水资源课程设计

年调节水电站装机容量的选择课程设计 一 设计任务 1 水电站的保证出力及相应的枯水期保证电能 2 水电站的最大工作容量 3 选择水电站的备用容量 4 重复容量选择 5 试求水电站的装机容量及机组台数 设单机容量为 5 万 KW 6 水电站多年平均发电量 p 50 二 设计说明书 经初步估算 水电站的装机容量大于 25 万 kW 所以出力参数 k 取 8 5 1 水电站的保证出力及相应的枯水期保证电能的计算 1 计算兴利库容 表 1 水库水位 容积曲线 库水 位 m 147150152154156158160162164166 容积 108m3 7 498 509 231010 7511 5612 413 314 3015 35 由已知 Z蓄 166m 和 Z死 147m 查库容曲线表 1 得出 V蓄 15 35 亿 m3 V死 7 49 亿 m3 则兴利库容 V兴 V蓄 V死 15 35 7 49 7 86 亿 m3 将兴利库容转化为月流量单位则 月 兴 sm3 6 8 299 1063 2 1086 7 V 根据表 1 作水库容积特性曲线 见附图一 2 确定供水期及供水期调节流量 Q调 该水库 P设 90 的年入库平均流量为 170m3 s 典型年个月平均流量如表 2 所示 表 2 典型年各月平均流量 年 月 456789101112123 年 平 均 典 型 年 2442923302411891231341069810287173177 同倍比设计枯水年年内分配的缩放倍比 再用 K 乘以典型年年内各96 0 177 170 K 月平均流量即得设计典型年年内分配 见表 3 同倍比法 P 90 设计枯水年年内分配表 表 3 同倍比法 P 90 设计枯水年年内分配表 年 月 456789101112123 年 平 均 典 型 年 234 280 317 231 182 118 129 102 94 98 84 166 170 先假定供水期 9 月至次年 2 月共 6 个月 即 T供 6 则 9 月至次年 2 月的天然来水量 月 供 sm3625849894102129118W 由供水期调节流量公式试算 得水电站供水期的调节流量为 供 兴供 调 smQ 3 154 6 625299 T VW 与表 3 中第 2 栏的 9 月至次年 2 月的天然流量对照 知 Q Q调 因此 9 月至次年 2 月 为供水期 3 上游平均水位及供水期平均水头的确定上ZH 供水期平均需水量为 388 1042 1110 49 7 86 7 2 1 2 1 VmVV 死兴 在由查水库水位容积曲线得供水期上游平均水位 38 1042 11Vm m 6 157Z 上 由已知得下游平均水位 则供水期的平均水头为 m92Z 下 m 6 6592 6 157ZZH 下上 4 水电站的保证出力及相应的枯水期保证电能 保证出力 本次计算采用的是设计枯水年 其供水期为 9 月至次年 2 月供 5 个月 根 据保证出力的定义 该电站保证出力为设计枯水年供水期的平均出力 则 59 8 6 651545 8kWHKQNN万 调 供 保 同时供水期的发电量即为保证电量 76 3 59 8 24 4 306NTEEhkW 亿 供 供供保 其中 30 4 为一个月的平均天数 24 为一天的小时数 2 年调节水电站最大工作容量的确定 1 在任务 1 中求得水电站在设计枯水年供水期所能提供的保证电能 hkW 亿 保 76 3 E 2 由基本资料可以在坐标方格纸上绘制系统年最大负荷图 附图二 和各月典型年 负荷图 附图三 3 在系统最大负荷图上假设 5 个水电站最大工作容量方案 如附图二中的 kW10N 1 万 水工 kW20N 2 万 水工 kW30N 3 万 水工 kW40N 4 万 水工 为使水 火电站最大工作容量之和最小 且等于系统的最大负荷 应kW50N 5 万 水工 让水电站在供水期 1 2 9 10 11 12 月 担任系统的峰荷 在蓄水期 3 8 月 担任 系统的基荷 另外 对每一个方案以相应的水平线作为水 火电站在系统年负荷图上工作 位置的分界线 如附图二中的 线 1 2 5 4 对方案一 即 由水平线确定该方案所对应的水电站在供kW10N 1 万 水工 1 水期各个月份的峰荷出力 如附图二所示的 从图中 11 N 12 N 19 N 10 N 11 N 12 N 读出它们的值填入表 9 中 2 栏 将它们绘制在各月典型日负荷图上 如附图三所示的 线 从图中计算出各线与负荷曲线之间的面积 即是各月的峰荷出 a b e f 力在日电能累计曲线上定出的相应的水电站日发电量 i 1 2 9 10 11 12 将它们的 i 1 E 值填入表 10 中 2 栏 表 9 各方案中供水期各月的峰荷出力 万 kW 表 10 各方案中供水期各月日发电量 万 kW 5 将供水期各月份的水电站日发电量乘以 30 4 一个月的平均天数 即得各个 i 1 E 月份水电站的发电量 再将供水期的各月份水电站发电量累加即为方案一所求的供水期保 证电能 即 1 E保证 hkW 2 6019403428223440 4 30E 4 30E i i 11 万 供水期 保证 将其填入表 11 中 方 案 一 方 案 二 方 案 三 方 案 四 方 案 五 1 2 3 4 5 6 1 N 1020304050 2 N 919293949 9 N 717273747 10 N 818283848 11 N 919293949 12 N 1020304050 方 案 一 方 案 二 方 案 三 方 案 四 方 案 五 1 2 3 4 5 6 1 E40188398638878 2 E34170376614854 9 E22134332566806 10 E28152354590830 11 E34170376614854 12 E40188398638878 表 11 各方案中供水期保证电量 万 kW h 方案一二三四五 供水期保 证电量 保证 E 6019 23046067913 6111264155040 6 对其他方案 重复步骤 4 5 即可定出各方案所要求的供水期保证电能 相 关数据见表 9 10 11 7 作出水电站各个最大工作容量方案与其相应的供水期保证电能的关系曲 水工 N 保证 E 线 见附图四 然后根据前面所求的水电站在设计枯水期内的保证电能 从附图四的关系曲线中读出其对应的最大工作容量为 hkW37600E 万 保证 kW22N 0 万 水工 8 最后 根据所求出的年调节水电站最大工作容量在电力系统年最kW22N 0 万 水工 大负荷图 附图五 上定出水 火电站的工作位置 相应地 水 火电站工作位置的分界 线亦应该是一根水平线 由此得出系统电力平衡图 3 水电站备用容量的选择 1 负荷备用容量的确定 根据 DL T5015 1996 水利水电工程动能设计规范 的规定 调整周波所需要的 系统负荷备用容量 可采用系统最大负荷的 2 5 大系统用较小比例值 小系统用较大 比例值 所以 本系统的负荷备用容量取系统最大负荷的 3 因为水电站运行较经济且易 于调节 故选取水电站为调频电站 即将系统负荷备用容量作为水电站的备用容量 系负 N 水负 N kW3100 3N 3NN万 系工系负水负 2 事故备用容量的确定 根据 DL T5015 1996 水利水电工程动能设计规范 的规定 电力系统事故备用 容量采用系统最大负荷的 8 10 且不得小于系统中最大一台机组的容量 所以 本系 统事故备用容量选取系统最大负荷的 9 kW9100 9N 9N万 系工系事 在按水 火电站最大工作容量的比例分配系统事故备用容量 即 kW989 1 9 9 77 1 22 1 22 N NN N N万 系事 火工水工 水工 水事 3 检修备用容量的确定 从附图二中可以计算出系统最大负荷水平线与负荷曲线之间的检修面积 F检 1 825 系 N 亿 kW h 由于基本资料不足 不能判断 F检是否足够大 故在本说明书中不设置检修备用 容量 故取水电站检修备用容量 0N 水检备 综上所述 可得水电站备用容量 kW50989 1 3NNNN万 水检备水事水负水备 4 重复容量选择 1 绘制弃水出力年持续曲线 表 4 水电站每年弃水流量及其年持续时间关系 Q弃 m3 s 500300100806040200 h 小时 年 300800150025003000350038004000 在汛期水库虽已蓄满 但河中天然来水仍可能超过综合利用各部门所需的流量 此时 不完全年调节水库的容积较小 故会出现弃水 所以发生弃水时水库的上游水位一直保持 在正常蓄水位即 而下游平均水位 故弃水期水库的平均水m166ZZ 正上 m92Z 下 头 则可得历年弃水流量相应的弃水出力 m7492166ZZH 下 上 HKQN 弃 见表 5 水电站每年弃水出力及其年持续时间表 表 5 水电站每年弃水出力及其年持续时间表 弃 Q m3 s 500300100806040200 弃 N kW 31450018870062900503203774025160125800 h 小时 年 300800150025003000350038004000 由表 5 中的为纵坐标和 h 为横坐标绘制水电站弃水出力年持续曲线 见附图六 弃 N 2 水电站平均每年经济合理的工作小时数 h经济和重复容量的确定 由资料知 燃料费 f 0 015 元 度 补充机组年运行费率 P水 4 投资效率系数 is 0 10 补充单位千瓦投资 k水 350 元 KW 重复容量设备的经济寿命 n 25 系数 则由水电站平均每年经济合理的工作小时数计算公式得05 1 3337015 0 05 1 04 0 11 01 1 011 0 350 p 1 i1 i1 i kh 25 25 f n s n ss 水水经济 小时 然后在水电站弃水出力年持续曲线上查得 当 h经济 3337 小时时应设置的重复容量 为 kW0 3N万 重 5 水电站装机容量及机组台数的确定 根据以上求得水电站最大工作容量 备用容量 和重复容量 即可得 水工 N 水备 N 重 N 到水电站装机容量的初选值 即 kW303522NNNN万 重水备水工装 机组台数 n 为 台 单装 装 6 5 30 N N n 6 中水年法计算水电站多年平均发电量 p 50 表 6 p 50 各月来水量表 月 份 456789101112123 年 平 均 Q m3 s 334383663380264222196167154133123149264 1 确定供水期及供水期调节流量 调 Q 先假定供水期 10 月至次年 3 月共 6 个月 即 T供 6 则 10 月至次年 3 月的天然来水 量 月 供 sm3922149123133154167196W 由供水期调节流量公式试算 得水电站供水期的调节流量为 供 兴供 调 sm3 5 203 6 922299 T VW Q 与表 6 中第 2 栏的 10 月至次年 3 月的天然流量对照 知 Q 因此 5 月至 6 月为蓄水期 调 Q 其余月份 4 7 8 和 9 月份 为不蓄不供期 水电站按天然流量发电 即水电站引 用流量等于入库流量 第二种方案 假定蓄水期只为 6 月 即 则 6 月的天然来水量 1T 蓄 月 蓄 sm3663W 由蓄水期调节流量公式试算 得水电站蓄水期的调节流量为 蓄 兴蓄 调 sm3364 1 299663 T VW Q 与表 6 中第 2 栏 6 月的天然流量对照 知 Q 因此 6 月为蓄水期 调 Q 其余月份 4 5 7 8 和 9 月份 为不蓄不供期 水电站按天然流量发电 即水电站 引用流量等于入库流量 3 确定各月的水电站平均水头及其平均出力iH iN 现以方案一为例来说明水电站平均水头及其平均出力的计算过程及原理 iH iN 在方案一中 4 7 8 和 9 月份为不供不蓄期 即天然来水流量等于水电站调节流量 如表 7 3 栏所示 而在 4 月份水库已被供水期放空 故 4 月份水库水位为死水位 147m 表 7 3 栏中 4 月 在 7 8 和 9 月份水库已被蓄水期蓄满 故在这三个月中水库 水位一直保持在正常蓄水位 166m 表 7 3 栏中 7 8 和 9 月 此外 蓄水期和供水期 的水库平均水位可取供水期平均蓄水量对应的水库水位求得 在前面已求 死兴 VV 2 1 V 得为 157 6m 表 7 3 栏中 5 至 6 和 10 至次年 3 月 4 计算水电站多年平均年发电量 将各时段的平均出力乘以时段的小时数 t 一个月的小时数为 730h 得到各时段 iN 的发电量 Ei 再将各时段发电量相加 所得设计中水年发电量 E中 即可作为水电站多年 平均发电量的估算值 亦即年E N tEE 1 i 装中 年mN n i 式中 n 为时段平均出力小于装机容量 N装 的时段数 m 为平均出力大于 或等于 装机 容量 N装 的时段数 从前可知 N装 30 万 kW 大于表 7 中 8 栏任何一值 所以 m 0 n 12 即 亿 中 年kW13 1384 179730NtEEi 同理可得方案二的水电站多年发电量 相关数据见表 8 亿 中 年kW87 1229 176730NtEEi 5 两种方案的对比分析 从防洪安全的角度出发 方案二的水库运行调度方式偏于安全 有利于防洪 但其却 减少了充分利用兴利库容来提高平均水头的机会 因此方案二的年发电量比方案一要少 并且在一般的水文年份中 水库到汛期末后可能蓄不到正常蓄水位 而方案一提高了兴利 效益并增加的放电量 但若在汛末再出现较大洪水时就会措手不及 甚至会造成更大的损 失 但就本资料而言 方案一中 5 月份只蓄 9 5 m3 s 月 相对于 6 月份少之又少 所以 蓄水滞洪主要在 6 月份 这与方案二在防洪安全上具有相同的效益 但方案一却能多发电 由此得水电站多年发电量应选方案一 即 亿年kW13 13E 表 7 方案一按等流量调节方式水能计算表 时段 月份 天然 流量 m3 s 调节 流量 m3 s 水库供蓄水 流量 m3 s 月 上游平均 水位 m3 s 下游平均 水位 m3 s 平均水头 miH 平均出力 万 iN kW 1 2 3 4 5 6 7 8 43343340147925515 61 5383373 59 5 289 5 6663373 5 299 157 69265 620 83 73803800166927423 90 82642640166927416 61 92222220166927413 96 10196203 5 7 5 11167203 5 36 5 12154203 5 49 5 1133203 5 70 5 2123203 5 80 5 54 5 11 35 3149203 5 299 1