水利水能规划课程设计

某电力系统中水电站装机容量的选择 课程设计的目的、任务和要求一、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. 加强运算、绘图、编写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满节 , 求调节流量 , 保证出力及保证电能。（三）绘制年负荷图、典型日负荷图及日电能累积曲线。（四）不考虑对无调节水电站进行电力补偿，确定拟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。求出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, 接经济利用小时数确定重复容量。（七）作出设计枯水年的电力电能平衡图。（八）确定设计水电站的总装机容量值。(九) 对设计丰水年、平水年及枯水年进行径流满节,求多年平均年发电量。 （十）作出设汁枯水年的水库基本谓度线。（十一）编写说明书, 并附上必要的图表。三、设计附加内容1. 作出水库工作深度与洪水期保证电能之间的关系曲线；2. 作出水库工作深度与多年平均年电能之间的关系曲线；3. 研究无调节水电站装机容量值对年调节水电站最大工作容量的影响；4. 研究组建水电站水轮机最大过水能力值对水电站弃水出力历时曲线的影响。基本资料和数据甲 组一、电力系统负荷资料及已有火电站容量资料季 度冬春夏秋冬月 份123456789101112最大负荷（）98969492908890929496981001. 年负荷图（年最大负荷的百分比):2. 设计负荷水平年的最大负荷为 100万kw 。3. 典型日负荷图最大负荷的百分比 ):时序（小时）12345 678910111212月7472706872748088969288843、9月7068666466707478868480787月676563616367717582807775时序（小时）13141516171819202122232412月80828486909410098949082783、9月7680828486909492888680747月7377798082869088848277704. 系统中已有火电站的总装机容量为 36 万千瓦 , 其机组为 4 台5.0 万千瓦；7台 2.0 万千瓦以及若干小机组总容量共2.0 万千瓦 .二、某径流式水电站的基本情况1. 枢纽开发任务除发电外, 还从引水渠道中引水温溉。6 、7 、8 及 9 月份分别引用灌溉流量 4 、 11 、17 及 6 米3/ 秒。为保证下游居民的用水要求, 放入电站下游河道中的流量不应小于20 米3/ 秒。一一2. 坝址处设计代表年的流量资料(单位：米3/ 秒 )月份456789101112123枯水年269680413351367131654444101142234平水年3698155134704002051086470156209356丰水年501100670667152628618786781892724863. 水电站下游水位流量关系曲线水位（米）00.51.01.52.02.53.04.05.0流量（米3/米）25.5882144447621020142021402980下游水位零点高程为方案 B 。（ A 、220 米；B 、222 米 ；C 、224 米) 4. 压力前池中正常蓄水位为方案 B 。(A 、280 米；B、 285 米；C 、290 米)三、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流量资料(单位: 米3/ 秒) 月份456789101112123枯水年66018402430950570310150709080130400平水年1830214026301420840450180140130110120450丰水年21002730340023801040490260170801001905002.水库库容特性曲线水库水位（米）120130140145150155160165170173水库容积（108米3）1.53.56.99.111.815.119.424.731.537.8（1）选定水库正常蓄水位为方案 B 。（A 、165米；B、168 米；c、170 米）（2）选定水库死水位为方案 A （A.125米；B、128米；C、130米）3. 该年调节水电站下游水位流量关系曲线 z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为方案 B （A、90 米；B、100米；C、105米）四、电力系统的有关经济资料：1. 水电站增加单位千瓦投资 K水=800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r0=0.12；4. 水电站单位电能消耗的燃料 b=0.40 公斤/度；5. 燃料到广价格为 90元/ 吨；6. =1.05。水能规划课程设计一、熟悉、分析有关资料，并绘制有关曲线了解设计的任务，分析哪些是已知条件，哪些是需要设计的。绘制水位库容关系曲线、水位流量关系曲线。二、计算并绘制典型日负荷图及日电能累积曲线1、典型日负荷图的计算及绘制（1）日负荷值的计算各月负荷值按占年最大负荷的百分比计算。已给出4个月的百分比，它们各代表每个季度，各季度其他月份的百分比按当月最大负荷值的比例关系计算得到各小时的负荷百分比，举例说明1月份各小时的百分比计算 （=1，2，24）12月的各小时的百分比已经给出。各月负荷值如下表：小时月份1234567891011121737170696766676870717374271696867656465666869717236967666563626364666769704676564636160616264656768571696665636263646667697267371706967666768707173747787774727169717374767780886847876757375777880818899492868482808284868890961090888482807880828486889211868480787775777980828388128281787675737577788081841378777674737173757678798014807980787775777980828382158281828079777981828485841684838482807880828486888617888686848280828486889090189290908886848688909294941998969492908890929496981002096949290888688909294969821929088868482848688909294228886868482808284868890902380798078777577798082838224767574727168707274767778最大负荷9896949290889092949698100最小负荷676564636160616264656768平均负荷82.2580.7977.2575.62573.75.77.7980.7582.37584整数828179777674767779818284总负荷197419341896185418151772181418561896193819772016（2）日负荷图的绘制用阶梯线绘制典型日负荷图。2、计算并绘制日电能累积曲线列表计算日电能累积值，各月日电能累积曲线的曲线部分，负荷变化一次，就计算一个，逐个累加，得到一系列对应的，然后描全点绘制累积曲线。各月日电能累积值如下表：月份1234NENENENE167016086501560640153663015122694616546746160666461582654615583714416986944165068421624674216004734017387140169070401664694016405765417927572176274721736725416946783418267734179676321768743217267803018567930182678301798763017568822618828126185280261824782617829842219048322187482201844802018021086201924841018848418186282181820118816194086161900861418768414183412901219528812191288818848681842139210196290101922906189088618481494619689261928924189490418521596419729441932942189692218541698219749621934月份5678NENENENE16101464600144061014646201488263461510624614866346151064461534365421552644215286542155266421576467401592664015686740159268401616571721664683616047054164672721688673321696691716217117166373171705775301726713216537332169575321737877261752733016837530172577301767979201772752617097726175179261793108091781772017297920177181201813118214179578917388091780829182212848180380141752821417948414183613866180982817608481802868184414884181384617668661808886185015902181586417708841812904185416882177290218149221856月份9101112NENENENE1640153665015606701608680163226646158267461606694616547046167836842162469421648714216967244172247040166471401688734017367440176257472173676901778777218087872183467632176878321810793218408034186877830179880301840813018708230189888026182482261866832618968426192498220184484201886852019168622194610841818628618190488271943882019661186141876881419189014195790161982128881884908192692819659212199413906189092619329461971941020041492418949441936964197596620101594218969621938982197798420141610022016三、径流调节与水能计算对设计枯水年进行径流计算，求出保证出力。1、径流式电站的保证出力计算电站的上游水位始终是正常蓄水位。调节流量是天然来水扣除上游其他用水后的流量。保证电能是按保证出力工作全年发的电量。月份单位123456789101112来水流量m3/s101142234269680413351367131654444调节流量m3/s101142234269680409340350125654444Z上m285285285285285285285285285285285285Z下m222.57222.75223.06223.15223.86223.44223.3223.33222.69222.35222.18222.18Hm62.4362.2561.9461.8561.1461.5661.761.6762.3162.6562.8262.82A888888888888N万kw5.7.071611.13.3101233.2601620.16.782417.26766.2313.25782.2.N保=N最小=2.21万kwE保=N保*730*12=19359.6万kw.h2、年调节电站的保证出力计算用等流量调节法进行计算，试算出供水期、蓄水期，求出保证出力，保证电能。根据正常蓄水位和死水位，查水位库容关系曲线可知V=2610m假设10月到次年3月为供水期，根据调节流量计算公式，则有Q=（920+989）/6=318（）由于Q调小于次年3月份的天然来水，所以次年3月份不是供水期，需设10月到次年2月是供水期，重新计算调节流量有Q=（520+989）/5=302（）计算所得调节流量比枯水期的各月流量大，比非供水期的调节流量小，故假设正确，供水期为10月到次年2月，假设4到8月为蓄水期，根据调节流量计算公式，则有Q=910（）由于4,8月份流量比Q小，故假设不正确再假设5,6，7月为蓄水期，重新计算调节流量有Q=1744（）由于7月份流量比Q小，故假设不正确再假设5,6，月为蓄水期，重新计算调节流量有Q=1641（）5,6月流量比Q大，故假设正确，5月，6月为蓄水期时段月456789101112123来水流量m3/s66018402430950570310150709080130400调节流量m3/s66016411641950570310302302302302302400水量变化+亿m35.233720.7507水量变化-亿m346.15.65.84.5时段初水库蓄水量亿m32.52.57.733728.528.528.528.524.518.412.872.5时段末水库蓄水量亿m32.57.733728.528.528.528.524.518.412.872.52.5Z初m125125141.94168168168168164.8159151.6140125Z末m125141.94168168168168164.8159151.6140125125Z上m125133.47154.97168168168166.4161.9155.3145.8132.5125Z下m106.4107.48107.48106.9106.2105.5105.4105.4105.4105.4105.4105.8Hm18.625.9947.4961.161.862.56156.549.940.427.119.2A888888888888N万kw9.820834.62.46.43628.180815.514.713.612.19.86.56.144E万kw.h7169.18424907.3605645511.7565633898.2820571.984113151073199288833715447454485.12N保=（14.7+13.6+12.1+9.8+6.5）/5=56.7/5=11.34万kwE保=11.34*730*5=41391万kw.h四、装机容量的选择（一）年调节电站1、最大工作容量的选择选择三个以上最大工作容量方案，通过计算，绘出最大工作容量与其保证电能关系曲线，继而确定最大工作容量。（1） 绘制年最大负荷图，在最大负荷图上假设 水电站最大工作容量方案。（2） 将水电站工作位置绘在相应的月份的典型日负荷图上，并在日电能累计曲线上定出相应水电站的月发电量（3） 将供水期各个月份的水电站日发电量E除以24h，即得各个月份水电站的日平均出力值（4） 供水期保证电能（方案一）（5） 其他方案重复（2）（3）（4）步骤月份方案一方案二方案三方案四Ei万kw.hNi万kwEi万kw.hNi万kwEi万kw.hNi万kwEi万kw.hNi万kw11486.2369.29812.34314.21556.24410.30612.7535114.625101606.25010.31112.35514.111536.37524110.30212.34614.121486.2369.29412.2533814.31.50.62.72.（6）作出最大工作容量方案与其相应的供水期保证电能E保供的关系曲线。然后根据水电站在设计枯水年供水期内的保证电能E保=41391万kw.h，从曲线中找出年调节水电站的最大工作容量2、备用容量的选择（1）负荷备用容量数值可用简化方法即取系统最大负荷的某一百分比。在水火电站间的分配，参考教材和规范。故取5万kw（2）事故备用容量采用简化方式确定数值即取系统最大负荷的某一百分比。故取10万kw在水火电站中的分配按水火电站最大工作容量的比例确定，具体若下。由前面知，由+得水电站最大工作容量，不包括径流式电站的最大工作容量（径流式电站不能承担事故备用）；火电站最大工作容量。系统事故备用容量。由+得（3）年调节电站的必须容量根据前面的计算求得年调节电站的必须容量（不含检修备用容量）（4）求发出必须容量时水轮机的最大过水能力根据按定出力试算电站的最大过水能力。试算时注意，电站的最大过水能力是指在上游水位最低时，发出所需要的流量。试算按假定下游水位后，由已知出力计算流量的公式计算发出时的流量，然后由计算得到的流量查下游水位流量关系曲线查得下游水位，与假定的下游水位相比较，若二者相等或几乎相等（相差不超过0.01），则假定正确，计算得到的流量即为电站的最大过水能力，否则重新假设下游水位，重复上述过程，直到二者相等为止。N万kw34.9834.9834.9834.9834.98Z上m125125125125125Z下（假设）m107108.3108.1108.05108.03H平均m1816.716.916.9516.97Q(A=8)m3/s2429.2618.2587.2579.2576.查图Z下m107.85108.13108.03108.09108.02Z下 相差m-0.850.170.07-0.040.01故最大过水能力为Q=2576.61m3/s3、重复容量的确定分别计算三个代表年的弃水流量及弃水出力（1）设计枯水年由前面的径流调节计算可知，设计枯水年的供水期、蓄水期及不蓄不供期。对蓄水期各月和不蓄不供期的前几个月按照定出力（）试算是否有弃水发生，进而计算弃水出力。试算时注意发生弃水的条件：蓄水期开始时，先尽可能用水，试算发出时需要的流量，若天然来水还有剩余，则剩余的水蓄起来，如果兴利库容蓄满后还有余水才发生弃水，发生弃水的时段，相应的弃水出力由该时段弃水流量与相应的水头计算求得。若按上述情况计算弃水时，发现到蓄水期末，不但没发生弃水，兴利库容还没蓄满，则从蓄水期末逆时序计算，保证蓄水期末兴利库容蓄满时，电站的出力情况。由前可知，设计枯水年供水期为10月次年2月，蓄水期为5月和6月月份3456789月平均出力104kw34.3234.3234.3234.3234.3234.3234.32天然流量m3/s40066018402430950570310水电站用水流量假定40066018402430950570310流量变化m3/s0000000水量变化106m0000000W初106m250250250250250250250W末106m250250250250250250250弃水W106m0000000弃水流量m3/s0000000Z上初m125125125125125125125Z上末m125125125125125125125Z上平均m125125125125125125125Z下平均m105.8106.4107.6107.95106.9106.2105.5H平均m19.218.617.417.0518.118.819.5N（A=8)104kw6.1449.820825.612833.145213.7568.57284.836有无弃水无无无无无无无（2）设计平水年设计平水年弃水出力计算过程与设计枯水年的完全相同，但计算弃水出力前，必须先进行径流调节，按照等流量调节法确定供水期、蓄水期、不蓄不供期。假设10月到次年2月为供水期，根据调节流量计算公式，则有Q=333.8（）计算所得调节流量比枯水期的各月流量大，比非供水期的调节流量小，故假设正确，供水期为10月到次年2月，再假设5,6，月为蓄水期，计算调节流量有Q=1890.5（）5,6月流量比Q大，故假设正确，5月，6月为蓄水期月份56789月平均出力104kw34.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.32天然流量m3/s214026302630263026301420142014201420840840840840450水电站用水流量假定214026301000110010861420500685696.3840800700696.3450流量变化m3/s001630153015440920735723.7040140143.70水量变化106m004286.94023.94060.7202419.61933.051903.3310105.2368.2377.9310W初106m250250250250250285028502850285028502850285028502850W末106m250250285028502850285028502850285028502850285028502850弃水W106m001686.91423.91460.7202419.61933.051903.3310105.2368.2377.9310弃水流量m3/s00641.541.555.0920735723.7040140143.70Z上初m125125125125125168168168168168168168168168Z上末m125125168168168168168168168168168168168168Z上平均m125125146.5146.5146.5168168168168168168168168168Z下平均m107.8108106.9107107107.3106106.4106.4106.7106.6106.4106.4105.9H平均m17.21739.639.539.560.76261.661.661.361.461.661.662.1N104kw29.446435.76831.6834.7634.317668.955224.833.756834.41.193639.29634.49634.22.356有无弃水无有有有无（3）设计丰水年设计丰水年的计算与设计平水年的完全相同。假设10月到次年2月为供水期，根据调节流量计算公式，则有Q=357.8（）计算所得调节流量比枯水期的各月流量大，比非供水期的调节流量小，故假设正确，供水期为10月到次年2月，再假设5,6，月为蓄水期，计算调节流量有Q=2570.5（）5,6月流量比Q大，故假设正确，5月，6月为蓄水期月份56789月平均出力104kw34.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.3234.32天然流量m3/s27302730273034003400340034002380238023802380104010401040490水电站用水流量假定27301070108634001070700696.323801000700696.31040700696.3490流量变化m3/s0166016440233027002703.70138016801683.70340343.70水量变化106m04365.84323.7206127.971017110.73103629.44418.44428.1310894.2903.9310W初106m250250250285028502850285028502850285028502850285028502850W末106m25028502850285028502850285028502850285028502850285028502850弃水W106m01765.81723.7206127.971017110.73103629.44418.44428.1310894.2903.9310弃水流量m3/s0671.655.0233027002703.70138016801683.70340343.70Z上初m125125125168168168168168168168168168168168168Z上末m125168168168168168168168168168168168168168168Z上平均m125146.5146.5168168168168168168168168168168168168Z下平均m108.1107107108.4107106.4106.4107.91106.9106.4106.4106.97106.4106.4106H平均m16.939.539.559.66161.661.660.0961.161.661.661.0361.661.662N104kw36.909633.81234.3176162.11252.21634.49634.114.4113648.8834.49634.50.7769634.49634.24.304有无弃水有有有有无（4）弃水出力持续曲线的绘制将计算得到的弃水出力进行排频计算（从大到小），然后转化为持续曲线绘到图纸上。N万kw133.82.35.20.17.16.7.排序1234567Ph243.486.730973.1216.14601703.（5）重复容量的确定利用教材上的公式计算经济利用小时数，然后到弃水出力持续曲线上查得重复容量。利用经济小时数在弃水出力持续曲线上查的重复容量为04、装机容量的确定根据规划阶段装机容量的组成确定装机容量，应是整数。并要确定机组台数和容量规格。确定容量规格时注意最大机组的容量值不能超过事故备用容量。故取装机容量为40万kw机组台数和容量规格为8台5万kw（二）径流式电站1、最大工作容量的选择即为设计枯水年径流调节计算得到的最小出力。2、重复容量的确定利用三个代表年的来水资料，扣除相应月份的上游引水后，按流量的排序计算出力值，可直接把排序转化为持续时间，然后绘制月平均出力持续曲线。曲线绘制好，计算经济利用小时数，查曲线确定重复容量。枯水年见上平水年如下表月份来水流量调节流量Z上Z下HAN4369369285223.3661.64818.5815815285224.160.9839.70686513509285223.661.4825.002087470459285223.5261.48822.8400383285223.3961.61818.9205199285222.9662.0489.10108108285222.6162.3985.116464285222.3562.6583.20768127070285222.3962.6183.506161156156285222.8162.1987.2209209285222.9962.01810.3356356285223.3461.66817.丰水年如下表月份来水流量调节流量Z上Z下HAN4501501285223.5961.41824.510061006285224.4860.52848.6706702285223.8961.11834.7671660285223.8461.16832.292488526509285223.661.4825.002089286280285223.1761.83813.8499210187187285222.9362.0789.118686285222.4962.5184.127878285222.4462.5683.1189189285222.9362.0789.2272272285223.1661.84813.3486486285223.5761.43823.N.96.76.6.8.8.8.28.84.56.32.04123456789101112P243.486.730973.1216.146