水能规划设计书

1、.目录1.绪论.21.1基本资料分析 .21.1.1基本资料及数据 .21.1.2资料分析 .41.2设计任务 .41.3设计目的 .41.4成果要求 .41.5参考资料 .41.6设计内容 .52.径流调节及水能计算 .52.1水库兴利调节计算 .52.1.1应用时历列表法进行兴利调节计算.52.1.2应用时历图解法进行兴利调节计算.72.2年调节水电站最大工作容量确定.82.2.1电力系统年负荷曲线、日负荷曲线和日电能累积曲线绘制.82.2.2年调节水电站最大工作容量计算.92.2.3电力系统总装机容量 N 电力 的确定 .152.3结论.153.计算表及附图 .16.1.绪论1.1 基本

2、资料分析1.1.1 基本资料及数据（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808284869094

3、10098949082783、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 2100273034002380104049026017080100190500.2、坝址处设计代表年的蓄水期用水情况（单位：米3 / 秒）月份345

4、6789枯水年12531270880769759751744中水年1257880768771763756748丰水年12578847717747697597483、水库容积特性曲线水库水位（米）120130140145150155160165170173水库容积（ 108 米 3） 1.53.56.99.111.8 15.119.424.731.537.8（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_。4、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）6020049073010701

5、660 254031903730水位零点的绝对高程方案_90 米 _ 。（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、相关资料拟建年调节水电站单机额定容量为16 万 kw拟建年调节水电站重复容量N 重为 15.7万 kw年调节水电站承担备用容量的1/3 ，火电站承担 2/3拟建年调节水电站的效率为0.816h 经济 k 水 ? （ A/P , i s , n） P 水 (a?f) 300 (0.1 1.125)/(1.1 25 1) 0.03(1.05 0.02) 2002 小时.1.1

6、.2 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，水库容积特性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泻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，对给定资料进行具体的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

7、附上必要的图表。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；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.1.6 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

8、年调节水电站的最大工作容量、事故备用容量。2.径流调节及水能计算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、年调节水电站库容曲线、下游水位流量关系曲线的绘制( 一)年调节水电站水位库容关系选定正常蓄水位为170 米，死水位为 140 米年调节水电站水位库容关系对应资料见表2-1表 2-1水库容积关系资料水库水位（ m）120130140145150155 160165170173831.53.56.99.111.815.1 19.4 24.731.537.8水库容积（ 10 m）由表中的数据绘制水位库容关系曲线年调节水电站ZV关系曲线：见附图一（二）年调节水电站下游水

9、位流量关系1、年调节水电站下游水位流量对应资料见表 2-2表 2-2年调节水电站下游水位流量关系资料水位（ m）4.05.06.06.57.07.58.08.38.53602004907301070 1660 254031903730流量（ m/s ）2、由上表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：3m/s ）月份456789101112123枯水年66018402430950570310150709080130400（二

10、）调节流量和供水期起讫月计算已知本次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， 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： 假设设计枯水年的供水期为11 月至次年 2 月份，则W供 =（ 70+90+80+130） 2.63 10663=973.1 10 mT供 =42.63 1066=10.52 10 s故V兴W供34331.1106326.34m3/s 9、10 月份Q调T供10.52106 假设设计枯水年的供水期为10 月至次年 2 月份，则W供 =（150+70+90+80+130） 2.63 10663=1367.6

11、10 m6T供 =52.63 10=13.15 106 s故 Q调V兴W 供 （ 2460 1367 .6） 10 6 291 .07 m 3 / sT供13.15 10 6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=291.07m3/s 291 m3/s ，供水期为 10 月至次年 2 月份。（三）年调节水电站设计枯水年供水期调节计算如下表.时段t天然来水流量 Q天电站引用流量 Q电水库供水流量 - Q 水库蓄水流量 +Q 水库供水量 - W 水库蓄水量 +W 弃水量 W弃时段初水库存水量 V初时段末水库存水量 V末时段初上游水位 Z

12、初时段末上游水位 Z末月平均上游水位 Z上月平均下游水位 Z下水头损失 H损水电站平均水头 H 水电站效率 水月平均出力 N水保证出力 N保月发电量 E水保证发电量 E保.水电站出力及发电量计算月（1）10111212（2）1507090801303（3）291291291291291m/s（4）-141-221-201-211-161（5）00000（6） -3.71-5.81-5.29-5.55-4.23（7）000003（8）00000亿m（9）31.527.7921.9816.6911.14（10） 27.7921.9816.6911.146.91（11）170167.5162.415

13、7.2148.8（12） 167.5162.4157.2148.8140.3m（13） 168.75164.95159.8153144.55（14）95.795.795.795.795.7（15）00000（16） 73.169.364.157.348.9（17） 0.8160.8160.8160.8160.816万KW（18）17.0216.1314.9313.3511.38万KW（19）14.56万KWh （20） 12422.111775.9 10900.2 9743.8 8306.9万KWh53148.92.1.2 应用时历图解法进行兴利调节计算一、水量差积曲线计算表表 2-4水量差积

14、曲线计算表水量差积曲线计算表（ t=1）年 月 月平均流量(m3/s)月水量(m3/s ）?月水量差值(m3/s ）?月水量差积值(m3/s ）?月(1)(2)(3)(4)01808080802130130130210340040040061046606606601270枯 51840184018403110水 62430243024305540年 795095095064908570570570706093103103107370101501501507520117070707590129090907680平均值Q平=Q定=640.二、由上表数据绘制水量差积曲线如图2-12400水量差积曲线

15、及其流量比尺1800128012001120月兴960.)Vs600800/3m(6400W456789101112123量3480水 -600320-1200160-18003个月0-2400-2800时间 ( 月)图 2-1水量差积曲线及其流量比尺三、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3月至次年 2月。291 m/s, 其供水期约为 102.2 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） ：见表 2-5表 2-5季度冬春夏秋冬月份

16、123456789101112最大负荷（ %）9896949290889092949698100（2）设计负荷水平年的最大负荷为_100104 kw_2、由资料绘制电力系统年负荷图电力系统年负荷图.110年负荷图105）100100w98k98万959696（949294荷92负 909090统88系 8580750123456789101112月份2-2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） ：见表 2-6表 2-6时序（小时）12345678910111212 月7472706872748088969288843、9 月706866646

17、6707478868480787 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如下：.年调节水电站确定最大工作容量计算表月份101112

18、12Q调3291291291291291m /sQ调、平均3291m /sH供m73.169.364.157.348.9H供、平均m62.5N保、年万 KW14.56E万 h53148.93保、供KW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 I 主要取决于设计供水期内的保证电能E 保、供 ，现将用电力、电量平衡法确定最大工作容量的步骤分述如下： 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。 假设四个水电站的最大工作容量方案N，水 I1 、 N ， 水 I2 、 N ， 水 I3 、 N，

19、水 I4 ，并逐方案计算其供水期的保证电能。现以方案一中的N， 水 I1 ，12 月份为例（如图2-3 ）对保证电能的计算加以说明。12月典型日负荷图和日电能累积曲线12010896841N1201089684）E1wk7272万（6060荷负统 4848系3636242412120006121824电能累积值( 万kwh)t(h)图 2-3 12 月份方案一装机容量与电能关系图自 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累积曲线顶点相切。.以此水平切线位置为起点向下找出方案一N， 水与日电能累计曲线的交点a，找出其相应的日电能 E1 即为方案一 N， 水 I1 在 1

20、2 月份对应的日电能。以同样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得的各月日电能求和，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、 各方案对应供水期保证电能E 保供 列表 2-7 并绘制最大工作容量和供水期关系曲线NI E 供。2、绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线NI E供由表 2-7 绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线I 供。NE表 2-7假设方案与水电站供水期保证电能关系表电力系第一方案N=6万KW第二方案N=8万KW第三方案N=16万KW第四方案N=20万KW工1工2工3工4统E日E日E日E日月份N

21、其它N 水N 其它N 水N 其它N 水N 其它N 水N（万（万（万（万（万（万（万（万（万（万（万（万( 万KW)KW）KW）KW.h）KW）KW）KW.h）KW）KW）KW.h）KW）KW）KW.h）19894.04.019.892.06.045.184.014.0119.280.018.0172.229694.02.015.292.04.043.584.012.0136.980.016.0198.9109694.02.010.492.04.047.684.012.0138.180.016.0201.2119894.04.024.192.06.053.884.014.0144.380.018

22、.0202.51210094.06.047.492.08.064.484.016.0140.080.020.0185.9E355477372063929223保供i3、在 N 水 I E供曲线上根据最大工作容量计算表中E 保 查得 N 水 I)wk万(N年调节水电站最大工作容量的确定252015105005000100001500020000250003000035000E供（万 kwh）.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中的相关电站资料及说明-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 。

23、其中N 负备总 =1005%=5万 KW故 N负备 =5 1/3=5/3 万 KW 2、N 事备N 事备总 =10010%=10万 KW但由于拟建水电站的单机额定定装机容量为16 万 KW故 N事备总 =16 万 KW即 N事备 =161/3=16/3 万 KW 3、N 检备 暂不设4、N 备由 N备 = N 事备 +N负备 得 N 备=5/3 +16/3=7 万 KW 5、N 必 N 备 NI 由 N必 N 备 NI 得 N 必 7 31.3=38.3 万 KW三、年调节水电站重复容量的确定由 N 年装初 NI N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： 根据资料计算确

24、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 月为供水期，则6W供 =（ 180+140+130+110+120） 2.63 1063=1788.4 10 m6T供 =52.63 10=13.15 106s故V兴W供（）1063sQ调1788.42460m/T供13.15 106323.07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=323.07m3/s 323 m3/s ，供水期为 10 月至次年 2 月。.丰水年：假设 10 月份至次年 2 月为供水期，则6W供 =（ 260+170+80+100+1

25、90+） 2.63 1063=210410 m6T供 =52.63 10=13.15 106sV兴W供（2014）1063故 Q调2460347.07m /sT供13.15 106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=347.07m3/s 347 m3/s ，供水期为 10 月至次年 2 月。 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。计算结果见附表一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流量的大小进行排序，找出其年持续时间进行弃水出力计算。计算

26、表格见表 2-8表 2-8 弃水出力计算表 根据表 2-8 绘出弃水出力年持续曲线如图 2-4.弃水出力年持续曲线12010080)wk万 60(重N402000500100015002000250030003500t(h)由 h 经济 k 水 ? （A/P , is , n） P 水 (a ?f) 得h 经济 k 水? （ A/P , is , n） P 水 (a ?f) 300 (0.1 1.1 25)/(1.1251) 0.03(1.05 0.02) 2002 小时故 查图 2-4 找出经济小时数 h 经济 =2002 小时对应的装机容量为N重=14.4 万 KW三、年调节水电站装机容量

27、的初步确定及机组初步选择由 N 年装初 N I N备 N 重 得N年装初 NI N备N 重 31.3+7+14.4 52.7 万 KW则选用 4台 16 万 kw 的发电机组故 N 年装 64 万 KW四、年调节水电站在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年调节水电站在电力系统多年平均发电量。其计算过程见表2-9.Q天QQQV蓄Z上Z下HNE月E多年月份用蓄弃（万（万（万33336 3(m)(m)(m)（m/s ） （m/s ）(m /s)(m /s)（10 m）kw）kw.h）kw.h）34504500069014095.944161159741830183000

28、69014097.6426245342蓄5214011839570164716497.1676446720水626301088150339315017097.0736446412期7142010880332315017097.0736446412884084000315017096.7734935980257130450450031509017095.974271948610180323-1430300716395.467171215供11140323-1830282415995.464161152水12130323-1930263115495.459151062期1110323-213024

29、1814795.451139262120323-2030221514195.44612826由计算表 2-9 得年调节水电站在电力系统多年平均发电量E 多年=257130 万 KWh2.2.3 电力系统总装机容量N 电力 的确定电力系统的总装机容量即为火电站装机容量、水电站装机容量之和，其中：火电站装机容量即为火电站的必须容量N火必 =72.4 万 KW水电站的装机容量即为无调节水电站与年调节水电站装机容量之和N水装 =64+30=94万 KW故：N 电力 =N火装 +N水装=94+72.4=166.4万 KW2.3 结论E 保=53148.9 万 KWhN 保=14.56 万 KWNI =3

30、1.3 万 KWN 装=64 万 KWN 电力 =166.4 万 KW.3.计算表及附图编程代码：多年平均发电量平均水头的试算编程代码附图一：年调节水电站Z-V 关系曲线附图二：年调节水电站Z-Q 关系曲线附图三：设计负荷水平年各月典型日负荷图及日电能累积曲线附表一：设计负荷水平年各月典型日负荷图计算表附表二：坝址处设计代表年兴利调节计算表编程代码/* 以设计中水年的径流资料进行多年平均发电量计算，当 NN 装时计算水电站平均水头 H 的试算编程代码如下 */#include #include main()double h1,h2,zs,zx,qy,qx,v,tr;zs=140;h2=0;for(h1=60;fabs(h1-h2)0.1;h1=h1+0.5)/* 当天然来水流量 tr=2140m3/s 时，无弃水 */ tr=2140;qy=640000/(9.81*0.816*h1);/* 年调节水电站 Z-Q 拟合的函数方程如下 */zx=7*pow(10,-17)*pow(qy,5)-7*pow(10,-13)*pow(qy,4)+3*pow(10,-9)*pow(qy,3)-7*pow(10,-6)*pow(qy,2)+0.0074*qy+93.65;qx=tr-qy;v=(690+qx/2*2.63)/100;/* 年调节水电站Z-V 拟合的函数方程如下 */zs=