水資源規(guī)劃及利用

1、水資源規(guī)劃及利用課程設計題目：水禾U水能規(guī)戈U課程設計學 院：水利學院年級：2014級學號:2014313177姓名：陳永順2017.05.30目錄第一章 水利水能規(guī)劃課程設計任務書 . 3一、水年進行徑流調節(jié)，求調節(jié)流量、保證出力及保證電能 6二、荷圖及電量累計曲線 . 8三、電力平衡，確定年調節(jié)水電站的最大工作容量 9四、確定水電站可能承擔的備用容量，求發(fā)出必須容量時水輪機的最大過水能力 . 16五、水電站的棄水流量、 棄水出力， 進行電力系統(tǒng)的經濟計算，按經濟利用小時數確定 重復容量 . 18六、對豐水年、平水年及枯水年進行徑流調節(jié)，求多年平均發(fā)電量 22第一章水利水能規(guī)劃課程設計任務書

2、一、設計目的1 進一步鞏固、加深、系統(tǒng)化所學課程的基本理論；2加深運算、繪圖、編寫計算說明書等基本技能的訓練；3培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。二、設計任務和要求（一）熟悉、分析有關資料并繪制有關曲線（二）對設計枯水年進行徑流調節(jié)，求調節(jié)流量、保證出力及保證電能（三）繪制年負荷圖及電能累計曲線（四）根據電力平衡，確定年調節(jié)水電站的最大工作容量（五）考慮并確定水電站可能承擔的備用容量， 求發(fā)出必需容量時水輪機的最大 過水能力（六）計算水電站的棄水流量，棄水出力，進行電力系統(tǒng)的經濟計算，按經濟利 用小時數確定重復容量（七）確定設計水電站的總裝機容量值（八）對豐水年、平水年及枯水年進行徑流調節(jié)，求多年

3、平均年發(fā)電量（九）編寫計算說明書，并編上必要的圖表繪圖要求：（1）系統(tǒng)日最大負荷圖；（2）年調節(jié)水電站下游水位流量關系曲線；（3）年調節(jié)水電站水庫庫容關系曲線；（4）系統(tǒng)各月平均日負荷圖及電能累計曲線；（5）年調節(jié)水電站棄水出力持續(xù)曲線。三、基本資料及數據1、電力系統(tǒng)負荷資料及已有火電站容量資料A、年負荷（年最大負荷的百分比）（單位：萬KW季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大負荷93.0492.191.1289.1686.284.2487.290.1491.1293.0892.04962、設計負荷水平年的最大負荷為 96萬KW3、典型日負荷圖（單位：萬KW月份小時1234567

4、89101112172.9970.7667.6266.1864.7464.2065.6667.8567.6269.0670.5074.48270.1167.9667.6266.1864.7462.2863.7065.8267.6269.0670.5071.54370.1167.9667.6266.1864.7460.3761.7463.8067.6269.0670.5071.54470.1167.9668.6067.1465.6858.4559.7861.7768.6070.0671.5271.54572.9970.7669.5868.1066.6260.3761.7463.8069.5871

5、.0672.5474.48674.9172.6271.5470.0268.5064.2065.6667.8571.5473.0674.5876.44774.9172.6276.4474.8173.1968.0369.5871.9076.4478.0779.6976.44883.5581.0080.3678.6576.9471.8773.5075.9580.3682.0783.7885.26992.2089.3888.2086.3284.4578.5780.3683.0488.2090.0891.9594.081083.5581.0092.1290.1688.2076.6678.4081.019

6、2.1294.0896.0485.261186.4483.7988.2086.3284.4573.7875.4677.9888.2090.0891.9588.201278.7576.3479.3877.6976.0071.8773.5075.9579.3881.0782.7680.361378.7567.3482.3280.5778.8269.9571.5473.9282.3284.0785.8280.361486.4483.7985.2683.4581.6373.7875.4677.9885.2687.0788.8988.201592.2089.3888.2086.3284.4575.707

7、7.4280.0088.2090.0891.9594.081686.4483.7983.3081.5379.7676.6678.4081.0183.3085.0786.8488.201784.5281.9379.3877.6976.0078.5780.3683.0479.3881.0782.7686.241893.1690.3179.3877.6976.0082.4184.2887.0979.3881.0782.7695.061996.0493.1085.2683.4581.6386.2488.2091.1485.2687.0788.8998.002092.2089.3892.1290.168

8、8.2084.3286.2489.1192.1294.0896.0494.082184.5281.9388.2086.3284.4580.4982.3285.0688.2090.0891.9586.242280.6778.2083.3081.5379.7678.5780.3683.0483.3085.0786.8482.322377.7975.4179.3877.6976.0073.7875.4677.9879.3881.0782.7679.382474.9172.6271.5470.0268.5067.0888.6070.8971.5473.0674.5876.444、系統(tǒng)中已有火電站的裝機

9、容量為 31.5萬千瓦，其機組為2臺X 5萬千瓦，2 臺X 2.5萬千瓦，6臺X 2萬千瓦，及9臺X 0.5萬千瓦。四、計劃興建一座年調節(jié)水電站，其原始資料和已知條件:月份345678910111212枯水年18438953019418920143713171540平水年18437768529411847802419112433豐水年111494753382197122946415191113（1）選定正常蓄水位為：185 m（2） 選定死水位為：161 m 。2、該年調節(jié)水電站下游水位流量關系曲線水位（m）106106.8107.1108109111112113流量（U04685260540

10、1280174022803、該年調節(jié)水電站水庫庫容曲線（單位：水位（ m，庫容：108m3）水位110115120125130135140145150庫容00.050.20.350.60.951.371.92.5水位155160165170175180185190195庫容3.24.055.076.277.69.110.7512.715.1五、電力系統(tǒng)有關經濟資料:1、水電站增加千瓦投資 K水=820元/千瓦；2、水電站增加千瓦容量的年費用率 P水=3%3、額定投資效益系數i 0=0.12 ；4、火電站單位電能消耗的燃料費 b=0.4公斤;5、燃料到廠價格為95元/噸；6、a=1.05 o7、

11、出力系數A=8.2第二章計算書一、水年進行徑流調節(jié)，求調節(jié)流量、保證出力及保證電能庫睿圖1水位庫容關系曲線該年調節(jié)水電站水庫庫容曲線（單位：水位（ m，庫容：108m3）水位110115120125130135140145150庫容00.050.20.350.60.951.371.92.5水位155160165170175180185190195庫容3.24.055.076.277.69.110.7512.715.1水位庫甞曲線該年調節(jié)水電站下游水位流量關系曲線水位（m）106106.8107.1108109111112113流量（滬兀）04685260540128017402280船量（m）

12、下游水樓涼域關系曲境圖2下游水位流量關系曲線壩址處設計枯水年的流量資料（單位：m3/s ）月份345678910111212枯水年18438953019418920143713171540由死水位Z死=161m正常蓄水位Z正=185m則查水位庫容曲線可得：V死=4.254iosm； v正=10.75 io8m。貝U: V興=V正-V 死=10.75 108m-4.254 108用=6.496 108朋。8V興=丄=乂 T0m/s）.月=247.32（m3/s）.月。蓄損=0, W供®=09棄=0。假設3-7月為蓄水期，貝蓄 興3Q 調蓄=一 -=247.736m/s畜3 由表可知，3

13、、6、7三個月的流量小于247.736m/s，則這三個月不能作為 蓄水期。再次假定蓄水期為4、5兩個月。貝Q 調蓄丄興=335.84m3/s蓄前后沒有比335.84mi7s更大的，之間也沒有比之更小的流量，則假設成立。 假設8-2月份為供水期，貝供 興3Q 調供="=57.617m/s供前后沒有比之更小的流量，之間也沒有比之更大的流量，則假設成立；其余月份 為不供不蓄期。采用列表法計算水電站各月平均出力和發(fā)電量，過程及結果如表所示時段天然流水電站水庫蓄水（+）棄水時段初末時段平均上游下游平均水電發(fā)電量 E t量Q引用流或供水（-）流量水庫存水平均水位水頭站出(萬（月份）（m3/s）量

14、Q（m3/s）流量Qv（n/s ）水量 V（108m）Qs(m/s)量V（108n）v( 108m)水位乙（n）Zd(m)H(m)力 N（萬kWkW.h)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)3184184004.2544.254161107.53.48.065878.3864389335.8453.161.404.2544.952164.4108.56.115.411271.82355530335.84194.165.105.658.2177108.68.718.913803.463261941940010.7510.75185107.77.3

15、12.38971.81771891890010.7510.75185107.77.4128751.88682057.617-36.617-0.9910.7510.256183.5106.76.63.622640.45991457.617-43.617-1.159.7629.189180.3106.73.43.472530.149103757.617-20.617-0.458.6168.346177.5106.70.63.342433.639111357.617-44.617-1.178.0757.489174.6106.67.73.22333.669121757.617-40.617-1.07

16、6.9036.37170.4106.63.532188.89911557.617-42.617-1.125.8365.274165.9106.592.792033.77924057.617-17.617-0.464.7174.485162.1106.55.22.611902.789供水期（8-2月）的平均出力即為水電站的保證出力NP =3.15（kW）水電站的保證電能E保等于供水期發(fā)出的電能總和或是保證出力乘供水期的 歷時：E保=16063.32（kW.h）、荷圖及電量累計曲線年負荷（年最大負荷的百分比）（單位：萬KW季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大負荷93.0492.19

17、1.1289.1686.284.2487.290.1491.1293.0892.0496圖3年最大負荷圖及電能累計曲線三、電力平衡，確定年調節(jié)水電站的最大工作容量假定三個N"水工,心=1,2,3）分別為10萬kW, 15萬kW, 20萬kW（ 1）計算各方案供水期每月的月電能 氐（查典型日電能累積曲線）；（2）供水期各月的平均出力Nk ； （3）供水期的保證出力N保=；（4）計算各供水期的保證電能E保k=N保k T供。典型日負荷圖（單位：萬Kvy小時月份123456789101112172.970.767.666.164.764.265.667.867.669.070.574.496

18、2840652608270.167.967.666.164.762.263.765.867.669.070.571.5162848022604370.167.967.666.164.760.361.763.867.669.070.571.5162847402604470.167.968.667.165.658.459.761.768.670.071.571.5160485870624572.970.769.568.166.660.361.763.869.571.072.574.4968027408648674.972.671.570.068.564.265.6P 67.871.573.074.

19、5P 76.4124200654684774.972.676.474.873.168.069.571.976.478.079.676.4124193804794883.581.080.378.676.971.873.575.980.382.083.785.2506547056786992.289.388.286.384.478.580.3r 83.088.290.091.9r 94.00802576408581083.581.092.190.188.276.678.481.092.194.096.085.25026060128461186.483.788.286.384.473.775.477

20、.988.290.091.988.24902586808501278.776.379.377.676.071.873.575.979.381.082.780.35489070587661378.767.382.380.578.869.971.573.982.384.085.880.35427254227261486.483.785.283.481.673.775.477.985.287.088.888.24965386867901592.289.388.286.384.475.777.480.088.290.091.994.00802502008581686.483.783.381.579.7

21、76.678.481.083.385.086.888.24903660107401784.581.979.377.676.078.580.383.079.381.082.786.22389076487641893.190.379.377.676.082.484.287.079.381.082.795.06189018987661996.093.185.283.481.686.288.291.185.287.088.898.04065340467902092.289.392.190.188.284.386.289.192.194.096.094.00826024128482184.581.988

22、.286.384.480.482.385.088.290.091.986.22302592608542280.678.283.381.579.778.580.383.083.385.086.882.37003676407422377.775.479.377.676.073.775.477.979.381.082.779.39189086887682474.972.671.570.068.567.088.670.871.573.074.576.41242080946841-12月典型日負荷圖及電量累積曲線圖如下所示:1月典型日負荷圖1月典型日電能累積曲線5月典型日負荷圖5月典型日電能累積曲線6月

23、典型日負荷圖135791113 1517 19 21236月典型日電能累積曲線10月典型日負荷圖10月典型日電能累積曲線11月典型日負荷圖11月典型日電能累積曲線12月典型日負荷圖12月典型日電能累積曲線計算如下表所示萬案N （萬 KW月份（供水期）EN刀N平均E保，供（萬kwh）-一-10.008321.3312.088820.839522.1710522.1711441.8312441.831311.292351.46-二二15.008843.5028.0620500.8391184.92101184.92111044.3312843.501783.252883.67三20.0081897

24、.8851.6737716.6792028.42102028.42111877.79121536.3811476.1321606.67根據上表繪制N水工一E保，供曲線又由公式：E保，供=N保，年T供調Q 調= =57.62m3/s供N保年二AQ調'H 供=8.2 57.62 66.57=31453.26Kw=3.15 萬 kW可得：E保供=N 保年 T 供=3.15 7 30.4 24=16087.68 萬 kW.h查N 了水工" E保，供曲線可得：N水工=13. 11萬kw四、確定水電站可能承擔的備用容量，求發(fā)出必須容量時水輪機的最大過水能力1. 水電站負荷備用容量水利動能

25、設計規(guī)范中規(guī)定，調整周波所需要的負荷備用容量，可以采用 系統(tǒng)的負荷的5%左右，大型電力系統(tǒng)可采用較小值，因此這里取5%+算，得:N負荷=965% = 4. 8萬 kw o又因為在系統(tǒng)中，由于火電機組技術特性的限制，火電站擔任系統(tǒng)的調頻任 務比較困難，且單位電能的耗煤率增加，不經濟。而水電站在擔任調頻方面比火 電站方便，對系統(tǒng)應付負荷變化有利，且可以降低火電站的單位電能的耗煤率。因此，此系統(tǒng)中的的負荷備用容量全由水電站承擔，即:N負備=965% =4. 8萬kW(2)水電站事故備用容量水利動能設計規(guī)范中規(guī)定，電力系統(tǒng)的事故備用容量可采用系統(tǒng)最大負 荷的10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容

26、量。據此取水電站事故備用 容量為系統(tǒng)最大負荷的10%+算得出：N事故=9610% = 9.6 萬kw由于電力系統(tǒng)中的事故備用容量要分布在電站上，事故備用容量的使用時間 較長，水電站承擔事故容量時，要預留一定的事故備用庫容，會增大水電站的投 資，當算出的V事備大于水庫調節(jié)庫容的5%寸，才不承擔全部事故備用容量。按水利動能設計規(guī)范計算,V事備TN事備0. 00272 Hmin360 x 9. 60. 00272_875_53. 4= 0.28 108nf5%興二 6.496 108 5% = 0.32108卅則該水電站不需要事故備用容量。系統(tǒng)備用容量在水、火電站之間的分配，應根據各電站容量的比重、

27、電站機組可利用的情況、系統(tǒng)負荷在各地區(qū)的分布等因素確定。本設計主要依據各電站容量的比重來分配系統(tǒng)備用容量故有：N" 7水備N"水工N"水工N"火電N事備13. 1113. 1131.59. 6 = 2. 82萬KW；水電站的備用容量為 N水備二N負備N" 7水備二4.82.82 = 7.62萬kw ；水電站的必需容量為N必二N水工N水二13. 11 7.62二20.73萬kw (3)水電站的重復容量的確定水電站重復容量的設置，要額外增加水電站的投資和年運行費，因此，重復 容量需要經過動能經濟分析確定。水輪機在正常蓄水位的過水能力可通過公式：Qm

28、ax仏 試算得到；MH式中：N必為水電站的必需容量；A為系數；H 為正常蓄水位時上下游水位差;經試算可以得到：Qa m/s五、水電站的棄水流量、棄水出力，進行電力系統(tǒng)的經濟計算，按經濟利用小時數確定重復容量分別對枯水年、平水年、豐水年流量資料進行歷時調節(jié)計算如下表：水庫年調節(jié)歷時列表計算（未計入水量損失，按枯水年計算）時段天然來水各部門綜合用水多余或不足水棄水時段末岀庫總流（月）量興利庫量（m/s）流水量流量水量多余不足水量流量容蓄水量(108（m/s）（108m）(108(108(108（m/s）量/ 3(mm）m）用）用）（1o8m）/s)豐31844.831844.830.005.251

29、84水438910.22341.638.971.241.2447.376.50389期553013.92341.638.974.954.95188.376.5053061945.101945.100.006.5019471894.961894.960.006.50189枯8200.5357.6171.51-0.995.5157.617水9140.3757.6171.51-1.154.3657.617期10370.9757.6171.51-0.543.8257.61711130.3457.6171.51-1.172.6557.61712170.4557.6171.51-1.071.5857.61

30、71150.3957.6171.51-1.120.4657.6172401.0557.6171.51-0.46057.617水庫年調節(jié)歷時列表計算（未計入水量損失，按平水年計算）時段(月)天然來水各部門綜合用水多余或不足水量棄水時段 末興 利庫 容蓄 水量(108m3)岀庫總流 量(m3/s)流量水量流量水量多余不足水量流量(ny/s(108mi(m3/(108m(108m(108m(108m(m3/)s)3)3)3)3)s)豐31844.831844.830.004.57184水43779.90341.68.970.930.9335.376.50377期3568517.99341.68.97

31、9.029.02343.36.506853762947.722947.720.006.5029471183.101183.100.006.501188471.2367.551.77-0.545.96479802.10802.100.005.9680枯1240.6367.551.77-1.144.8167.55水0期11190.5067.551.77-1.283.5467.551110.2967.551.77-1.492.0567.5521240.6367.551.77-1.140.9167.552330.8767.551.77-0.91067.55水庫年調節(jié)歷時列表計算(未計入水量損失，按豐水

32、年計算)時段天然來水各部門綜合用多余或不足水棄水時段末出庫(月水量興利庫總流)容蓄水量量(m3/(108ms)3)流量水量流量水量多余不足水量流量(m3/(108m(m3/(108m(108m(108m(108m(m3/s)3)s)3)3)3)3)s)豐31112.921112.920.002.50111水449412.98341.68.974.004.00152.36.50494期37575319.78341.68.9710.8010.80411.36.5075337638210.03341.68.971.061.0640.376.50382371975.171975.170.006.501

33、9781223.201223.200.006.501229942.47942.470.006.5094枯1641.6873.861.94-0.266.2473.86水0期11150.3973.861.94-1.554.6973.861190.5073.861.94-1.443.2573.8621110.2973.861.94-1.651.6073.862130.3473.861.94-1.60073.86根據上述三個水平年的歷時調節(jié)計算及水輪機在正常蓄水位的過水能力計算棄水流量及出力如下表:時段月份天然來棄水流量棄水流量頻率持續(xù)平均棄水出力水流量(m3/s)排序時間水頭（萬 kw）（m3/s）

34、枯水年438947.37571.43%625756.12.185530188.37342.86%375468.710.61平水年437735.377100.00%876052.581.525685343.37228.57%250366.0918.61豐水年4494152.37457.14%500652.166.525753411.37114.29%125165.7422.18638240.37685.71%750976.562.53將上述棄水出力計算表換算成棄水出力年持續(xù)圖，曲線如下所示:0200040006000 8000 10000m 棄Q量流水棄年持續(xù)時間h(h)棄水流量年持續(xù)曲線25.

35、00棄水出力年持續(xù)曲線根據重復容量與火電站的經濟小時數對比可確定出重復容量。火電站的經濟小時數為：h經濟 _k水A/p, is, np水 /（af） =820 0.1204 0.03/（1.05 0.038）=3091h根根據棄水出力持續(xù)曲線可查得：N 重=14.85 萬 kw綜上可得水電站的裝機容量為：Ng二 N必N重二 20.7314.85 二 35.58萬KW六、對豐水年、平水年及枯水年進行徑流調節(jié)，求多年平均發(fā)電量1.枯水年假定蓄水期為4、5兩個月。貝蓄 興3Q調蓄=335.84m3/s蓄前后沒有比335.84m3/s更大的，之間也沒有比之更小的流量，則假設成立。 假設8-2月份為供水

36、期，貝Q 調供=57.617m/s供前后沒有比之更小的流量，之間也沒有比之更大的流量，則假設成立；其余月份 為不供不蓄期。采用列表法計算水電站各月平均出力和發(fā)電量，過程及結果如表所示時段天然流水電站水庫蓄水（+)棄水時段初末時段平均上游下游平均水電發(fā)電量 E t量Q引用流或供水（-流量水庫存水平均水位水頭站出(萬（月（m/s）量Q流量Qv水量 VQs量Vv( 1o8m)水位Zd (m)力 NkW.h)份）（m/s）（m/s）（1o8m）（m/s）(108m)乙H(m)（萬（mkW(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)3184184004.2544

37、.254161107.653.48.065878.384389335.8453.161.404.2544.952164.4108.356.115.4511271.825530335.84194.165.105.658.2177108.68.718.913803.463261941940010.7510.75185107.77.312.38971.81771891890010.7510.75185107.77.4128751.88682057.617-36.617-0.9910.7510.256183.5106.76.63.622640.45991457.617-43.617-1.159.762

38、9.189180.3106.73.43.472530.149103757.617-20.617-0.458.6168.346177.5106.70.63.342433.639111357.617-44.617-1.178.0757.489174.6106.67.73.22333.669121757.617-40.617-1.076.9036.37170.4106.63.532188.89911557.617-42.617-1.125.8365.274165.9106.592.792033.77924057.617-17.617-0.464.7174.485162.1106.55.22.611902.789枯水年年平均發(fā)電量E枯=(5878.38+11271.82+13803.46+8971.81+8751.88+2640.45+2530.14+2433.63+2333.66+2