3可得：N负备即为整个电力系统的N负备总的1/3。根据水利动能设计规范的规定，调整周波所需要的负荷备用容量，可采用系统最大负荷的5%左右，大型电力系统可采用较小值。由此可得：因为N负备总=1005%=5万kw 所以 N负备=51/3=5/3万kw2、 N事备 根据水利动能设计规范，电力系统的事故备用容量可采用系统最大负荷的10%左右，且不得小于系统中最大一台机组的容量。 N事备总=10010%=10万kw 但由于拟建水电站的单机额定装机容量为16万kw 故N事备总=16万kw 即N事备=161/3=16/3万kw3、N检备暂不设4、N备由N备=N负备+N事备得N备=5/3+16/3=7万kw5、 N必 N备NI 由N必 N备NI得N必 =7+36.03=43.03万kw三、年调节水电站装机容量的初步确定及机组初步选择 由N年装初 NIN备N重 得：在确定装机容量之前要确定N重 其确定步骤如下： （1）根据资料计算确定中水年及丰水年的调节流量Q调及供蓄水期 中水年： 假设10月份至次年2月份为供水期，则 W供=（180+140+130+110+120）2.63106=1788.4106m T供=52.63106=13.15106 故Q调=（V兴+W供）/T供=(1788.4+2460）106/13.15106=323.07m/s 计算求得的Q调 小于9月份的天然流量，说明供水期按五个月计算是正确的。因此，设计枯水年Q调 =323.07m/s323m/s，供水期为10月至次年2月。 丰水年： 假设10月份至次年2月份为供水期，则 W供=（260+170+80+100+190）2.63106=2104106m T供=52.63106=13.15106 故Q调=（V兴+W供）/T供=(2104+2460）106/13.15106=347.07m/s 计算求得的Q调 小于9月份的天然流量，说明供水期按五个月计算是正确的。因此，设计枯水年Q调 =347.07m/s347m/s，供水期为10月至次年2月。 （2）利用任务书中三个设计代表年的径流资料及其蓄水期用水情况资料进行兴利调节计算。计算结果见下表：1、设计枯水年洪水期径流调节计算表月份Q天(m3/s)Q用(m3/s)Q蓄(m3/s)Q弃(m3/s)Q下(m3/s)V始 (m3/s月)V始V/2Z上(m)Z下(m)H(m)340040000400262.6262.614095.7544.25466066000660262.6262.614096.4243.5851840880935.3524.65904.65262.6730.275159.896.8362.97624307690166124301198.61198.617097.9472.06795075801929501198.61198.617096.8773.138570570005701198.61198.617096.2173.799310310003101198.61198.617095.4674.542、设计中水年洪水期径流调节计算表月份Q天(m3/s)Q用(m3/s)Q蓄(m3/s)Q弃(m3/s)Q下(m3/s)V始 (m3/s月)V始V/2Z上(m)Z下(m)H(m)345045000450262.6262.614095.8844.1241830880935.3514.65894.65262.6730.275159.896.7563.05521407680137221401198.61198.617097.7972.21626307710185926301198.61198.617098.0471.9671420763065714201198.61198.617097.3372.6788407560848401198.61198.617096.7173.299450450004501198.61198.617095.8874.123、设计丰水年洪水期径流调节计算表月份Q天(m3/s)Q用(m3/s)Q蓄(m3/s)Q弃(m3/s)Q下(m3/s)V始 (m3/s月)V始V/2Z上(m)Z下(m)H(m)356056000560262.6262.614096.1643.8442100884935.35280.651164.65262.6730.275159.897.1362.67527307710195927301198.61198.617098.1371.87634007740262634001198.61198.617098.4271.58723807690161123801198.61198.617097.8872.1281040759028110401198.61198.617096.9673.049490490004901198.61198.61709674 （3）利用三个设计代表年的兴利调节计算表找出三个设计代表年中的所有弃水月份。对所有弃水月份按弃水量的大小进行排序，找出其年持续时间进行弃水出力计算。弃水出力计算表弃水月排序弃水流量(m3/s)水头(m)弃水出力(104kw)持续时间(h)年平均持续时间(h)1262671.58150.47730243.33 2195971.87112.71460486.67 3185971.96107.12190730.00 4166172.0695.812920973.33 5161172.1293.0136501216.67 6137272.2179.3143801460.00 765772.6738.2251101703.33 828173.0416.4358401946.67 9280.6562.6714.0865702190.00 1019273.1311.2473002433.33 118473.294.9380302676.67 1224.6562.971.2487602920.00 1314.6563.050.7494903163.33 由任务书资料可知： h经济 k水（A/P , is , n） P水(af) 300(0.11.125)/(1.1251)0.03 (1.050.02) 2002 小时 通过查上图可知当h经济 =2002小时对应装机容量为N重=15.333、 年调节水电站装机容量的初步确定及机组初步选择 由N年装初=NI+N备+N重得 N年装初=NI+N备+N重=36.03+7+15.33=58.36万kw 则选用4台16万kw的发电机组 故 N年装 =64万kw4、 电力系统多年平均发电量计算 取三个设计代表年中的中水年为代表年计算调节水电站在电力系统多年平均发电量。月份Q天(m3/s)Q用(m3/s)Q蓄(m3/s)Q弃(m3/s)V蓄（106m3）Z上(m)Z下(m)H(m)N（万kw）E月 （万kwh）E多年 （万kwh）蓄水期34504183052140626307142088409450供水期10180111401213011102120 计算过程如下：电力系统多年平均发电量 E多年 2.3结论E保 N保 NI N装 N电力 3、计算表及附图附图一附图二水平年电力系统典型日负荷表时序 （小时）1234567891011121月72.5270.5668.666.6470.5672.