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水利水能课程设计

《水利水能规划》

课程设计

姓名：

专业：

班级：

学号：

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

90

88

90

92

94

96

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

70

68

72

74

80

88

96

92

88

84

3、9月

70

68

66

64

66

70

74

78

86

84

80

78

7月

67

65

63

61

63

67

71

75

82

80

77

75

时序（小时）

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

12月

80

82

84

86

90

94

100

98

94

90

82

78

3、9月

76

80

82

84

86

90

94

92

88

86

80

74

7月

73

77

79

80

82

86

90

88

84

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

660

1840

2430

950

570

310

150

70

90

80

130

400

平水年

1830

2140

2630

1420

840

450

180

140

130

110

120

450

丰水年

2100

2730

3400

2380

1040

490

260

170

80

100

190

500

2、水库容积特性曲线

水库水位（米）

120

130

140

145

150

155

160

165

170

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）

60

200

490

730

1070

1660

2540

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

1440

549

451

322

266

209

168

58

76

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）

120

130

140

145

150

155

160

165

170

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）

60

200

490

730

1070

1660

2540

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

660

1840

2430

950

570

310

150

70

90

80

130

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

150

70

90

80

130

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

1840

1840

1200

980

六

2430

2430

1790

2770

七

950

950

310

3080

八

570

570

-70

3010

九

310

310

-330

2680

十

150

150

-490

2190

十一

70

70

-570

1620

十二

90

90

-550

1070

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

90

88

90

92

94

96

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

70

68

72

74

80

88

96

92

88

84

3、9月

70

68

66

64

66

70

74

78

86

84

80

78

7月

67

65

63

61

63

67

71

75

82

80

77

75

时序（小时）

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

12月

80

82

84

86

90

94

100

98

94

90

82

78

3、9月

76

80

82

84

86

90

94

92

88

86

80

74

7月

73

77

79

80

82

86

90

88

84

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

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

400

400

0

0

400

262.6

262.6

140

95.77

44.23

4

660

660

0

0

660

262.6

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

2430

769

0

1661

2430

1198.6

1198.6

170

98.00

72.00

7

950

758

0

192

950

1198.6

1198.6

170

96.85

73.15

8

570

570

0

0

570

1198.6

1198.6

170

96.16

73.84

9

310

310

0

0

310

1198.6

1198.6

170

95.58

74.42

1、设计枯水年洪水期径流调节计算表

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

450

450

0

0

450

262.6

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

0

1372

2140

1198.6

1198.6

170

97.77

72.23

6

2630

771

0

1859

2630

1198.6

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

450

450

0

0

450

1198.6

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

560

560

0

0

560

262.6

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