水资源_规划及其利用课程设计

'水资源规划及利用课程设计一、课程设计题目：年调节水电站装机容量的选择课程设计二、课程设计的内容及任务：1、水电站的保证出力及相应的枯水期的保证电能。2、水电站的最大工作容量3、选择水电站的备用容量4、重复容量的选择5、水电站多年平均发电量：（p=50%）6失球水电站的装机容量及机组台数（设单机容量为5万KW）7、绘制设计图纸和编写设计说明书三、设计过程和设计说明（一）计算水电站的保证出力及相应枯水期的电能值（1）利用同倍比放大法对典型年各月平均流量进行放大表1典型年各月平均流量年/月456789101112123年平均典型年2442923302411891231341069810287173177有资料可知，该水库=90%的年入库平均流量为170，典型年平均流量177，因此同倍比放大倍比：K===0.96其中为设计频率为P的年入库平均流量，为典型年入库平均流量，下表为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其计算公式为=K，其中，为放大后的各月平均流量，放大之前的各月平均流量。（2）计算兴利库容表3水库水位-容积曲线表库水位m147150152154156158160162164166 容积7.498.509.231010.7511.5612.4013.3014.3015.35根据资料给出的表3，绘制水库水位-容积曲线的关系，其绘制见附表一，由已知已给出正常蓄水位为166m和死水位147m，查附表一水库水位-容积曲线可知V=15.35x10m，V=7.49x10m因此，可计算兴利库容：V=V-V=15.35x10-7.49x10=7.86x10m（3）计算调节流量由资料可知，该水电站供水期为1、2、9、10、11、12月，汛期为4、5、6、7、8月，其中供水期担任峰荷，汛期担任基荷，因此，供水期总的天然来水量（由表2放大后典型年各月平均流量可知）：W=（118+129+102+94+98+84）x2.63x10=16.44x10m假设在供水期把水库的存水全部用来发电，直到水库水位降至死水位，因此，水库的调节流量：（4）计算供水期的平均水头和上游平均水位供水期水库的平均蓄水量：由查附表一水库水位-容积曲线表可知，上游水库平均水位m，有资料可知，下游的平均水库水水位，因此，供水期的平均水头为：（5）计算水电站的保证出力和其相应的电能因为其为年调节水电站，一般为中型水电站，因此，取水电站出力系数K=8.5，因此，水电站的保证出力为：水电站供水期的发电量：（亿KW）其中，30.4为一个月的平均天数，24为一天平均小时数枯水期的保证电能值：（亿KW）（二）、计算水电站的最大工作容量 （1）由在第一个任务中，已经计算出水电站的保证电能值为（亿KW）（2）由资料绘出年调节水电站年最大负荷曲线图（附表二）和各月典型日负荷图和日电能累计曲线（附表三）。（3）在系统年最大负荷图上假设5个水电站最大工作容量，在附图二中，分别为=10（万KW）、=20(万KW)、=30（万KW）、=40（万KW）、=50（万KW）五个不同的方案，在附图二中已经标出，为使水、火电站最大工作容量之和最小，且等于系统的年最大负荷，让该电站供水期为（1、2、9、10、11、12）担任系统的峰荷，汛期（3、4、5、6、7、8）担任系统的基荷，，且每个方案，以相应的水平线作为供水期水、火电站在电力系统年负荷图上工作位置的分界线，见附图二分别为①、②、③、④、⑤线。（4）对于方案一，即，由水平线①确定该方案所对应的水电站在供水期各个月份的峰荷出力，在附表二中所示、、、、、；将该水电站相应的位置绘在相应月份的典型日负荷图上，并根据各月的峰荷出力在日电能累计曲线上定出相应的水电站日发电量（i=1，2,9,10,11，12）。表4各方案中供水期各月的峰荷出力/万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发电量/万kW方案一方案二方案三方案四方案五401883986388783417037661485422134332566806281523545908303417037661485440188398638878（5）将供水期各月分的水电站日发电量除以24h，即得各个月份水电站的月平均出力 值，就是由方案一确定的供水期各月水电站的平均出力，其总面积代表方案一所要求的供水期保证电能：（万kwh）同理，其他方案的供水期的保证电能值分别列如下表：表6各个方案供水期的保证电能值方案一方案二方案三方案四方案五供水期的保证电能值6019.230460.867913.6111264155040（6）确定供水期水电站的最大工作容量，根据表6供水期的保证电能值和水电站各个最大工作容量方案的关系曲线，见附表四，然后根据前面所求出的水电站在设计枯水年供水期的保证电能值=3.76（亿KW)，即可以从附表四中读出年调节水电站的最大工作容量:=22万KW)（三）水电站的备用容量的确定（1）负荷备用容量的确定根据（DL/T5015—1996）《水利水电工程动能设计规范》的规定，调整周波所需要的系统负荷备用容量，可采取系统最大负荷的2%~5%，大系统用比较小比例值，小系统用比较大比例值。因为负荷备用容量是防备当期恰好在计划负荷的尖峰时刻出现时，实际负荷尖峰将更高，又因为该年调节水电站设计水平年电力系统的最高负荷为100（万KW）（在12和1月），并且该水电站为年调节水电站，比较大型，因此，采取系统最大负荷的4%，即负荷备用容量为：=100x4%=4（万KW）因为该水电站为年调节水电站，可以担任负荷备用调频任务，同时，由于火电站机组特性的限制，担任系统调频任务通常比较困难，且单位电能的耗煤率增加，常常是不经济的，因此，对相关因素的综合考虑，选定水电站所应该全部承担负荷备用容量，因此，水电站的负荷备用容量为：==100x4%=4（万KW） （2）事故备用容量的确定根据（DL/T5015—1996）《水利水电工程动能设计规范》规定，电力系统事故备用容量采用系统最大负荷的10%左右，且不得小于系统中最大一台机组的容量。因此，系统的事故备用容量为：=100x10%=10(万KW)初步分析时，水电站事故备用容量可按水、火电站最大工作容量的比例来分配，进而得到水电站的事故备用容量为;(万KW)（3）检修备用容量的确定从附图二中可以计算出系统最大负荷水平线与负荷曲线之间的检修面积F检=1.825亿kW·h。由于基本资料不足，不能判断F检是否足够大，故在本说明书中不设置检修备用容量。故取水电站检修备用容量(4)水电站的备用容量的确定通过上面的计算，可得水电站的备用容量为：=++=4+2.17+0=6.17（万KW）（四）重复容量的确定（1）绘制弃水出力年持续曲线表7水电站每年弃水流量及其年持续时间关系Q弃（m3/s）500300100806040200h(小时/年)300800150025003000350038004000在汛期水库虽已蓄满，但河中天然来水仍可能超过综合利用各部门所需的流量，此时不完全年调节水库的容积较小，故会出现弃水。所以发生弃水时水库的上游水位一直保持在正常蓄水位即，而下游平均水位，故弃水期水库的平均水头。然后再利用水电站处理公式：N=9.81H=KQH其中，K为水电站的出力系数，取K=8.5，Q为平均弃水量，H上下游水头差，因此，可得每年的弃水时水电站出力值与其持续时间关系，见表8：表8弃水时水电站出力值与持续时间关系 Q弃（m3/s）500300100806040200h(小时/年)300800150025003000350038004000（kw）31450018870062900503203774025160125800由表8中的为纵坐标和h为横坐标绘制水电站弃水出力年持续曲线（见附表五）（2）计算水电站平均每年合理经济工作时间根据动能经济公式计算，只有当可节省火电站燃料年费用B大于或等于额外设置的重复容量时，额外设置才是有利的。由资料可知，燃料费f=0.015元/度，补充机组年运行费率P水=4%；投资效率系数is=0.10；补充单位千瓦投资k水=350元/KW；重复容量设备的经济寿命n=25;系数。则由水电站平均每年经济合理的工作小时数计算公式得：（3）重复容量的确定根据=3337h和表8中的为纵坐标和h为横坐标绘制水电站弃水出力年持续曲线（见附表五）查出重复容量为：=2.9（万KW）（五）采用设计中水年法水电站多年平均发电量的确定（1）确定供水期和供水期的调节流量由资料可知，按年径流量频率p=50%各月来水量为：表9p=50%各月来水量月份456789101112123年平均Q334383663380264222196167154133123149264假设9~3月为供水期，则其供水期总来水量为：=（222+196+167+154+133+123+149）x2.63x=3008.72x则其调节流量为; 把其与9~3月7个月进行对比，发现9月流量=222＞=206.1，因此，假设不符合，再一次假设10~3月为供水期，用同样的方法，可得=203.5，在进行对比，发现Q＜，因此，假设符合要求，供水期为10～3月份，且供水期的调节流量为=203.5（2）确定蓄水期和蓄水起的调节流量1、方案一，假设5、6、7三个月为蓄水期，根据表9的对应来水量，计算三个月来水量为：=（383+663+380）x2.63x=3750.38x蓄水期的调节流量==375.5把与5、6、7月份进行比较，发现=375.7﹤Q，因此与假设相符，5、6、7月为蓄水期。其余月份（4、8和9月份）为不蓄不供期，水电站按天然流量发电，即水电站引用流量等于入库流量。2、方案二，假设5、6月份为蓄水期，根据表9的对应来水量，计算两个月的来水量为；=（383+663）x2.63x=2750.98x蓄水期的调节流量为：==373.5把与5、6月份进行比较，发现=375.7﹤Q，因此与假设相符，5、6、7月为蓄水期。其余月份（4、7、8和9月份）为不蓄不供期，水电站按天然流量发电，即水电站引用流量等于入库流量。3、方案三，假设6月份为蓄水期，根据表9的对应来水量，计算两个月的来水量为；=663x2.63x=1743.69x蓄水期的调节流量为：==364把与6月份进行比较，发现=364.1﹤ Q，因此与假设相符，5、6、7月为蓄水期。其余月份（4、5、7、8和9月份）为不蓄不供期，水电站按天然流量发电，即水电站引用流量等于入库流量。（3）确定水电站的平均水头和保证出力表10方案一按等流量调节方式水能计算表月份调节流量蓄水流量水库蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水头平均出力流量5383375.57.515.35157.69265.62093796663375.5287.57380375.54=2998264264015.3516692741660569222222015.35166927413963810196203.5-7.57.49157.69265.611347211167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.5433433407.491479255156145表11方案二按等流量调节方式水能计算表月份天然来水量调节流量蓄水流量水库蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水头平均出力流量5383373.59.515.34156.69265.62082646663373.5289.5=2997380380015.3416692742390208264264015.341669274166056 9222222015.34166927413963810196203.5-7.57.49157.69265.611347211167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.5433433407.491479255156145表12方案三按等流量调节方式水能计算表月份天然来水量调节流量蓄水流量水库蓄水量上游平均水位下游平均水位平均水头平均出力流量666336429915.1157.69265.62029667380380015.116692742390208264264015.116692741660569222222015.1166927413963810196203.5-7.511.3157.69265.611347211167203.5-36.512154203.5-49.51133203.5-70.52123203.5-80.53149203.5-54.5433433407.491479255156145538338307.491479255179053上面的表格以表格10为说明，在方案一中4、8和9月份为不供不蓄期，即天然来水流量等于水电站调节流量，而在4月份水库已被供水期放空，故4月份水库水位为死水位147m；在8和9月份水库已被蓄水期蓄满，故在这两个月中水库水位一直保持在正常蓄水位166m。此外，蓄水期和供水期的水库平均水位可取供水期平均蓄水量对应的水库水位求得，在前面已求得为157.6m（4）水电站多年平均年发电量的估算将各时段的平均出力乘以时段的小时数t（一个月的小时数为730h），得到各时段的发电量Ei，再将各时段发电量相加，所得设计中水的年发电量E中 ，即可作为水电站多年发电量的估算值。同理可得方案二的水电站多年发电量：方案三：（5）三种方案之间的比较从上列表格及发电能值得分析，三种方案发电量相差不大，而且，第一种方案在7月份有弃水，且连续三个月蓄水，有可能影响下游航运和其他工业、农业、生活用水要求，至于第二种方案，也有着第一种方案的缺点，但相对于第一种方案，第二种稍微好一点，而且，第一第二种方案都有着同样的致命的缺点，那就是在五月开始蓄水，到了六月如果突然来了一场暴雨，可能你会产生大量的洪水，则有可能会溃坝，进而严重的影响大坝和下游地区人民的生命财产安全。而第三种方案，相对于第一种方案和第二种方案较好，发电量也差不多，又能满足下游综合用水要求，对于突然来的暴雨也相对有保障很多，因为五月份已经把水放空啦，所以，综合各方面的的因素，第三种方案最好，即只在六月份蓄水。（六）水电站的装机容量和机组台数的确定根据以上求得水电站最大工作容量、备用容量、和重复容量，即可得到水电站装机容量的初选值，即=++=22+6.17+2.9=31.07（万KW）机组台数，由资料可知，单机容量为5万KW，因此，机组台数nn===6.2147台 附表一 附表四 附表五 '