工學水利水能規(guī)劃

2023/9/21主要內容水資源的綜合利用興利調節(jié)洪水調節(jié)水利水電經濟計算與評價水能計算及水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式水電站及水庫的主要參數選擇水庫群的水利水能計算水庫調度2023/9/22緒論水資源的涵義和特點流動性多用途性公共性永續(xù)性利與害的兩重性我國的水資源和水能資源我國水資源的分布特點地區(qū)分布不均勻年內分布不均勻年際變化大除水害興水利2023/9/23水資源的綜合利用水力發(fā)電——只利用水并不消耗水量灌溉——消耗大量水量，用水年內變化大，有季節(jié)性航運——不消耗水量，要求有一定的水深給水——用水較均勻防洪——要求水庫蓄水，以調節(jié)徑流2023/9/24水力發(fā)電基本原理水力發(fā)電的任務利用這些被無益消耗掉的水能來生產電能河川水能資源蘊藏量落差和流量2023/9/25河川水能資源的基本開發(fā)方式壩式（damhydropowerstation）壩后式水電站——廠房布置在壩的后面河床式水電站——廠房成為擋水建筑物一部分引水式（diversionhydropowerstation）有壓引水式無壓引水式混合式（mixedhydropowerstation）當河段上游坡降較緩且有筑壩建庫條件，下游坡降陡且有條件集中較大落差時，采用混合式開發(fā)較經濟2023/9/26防洪與治澇洪災與澇災的區(qū)別和聯系洪災由于江、河、湖、庫水位猛漲，堤壩漫溢或潰決，使客水入境而造成的災害。除對農業(yè)造成重大災害外，還會造成工業(yè)甚至生命財產的損失澇災由于本地降水過多，地面徑流不能及時排除，農田積水超過作物耐淹能力，造成農業(yè)減產的災害共同的特點均為地表積水（或徑流）過多2023/9/27灌水方法地面灌溉投資省、技術簡單，但用水量較大，易引起地表土壤板結地下灌溉土壤濕潤均勻，避免板結，節(jié)約用水，但資金及田間工程量較大噴灌省水、增產，但投資較高且需要消耗動力，灌水質量受風力影響較大滴灌省水、省地、省肥，但投資較高2023/9/28水庫特性水庫面積特性水庫容積特性水庫的特征水位和特征庫容死水位（Z死）和死庫容（V死）正常蓄水位（Z蓄）和興利庫容（V興）防洪限制水位（Z限）和結合庫容（V結）設計洪水位（Z設洪）和攔洪庫容（V攔）校核洪水位（Z校核）和調洪庫容（V調洪）總庫容（V總）和有效庫容（V效）壩頂高程2023/9/29死水位死庫容正常蓄水位興利庫容防洪限制水位防洪高水位設計洪水位校核洪水位壩頂高程結合庫容重疊庫容防洪庫容調洪庫容總庫容2023/9/210水庫的水量損失蒸發(fā)損失滲漏損失通過壩身及水工建筑物止水不嚴實處的滲漏損失通過壩基及繞壩兩翼的滲漏損失由壩底、庫邊流向較低水層的滲漏損失結冰損失2023/9/211水庫淤積及淹沒、浸沒水庫淤積縱向淤積形態(tài)橫向淤積形態(tài)水庫淤積防治水力排沙水力沖刷機械清淤水庫淹沒區(qū)的劃分經常淹沒區(qū)——正常蓄水位以下庫區(qū)臨時淹沒區(qū)——正常蓄水位以上一定標準的洪水回水和風浪、冰塞壅水等淹沒地區(qū)2023/9/212設計保證率工作保證率年保證率多年期間正常工作年數占運行總年數的百分比蓄水式電站、灌溉用水等采用歷時保證率多年期間正常工作歷時（日、旬、月）占總歷時的百分比徑流式電站、航運用水和其他不進行徑流調節(jié)的用水部分采用2023/9/213興利調節(jié)計算徑流調節(jié)計算的基本依據

——水量平衡原理水庫興利調節(jié)計算的課題根據用水要求，確定興利庫容——時歷列表法根據興利庫容，確定設計保證率條件下的供水水平（調節(jié)流量）根據興利庫容和水庫操作方案，求水庫運用過程2023/9/214多年調節(jié)計算多年調節(jié)水庫興利庫容多年庫容V多

——調整年際徑流概率法計算年庫容V年

——調節(jié)年內徑流時歷法計算2023/9/215洪水調節(jié)任務當水庫有下游防洪任務時，其作用主要是削減下泄洪水流量，使其不超過下游河床的安全泄量若水庫是防洪與興利相結合的綜合利用水庫，則除了滯洪作用還有蓄洪作用影響因素入庫洪水、泄流建筑物型式及尺寸、汛期水庫的控制運用方式以及下游的防洪要求方法列表試算法半圖解法2023/9/216水庫調洪計算的原理基本原理逐時段地聯立求解水庫的水量平衡方程和水庫的蓄泄方程水量平衡方程

閘門開度不變條件下水庫蓄水量與泄洪量之間的關系2023/9/217基本計算公式分期等收（付）期值公式基金存儲公式分期等付（收）現值公式本利攤還（資金回收）公式一次收付期值公式一次收付現值公式2023/9/218國民經濟評價費用與效益費用國民經濟為項目建設所需投入的全部代價水利建設項目投資達到項目設計效益所需的全部一次性投資，包括主體工程投資和相應的配套工程投資水利建設項目的年運行費項目建成投產后在運行管理中每年所需支付的各項費用，一般包括：材料和燃料動力費、維修費、大修理費、管理費及其他費用效益項目為國民經濟所作出的全部貢獻水電效益包括水電站容量與電量效益以及水庫防洪、灌溉、城鎮(zhèn)供水、航運等綜合利用效益火電效益包括發(fā)電效益，并計及其對環(huán)境污染等的負效益水利建設項目的效益按功能分類防洪效益、治澇效益、灌溉效益、城鎮(zhèn)供水效益、水力發(fā)電效益、航運效益等從全社會國民經濟的角度出發(fā)，分析用影子價格計算項目所需投入的費用和可以獲得的效益，評價建設項目的經濟合理性2023/9/219國民經濟評價指標和評價準則經濟內部收益率（EIRR）項目在計算期內的經濟凈現值累計等于零時的折現率，反映項目對國民經濟所作貢獻的相對指標當經濟內部收益率大于或等于社會折現率時，該項目在經濟上是合理的經濟凈現值（ENPV）用社會折現率將項目計算期內各年的凈效益，折算到計算期初的現值之和，反映項目對國民經濟所作貢獻的絕對指標當經濟凈現值大于或等于零時，該項目在經濟上是合理的經濟效益費用比（EBCR）項目效益現值與費用現值之比，反映項目單位費用為國民經濟所作貢獻的一項相對指標當經濟效益費用比大于或等于1.0時，該項目在經濟上是合理的2023/9/220財務評價費用支出總投資總投資=固定資產投資+建設期利息+流動資金年經營成本包括經營成本、折舊費、攤銷費和利息支出稅金包括增值稅、銷售稅金附加和所得稅財務收入電量效益容量效益年利潤總額根據現行財稅制度和現行財務價格，分析測算項目直接發(fā)生的實際收入和支出，編制財務報表，計算評價指標，考察項目的盈利能力、清償能力等財務狀況，據以判別項目的財務可行性2023/9/221清償能力分析電價測算構成——成本、股息及紅利、盈余公積和公益金、還本利息和各種稅金借款償還期水電建設項目投產后用可用于還貸的資金償還固定資產投資借款的本息所需要的時間還貸資金還貸利潤=稅后發(fā)電利潤－盈余公積金－公益金－應付利潤資產負債率2023/9/222盈利能力分析財務內部收益率（FIRR）衡量建設項目在財務上是否可行大于或等于規(guī)定的財務基準收益率時財務上是可行的投資回收期（Pt）項目的凈收益抵償全部投資所需要的時間財務凈現值（FNPV）按行業(yè)的基準收益率或設定的折現率，將項目計算期內各年凈現金流量折現到建設期初的現值之和大于或等于零的建設項目在財務上是可行的投資利潤率項目達到設計生產能力后的一個正常生產年份的年利潤總額與項目投資的比率年利潤總額=年收入－年成本－銷售稅金附加投資利稅率項目達到設計生產能力后的一個正常生產年份的年利稅總額與項目總投資的比率年利稅總額=年收入－年成本+增值稅2023/9/223水能計算的目的與內容水能計算的目的確定水電站的工作情況出力、發(fā)電量及其變化情況選擇水電站的主要參數水庫的正常蓄水位、死水位和水電站的容量等在電力系統(tǒng)中的運行方式主要內容——水電站的出力與發(fā)電量水電站的出力概念：發(fā)電機組的出線端送出的功率（kW）水電站發(fā)電量概念：水電站出力與相應時間的乘積（kW·h）2023/9/224水電站保證出力計算水電站保證出力是指水電站在長期工作中符合水電站設計保證率要求的枯水期（供水期）內的平均出力多年平均年發(fā)電量是指水電站在多年工作時期內，平均每年所能生產的電能量2023/9/225電力系統(tǒng)及其用戶特性電力系統(tǒng)若干個電站及用戶之間用輸電線路聯結成為一個共同的電力網包括發(fā)電廠、變電站、輸電中、電力用戶用戶特性工業(yè)用電農業(yè)用電市政用電交通運輸用電2023/9/226電力負荷圖日負荷圖負荷在一晝夜內的變化過程線年負荷圖負荷在一年內的變化過程線電力系統(tǒng)中各電站的出力過程和發(fā)電量必須與用電戶對出力的要求和用電量相適應，這種對電力系統(tǒng)提出的出力要求稱為電力負荷電力生產就是利用電能發(fā)、供、用同時進行的特點進行的2023/9/227電力系統(tǒng)的容量組成電力系統(tǒng)的容量組成裝機容量

——所有電站裝機容量的總和，即銘牌出力必需容量最大工作容量：為了滿足系統(tǒng)最大負荷要求而設置備用容量：準備額外的容量，由負荷備用容量、事故備用容量和檢修備用容量所組成重復容量

——利用棄水額外增發(fā)季節(jié)性電能所需額外增加的一部分容量，它不必增加水庫、大壩等水工建筑物的投資2023/9/228水電站的技術特性水電站的出力和發(fā)電量是隨天然徑流量和水庫調節(jié)能力變化而變化水庫具有綜合利用任務，但各部門的用水要求不同，水電站所承受的調節(jié)能力也有所不同水能是再生性能源，水電站的年運行費用與所生產的電能量無關，因此在豐水期內應盡可能多發(fā)水電，以節(jié)省系統(tǒng)燃料消耗水電站機組開停靈便，迅速，因此水電站適宜擔任系統(tǒng)的調峰、調頻和事故備用等任務水電站的建設地點要受水能資源、地形、地質等條件的限制。水工建筑物工程量大，水庫淹沒損失較大，但水電站發(fā)電不需消耗燃料，故單位電能成本比火電站低2023/9/229火電站的特點工作特點只要保證燃料供應，火電站就可以全年按額定出力工作火電站適宜擔任電力系統(tǒng)的基荷，這樣單位煤耗較?。换痣娬緳C組啟動比較費時火電站高溫高壓機組可以獲得最高的熱效率和最小的煤耗火電站本身單位千瓦的投資比水電站的低火電站單位發(fā)電成本比水電站高2023/9/230水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式水電站在電力系統(tǒng)中的運行方式無調節(jié)水電站任何時刻的出力主要決定于河中天然流量的大小日調節(jié)水電站除棄水期外，在任何一日內所能生產的電能量，與該日天然來水量所能發(fā)出的電能量相等年調節(jié)水電站供水期、蓄水期、棄水期、不蓄不供期多年調節(jié)水電站徑流調節(jié)程度和水量利用率都比年調節(jié)水庫大2023/9/231水電站裝機容量選擇水電站裝機容量最大工作容量備用容量重復容量滿足電力系統(tǒng)正常工作的基本要求系統(tǒng)電力平衡系統(tǒng)電量平衡系統(tǒng)容量平衡2023/9/232工作容量的確定水電站最大工作容量的確定電站的保證出力電站在電力系統(tǒng)中的工作位置不同調節(jié)型式水電站最大工作容量的確定電力系統(tǒng)各種備用容量的確定負荷備用容量事故備用容量檢修備用容量水電站重復容量的確定經濟比較2023/9/233水電站裝機容量選擇收集基本資料確定水電站的最大工作容量確定水電站的備用容量確定水電站的重復容量選擇水電站裝機容量以上三項容量之和大致等于水電站的裝機容量根據水電站的水頭和出力變化范圍定出機組的型式、臺數、單位容量進行系統(tǒng)容量平衡動能經濟比較2023/9/234水庫正常蓄水位的選擇正常蓄水位與有關經濟和工程技術問題隨著正常蓄水位的增高而產生的變化水利樞紐的投資和年運行費是遞增的水庫淹沒損失必然增加受壩址地質及庫區(qū)巖性的制約因素愈多結論對綜合利用各水利部門效益的有利影響——受到投資、水庫淹沒、工程地質等問題的制約對下游地區(qū)防洪的有利影響——對上游地區(qū)防洪的不利影響對下游地區(qū)灌溉的效益——特別是在耕地的淹沒與浸沒對上下游航運的效益——船筏過壩的不便2023/9/235選擇正常蓄水位的步驟和方法擬定水庫的消落深度對各個方案采用較簡化的方法進行徑流調節(jié)和水能計算，求出各方案水電站的保證出力、多年平均年發(fā)電量、裝機容量以及其他水利動能指標求出各個方案之間的水利動能指標的差值計算各個方案的水利樞紐各部分的工程量、各種建筑材料的消耗量以及所需的機電設備計算各個方案的淹沒和浸沒的實物指標和移民人數進行水利動能經濟計算2023/9/236選擇死水位的步驟與方法在已定的正常蓄水位條件下，根據庫容特性、綜合利用要求、地形地質條件、水工、施工、機電設備等要求，確定死水位的上、下限，然后在上、下限之間，擬定若干個死水位方案進行比較根據水庫情況及統(tǒng)計數據確定最有利消落深度選擇水庫死水位的上限選擇水庫死水位的下限求出相應的興利庫容和水庫消落深度，并利用設計枯水年或枯水年系列資料進行徑流調節(jié)，得出各方案的調節(jié)流量和平均水頭對各個死水位方案，計算保證出力和多年平均年發(fā)電量，通過系統(tǒng)電力電量平衡，求出各個方案水電站的各種容量計算各方案的水工建筑物和機電設備的投資以及年運行費，求出不同死水位方案的年費用AC水求出不同死水位方案替代電站的補充年費用AC火根據系統(tǒng)年費用最小準則，并考慮綜合利用要求以及其他因素，最終選擇合理的死水位方案2023/9/237水電站水庫群的布置方式梯級水庫群（串聯水庫群）位于同一條河流的上下游，以串聯方式連接而成的水庫群并聯水庫群在同一個電力系統(tǒng)中，位于不同河流上或位于同一河流的不同支流上的水庫群串并聯組合的混合水庫群位于同一河流或不同河流上串聯與并聯混合的水庫群形式2023/9/238串聯水庫群串聯水庫（梯級水庫）一般的大江大河上，都分布著串聯水庫群理想的梯級水電站開發(fā)方式為下一級回水正好銜接到上一級的底水而形成梯級，即充分利用落差從發(fā)電角度來說，最理想的是在最上游找到一個調節(jié)性能好的水電站，它的調節(jié)可以給下游梯級帶來效益從防洪角度來說，最好是在最接近被保護地區(qū)有一大的防洪庫容，可以調節(jié)以上流域的全部洪水2023/9/239水庫群之間的補償作用徑流補償調節(jié)的概念和作用徑流補償就是利用各個水庫的來水過程的不一致性和水庫調節(jié)性能的不一致性，互相配合工作，取長補短，以達到提高水庫群的總保證流量的目的徑流補償調節(jié)的目的就是各水庫聯合運用以達到比單獨運行更大的效益水文補償利用兩河（或兩支流）豐、枯水期的起迄時間不完全一致、最枯水時間相互錯開的特點，把它們聯系起來，共同滿足用水或用電需要，相互補充水量，提高兩河的保證流量庫容補償利用各水庫調節(jié)性能的差異，即庫容差異所進行的徑流補償2023/9/240梯級水庫的徑流補償梯級（串聯）水庫的徑流補償調節(jié)上游水庫調節(jié)性能差，下游好此時按一般梯級水庫徑流調節(jié)即可，上游單獨調節(jié)放水，加上區(qū)間入流，再對下游水庫進行徑流調節(jié)計算上游水庫調節(jié)性能好，下游差進行補償調節(jié)計算上下游水