年調(diào)節(jié)水電站裝機(jī)容量的選擇課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　水資源規(guī)劃及利用課程設(shè)計(jì)</p><p>　　一 、課程設(shè)計(jì)題目：年調(diào)節(jié)水電站裝機(jī)容量的選擇課程設(shè)計(jì)</p><p>　　二 、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)：</p><p>　　1、水電站的保證出力及相應(yīng)的枯水期的保證電能。</p><p>　　2、水電站的最大工作容量</p><p>　　3、選擇水電

2、站的備用容量</p><p><b>　　4、重復(fù)容量的選擇</b></p><p>　　5、水電站多年平均發(fā)電量：（p=50%）</p><p>　　6失球水電站的裝機(jī)容量及機(jī)組臺數(shù)（設(shè)單機(jī)容量為5萬KW）</p><p>　　7、繪制設(shè)計(jì)圖紙和編寫設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　三 、設(shè)計(jì)過程

3、和設(shè)計(jì)說明</p><p>　?。ㄒ唬┯?jì)算水電站的保證出力及相應(yīng)枯水期的電能值</p><p>　?。?）利用同倍比放大法對典型年各月平均流量進(jìn)行放大 </p><p>　　表1 典型年各月平均流量</p><p>　　有資料可知，該水庫 =90%的年入庫平均流量為170，典型年平均流量177，因此同倍比放大倍比：</p>&l

4、t;p><b>　　K===0.96</b></p><p>　　其中為設(shè)計(jì)頻率為P的年入庫平均流量 ，為典型年入庫平均流量，下表為放大后的典型年各月平均流量</p><p>　　表2 放大后的典型年各月平均流量</p><p>　　其計(jì)算公式為=K，其中，為放大后的各月平均流量，放大之前的各月平均流量。</p><p

5、><b>　　（2）計(jì)算興利庫容</b></p><p>　　表3 水庫水位-容積曲線表</p><p>　　根據(jù)資料給出的表3，繪制水庫水位-容積曲線的關(guān)系，其繪制見附表一，由已知已給出正常蓄水位為166m和死水位147m，查附表一水庫水位-容積曲線可知V=15.35x10m，V=7.49x10m因此，可計(jì)算興利庫容：</p><p>

6、　　V= V- V=15.35x10-7.49x10=7.86 x10m</p><p><b>　　（3）計(jì)算調(diào)節(jié)流量</b></p><p>　　由資料可知，該水電站供水期為1、2、9、10、11、12月，汛期為4、5、6、7、8月，其中供水期擔(dān)任峰荷，汛期擔(dān)任基荷，因此，供水期總的天然來水量（由表2放大后典型年各月平均流量可知）：</p><

7、p>　　W=（118+129+102+94+98+84）x 2.63 x 10=16.44 x 10m</p><p>　　假設(shè)在供水期把水庫的存水全部用來發(fā)電，直到水庫水位降至死水位，因此，水庫的調(diào)節(jié)流量：</p><p>　?。?）計(jì)算供水期的平均水頭和上游平均水位</p><p>　　供水期水庫的平均蓄水量：</p><p>　　

8、由查附表一水庫水位-容積曲線表可知，上游水庫平均水位m，有資料可知，下游的平均水庫水水位，因此，供水期的平均水頭為：</p><p>　　（5）計(jì)算水電站的保證出力和其相應(yīng)的電能</p><p>　　因?yàn)槠錇槟暾{(diào)節(jié)水電站，一般為中型水電站，因此，取水電站出力系數(shù)K=8.5 ，因此，水電站的保證出力為：</p><p>　　水電站供水期的發(fā)電量：</p>

9、<p><b>　　（億KW）</b></p><p>　　其中，30.4為一個(gè)月的平均天數(shù)，24為一天平均小時(shí)數(shù)</p><p>　　枯水期的保證電能值：</p><p><b>　?。▋|KW）</b></p><p>　?。ǘ?、計(jì)算水電站的最大工作容量</p>&l

10、t;p>　?。?） 由在第一個(gè)任務(wù)中，已經(jīng)計(jì)算出水電站的保證電能值為（億KW）</p><p>　?。?）由資料繪出年調(diào)節(jié)水電站年最大負(fù)荷曲線圖（附表二）和各月典型日負(fù)荷圖和日電能累計(jì)曲線（附表三）。</p><p>　?。?）在系統(tǒng)年最大負(fù)荷圖上假設(shè)5個(gè)水電站最大工作容量，在附圖二中，分別為=10（萬KW）、 =20(萬KW)、 =30（萬KW）、 =40（萬KW）、

11、=50（萬KW）五個(gè)不同的方案，在附圖二中已經(jīng)標(biāo)出，為使水、火電站最大工作容量之和最小，且等于系統(tǒng)的年最大負(fù)荷，讓該電站供水期為（1、2、9、10、11、12）擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷，汛期（3、4、5、6、7、8）擔(dān)任系統(tǒng)的基荷，，且每個(gè)方案，以相應(yīng)的水平線作為供水期水、火電站在電力系統(tǒng)年負(fù)荷圖上工作位置的分界線，見附圖二分別為①、②、③、④、⑤線。</p><p>　　（4）對于方案一，即 ，由水平線 ①確定該方案所對

12、應(yīng)的水電站在供水期各個(gè)月份的峰荷出力，在附表二中所示 、 、、、、；將該水電站相應(yīng)的位置繪在相應(yīng)月份的典型日負(fù)荷圖上，并根據(jù)各月的峰荷出力在日電能累計(jì)曲線上定出相應(yīng)的水電站日發(fā)電量（i=1，2, 9, 10, 11，12）。</p><p>　　表4 各方案中供水期各月的峰荷出力/萬kW</p><p>　　表5 各方案中供水期各月日發(fā)電量/萬kW</p>&l

13、t;p>　?。?）將供水期各月分的水電站日發(fā)電量除以24h，即得各個(gè)月份水電站的月平均出力值，就是由方案一確定的供水期各月水電站的平均出力，其總面積代表方案一所要求的供水期保證電能：</p><p><b>　?。ㄈfkwh）</b></p><p>　　同理，其他方案的供水期的保證電能值分別列如下表：</p><p>　　表6 各個(gè)方案

14、供水期的保證電能值</p><p>　?。?）確定供水期水電站的最大工作容量，根據(jù)表6供水期的保證電能值和水電站各個(gè)最大工作容量方案的關(guān)系曲線，見附表四，然后根據(jù)前面所求出的水電站在設(shè)計(jì)枯水年供水期的保證電能值=3.76（億KW)，即可以從附表四中讀出年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量:</p><p><b>　　=22萬KW)</b></p><p&g

15、t;　?。ㄈ┧娬镜膫溆萌萘康拇_定</p><p>　?。?）負(fù)荷備用容量的確定</p><p>　　根據(jù)（DL/T5015—1996）《水利水電工程動能設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，調(diào)整周波所需要的系統(tǒng)負(fù)荷備用容量，可采取系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%~5%，大系統(tǒng)用比較小比例值，小系統(tǒng)用比較大比例值。因?yàn)樨?fù)荷備用容量是防備當(dāng)期恰好在計(jì)劃負(fù)荷的尖峰時(shí)刻出現(xiàn)時(shí)，實(shí)際負(fù)荷尖峰將更高，又因?yàn)樵撃暾{(diào)節(jié)水電站設(shè)計(jì)水平年

16、電力系統(tǒng)的最高負(fù)荷為100（萬KW）（在12和1月），并且該水電站為年調(diào)節(jié)水電站，比較大型，因此，采取系統(tǒng)最大負(fù)荷的4%，即負(fù)荷備用容量為：</p><p>　　=100x4%=4（萬KW）</p><p>　　因?yàn)樵撍娬緸槟暾{(diào)節(jié)水電站，可以擔(dān)任負(fù)荷備用調(diào)頻任務(wù)，同時(shí)，由于火電站機(jī)組特性的限制，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)通常比較困難，且單位電能的耗煤率增加，常常是不經(jīng)濟(jì)的，因此，對相關(guān)因素的綜合考

17、慮，選定水電站所應(yīng)該全部承擔(dān)負(fù)荷備用容量，因此，水電站的負(fù)荷備用容量為：</p><p>　　==100x4%=4（萬KW）</p><p>　?。?）事故備用容量的確定</p><p>　　根據(jù)（DL/T5015—1996）《水利水電工程動能設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，電力系統(tǒng)事故備用容量采用系統(tǒng)最大負(fù)荷的10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機(jī)組的容量。因此，系統(tǒng)的事故備用容

18、量為：</p><p>　　=100x10%=10(萬KW)</p><p>　　初步分析時(shí)，水電站事故備用容量可按水、火電站最大工作容量的比例來分配，進(jìn)而得到水電站的事故備用容量為;</p><p><b>　　(萬KW)</b></p><p>　　（3）檢修備用容量的確定</p><p>　

19、　從附圖二中可以計(jì)算出系統(tǒng)最大負(fù)荷水平線與負(fù)荷曲線之間的檢修面積F檢=1.825億kW·h。由于基本資料不足，不能判斷F檢是否足夠大，故在本說明書中不設(shè)置檢修備用容量。故取水電站檢修備用容量</p><p>　　(4)水電站的備用容量的確定</p><p>　　通過上面的計(jì)算，可得水電站的備用容量為：</p><p>　　=++=4+2.17+0=6.17

20、（萬KW）</p><p>　?。ㄋ模┲貜?fù)容量的確定</p><p>　　（1）繪制棄水出力年持續(xù)曲線</p><p>　　表7水電站每年棄水流量及其年持續(xù)時(shí)間關(guān)系</p><p>　　在汛期水庫雖已蓄滿，但河中天然來水仍可能超過綜合利用各部門所需的流量，此時(shí)不完全年調(diào)節(jié)水庫的容積較小，故會出現(xiàn)棄水。所以發(fā)生棄水時(shí)水庫的上游水位一直保持在正常

21、蓄水位即，而下游平均水位，故棄水期水庫的平均水頭。然后再利用水電站處理公式：</p><p>　　N=9.81H=KQH</p><p>　　其中，K為水電站的出力系數(shù)，取K=8.5，Q為平均棄水量，H上下游水頭差，因此，可得每年的棄水時(shí)水電站出力值與其持續(xù)時(shí)間關(guān)系，見表8：</p><p>　　表8 棄水時(shí)水電站出力值與持續(xù)時(shí)間關(guān)系</p>&l

22、t;p>　　由表8中的為縱坐標(biāo)和h為橫坐標(biāo)繪制水電站棄水出力年持續(xù)曲線（見附表五）</p><p>　?。?）計(jì)算水電站平均每年合理經(jīng)濟(jì)工作時(shí)間</p><p>　　根據(jù)動能經(jīng)濟(jì)公式計(jì)算，只有當(dāng)可節(jié)省火電站燃料年費(fèi)用B大于或等于額外設(shè)置的重復(fù)容量時(shí)，額外設(shè)置才是有利的。由資料可知，燃料費(fèi)f=0.015元/度，補(bǔ)充機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)率P水=4%；投資效率系數(shù)is=0.10；補(bǔ)充單位千瓦投資k

23、水=350元/KW；重復(fù)容量設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命n=25;系數(shù)。則由水電站平均每年經(jīng)濟(jì)合理的工作小時(shí)數(shù)計(jì)算公式得：</p><p>　　（3）重復(fù)容量的確定</p><p>　　根據(jù)=3337h和表8中的為縱坐標(biāo)和h為橫坐標(biāo)繪制水電站棄水出力年持續(xù)曲線（見附表五）查出重復(fù)容量為：</p><p><b>　　=2.9（萬KW）</b></p&g

24、t;<p>　　（五）采用設(shè)計(jì)中水年法水電站多年平均發(fā)電量的確定</p><p>　?。?）確定供水期和供水期的調(diào)節(jié)流量</p><p>　　由資料可知，按年徑流量頻率p=50%各月來水量為：</p><p>　　表9 p=50%各月來水量</p><p>　　假設(shè)9~3月為供水期，則其供水期總來水量為：</p>

25、<p>　　=（222+196+167+154+133+123+149）x2.63x=3008.72x</p><p><b>　　則其調(diào)節(jié)流量為;</b></p><p>　　把其與9~3月7個(gè)月進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)9月流量=222＞=206.1，因此，假設(shè)不符合，再一次假設(shè)10~3月為供水期，用同樣的方法，可得=203.5，在進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)Q＜，因此，假設(shè)符

26、合要求，供水期為10～3月份，且供水期的調(diào)節(jié)流量為=203.5</p><p>　?。?）確定蓄水期和蓄水起的調(diào)節(jié)流量</p><p>　　1、 方案一，假設(shè)5、6、7三個(gè)月為蓄水期，根據(jù)表9的對應(yīng)來水量，計(jì)算三個(gè)月來水量為：</p><p>　　=（383+663+380）x2.63x=3750.38x</p><p><b>　

27、　蓄水期的調(diào)節(jié)流量</b></p><p><b>　　==375.5</b></p><p>　　把與5、6、7月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=375.7﹤Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期。其余月份（4、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。</p><p>　　2、 方案二，假設(shè)5、6月份為蓄

28、水期，根據(jù)表9的對應(yīng)來水量，計(jì)算兩個(gè)月的來水量為；</p><p>　　=（383+663）x2.63x=2750.98 x</p><p>　　蓄水期的調(diào)節(jié)流量為：</p><p><b>　　==373.5</b></p><p>　　把與5、6月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=375.7﹤Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期

29、。其余月份（4、7、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。</p><p>　　3、方案三，假設(shè)6月份為蓄水期，根據(jù)表9的對應(yīng)來水量，計(jì)算兩個(gè)月的來水量為；</p><p>　　=663x2.63x=1743.69 x</p><p>　　蓄水期的調(diào)節(jié)流量為：</p><p><b>　　==

30、364</b></p><p>　　把與6月份進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)=364.1﹤Q，因此與假設(shè)相符，5、6、7月為蓄水期。其余月份（4、5、7、8和9月份）為不蓄不供期，水電站按天然流量發(fā)電，即水電站引用流量等于入庫流量。</p><p>　　（3）確定水電站的平均水頭和保證出力</p><p>　　表10 方案一按等流量調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表</p>

31、;<p>　　表11 方案二按等流量調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表</p><p>　　表12 方案三按等流量調(diào)節(jié)方式水能計(jì)算表</p><p>　　上面的表格以表格10為說明，在方案一中4、8和9月份為不供不蓄期，即天然來水流量等于水電站調(diào)節(jié)流量，而在4月份水庫已被供水期放空，故4月份水庫水位為死水位147m；在8和9月份水庫已被蓄水期蓄滿，故在這兩個(gè)月中水庫水位一直保持在正常蓄

32、水位166m。此外，蓄水期和供水期的水庫平均水位可取供水期平均蓄水量對應(yīng)的水庫水位求得，在前面已求得為157.6m</p><p>　?。?）水電站多年平均年發(fā)電量的估算</p><p>　　將各時(shí)段的平均出力乘以時(shí)段的小時(shí)數(shù)t（一個(gè)月的小時(shí)數(shù)為730h），得到各時(shí)段的發(fā)電量Ei，再將各時(shí)段發(fā)電量相加，所得設(shè)計(jì)中水的年發(fā)電量E中，即可作為水電站多年發(fā)電量的估算值。</p>&

33、lt;p>　　同理可得方案二的水電站多年發(fā)電量：</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　?。?）三種方案之間的比較</p><p>　　從上列表格及發(fā)電能值得分析，三種方案發(fā)電量相差不大，而且，第一種方案在7月份有棄水，且連續(xù)三個(gè)月蓄水，有可能影響下游航運(yùn)和其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水要求，至于第二種方案，也有著第一

34、種方案的缺點(diǎn)，但相對于第一種方案，第二種稍微好一點(diǎn)，而且，第一第二種方案都有著同樣的致命的缺點(diǎn)，那就是在五月開始蓄水，到了六月如果突然來了一場暴雨，可能你會產(chǎn)生大量的洪水，則有可能會潰壩，進(jìn)而嚴(yán)重的影響大壩和下游地區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。而第三種方案，相對于第一種方案和第二種方案較好，發(fā)電量也差不多，又能滿足下游綜合用水要求，對于突然來的暴雨也相對有保障很多，因?yàn)槲逶路菀呀?jīng)把水放空啦，所以，綜合各方面的的因素，第三種方案最好 ，即只在六月

35、份蓄水。</p><p>　?。┧娬镜难b機(jī)容量和機(jī)組臺數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)以上求得水電站最大工作容量、備用容量、和重復(fù)容量，即可得到水電站裝機(jī)容量的初選值，即</p><p>　　=++=22+6.17+2.9=31.07（萬KW）</p><p>　　機(jī)組臺數(shù)，由資料可知，單機(jī)容量為5萬KW，因此，機(jī)組臺數(shù)n</p