水利水能规划课程设计

水资源规划及利用课程设计题 目： 水利水能规划课程设计 学 院： 水利学院 年 级： 2014级 学 号： 2014313177 姓 名： 陈永顺 2017.05.30目录第一章 水利水能规划课程设计任务书3一、水年进行径流调节，求调节流量、保证出力及保证电能6二、荷图及电量累计曲线8三、电力平衡，确定年调节水电站的最大工作容量9四、确定水电站可能承担的备用容量，求发出必须容量时水轮机的最大过水能力16五、水电站的弃水流量、弃水出力，进行电力系统的经济计算，按经济利用小时数确定重复容量17六、对丰水年、平水年及枯水年进行径流调节，求多年平均发电量22第一章 水利水能规划课程设计任务书一、设计目的1进一步巩固、加深、系统化所学课程的基本理论；2加深运算、绘图、编写计算说明书等基本技能的训练；3培养分析问题和解决问题的能力。二、设计任务和要求（一）熟悉、分析有关资料并绘制有关曲线（二）对设计枯水年进行径流调节，求调节流量、保证出力及保证电能（三）绘制年负荷图及电能累计曲线（四）根据电力平衡，确定年调节水电站的最大工作容量（五）考虑并确定水电站可能承担的备用容量，求发出必需容量时水轮机的最大过水能力（六）计算水电站的弃水流量，弃水出力，进行电力系统的经济计算，按经济利用小时数确定重复容量（七）确定设计水电站的总装机容量值（八）对丰水年、平水年及枯水年进行径流调节，求多年平均年发电量（九）编写计算说明书，并编上必要的图表绘图要求：（1）系统日最大负荷图；（2）年调节水电站下游水位流量关系曲线；（3）年调节水电站水库库容关系曲线；（4）系统各月平均日负荷图及电能累计曲线；（5）年调节水电站弃水出力持续曲线。三、基本资料及数据1、电力系统负荷资料及已有火电站容量资料A、年负荷（年最大负荷的百分比）（单位：万KW）季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷93.0492.191.1289.1686.284.2487.290.1491.1293.0892.04962、设计负荷水平年的最大负荷为96万KW。3、典型日负荷图（单位：万KW）月份小时123456789101112172.9970.7667.6266.1864.7464.2065.6667.8567.6269.0670.5074.48270.1167.9667.6266.1864.7462.2863.7065.8267.6269.0670.5071.54370.1167.9667.6266.1864.7460.3761.7463.8067.6269.0670.5071.54470.1167.9668.6067.1465.6858.4559.7861.7768.6070.0671.5271.54572.9970.7669.5868.1066.6260.3761.7463.8069.5871.0672.5474.48674.9172.6271.5470.0268.5064.2065.6667.8571.5473.0674.5876.44774.9172.6276.4474.8173.1968.0369.5871.9076.4478.0779.6976.44883.5581.0080.3678.6576.9471.8773.5075.9580.3682.0783.7885.26992.2089.3888.2086.3284.4578.5780.3683.0488.2090.0891.9594.081083.5581.0092.1290.1688.2076.6678.4081.0192.1294.0896.0485.261186.4483.7988.2086.3284.4573.7875.4677.9888.2090.0891.9588.201278.7576.3479.3877.6976.0071.8773.5075.9579.3881.0782.7680.361378.7567.3482.3280.5778.8269.9571.5473.9282.3284.0785.8280.361486.4483.7985.2683.4581.6373.7875.4677.9885.2687.0788.8988.201592.2089.3888.2086.3284.4575.7077.4280.0088.2090.0891.9594.081686.4483.7983.3081.5379.7676.6678.4081.0183.3085.0786.8488.201784.5281.9379.3877.6976.0078.5780.3683.0479.3881.0782.7686.241893.1690.3179.3877.6976.0082.4184.2887.0979.3881.0782.7695.061996.0493.1085.2683.4581.6386.2488.2091.1485.2687.0788.8998.002092.2089.3892.1290.1688.2084.3286.2489.1192.1294.0896.0494.082184.5281.9388.2086.3284.4580.4982.3285.0688.2090.0891.9586.242280.6778.2083.3081.5379.7678.5780.3683.0483.3085.0786.8482.322377.7975.4179.3877.6976.0073.7875.4677.9879.3881.0782.7679.382474.9172.6271.5470.0268.5067.0888.6070.8971.5473.0674.5876.444、系统中已有火电站的装机容量为31.5万千瓦，其机组为2台5万千瓦，2台2.5万千瓦，6台2万千瓦，及9台0.5万千瓦。四、计划兴建一座年调节水电站，其原始资料和已知条件：1、坝址处设计代表年的流量资料（单位：）月份345678910111212枯水年18438953019418920143713171540平水年18437768529411847802419112433丰水年111494753382197122946415191113（1）选定正常蓄水位为： 185 m。（2）选定死水位为： 161 m。2、该年调节水电站下游水位流量关系曲线水位（m)106106.8107.1108109111112113流量046852605401280174022803、该年调节水电站水库库容曲线（单位：水位（m），库容：）水位110115120125130135140145150库容00.050.20.350.60.951.371.92.5水位155160165170175180185190195库容3.24.055.076.277.69.110.7512.715.1五、电力系统有关经济资料：1、水电站增加千瓦投资K水=820元/千瓦；2、水电站增加千瓦容量的年费用率P水=3%；3、额定投资效益系数i0=0.12；4、火电站单位电能消耗的燃料费b=0.4公斤；5、燃料到厂价格为95元/吨；6、a=1.05。7、出力系数A=8.2。第二章 计算书一、水年进行径流调节，求调节流量、保证出力及保证电能该年调节水电站水库库容曲线（单位：水位（m），库容：）水位110115120125130135140145150库容00.050.20.350.60.951.371.92.5水位155160165170175180185190195库容3.24.055.076.277.69.110.7512.715.1图1水位库容关系曲线该年调节水电站下游水位流量关系曲线水位（m)106106.8107.1108109111112113流量04685260540128017402280图2下游水位流量关系曲线坝址处设计枯水年的流量资料（单位：）月份345678910111212枯水年18438953019418920143713171540由死水位Z死=161m，正常蓄水位Z正=185m，则查水位库容曲线可得：V死=4.254m3；V正=10.75m3。则：V兴=V正-V死=10.75m3-4.254108m3=6.496m3。V兴= V兴T =6.49630.4243600(m3/s).月=247.32(m3/s).月。W蓄损=0，W供损=0，W弃=0。假设3-7月为蓄水期，则：Q调蓄=W蓄-V兴T蓄 =184+389+530+194+189-247.325=247.736m3/s由表可知，3、6、7三个月的流量小于247.736m3/s，则这三个月不能作为蓄水期。再次假定蓄水期为4、5两个月。则：Q调蓄=W蓄-V兴T蓄 =389+530-247.322=335.84m3/s前后没有比335.84m3/s更大的，之间也没有比之更小的流量，则假设成立。假设8-2月份为供水期，则：Q调供=W供+V兴T供 =20+14+37+13+17+15+40+247.327=57.617m3/s前后没有比之更小的流量，之间也没有比之更大的流量，则假设成立；其余月份为不供不蓄期。采用列表法计算水电站各月平均出力和发电量，过程及结果如表所示。时段t（月份）天然流量Q（m3/s）水电站引用流量Q（m3/s）水库蓄水（+）或供水（-）弃水流量Qs（m3/s）时段初末水库存水量V（108m3）时段平均存水量V（108m3）上游平均水位Zu（m）下游水位Zd(m)平均水头H(m)水电站出力N（万kW）发电量E（万kW.h）流量Qv（m3/s）水量V（108m3）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)3184184004.2544.254161107.653.48.065878.384389335.8453.161.404.2544.952164.4108.356.115.4511271.825530335.84194.165.105.658.2177108.368.718.9213803.4661941940010.7510.75185107.777.312.38971.8171891890010.7510.75185107.677.4128751.8882057.617-36.617-0.9910.7510.256183.5106.976.63.622640.4591457.617-43.617-1.159.7629.189180.3106.973.43.472530.14103757.617-20.617-0.458.6168.346177.5106.970.63.342433.63111357.617-44.617-1.178.0757.489174.6106.967.73.22333.66121757.617-40.617-1.076.9036.37170.4106.963.532188.8911557.617-42.617-1.125.8365.274165.9106.9592.792033.7724057.617-17.617-0.464.7174.485162.1106.955.22.611902.78供水期（8-2月）的平均出力即为水电站的保证出力NP:NP=3.62+3.47+3.34+3.2+3+2.79+2.617=3.15(kW)水电站的保证电能E保等于供水期发出的电能总和或是保证出力乘供水期的历时：E保=2640.45+2530.14+2433.63+2333.66+2188.89+2033.77+1902.78=16063.32(kW.h)二、荷图及电量累计曲线年负荷（年最大负荷的百分比）（单位：万KW）季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷93.0492.191.1289.1686.284.2487.290.1491.1293.0892.0496图3 年最大负荷图及电能累计曲线三、电力平衡，确定年调节水电站的最大工作容量假定三个N水工,k(k=1,2,3)分别为10万kW, 15万kW, 20万kW。（1）计算各方案供水期每月的月电能Eki(查典型日电能累积曲线)；（2）供水期各月的平均出力Nik；（3）供水期的保证出力N保=i=1nNikn；（4）计算各供水期的保证电能E保k=N保kT供。典型日负荷图（单位：万KW）月份小时123456789101112172.9970.7667.6266.1864.7464.2065.6667.8567.6269.0670.5074.48270.1167.9667.6266.1864.7462.2863.7065.8267.6269.0670.5071.54370.1167.9667.6266.1864.7460.3761.7463.8067.6269.0670.5071.54470.1167.9668.6067.1465.6858.4559.7861.7768.6070.0671.5271.54572.9970.7669.5868.1066.6260.3761.7463.8069.5871.0672.5474.48674.9172.6271.5470.0268.5064.2065.6667.8571.5473.0674.5876.44774.9172.6276.4474.8173.1968.0369.5871.9076.4478.0779.6976.44883.5581.0080.3678.6576.9471.8773.5075.9580.3682.0783.7885.26992.2089.3888.2086.3284.4578.5780.3683.0488.2090.0891.9594.081083.5581.0092.1290.1688.2076.6678.4081.0192.1294.0896.0485.261186.4483.7988.2086.3284.4573.7875.4677.9888.2090.0891.9588.201278.7576.3479.3877.6976.0071.8773.5075.9579.3881.0782.7680.361378.7567.3482.3280.5778.8269.9571.5473.9282.3284.0785.8280.361486.4483.7985.2683.4581.6373.7875.4677.9885.2687.0788.8988.201592.2089.3888.2086.3284.4575.7077.4280.0088.2090.0891.9594.081686.4483.7983.3081.5379.7676.6678.4081.0183.3085.0786.8488.201784.5281.9379.3877.6976.0078.5780.3683.0479.3881.0782.7686.241893.1690.3179.3877.6976.0082.4184.2887.0979.3881.0782.7695.061996.0493.1085.2683.4581.6386.2488.2091.1485.2687.0788.8998.002092.2089.3892.1290.1688.2084.3286.2489.1192.1294.0896.0494.082184.5281.9388.2086.3284.4580.4982.3285.0688.2090.0891.9586.242280.6778.2083.3081.5379.7678.5780.3683.0483.3085.0786.8482.322377.7975.4179.3877.6976.0073.7875.4677.9879.3881.0782.7679.382474.9172.6271.5470.0268.5067.0888.6070.8971.5473.0674.5876.441-12月典型日负荷图及电量累积曲线图如下所示：计算如下表所示:方案N（万KW）月份（供水期）ENN平均E保，供（万kwh）一10.00 832 1.33 12.08 8820.83952 2.17 1052 2.17 1144 1.83 1244 1.83 131 1.29 235 1.46 二15.00 884 3.50 28.06 20500.83 9118 4.92 10118 4.92 11104 4.33 1284 3.50 178 3.25 288 3.67 三20.00 8189 7.88 51.67 37716.67 9202 8.42 10202 8.42 11187 7.79 12153 6.38 1147 6.13 2160 6.67 根据上表绘制曲线图5 最大工作容量与保证电能关系曲线图又由公式：Q调=W供+V年调T供=156+247.327=57.62m3/sN保年=AQ调H供=8.257.6266.57=31453.26Kw=3.15万kW可得：E保供= N保年T供=3.15730.424=16087.68万kW.h查曲线可得：四、确定水电站可能承担的备用容量，求发出必须容量时水轮机的最大过水能力1.水电站负荷备用容量水利动能设计规范中规定，调整周波所需要的负荷备用容量，可以采用系统的负荷的5%左右，大型电力系统可采用较小值，因此这里取5%计算，得： 。又因为在系统中，由于火电机组技术特性的限制，火电站担任系统的调频任务比较困难，且单位电能的耗煤率增加，不经济。而水电站在担任调频方面比火电站方便，对系统应付负荷变化有利，且可以降低火电站的单位电能的耗煤率。因此，此系统中的的负荷备用容量全由水电站承担，即：（2）水电站事故备用容量水利动能设计规范中规定，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。据此取水电站事故备用容量为系统最大负荷的10%计算得出：由于电力系统中的事故备用容量要分布在电站上，事故备用容量的使用时间较长，水电站承担事故容量时，要预留一定的事故备用库容，会增大水电站的投资，当算出的大于水库调节库容的5%时，才不承担全部事故备用容量。按水利动能设计规范计算，则该水电站不需要事故备用容量。系统备用容量在水、火电站之间的分配，应根据各电站容量的比重、电站机组可利用的情况、系统负荷在各地区的分布等因素确定。本设计主要依据各电站容量的比重来分配系统备用容量。故有：；水电站的备用容量为；水电站的必需容量为。（3）水电站的重复容量的确定水电站重复容量的设置，要额外增加水电站的投资和年运行费，因此，重复容量需要经过动能经济分析确定。水轮机在正常蓄水位的过水能力可通过公式： 试算得到；式中：为水电站的必需容量； 为系数； 为正常蓄水位时上下游水位差；经试算可以得到：Qmax=2073008.274=341.63m3/s。五、水电站的弃水流量、弃水出力，进行电力系统的经济计算，按经济利用小时数确定重复容量分别对枯水年、平水年、丰水年流量资料进行历时调节计算如下表：水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按枯水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量（108m3）出库总流量（m3/s）流量（m3/s）水量（108m3）流量（m3/s）水量（108m3）多余（108m3）不足（108m3）水量（108m3）流量（m3/s）丰水期31844.831844.830.005.25 184438910.22341.638.971.241.2447.376.50 389553013.92341.638.974.954.95188.376.50 53061945.101945.100.006.50 19471894.961894.960.006.50 189枯水期8200.5357.6171.51-0.995.51 57.6179140.3757.6171.51-1.154.36 57.61710370.9757.6171.51-0.543.82 57.61711130.34 57.6171.51 -1.17 2.65 57.61712170.45 57.6171.51 -1.07 1.58 57.6171150.39 57.6171.51 -1.12 0.46 57.6172401.05 57.6171.51 -0.46 057.617水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按平水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量（108m3）出库总流量（m3/s）流量水量流量水量多余不足水量流量（m3/s）（108m3）（m3/s）（108m3）（108m3）（108m3）（108m3）（m3/s）丰水期31844.83 1844.83 0.00 4.57 18443779.90 341.638.97 0.93 0.93 35.376.50 377568517.99 341.638.97 9.02 9.02 343.376.50 68562947.72 2947.72 0.00 6.50 29471183.10 1183.10 0.00 6.50 1188471.23 67.551.77 -0.54 5.96 479802.10 802.10 0.00 5.96 80枯水期10240.63 67.551.77 -1.14 4.81 67.5511190.50 67.551.77 -1.28 3.54 67.5512110.29 67.551.77 -1.49 2.05 67.551240.63 67.551.77 -1.14 0.91 67.552330.87 67.551.77 -0.91 067.55水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按丰水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量出库总流量（m3/s）（108m3）流量水量流量水量多余不足水量流量（m3/s）（108m3）（m3/s）（108m3）（108m3）（108m3）（108m3）（m3/s）丰水期31112.92 1112.92 0.00 2.50 111449412.98 341.638.97 4.00 4.00 152.376.50 494575319.78 341.638.97 10.80 10.80 411.376.50 753638210.03 341.638.97 1.06 1.06 40.376.50 38271975.17 1975.17 0.00 6.50 19781223.20 1223.20 0.00 6.50 1229942.47 942.47 0.00 6.50 94枯水期10641.68 73.861.94 -0.26 6.24 73.8611150.39 73.861.94 -1.55 4.69 73.8612190.50 73.861.94 -1.44 3.25 73.861110.29 73.861.94 -1.65 1.60 73.862130.34 73.861.94 -1.60 073.86根据上述三个水平年的历时调节计算及水轮机在正常蓄水位的过水能力计算弃水流量及出力如下表：时段月份天然来弃水流量弃水流量频率持续平均弃水出力水流量（m3/s）排序时间水头(万kw)（m3/s）枯水年438947.37571.43%6257 56.12.18 5530188.37342.86%3754 68.710.61 平水年437735.377100.00%8760 52.581.52 5685343.37228.57%2503 66.0918.61 丰水年4494152.37457.14%5006 52.166.52 5753411.37114.29%1251 65.7422.18 638240.37685.71%7509 76.562.53 将上述弃水出力计算表换算成弃水出力年持续图，曲线如下所示：弃水流量年持续曲线弃水出力年持续曲线根据重复容量与火电站的经济小时数对比可确定出重复容量。火电站的经济小时数为：根根据弃水出力持续曲线可查得：综上可得水电站的装机容量为：。六、对丰水年、平水年及枯水年进行径流调节，求多年平均发电量1.枯水年假定蓄水期为4、5两个月。则：Q调蓄=W蓄-V兴T蓄 =389+530-247.322=335.84m3/s前后没有比335.84m3/s更大的，之间也没有比之更小的流量，则假设成立。假设8-2月份为供水期，则：Q调供=W供+V兴T供 =20+14+37+13+17+15+40+247.327=57.617m3/s前后没有比之更小的流量，之间也没有比之更大的流量，则假设成立；其余月份为不供不蓄期。采用列表法计算水电站各月平均出力和发电量，过程及结果如表所示。时段t（月份）天然流量Q（m3/s）水电站引用流量Q（m3/s）水库蓄水（+）或供水（-）弃水流量Qs（m3/s）时段初末水库存水量V（108m3）时段平均存水量V（108m3）上游平均水位Zu（m）下游水位Zd(m)平均水头H(m)水电站出力N（万kW）发电量E（万kW.h）流量Qv（m3/s）水量V（108m3）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)3184184004.2544.254161107.653.48.065878.384389335.8453.161.404.2544.952164.4108.356.115.4511271.825530335.84194.165.105.658.2177108.368.718.9213803.4661941940010.7510.75185107.777.312.38971.8171891890010.7510.75185107.677.4128751.8882057.617-36.617-0.9910.7510.256183.5106.976.63.622640.4591457.617-43.617-1.159.7629.189180.3106.973.43.472530.14103757.617-20.617-0.458.6168.346177.5106.970.63.342433.63111357.617-44.617-1.178.0757.489174.6106.967.73.22333.66121757.617-40.617-1.076.9036.37170.4106.963.532188.8911557.617-42.617-1.125.8365.274165.9106.9592.792033.7724057.617-17.617-0.464.7174.485162.1106.955.22.611902.78枯水年年平均发电量E枯=（5878.38+11271.82+13803.46+8971.81+8751.88+2640.45+2530.14+2433.63+2333.66+2188.89+2033.77+1902.78）/12=5395.06万kW2. 平水年假定蓄水期为5月。则：Q调蓄=W蓄-V兴T蓄 =685-247.321=437.68m3/s前后没有比437.68m3/s更大的，之间也没有比之更小的流量，则假设成立。假设8月份和10-2月份为供水期，则：Q调供=W供+V兴T供 =47+24+19+11+24+33+247.326=67.55m3/s前后没有比之更小的流量，之间也没有比之更大的流量，则假设成立；其余月份为不供不蓄期。采用列表法计算水电站各月平均出力和发电量，过程及结果如表所示。时段t（月份）天然流量Q（m3/s）水电站引用流量Q（m3/s）水库蓄水（+）或供水（-）弃水流量Qs（m3/s）时段初末水库存水量V（108m3）时段平均存水量V（108m3）上游平均水位Zu（m）下游水位Zd(m)平均水头H(m)水电站出力N（万kW）发电量E（万kW.h）流量Qv（m3/s）水量V（108m3）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)3184184004.2544.254161107.6153.398.06 5877.28 4377377004.25 4.254161108.4252.5816.25 11859.34 5685437.68247.326.50 4.25 7.50 174.62108.5366.0923.72 17305.78 629429400.00 10.75 10.75 185108.12 76.8818.53 13522.57 711811800.00 10.75 10.75 185107.2777.737.52 5487.43 84767.55-20.55-0.54 10.75 10.48 184.18106.9777.214.28 3120.31 9808000.00 10.21 10.21 183.36107.0676.35.01 3651.85 102467.55-43.55-1.14 10.21 9.64 181.64106.9774.674.14 3017.66 111967.55-48.55-1.28 9.07 8.43 177.77106.9770.83.92 2861.26 121167.55-56.55-1.49 7.79 7.05 172.93106.9765.963.65 2665.66 12467.55-43.55-1.14 6.31 5.73 167.75106.9760.783.37 2456.32 23367.55-34.55-0.91 5.16 4.71 163.24106.9756.273.12 2274.05 平水年的年平均发电量E平=(5877.28+11859.34+17305.78+135