河北工程大学水电学院水利水能规划课设.docx
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河北工程大学水电学院水利水能规划课设
《水利水能规划》
课程设计
水利水电工程专业
河北工程大学
二零一五年六月十九日
1、绪论……………………………………………………………………………………………3
2、径流调节与水能计算…………………………………………………………………………5
2.1水库兴利调节计算…………………………………………………………………………5
2.2年调节水电站最大工作容量确定…………………………………………………………9
2.3结论…………………………………………………………………………………………18
3、计算表及附图…………………………………………………………………………………
1、绪论
1.1课程设计的目的
使学生加深对水利水能规划课程基本理论的理解，更好地掌握水利水能规划的基本知识和分析计算方法；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图及编写说明书的能力。
1.2基本要求
以给定的有关基本资料为依据，应用水利水能规划的理论和方法，进行具体的分析计算，根据分析计算成果，编写设计说明书，并附上必要的图表。
1.3基本资料和数据
（一）电力系统负荷资料
1、年负荷图（年最大负荷的百分比）：
季度
冬
春
夏
秋
冬
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
最大负荷（%）
98
96
94
92
9
98
100
2、设计负荷水平年的最大负荷为__100×104kw_
3、典型日负荷图（最大负荷百分比）：
时序（小时）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12月
74
72
7
96
92
88
84
3、9月
7
74
78
86
84
80
78
7月
67
65
63
61
63
67
71
75
82
80
77
75
时序（小时）
8
19
20
21
22
23
24
12月
8
1
8
3、9月
76
8
92
88
86
80
74
7月
73
77
79
8
82
77
70
（二）计划兴建一座年调节水电站，其原始资料和已知条件为：
1、坝址处设计代表年的径流资料（单位：
米3/秒）
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
枯水年
66
0
570
31
0
400
平水年
120
450
丰水年
21
38
17
0
2、水库容积特性曲线
水库水位（米）
12
0
173
水库容积（108米3）
1.5
3.5
6.9
9.1
11.8
15.1
19.4
24.7
31.5
37.8
（1）选定水库正常蓄水方案___170米___。
（2）选定水库死水位方案____140米___。
3、年调节水电站下游水位流量关系曲线：
水位（米）
4.0
5.0
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.3
8.5
流量（米3/秒）
6
3190
3730
水位零点的绝对高程方案__90米____。
4．同一设计枯水年供水期无调节水电站
（一）无调节水电站进口处设计枯水年流量资料
月份
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
一
二
年平均
月平均流量（m3/s）
234
469
144
6
162
367
（二）无调节水电站枯水期上游水位保持315m不变
月份
Q天（m3/s）
Z上（m）
Z下（m）
H'（m）
N（104kw）
十
209
315
233.94
81.06
13.55
十一
168
315
233.81
81.19
10.91
十二
58
315
233.31
81.69
3.79
一
76
315
233.45
81.55
4.96
二
162
315
233.8
81.2
10.52
（三）相关电站资料及说明
1、设计水平年电力系统中火电站的必需容量
N火装＝72.4万kw
2、电力系统中无调节水电站装机容量
N无装＝30万kw
3、其他资料
拟建年调节水电站单机额定容量为16万kw
拟建年调节水电站重复容量N重为15.7万kw
年调节水电站承担备用容量的1/3，火电站承担2/3
无调节水电站枯水期各月平均出力
拟建年调节水电站的效率为0.816
月份
N（104kw）
月份
N（104kw）
月份
N（104kw）
月份
N（104kw）
月份
N（104kw）
十
13.55
十一
10.91
十二
3.79
一
4.96
二
10.52
h经济=k水∙[（A/P,is,n）＋P水]／（a∙f）
=300×[（0.1×1.125）/（1.125－1）＋0.03]／（1.05×0.02）
=2002小时
1.4设计内容
1、熟悉、分析有关资料，绘制相关曲线。
2、应用时历列表法进行兴利调节计算。
3、应用时历图解法进行兴利调节计算。
4、绘制电力系统年负荷图、典型日负荷图及日电能累积曲线。
5、根据电力电能平衡，确定拟建年调节水电站的最大工作容量、事故备用容量。
6、确定拟建年调节水电站装机容量及电力系统总装机容量。
7、对设计资料进行径流调节和水能计算，求水电站多年平均年发电量。
1.5成果要求
1、设计说明书和计算书各一份
2、相关曲线绘图
1.6参考资料
1、《工程水文学》
2、《水利水电规划》
3、《水文分析与计算》
教材《水利水能规划》
2、径流调节与水能计算
2.1水库兴利调节计算
2.1.1应用历时列表法进行兴利调节计算
一、年调节水电站下游水位流量关系曲线、库容曲线的绘制
（一）年调节水电站水位库容关系
1、选定正常蓄水位为170米`死水位为140米
2、年调节水电站水位库容对应资料
水库水位（米）
12
0
173
水库容积（108米3）
1.5
3.5
6.9
9.1
11.8
15.1
19.4
24.7
31.5
37.8
3、由上表资料绘制水位库容曲线——年调节水电站Z～V关系曲线
（二）年调节水电站下游水位流量关系
1、水位零点的绝对高程90米
2、年调节水电站下游水位流量对应资料
水位（米）
4.0
5.0
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.3
8.5
流量（米3/秒）
6
3190
3730
3、由上表资料绘制下游水位流量关系曲线——年调节水电站——Z～Q关系曲线
二、用时历列表法进行设计枯水年供水期调节计算
（一）计划新建的年调节水电站坝址断面设计枯水年资料
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
年平均
月平均流量（米3/秒）
设计枯水年
66
0
570
31
0
400
640
（二）调节流量和供水期起讫月计算
正常蓄水位170m，相应库容31.5×108米3；死水位140m，相应库容6.9×108米3
则V兴＝V正－V死＝（31.5—6.9）×108米3＝24.6×108米3
该调节流量一定比
小，先假设9月到次年3月为供水期
由式Q调＝（W供＋V兴）／T供得：
Q调＝（24.6×108+920×2.63×106）／（7×2.63×106）＝309.3m3/s
计算得的Q调小于9月份和次年3月份的天然流量，所以，9月份次年3月份不应该包含在供水期内，即实际供水期应为5个月，按此供水期再进行计算
得Q调＝（24.6×108+520×2.63×106）／（5×2.63×106）＝291.1m3/s
Q调小于次年3月份的天然流量，大于供水期各月流量，小于非供水期各月流量，故：
调节流量Q调＝291.1m3/s供水期为十月到次年二月
（三）年调节水电站设计枯水年供水调节计算
水电站出力及发电量计算
时段t
月
10
11
12
1
2
Q天
m3/s
0
Q用
291.1
291.1
291.1
291.1
291.1
水库供水流量-⊿Q
-141.1
-221.1
-201.1
-211.1
-161.1
水库供水量-⊿W
108米3
-3.719
-5.815
-5.289
-5.552
-4.237
时段初水库存水量V初
31.500
27.781
21.966
16.677
11.125
时段末水库存水量V末
27.781
21.966
16.677
11.125
6.888
时段初上游水位Z初
m
170．0
167.4
162.6
157.0
148．6
时段末上游水位Z末
167.4
162.6
157.0
148.6
140.2
月平均上游水位Z上
168.7
165.0
159.8
152.8
144.4
月平均下游水位Z下
95.6
95.6
95.6
95.6
95.6
水电站平均水头H
73.1
69.4
64.2
57.2
48.8
水电站效率
0.816
0.816
0.816
0.816
0.816
月平均出力N水
104kw
17.034
16.172
14.960
13.329
11.372
保证出力N保
14.573
月发电量E水
104kw·h
12434.82
11805.56
10920.80
9730.17
8301.56
保证发电量E保
53192.91
2.1.2用历时图解法进行设计枯水年供水期调节计算
（一）水量差积曲线计算
年
月份
月平均流量Q月（m3/s）
月水量W月【（m3/s）·月】
水量差值W月-W定【（m3/s）·月】
水量差积值∑W月-W定【（m3/s）·月】
0
三
400
400
-240
-240
四
660
660
20
-220
五
184
0
六
243
70
七
95
八
570
570
-70
3010
九
31
十
15
十一
十二
一
80
80
-560
510
二
130
130
-510
0
平均值
Q=640=Q定
（二）由上表数据绘制水量差积曲线
（三）图解计算调节流量和供水期讫月份
由水量差积曲线可得设计枯水年的调节流量为321（m3/s），其供水期约为10月至次年2月
2.2年调节水电站最大工作容量确定
2.2.1电力系统年负荷曲线和日电能累计曲线绘制
（一）1、设计符合水平年电力系统年负荷图资料
（1）年负荷图（年最大负荷的百分比）
季度
冬
春
夏
秋
冬
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
最大负荷（%）
98
96
94
92
9
98
100
（2）设计负荷水平年的最大负荷为100×104kw
2、由资料绘制电力系统年负荷图
（三）设计负荷水平年电力系统典型日负荷图及日负荷分析曲线绘制
1、典型日负荷图（最大负荷百分比）：
时序（小时）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12月
74
72
7
96
92
88
84
3、9月
7
74
78
86
84
80
78
7月
67
65
63
61
63
67
71
75
82
80
77
75
时序（小时）
8
19
20
21
22
23
24
12月
8
1
8
3、9月
76
8
92
88
86
80
74
7月
73
77
79
8
82
77
70
2、推测并求出水平年电力系统典型日负荷表
3、绘制典型日负荷图及电能累计曲线
2.2.2年调节水电站最大工作容量`备用容量`和必需容量计算
（一）年调节水电站确定最大工作容量计算
1、年调节水电站确定最大工作容量计算表
年调节水电站确定最大工作容量计算表
月份
10
11
12
1
2
平均
Q调
m3/s
291.1
291.1
291.1
291.1
291.1
291.1
H供
m
73.1
69.4
64.2
57.2
48.8
62.54
N保、年
万kw
14.573
N保、供
万kw·h
53192.91
在本设计中，所设计水电站为年调节水电站，年调节水电站的最大工作容量N〃水、工，主要取决于设计供水期内的保证电能N保、供，现将用电力、电量平衡法确定最大工作容量的步骤分述如下：
⑴确定拟建水电站在电力系统中所担任的工作位置：
在本设计中拟建水电站是以发电为主的年调节水电站适合担任电力系统的峰荷部分。
⑵假设四个水电站的最大工作容量方案N〃水、工1、N〃水、工2、N〃水、工3、N〃水、工4，,并逐方案计算其供水期的保证电能。
现以方案一中的N〃水、工1，12月份为例对保证电能的计算加以说明。
1自12月份日负荷图中日最大负荷Nmax所处位置绘水平切线与日电能积累曲线顶点相切
2以此水平切线位置为起点向下找出方案一N〃水、工1与日电能积累曲线的交点a，找出其相应的日电能E日1即为方案一在12月份对应的日电能。
3以同样的方法找出各个方案在供水期各个月所对应的日电能
⑶将各个假设最大装机容量方案在供水期内的所求的的个月日电能求和，找出各个方案所对应的供水期保证电能E供、保。
⑷将各个假设最大装机容量方案·各方案所对应供水期保证电能列表并绘制最大工作容量和供水期关系曲线N1〃～E供。
2、绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线N1〃～E供
由下表绘制最大工作容量和供水期电能关系曲线N1〃～E供
假设方案与水电站供水期保证电能关系表
月份
电力系统N1〃（万kw）
第一方案N〃水、工1=6万kw
第二方案N〃水、工2=8万kw
第三方案N〃水、工3=16万kw
第四方案N〃水、工4=20万kw
N〃其他（万kw）
N〃水（万kw）
E日（万kw·h）
N〃其他（万kw）
N〃水（万kw）
E日（万kw·h）
N〃其他（万kw）
N〃水（万kw）
E日（万kw·h）
N〃其他（万kw）
N〃水（万kw）
E日（万kw·h）
1
98
94.0
4.0
19.8
92.0
6.0
44.8
84.0
14.0
118．9
80.0
18.0
172.1
2
96
94.0
2.0
15.1
92.0
4.0
43.8
84.0
12.0
136.7
80.0
16.0
198.5
10
96
94.0
2.0
11.0
92.0
4.0
47.3
84.0
12.0
138.6
80.0
16.0
201.6
11
98
94.0
4.0
23.8
92.0
6.0
53.1
84.0
14.0
143.9
80.0
18.0
202.3
12
100
94.0
6.0
47.6
92.0
8.0
64.7
84.0
16.0
140.5
80.0
20.0
186.0
∑E保、供i
2567.875
7716.708
20640.750
29215.208
3、在N1〃～E供曲线上根据最大工作容量计算表中N保、供查得N〃水、工
在N1〃～E供曲线上根据E保、供查得N〃水、工为36.89万kw
（二）年调节水电站备用容量、必需容量的确定
1、N负备
N负备=100*5%=5万kw
N事备=100*10%=10万kw
由于水电站单机额定容量为16万kw
故取N事备＝16万kw
N检备暂不设，则
N备＝N负备＋N事备＝5＋16＝21万kw
由课程设计任务书中的相关电站资料及说明，年调节水电站承担备用容量的1／3，火电站承担2／3可得：
年调节水电站承担7万kw，火电站承担14万kw
则N必＝N备＋N〃水、工＝7+36.89＝43.89万kw
（三）年调节水电站重复容量的确定
（1）三个设计代表年洪水期径流调节计算
1、设计枯水年洪水期径流调节计算表
月份
Q天（m3/s）
Q用（m3/s）
Q蓄（m3/s）
Q弃（m3/s）
Q下（m3/s）
V始（m3/s月）
V始＋∆V/2
Z上（m）
Z下（m）
H（m）
3
4
62.6
262.6
140
95.77
44.23
4
66
2.6
262.6
140
96.30
43.70
5
1840
880
935.5
24.5
904.5
262.6
730.35
159.9
96.76
63.14
6
243
30
1198.6
1198.6
170
98.00
72.00
7
95
1198.6
1198.6
170
96.85
73.15
8
57
98.6
1198.6
170
96.16
73.84
9
31
98.6
1198.6
170
95.58
74.42
2、设计中水年洪水期径流调节计算表
月份
Q天（m3/s）
Q用（m3/s）
Q蓄（m3/s）
Q弃（m3/s）
Q下（m3/s）
V始（m3/s月）
V始＋∆V/2
Z上（m）
Z下（m）
H（m）
3
45
2.6
262.6
140
95.90
44.10
4
1830
880
935.5
14.5
894.5
262.6
730.35
159.9
96.76
63.14
5
2140
768
8.6
1198.6
170
97.77
72.23
6
2630
771
98.6
1198.6
170
98.10
71.90
7
1420
763
0
657.2
1420
1198.6
1198.6
170
97.33
72.67
8
840
756
0
83.9
840
1198.6
1198.6
170
96.69
73.31
9
45
98.6
1198.6
170
95.90
74.10
3、设计丰水年洪水期径流调节表
月份
Q天（m3/s）
Q用（m3/s）
Q蓄（m3/s）
Q弃（m3/s）
Q下（m3/s）
V始（m3/s月）
V始＋∆V/2
Z上（m）
Z下（m）
H（m）
3
56
2.6
262.6
140
96.10
43.90
4
2100
884
935.5
280.5
1164.5
262.6
730.35
159.9
96.99
62.91
5
2730
771
0
1959
2730
1198.6
1198.6
170
98.13
71.87
6
3400
774
0
2626
3400
1198.6
1198.6
170
98.35
71.65
7
2380
769
0
1611
2380
1198.6
1198.6
170
97.93
72.07
8
1040
759
0
281
1040
1198.6
1198.6
170
96.95
73.05
9
49
98.6
1198.6
170
95.93
74.07
（2）绘制弃水出力持续曲线及确定N重
1、弃水出力持续曲线计算表
弃水量（m3/s）
H（m）
弃水出力（万kw）
从大到小排列（万kw）
工作小时数（h）
年工作小时数（h）
24.50
63.14
12.383
1506.156
730
243.33
1661.00
72.00
957.329
1127.045
1460
486.67
192.00
73.15
112.428
1069.960
2190
730.00
14.50
63.14
7.329
957.329
2920
973.33
1372.00
72.23
793.288
929.414
3650
1216.67
1859.00
71.90
1069.960
793.288
4380
1460.00
657.20
72
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