年調(diào)節(jié)水電站裝機(jī)容量的選擇課程設(shè)計(jì)

1、水資源規(guī)劃及利用課程設(shè)計(jì)一 、課程設(shè)計(jì)題目：年調(diào)節(jié)水電站裝機(jī)容量的選擇課程設(shè)計(jì)二 、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)： 1、水電站的保證出力及相應(yīng)的枯水期的保證電能。 2、水電站的最大工作容量 3、選擇水電站的備用容量 4、重復(fù)容量的選擇 5、水電站多年平均發(fā)電量：（p=50%） 6失球水電站的裝機(jī)容量及機(jī)組臺(tái)數(shù)（設(shè)單機(jī)容量為5萬KW） 7、繪制設(shè)計(jì)圖紙和編寫設(shè)計(jì)說明書三 、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)說明（一）計(jì)算水電站的保證出力及相應(yīng)枯水期的電能值（1）利用同倍比放大法對(duì)典型年各月平均流量進(jìn)行放大 表1 典型年各月平均流量年/月456789101112123年平均典型年24429233024118912313410

2、69810287173177有資料可知，該水庫 =90%的年入庫平均流量為170，典型年平均流量177，因此同倍比放大倍比：K=0.96其中為設(shè)計(jì)頻率為P的年入庫平均流量 ，為典型年入庫平均流量，下表為放大后的典型年各月平均流量表2 放大后的典型年各月平均流量年/月456789101112123年平均典型年234280317231181118129102949884166170其計(jì)算公式為=K，其中，為放大后的各月平均流量，放大之前的各月平均流量。（2）計(jì)算興利庫容表3 水庫水位-容積曲線表 庫水位m147150152154156158160162164166容積7.498.509.23101

3、0.7511.5612.4013.3014.3015.35根據(jù)資料給出的表3，繪制水庫水位-容積曲線的關(guān)系，其繪制見附表一，由已知已給出正常蓄水位為166m和死水位147m，查附表一水庫水位-容積曲線可知V=15.35x10m，V=7.49x10m因此，可計(jì)算興利庫容：V= V- V=15.35x10-7.49x10=7.86 x10m（3）計(jì)算調(diào)節(jié)流量由資料可知，該水電站供水期為1、2、9、10、11、12月，汛期為4、5、6、7、8月，其中供水期擔(dān)任峰荷，汛期擔(dān)任基荷，因此，供水期總的天然來水量（由表2放大后典型年各月平均流量可知）：W=（118+129+102+94+98+84）x 2.

4、63 x 10=16.44 x 10m假設(shè)在供水期把水庫的存水全部用來發(fā)電，直到水庫水位降至死水位，因此，水庫的調(diào)節(jié)流量：（4）計(jì)算供水期的平均水頭和上游平均水位供水期水庫的平均蓄水量：由查附表一水庫水位-容積曲線表可知，上游水庫平均水位m，有資料可知，下游的平均水庫水水位，因此，供水期的平均水頭為：（5）計(jì)算水電站的保證出力和其相應(yīng)的電能因?yàn)槠錇槟暾{(diào)節(jié)水電站，一般為中型水電站，因此，取水電站出力系數(shù)K=8.5 ，因此，水電站的保證出力為：水電站供水期的發(fā)電量：（億KW）其中，30.4為一個(gè)月的平均天數(shù)，24為一天平均小時(shí)數(shù)枯水期的保證電能值：（億KW） （二） 、計(jì)算水電站的最大工作容量（1

5、） 由在第一個(gè)任務(wù)中，已經(jīng)計(jì)算出水電站的保證電能值為（億KW）（2）由資料繪出年調(diào)節(jié)水電站年最大負(fù)荷曲線圖（附表二）和各月典型日負(fù)荷圖和日電能累計(jì)曲線（附表三）。（3）在系統(tǒng)年最大負(fù)荷圖上假設(shè)5個(gè)水電站最大工作容量，在附圖二中，分別為=10（萬KW）、 =20(萬KW)、 =30（萬KW）、 =40（萬KW）、 =50（萬KW）五個(gè)不同的方案，在附圖二中已經(jīng)標(biāo)出，為使水、火電站最大工作容量之和最小，且等于系統(tǒng)的年最大負(fù)荷，讓該電站供水期為（1、2、9、10、11、12）擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷，汛期（3、4、5、6、7、8）擔(dān)任系統(tǒng)的基荷，且每個(gè)方案，以相應(yīng)的水平線作為供水期水、火電站在電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖

6、上工作位置的分界線，見附圖二分別為、線。（4）對(duì)于方案一，即 ，由水平線 確定該方案所對(duì)應(yīng)的水電站在供水期各個(gè)月份的峰荷出力，在附表二中所示 、 、；將該水電站相應(yīng)的位置繪在相應(yīng)月份的典型日負(fù)荷圖上，并根據(jù)各月的峰荷出力在日電能累計(jì)曲線上定出相應(yīng)的水電站日發(fā)電量（i=1，2, 9, 10, 11，12）。表4 各方案中供水期各月的峰荷出力/萬kW方案一方案二方案三方案四方案五10203040509192939497172737478182838489192939491020304050表5 各方案中供水期各月日發(fā)電量/萬kW方案一方案二方案三方案四方案五40188398638878341703

7、7661485422134332566806281523545908303417037661485440188398638878（5）將供水期各月分的水電站日發(fā)電量除以24h，即得各個(gè)月份水電站的月平均出力值，就是由方案一確定的供水期各月水電站的平均出力，其總面積代表方案一所要求的供水期保證電能：（萬kwh）同理，其他方案的供水期的保證電能值分別列如下表：表6 各個(gè)方案供水期的保證電能值方案一方案二方案三方案四方案五供水期的保證電能值6019.230460.867913.6111264155040（6）確定供水期水電站的最大工作容量，根據(jù)表6供水期的保證電能值和水電站各個(gè)最大工作容量方案的關(guān)系

8、曲線，見附表四，然后根據(jù)前面所求出的水電站在設(shè)計(jì)枯水年供水期的保證電能值=3.76（億KW)，即可以從附表四中讀出年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量:=22萬KW)（三）水電站的備用容量的確定（1）負(fù)荷備用容量的確定根據(jù)（DL/T50151996）水利水電工程動(dòng)能設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，調(diào)整周波所需要的系統(tǒng)負(fù)荷備用容量，可采取系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%5%，大系統(tǒng)用比較小比例值，小系統(tǒng)用比較大比例值。因?yàn)樨?fù)荷備用容量是防備當(dāng)期恰好在計(jì)劃負(fù)荷的尖峰時(shí)刻出現(xiàn)時(shí)，實(shí)際負(fù)荷尖峰將更高，又因?yàn)樵撃暾{(diào)節(jié)水電站設(shè)計(jì)水平年電力系統(tǒng)的最高負(fù)荷為100（萬KW）（在12和1月），并且該水電站為年調(diào)節(jié)水電站，比較大型，因此，采取系統(tǒng)最大負(fù)

9、荷的4%，即負(fù)荷備用容量為：=100x4%=4（萬KW）因?yàn)樵撍娬緸槟暾{(diào)節(jié)水電站，可以擔(dān)任負(fù)荷備用調(diào)頻任務(wù)，同時(shí)，由于火電站機(jī)組特性的限制，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)通常比較困難，且單位電能的耗煤率增加，常常是不經(jīng)濟(jì)的，因此，對(duì)相關(guān)因素的綜合考慮，選定水電站所應(yīng)該全部承擔(dān)負(fù)荷備用容量，因此，水電站的負(fù)荷備用容量為：=100x4%=4（萬KW）（2）事故備用容量的確定根據(jù)（DL/T50151996）水利水電工程動(dòng)能設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，電力系統(tǒng)事故備用容量采用系統(tǒng)最大負(fù)荷的10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺(tái)機(jī)組的容量。因此，系統(tǒng)的事故備用容量為：=100x10%=10(萬KW)初步分析時(shí)，水電站事故備用容量可

10、按水、火電站最大工作容量的比例來分配，進(jìn)而得到水電站的事故備用容量為;(萬KW)（3）檢修備用容量的確定從附圖二中可以計(jì)算出系統(tǒng)最大負(fù)荷水平線與負(fù)荷曲線之間的檢修面積F檢=1.825億kWh。由于基本資料不足，不能判斷F檢是否足夠大，故在本說明書中不設(shè)置檢修備用容量。故取水電站檢修備用容量(4)水電站的備用容量的確定通過上面的計(jì)算，可得水電站的備用容量為：=+=4+2.17+0=6.17（萬KW）（四）重復(fù)容量的確定（1）繪制棄水出力年持續(xù)曲線表7水電站每年棄水流量及其年持續(xù)時(shí)間關(guān)系Q棄（m3/s）500300100806040200h (小時(shí)/年)3008001500250030003500

11、38004000在汛期水庫雖已蓄滿，但河中天然來水仍可能超過綜合利用各部門所需的流量，此時(shí)不完全年調(diào)節(jié)水庫的容積較小，故會(huì)出現(xiàn)棄水。所以發(fā)生棄水時(shí)水庫的上游水位一直保持在正常蓄水位即，而下游平均水位，故棄水期水庫的平均水頭。然后再利用水電站處理公式：N=9.81H=KQH其中，K為水電站的出力系數(shù)，取K=8.5，Q為平均棄水量，H上下游水頭差，因此，可得每年的棄水時(shí)水電站出力值與其持續(xù)時(shí)間關(guān)系，見表8：表8 棄水時(shí)水電站出力值與持續(xù)時(shí)間關(guān)系Q棄（m3/s）500300100806040200h (小時(shí)/年)300800150025003000350038004000（kw）3145001887

12、0062900503203774025160125800由表8中的為縱坐標(biāo)和h為橫坐標(biāo)繪制水電站棄水出力年持續(xù)曲線（見附表五）（2）計(jì)算水電站平均每年合理經(jīng)濟(jì)工作時(shí)間根據(jù)動(dòng)能經(jīng)濟(jì)公式計(jì)算，只有當(dāng)可節(jié)省火電站燃料年費(fèi)用B大于或等于額外設(shè)置的重復(fù)容量時(shí)，額外設(shè)置才是有利的。由資料可知，燃料費(fèi)f=0.015元/度，補(bǔ)充機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)率P水=4%；投資效率系數(shù)is=0.10；補(bǔ)充單位千瓦投資k水=350元/KW；重復(fù)容量設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命n=25;系數(shù)。則由水電站平均每年經(jīng)濟(jì)合理的工作小時(shí)數(shù)計(jì)算公式得：（3）重復(fù)容量的確定根據(jù)=3337h和表8中的為縱坐標(biāo)和h為橫坐標(biāo)繪制水電站棄水出力年持續(xù)曲線（見附表五）

13、查出重復(fù)容量為：=2.9（萬KW）（五）采用設(shè)計(jì)中水年法水電站多年平均發(fā)電量的確定（1）確定供水期和供水期的調(diào)節(jié)流量由資料可知，按年徑流量頻率p=50%各月來水量為：表9 p=50%各月來水量月份456789101112123年平均Q334383663380264222196167154133123149264假設(shè)93月為供水期，則其供水期總來水量為：=（222+196+167+154+133+123+149）x2.63x=3008.72x則其調(diào)節(jié)流量為;把其與93月7個(gè)月進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)9月流量=222=206.1，因此，假設(shè)不符合，再一次假設(shè)103月為供水期，用同樣的方法，可得=203.5，

14、在進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)Q，因此，假設(shè)符合要求，供水期為103月份，且供水期的調(diào)節(jié)流量為=203.5（2）確定蓄水期和蓄水起的調(diào)節(jié)流量1、 方案一，假設(shè)5、6、7三個(gè)月為蓄水期，根據(jù)表9的對(duì)應(yīng)來水量，計(jì)算三個(gè)月來水量為：=（383+663+380）x2.63x=3750.38x蓄水期的調(diào)節(jié)流量=375.5把與5、6、7月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=375.7Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期。其余月份（4、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。2、 方案二，假設(shè)5、6月份為蓄水期，根據(jù)表9的對(duì)應(yīng)來水量，計(jì)算兩個(gè)月的來水量為；=（383+663）x2.63x=2750

15、.98 x蓄水期的調(diào)節(jié)流量為：=373.5把與5、6月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=375.7Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期。其余月份（4、7、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。3、方案三，假設(shè)6月份為蓄水期，根據(jù)表9的對(duì)應(yīng)來水量，計(jì)算兩個(gè)月的來水量為；=663x2.63x=1743.69 x蓄水期的調(diào)節(jié)流量為：=364把與6月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=364.1Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期。其余月份（4、5、7、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。（3）確定水電站的平均水頭和保證出力表10 方案一按等流量

16、調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表月份調(diào)節(jié)流量蓄水流量水庫蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水頭平均出力流量5383375.57.515.35157.69265.6209379 6663375.5287.57380375.54=2998264264015.351669274166056 9222222015.351669274139638 10196203.5-7.57.49157.69265.611347211167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.5433433407.491479255156145 表11

17、方案二按等流量調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表 月份天然來水量調(diào)節(jié)流量蓄水流量水庫蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水頭平均出力流量5383373.59.515.34156.69265.62082646663373.5289.5=2997380380015.3416692742390208264264015.3416692741660569222222015.34166927413963810196203.5-7.57.49157.69265.611347211167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.54334

18、33407.491479255156145表12 方案三按等流量調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表月份天然來水量調(diào)節(jié)流量蓄水流量水庫蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水頭平均出力流量6663364 29915.1157.69265.6202966 7380380015.11669274239020 8264264015.11669274166056 9222222015.11669274139638 10196203.5-7.511.3157.69265.6113472 11167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.5433433407.491479255156145 538338307.491479255179053 上面的表格以表格10為說明，在方案一中4、8和9月份為不供不蓄期，即天然來水流量等于水電站調(diào)節(jié)流量，而在4月份水庫已被供水期放空，故4月份水庫水位為死水位147m；在8和9月份水庫已被蓄水期蓄滿，故在這兩個(gè)月中水庫水位一直保持在正常蓄水位166m。此外，蓄水期和供水期的水庫平