華科大水電能源學課件第1章 水利系統(tǒng)及其組成

水電能源學水電能源學水電與數(shù)字化工程學院課程教學大綱水電能源學教學大綱《水電能源學》課程適用對象：水利工程專業(yè)研究生；總學時：32學分：2課程類型：專業(yè)選修課；先修課程：概率論與隨機過程、運籌學、水輪機、水電站等課程教學大綱水電能源學一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)

本課程是水利工程專業(yè)研究生的一門基礎(chǔ)課，其教學目的是使學生掌握水電能源開發(fā)與利用的基本原理與方法，并了解系統(tǒng)分析方法在水電能源方面應(yīng)用的有關(guān)知識，培養(yǎng)研究生分析和解決水電能源規(guī)劃、設(shè)計、運行等方面問題的能力，為其今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。課程教學大綱水電能源學二、教學基本要求

以概率論與隨機過程和優(yōu)化理論等有關(guān)理論與技術(shù)為基礎(chǔ)，重點學習水電能源系統(tǒng)及其組成、河川徑流與水文過程描述、水利水能計算、水電站主要參數(shù)選擇，以及水電能源系統(tǒng)優(yōu)化運行的基礎(chǔ)理論及和方法。課程教學大綱水電能源學

本課程學習的基本要求：（1）了解水電能源系統(tǒng)的基本概念；（2）了解河川徑流與水文過程描述的原理與方法；（3）掌握水利、水能計算的原理與方法；（4）掌握水電站主要參數(shù)選擇的原則與計算方法；（5）掌握徑流預(yù)報的基本原理與方法；（6）了解水電能源系統(tǒng)優(yōu)化運行的基本原理與方法；（7）了解水庫防洪調(diào)度的基本原理與方法。課程教學大綱水電能源學三、教學內(nèi)容及要求第一章水利系統(tǒng)及其組成1.1水資源的綜合利用及河流的梯級開發(fā)1.2水利系統(tǒng)及其組成1.3水電能源的特點1.4洪澇災(zāi)害和水庫的防洪作用1.5興利用水的要求和特點1.6各水利部門之間的矛盾課程教學大綱水電能源學第二章河川徑流與水文過程的隨機模擬2.1徑流的形成2.2年徑流量的變化及其年內(nèi)的分配2.3洪水分析與計算2.4徑流統(tǒng)計特征的計算2.5徑流過程的隨機模擬課程教學大綱水電能源學第三章水利水能計算3.1水利水能計算概述3.2水庫調(diào)節(jié)性能的分類3.3水庫及其特性3.4徑流調(diào)節(jié)計算的原理和方法3.5洪水調(diào)節(jié)計算的原理和方法3.6設(shè)計保證率和設(shè)計代表期的選擇3.7水電站的水能計算課程教學大綱水電能源學第四章水電站主要參數(shù)的選擇4.1電力系統(tǒng)負荷特性和容量組成4.2各類電站運行特性及其運行方式4.3水電站裝機容量的選擇4.4水電站正常蓄水位及死水位選擇4.5抽水蓄能電站課程教學大綱水電能源學第五章徑流預(yù)報5.1徑流預(yù)報概述5.2流域的降水量計算5.3流域的蓄水容量曲線5.4流域總徑流量的計算5.5流域蒸散發(fā)量的估算5.6流域總徑流量的劃分5.7流域匯流計算5.8流域徑流預(yù)報模型5.9徑流預(yù)報的誤差分析5.10中長期水文預(yù)報的方法課程教學大綱水電能源學第六章水電能源系統(tǒng)優(yōu)化運行6.1優(yōu)化運行概述6.2水電廠經(jīng)濟運行6.3水電站水庫調(diào)度6.4水電站群優(yōu)化調(diào)度課程教學大綱水電能源學第七章水庫防洪調(diào)度7.1水庫防洪概述7.2防洪庫容與興利庫容的關(guān)系7.3水庫防洪的常規(guī)調(diào)度7.4水庫防洪的優(yōu)化調(diào)度課程教學大綱水電能源學教材：《水電能源學》，虞錦江，梁年生等編著，華中工學院出版社，1985年參考書：《水電系統(tǒng)最優(yōu)控制》張勇傳編著，華中理工大學出版社，1993年四、教材及參考書第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學1.1水資源的綜合利用及河流的梯級開發(fā)第一章

水利系統(tǒng)及其組成

地面和地下水源是一種重要的自然資源，稱為水資源。水資源的綜合利用主要包括：

防洪、治澇、水力發(fā)電、農(nóng)田灌溉、工業(yè)和居民給水、水路運輸、游覽和環(huán)境治理等。一、水資源的綜合利用

水為生命之源、生態(tài)之基、生產(chǎn)之要，人類文明發(fā)展史與水緊密相關(guān)。我國的水資源問題正面臨著十分嚴峻的形勢。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

在一條河流上，從上游到下游有一系列的水電樞紐、形成階梯形布置，稱為梯級開發(fā)。二、河流的梯級開發(fā)向家壩三峽葛洲壩水布埡高壩洲隔河巖長江清江第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

水利系統(tǒng)由庫壩系統(tǒng)、進水和輸水系統(tǒng)、廠房及廠區(qū)系統(tǒng)、水輪發(fā)電機組和控制設(shè)備組成。1.２水利系統(tǒng)及其組成一、庫壩系統(tǒng)

通過建壩，集中水頭并形成水庫，庫和壩相互聯(lián)系。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

通過進水口、壓力管道，閘閥等，將水引入水輪機。二、進水和輸水系統(tǒng)進水口閘門及攔污柵調(diào)壓井蝴蝶閥導葉水輪機

廠房是安裝水、機、電各種設(shè)備的場所。三、廠房及廠區(qū)系統(tǒng)尾水管壓力管道水庫下游第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

水輪發(fā)電機組由水輪機和同步發(fā)電機及輔助設(shè)備組成。四、水輪發(fā)電機組發(fā)電機水輪機水輪機調(diào)速器勵磁調(diào)節(jié)器變壓器電網(wǎng)斷路器流量水庫尾水第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

水輪發(fā)電機組的出力與庫壩系統(tǒng)水力要素的關(guān)系為式中，為流量、為水頭、為能量轉(zhuǎn)換效率。

其中，水輪機將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能；發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為滿足電網(wǎng)要求的電能。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學1.3水電能源的特點

水能是一種非常優(yōu)越的能源水能是一種再生能源；水能是一種潔凈能源；水能可以綜合利用。

水電能源可以儲備發(fā)電與用電必須保持平衡,而電能又無法儲存。為了協(xié)調(diào)發(fā)電與用電的矛盾，可以利用水庫對河川的徑流進行調(diào)節(jié)，即利用水庫先把輸入的水能儲蓄起來，然后按照系統(tǒng)的需要，供水電站使用。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

擔負電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)由于電力系統(tǒng)的發(fā)電和用電必須保持平衡，但用電在一天內(nèi)的波動很大，因此系統(tǒng)中應(yīng)有一部分機組擔任調(diào)峰、調(diào)頻的任務(wù)。由于水電機組啟動、停機快，高效率區(qū)域?qū)?，且操作方便，益擔任電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)。

擔負電力系統(tǒng)的事故備用由于水電機組具有啟動、停機快的特點，故宜于承擔電力系統(tǒng)的事故備用容量。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學一、洪澇災(zāi)害1、洪水災(zāi)害產(chǎn)生的原因1.4洪澇災(zāi)害和水庫的防洪作用

流域來水過大；河道瀉通不暢。

兩個原因之間不同的相互關(guān)系就構(gòu)成了不同程度的洪水災(zāi)害。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學2、澇災(zāi)產(chǎn)生的原因

降雨集中，地面徑流聚集在盆地、平原，積水過多或地下水位過高；

積水區(qū)排水系統(tǒng)不健全，或因外河（湖）洪水頂托倒灌，或地下水位不能及時降低。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學二、水庫的防洪作用

水庫的防洪作用包括：水庫下游防洪、水利樞紐本身的防洪和水庫上游防洪.

通過水庫的蓄洪、滯洪后，使下游防護區(qū)在遭遇頻率符合防護標準的洪水時，流經(jīng)河道某控制點的下瀉流量或水位高程不超過允許的限定值，從而保證防護區(qū)免受洪水災(zāi)害。1、水庫下游防洪三峽水庫武漢長江第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學2、水利樞紐本身的防洪

防止因洪水漫頂而引起水工建筑物潰塌，保證水工建筑物本身的安全。同時也避免因潰壩而給下游帶來災(zāi)難性的洪災(zāi)。3、水庫上游防洪

指一定水庫水位以上的水庫地區(qū)不允許淹沒的防洪問題。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

水庫防洪是在保證水工建筑物安全的前提下，用足夠的庫容來攔蓄洪水，水庫通過防洪庫容或預(yù)泄，留出部分庫容來攔蓄洪水，以削減洪峰，改變天然洪水過程，滿足下游防洪要求，而且蓄留一部分洪水，在枯水期供興利使用。

水庫下游防洪、水利樞紐本身的防洪和水庫上游防洪三者之間既相互制約，又相互矛盾，使水庫防洪問題十分復(fù)雜。因此需要合理調(diào)度.第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

當天然入庫洪水流量大于水庫的下瀉流量時，水庫蓄水量增加，水庫水位隨之上升；反之，水庫水位下降。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學洪水流量洪水流量滯洪攔蓄的洪水水庫水位蓄洪水庫水位Z第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

水庫的調(diào)洪作用主要是通過改變天然洪水過程線，使下瀉流量不超過下游河道的允許瀉量。這種洪水過程的變形主要體現(xiàn)在防洪庫容中蓄水量的變化上，即調(diào)節(jié)水量的充蓄與瀉放。

天然洪水過程經(jīng)過水庫時所發(fā)生的變化與水庫的容積特性、瀉洪建筑物的型式和尺寸，以及水庫的運行方式有關(guān)。第一章水利系統(tǒng)及其組成水電能源學

1.5興利用水的要求和特點一、水力發(fā)電

集中水頭，調(diào)節(jié)流量，向電網(wǎng)提供電能。二、灌溉

合理的人工灌溉是保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。三、供水

對居民和工業(yè)給水的供水。四、航運