水利水能规划课程设计计算书

1、编号（学号）：2009474107西藏大学农牧学院水利水能规划课程设计封面题目：水利水能规划课程设计姓名：吴佩鹏专 业：水利水电工程班级：2009级本科班学号：2009474107所在学院：水利土木工程学院指导教师：吕琳莉完成日期：2012年11月23日i目录第一章 水利水能规划课程设计任务书 3第二章 计算书 7一、年调节水电站径流调节与水能计算 7二、选择装机容量 10三、计算多年平均年发电量 15四、附图 198第一章水利水能规划课程设计任务书一、设计目的1 进一步巩固、加深、系统化所学课程的基本理论；2加深运算、绘图、编写计算说明书等基本技能的训练；3培养分析问题和解决问题的能力。二、

2、设计任务和要求（一）熟悉、分析有关资料并绘制有关曲线（二）对设计枯水年进行径流调节，求调节流量、保证出力及保证电能（三）绘制年负荷图及电能累计曲线（四）根据电力平衡，确定年调节水电站的最大工作容量（五）考虑并确定水电站可能承担的备用容量，求发出必需容量时水轮机的最大过水能力（六）计算水电站的弃水流量，弃水出力，进行电力系统的经济计算，按经济利用小时数 确定重复容量（七）确定设计水电站的总装机容量值（八）对丰水年、平水年及枯水年进行径流调节，求多年平均年发电量（九）编写计算说明书，并编上必要的图表绘图要求：（1）系统日最大负荷图；（2）年调节水电站下游水位流量关系曲线；（3）年调节水电站水库库容

3、关系曲线；（4）系统各月平均日负荷图及电能累计曲线；（5）年调节水电站弃水出力持续曲线。三、基本资料及数据1、电力系统负荷资料及已有火电站容量资料A、年负荷（年最大负荷的百分比）（单位：万KW）季度冬春夏秋冬月份123456789101112最大负荷96.0493.192.1290.1688.286.2488.291.1492.1294.0896.04982、设计负荷水平年的最大负荷为 98万KW3、典型日负荷图（单位：万KW）月份 小123456789101112172.9970.7667.6266.1864.7464.2065.6667.8567.6269.0670.5074.48270.

4、1167.9667.6266.1864.7462.2863.7065.8267.6269.0670.5071.54370.1167.9667.6266.1864.7460.3761.7463.8067.6269.0670.5071.54470.1167.9668.6067.1465.6858.4559.7861.7768.6070.0671.5271.54572.9970.7669.5868.1066.6260.3761.7463.8069.5871.0672.5474.48674.9172.6271.5470.0268.5064.2065.6667.8571.5473.0674.5876.4

5、4774.9172.6276.4474.8173.1968.0369.5871.9076.4478.0779.6976.44883.5581.0080.3678.6576.9471.8773.5075.9580.3682.0783.7885.26992.2089.3888.2086.3284.4578.5780.3683.0488.2090.0891.9594.081083.5581.0092.1290.1688.2076.6678.4081.0192.1294.0896.0485.261186.4483.7988.2086.3284.4573.7875.4677.9888.2090.0891

6、.9588.201278.7576.3479.3877.6976.0071.8773.5075.9579.3881.0782.7680.361378.7567.3482.3280.5778.8269.9571.5473.9282.3284.0785.8280.361486.4483.7985.2683.4581.6373.7875.4677.9885.2687.0788.8988.201592.2089.3888.2086.3284.4575.7077.4280.0088.2090.0891.9594.081686.4483.7983.3081.5379.7676.6678.4081.0183

7、.3085.0786.8488.201784.5281.9379.3877.6976.0078.5780.3683.0479.3881.0782.7686.241893.1690.3179.3877.6976.0082.4184.2887.0979.3881.0782.7695.061996.0493.1085.2683.4581.6386.2488.2091.1485.2687.0788.8998.002092.2089.3892.1290.1688.2084.3286.2489.1192.1294.0896.0494.082184.5281.9388.2086.3284.4580.4982

8、.3285.0688.2090.0891.9586.242280.6778.2083.3081.5379.7678.5780.3683.0483.3085.0786.8482.322377.7975.4179.3877.6976.0073.7875.4677.9879.3881.0782.7679.382474.9172.6271.5470.0268.5067.0888.6070.8971.5473.0674.5876.444、系统中已有火电站的装机容量为 31.5万千瓦，其机组为2台0万千瓦，2台&.5万千 瓦，6台2万千瓦，及9台X）.5万千瓦。四、计划兴建一座年调节水电站，其原始资料和已

9、知条件:1、坝址处设计代表年的流量资料（单位： m3/s ）月份345678910111212枯水年18438953019418920143713171540平水年18437768529411847802419112433丰水年111494753382197122946415191113（1） 选定正常蓄水位为：180 m。（2） 选定死水位为：164 m。2、该年调节水电站下游水位流量关系曲线水位（m）106106.8107.1108109111112113流量（诙心）046852605401280174022803、该年调节水电站水库库容曲线（单位：水位（m）,库容：108m3）水位110

10、115120125130135140145150库容00.050.20.350.60.951.371.92.5水位155160165170175180185190195库容3.24.055.076.277.69.110.7512.715.1五、电力系统有关经济资料：1、水电站增加千瓦投资 K水=820元/千瓦；2、水电站增加千瓦容量的年费用率 P水=3%；3、额定投资效益系数io=O.12；4、火电站单位电能消耗的燃料费 b=0.4公斤；5、燃料到厂价格为95元/吨；6、a=1 05。六、设计步骤：1、 年调节水电站径流调节与水能计算（确定调节流量、保证出力和保证电能）；2、计算各月日电能累计

11、曲线；3、选择装机容量（1） 确定最大工作容量（设最大工作容量分别为10万千瓦、15万千瓦、20万千瓦三个 值）；（2） 确定系统备用容量（包括系统负荷备用容量、事故备用容量），并在水火电站间进行 分配；（3）确定年调节水电站必须容量（N 必=N水工+N水备）及在正常蓄水位时水轮机的最大过水 能力。（由公式Qmax= N必/（AH）试算得到）（4）确定重复库容a对年调节水电站丰、平、枯三年分别进行径流调节计算，得到个月的平均出力和电能，并按各水头下的最大过流能力检查来水期各月是否有弃水，确定弃水出力；b由丰、平、枯三年的弃水出力排频计算弃水出力持续曲线；c.按书上公式（616）计算重复容量的经

12、济合理工作小时数 h经济；d由弃水出力持续曲线查得 N重。（5）由N装=N必+N重确定装机容量；（ 6）由前面计算得到的丰、平、枯三年的电能，按书上公式（55）计算水电站多年平均年发电量。备注：1 、计算说明书要求条理清楚，书面整洁；2、计算最好要以图表形式给出；3、附图集中附于计算说明书之后；4、16 周星期六（ 12 月 14 日）前完成课程设计并上交。第二章 计算书一、年调节水电站径流调节与水能计算1、调节流量计算水位库容关系曲线库容：io8m/X*-* -4-1614121086420水位库容关系曲线59 o?50? oo?54QT156OC6OC6OC55#Q# oof52流量m3/

13、s25002000150010005000水位流量关系曲线106106.8 107.1108109111112113 水位m由Z死=163m, Z正=175m,则查水库库容曲线得出：V 兴=V 正-V 死=(9.1-4.868) 10=4.232 108 m33663设计枯水年 Q=136.83 m /s , w设年=12X2.63 X0 Xl36.83=4318.4x10 m ；经分析，设当年8月到次年2月为供水期，T枯 =7 2.63 106=18.41 106s;设计枯水年枯水期总量，w 设枯=(20+14+37+13+17+15+40) 263 106 =410.28 106;由公式:

14、W设供+ V兴)Q调二T供式中：W共为供水期来水总量；V兴为兴利库容；T供 为供水期历时;可知:6 6= 45.27m3/s423.2 10410.28 107 乂 2.63江106注：平水年、丰水年的 Q调计算同枯水年算法，分别为53.15m3/s、59.73 m/s。2、由时历列表法计算保证出力及保证水电站保证出力及保证电能计算表（按枯水年）时段（t）月8.009.0010.0011.0012.001.002.00天然来水流量Q天20.0014.0037.0013.0017.0015.0040.00下游综合禾|用需要流量Q由45.2745.2745.2745.2745.2745.2745.

15、27丨游综利用需要流量Q用3. m /s水库供水流量-Q供-25.27-31.27-8.27-32.27-28.27-30.27-5.27水库畜水流量+ Q蓄0.000.000.000.000.000.000.00水库供水量- W供66.3782.1321.7284.7674.2579.5113.84水库畜水量+ W畜弃水量W弃6 310 m0.000.000.000.000.000.000.00时段初库存水量V初910.00843.63761.50739.78655.02580.77500.64时段末库存水量V末843.63761.50739.78655.02580.77500.64486.

16、80时段初上游水位Z初180.00177.67175.00174.23171.05168.04164.66时段末上游水位Z末177.67175.00174.23171.05168.04164.66164.00月平均上游水位Z上m178.84176.34174.62172.64169.55166.35164.33月平均下游水位Z下106.78106.78106.78106.78106.78106.78106.78水电站平均水头H72.0669.5667.8465.8662.7759.5757.55水电站效率h0.850.850.850.850.850.850.85月平均出力N水万kw2.722.

17、632.562.492.372.252.17保证出力N保万kw2.45月发电量E水万 kw -h1985.571916.681869.281814.861729.571641.531585.87保证电能E保万 kw -h12588.369二、选择装机容量1、确定最大工作容量假设三种最大工作容量方案，分别为：0万千瓦、5万千瓦、0万千瓦。由附图供水期各月电能累计曲线计算N 水工 E保，供关系曲线如下表：又由公式:E保，供=N保，年T供万案N （万KW）月份（供水期）EN平均刀N平均E保，供（万kw h）-一-10.00814.210.5910.857923.85921.110.881041.99

18、1.751168.392.851247.801.99135.301.47231.711.32-二二15.00841.221.7221.4715672.19958.182.421084.673.5311118.084.921290.393.77173.033.04249.682.07三20.00879.973.3337.3227245.439106.544.4410141.775.9111180.497.5212155.866.491133.545.56297.574.07根据上表绘制N 水工 E保，供曲线附后。可得：E保，供=12519.5万KWh查N 水工 E保，供曲线可得：N水工“二13.

19、11万kw2、确定系统备用容量（1）水电站负荷备用容量水利动能设计规范中规定，调整周波所需要的符合备用容量，可以采用系统的负荷的5%左右,大型电力系统可采用较小值，因此这里取5%计算，得： N负荷=98 5% =4.9万kw。又因为在系统中，由于火电机组技术特性的限制，火电站担任系统的调频任务比较困难，且单位电能的耗煤率增加，不经济。而水电站在担任调频方面比火电站方便，对系统应付负荷变化有利，且可以降低火电站的单位电能的耗煤率。因此，此系统中的的负荷备用容量全由水电站承担，即：N负备=98 5% =4.9万KW(2) 水电站事故备用容量水利动能设计规范中规定，电力系统的事故备用容量可采用系统最

20、大负荷的10%左右，且不得小于系统中最大一台机组的容量。据此取水电站事故备用容量为系统最大负荷的10%计算得出：N 事故=98 10%= 9.8 万 kw由于电力系统中的事故备用容量要分布在电站上，事故备用容量的使用时间较长，水电站承担事故容量时，要预留一定的事故备用库容，会增大水电站的投资，当算出的V事备大于水库调节库容的 5%时, 才不承担全部事故备用容量。按水利动能设计规范计算，V事备TN事备0.00272 Hmin360 980.00272 8.5 57.5583二 0.26 10 m5%V兴83= 0.21 10 m12所以水电站不适宜承担全部事故备用容量。系统备用容量在水、火电站之

21、间的分配，应根据各电站容量的比重、电站机组可利用的情况、系统负荷在各地区的分布等因素确定。本设计主要依据各电站容量的比重来分配系统备用容量。故有：N水备N水电N事备13.119.8 = 2.8万KW ；N 7水电 + N 7水电13.11+31.5水电站的备用容量为 N水备二N事备-N水备=7.7万kw ；水电站的必需容量为 N必=N水工N了水备=13.11 7.7 = 20.81万kw 。(3) 水电站的重复容量的确定水电站重复容量的设置，要额外增加水电站的投资和年运行费，因此，重复容量需要经过动能经济分析确定。水轮机在正常蓄水位的过水能力可通过公式:Q max试算得到;式中：N必为水电站的

22、必需容量;A为系数;H 为正常蓄水位时上下游水位差;经试算可以得到：Qmax =341.5m3/s。分别对枯水年、平水年、丰水年流量资料进行历时调节计算如下表:水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按丰水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容蓄水量（106m3）出库总流量（m3/s）流量（m3/s）水量（106m3）流量（m3/s）水量（106m3）多余（106m3）不足（106m3）水量（106m3）流量（m3/s）丰水 期3111.00291.5559.73156.88134.660.000.00364.3859.734497.001305.4059.7

23、3156.881148.52859.98327.42423.20387.155753.001977.8059.73156.881820.921820.92693.27423.20753.006382.001003.3559.73156.88846.46846.46322.27423.20382.007197.00517.4359.73156.88360.55360.55137.27423.20197.008122.00320.4459.73156.88163.56163.5662.27423.20122.00994.00246.9059.73156.8890.0190.0134.27423.2

24、094.001064.00168.1059.73156.8811.2211.224.27423.2064.00枯水期1135.0091.9359.73156.8864.95358.2559.731219.0049.9059.73156.88106.98251.2759.73111.0028.8959.73156.88127.99122.7459.73213.0034.1559.73156.88122.740.0059.73合计2298.006035.83716.761882.614575.89422.674152.691581.04平均191.5059.73131.75水库年调节历时列表计算（

25、未计入水量损失，按平水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容畜水量（106m3）出库总流量（m3/s）流量（m3/s）水量（106m3）流量（m3/s）水量（106m3）多余（106m3）不足（106m3）水量（106m3）流量（m3/s）丰水3184.00483.2953.15139.60343.690.000.00364.3853.15期4377.00990.2153.15139.60850.61771.10293.58423.20346.735685.001799.1953.15139.601659.591649.51628.01423.20681.16

26、6294.00772.2153.15139.60632.61632.61237.01423.20290.167118.00309.9353.15139.60170.33170.3361.01423.20114.16枯水期847.00123.4553.15139.6016.15407.0553.15980.00210.1253.15139.6070.520.0070.5226.85407.0580.001024.0063.0453.15139.6076.56330.4853.151119.0049.9053.15139.6089.70240.7953.151211.0028.8953.15139

27、.60110.71130.0853.15124.0063.0453.15139.6076.5652.9353.15233.0086.6853.15139.6052.930.0053.15合计1896.004979.96637.801675.223727.35422.613273.901246.46平均158.0053.15103.87水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按枯水年计算）时段（月）天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃水时段末兴利库容畜水量（106m3）出库总流量（m3/s）流量（m3/s）水量（106m3）流量（m3/s）水量（106m3）多余（106m3）不足（106m3）

28、水量（106m3）流量（m3/s）丰水 期3184.00483.2945.27118.90364.380.000.00364.3845.274389.001021.7345.27118.90902.83844.01321.34423.20366.615530.001392.0845.27118.901273.171273.17484.73423.20530.006194.00509.5545.27118.90390.65390.65148.73423.20194.007189.00496.4245.27118.90377.52377.52143.73423.20189.00枯水 期820.00

29、52.5345.27118.9066.37356.8345.27914.0036.7745.27118.9082.13274.6945.27137.0097.1845.27118.9021.72252.9745.2701113.0034.1545.27118.9084.76168.2145.271217.0044.6545.27118.9074.2593.9645.27115.0039.4045.27118.9079.5113.8445.27240.00105.0645.27118.9013.840.0045.27合计1642.004312.81543.241426.853308.55422.

30、592885.351098.53平均136.8345.2791.5415根据上述三个水平年的历时调节计算及水轮机在正常蓄水位的过水能力计算弃水流量及出力如下表:弃水流量出力计算表时段月份天然来 水流量(m3/s)水轮机最大过 水流量(m3/s)弃水流量(m3/s)弃水流量 排序频率持续 时间平均水头弃水出力(万 kw)枯水年4.00389.00405.00无5.00530.00341.50188.5033/643357111.166.00194.00341.50无7.00189.00341.50无平水年4.00377.00405.00无5.00685.00341.50343.5022/6289

31、070.620.226.00194.00341.50无7.00189.00341.50无9.0080.00341.50无丰水年4.00497.00405.0092.0044/6578071.25.465.00753.00341.50411.5011/6144570.424.166.00382.00341.5040.5055/6722571.62.427.00189.00341.50无8.00122.00341.50无9.0094.00341.50无10.0064.00341.50无将上述弃水出力计算表换算成弃水出力年持续曲线(见附图)，根据重复容量与火电站的经济小时数对比可确定出重复容量。火电

32、站的经济小时数为：h经济 _k水A/p, is, n p水 /(af)=820 0.1204 0.03/(1.05 0.038) = 3091 h根根据弃水出力持续曲线可查得：N重=19.61万kw综上可得水电站的装机容量为：N装二N必 N重=20.81 19.61二40.42万KW。三、计算多年平均年发电量对三个水平年的水文资料分别进行发电量计算，求取平均值可得多年平均发电量，有：E平均=2630338 万 KW h三个水平年的发电量计算具体见如下表：16水电站枯水年发电量计算表时段（t）月123456789101112天然来水流量Q天15.0040.00184.00389.00530.00

33、194.00189.0020.0014.0037.0013.0017.00下游综合利用需要流量 Q用3. m /s45.2745.2745.2745.2745.2745.2745.2745.2745.2745.2745.2745.27水库供水流量- Q供30.275.2725.2731.278.2732.2728.27水库蓄水流量+ Q蓄138.7322.390.000.000.00水库供水量- W供79.5113.84W66.3782.1321.7284.7674.25水库蓄水量+ W蓄364.3858.820.000.000.00弃水量W弃0.00844.011273.17390.6537

34、7.52时段初兴利库容存水量V兴初6 310 m93.9713.840.00364.38423.20423.20423.20423.20356.83274.70252.98168.22时段末兴利库容存水量V兴末13.840.00364.38423.20423.20423.20423.20356.83274.70252.98168.2293.97时段初库存水量V初580.77500.64486.80851.18910.00910.00910.00910.00843.63761.50739.78655.02时段末库存水量V末500.64486.80851.18910.00910.00910.009

35、10.00843.63761.50739.78655.02580.77时段初上游水位Z初168.04164.66164.00178.00180.00180.00180.00180.00177.67175.00174.23171.05时段末上游水位Z末164.66164.00178.00180.00180.00180.00180.00177.67175.00174.23171.05168.04月平均上游水位Z上m166.35164.33171.00179.00180.00180.00180.00178.84176.34174.62172.64169.55月平均下游水位Z下106.68106.68

36、106.68108.38108.96107.72107.69106.68106.68106.68106.68106.68水电站平均水头H59.6757.6564.3270.6271.0472.2872.3172.1669.6667.9465.9662.87水电站效率h0.850.850.850.850.850.850.850.850.850.850.850.85月平均出力N水万kw2.252.182.432.672.682.732.732.722.632.562.492.37月发电量 E水万 kw -h1644.291588.621772.421946.031957.601991.771992

37、.601988.331919.441872.041817.621732.33年发电量E年万 kw -h22223.07水电站平水年发电量计算表时段（t）月123456789101112天然来水流量Q天24.0033.00184.00377.00685.00294.00118.0047.0080.0024.0019.0011.00下游综合利用需要流量 Q用m /s53.1553.1553.1553.1553.1553.1553.1553.1553.1553.1553.1553.15水库供水流量- Q供29.1520.156.1529.1534.1542.15水库蓄水流量+ Q蓄130.8530.

38、270.000.000.00水库供水量- W供76.5652.9316.150.0076.5689.70110.71水库蓄水量+ W蓄343.6979.510.000.000.00弃水量W弃0.00771.101659.59632.61170.33时段初兴利库容存水量V兴初6 310 m130.0852.930.00364.38423.20423.20423.20423.20407.05407.05330.49240.79时段末兴利库容存水量V兴末52.930.00343.69423.20423.20423.20423.20407.05407.05330.49240.79130.08时段初库存

39、水量V初616.88539.73486.80851.18910.00910.00910.00910.00893.85893.85817.29727.59时段末库存水量V末539.73486.80830.49910.00910.00910.00910.00893.85893.85817.29727.59616.88时段初上游水位Z初169.58166.36164.00177.30180.00180.00180.00180.00179.46179.46176.91173.78时段末上游水位Z末166.36164.00177.30180.00180.00180.00180.00179.46179.4

40、6176.91173.78169.58月平均上游水位Z上m167.97165.18170.65178.65180.00180.00180.00179.73179.46178.19175.35171.68月平均下游水位Z下106.68106.68106.68108.38108.96107.72107.69106.68106.68106.68106.68106.68水电站平均水头H61.2958.5063.9770.2771.0472.2872.3173.0572.7871.5168.6765.00水电站效率h0.850.850.850.850.850.850.850.850.850.850.850.85月平均出力N水万kw2.722.592.843.113.153.203.203.243.233.173.042.88月发电量 E水万kwh1982.911892.652069.622273.442298.352338.472339.442363.382354.652313.402221.522102.94年发电量E年万 kw-h26550.78水电站丰水年发电量计算表时段（t）月123456789101112天然来水流量Q天11.0013.00111