水利动能计算

1FCD14020FCD水利水电工程初步设计阶段水利动能设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年8月2水电站技术设计阶段水利动能设计大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月3目次1.引言.......................................................42.设计依据文件和规范..........................................43.设计基本资料................................................44.水利水能计算.................................................65.洪水调节计算.................................................86.电力电量平衡................................................107.正常蓄水位选择..............................................118.死水位选择..................................................129.装机容量选择................................................1310.应提供的设计成果............................................1541引言工程位于，是以为主，等综合利用的水利水电枢纽工程。正常蓄水位m，最大，m，死水位m，总库容m3，调节库容m3，电站总装机容量MW，年发电量kWh。灌溉面积km2。通航t级船队(舶)。本工程可行性研究报告于年月审查通过，选定坝址为。2设计依据文件和规范2.1有关工程主要文件(1)工程可行性研究报告；(2)工程可行性研究报告审批文件；(3)工程初步设计任务书；(4)有关部门的协议文件。2.2主要设计规范(1)DL5021－93水利水电工程初步设计报告编制规程；(2)DL/T5015－1996水利水电工程动能设计规范；(3)水电建设项目经济评价实施细则；(4)SL72－94水利建设项目经济评价规范；(5)SDJ12－78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)及补充规定；(6)SDJ217－87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)；(7)水电建设项目财务评价暂行规定(试行)；(8)建设项目经济评价方法与参数(第二版)。3设计基本资料3.1水文资料(1)径流资料。提示：(1)无调节或日调节水电站采用逐日平均流量，年、季调节以上的水电站采用历年逐月的平均流量资料，必要时汛期或河道流浚至封冻时期需采用旬、日的流量资料。5(2)当上游有水库调节或工农业用水时，需将实测径流还原为天然径流，扣除设计水平年上游工农业用水并计入回归水，求出设计径流。当上游在设计水平年有调节能力大的水库投入时，应考虑其对设计径流的影响。(2)水库水位与库容、面积关系曲线。提示:(1)原始库容、面积曲线一般由(110000)库区地形图量算而得；不同淤积水平年的库容曲线和面积曲线由水库泥沙专业人员提供；(2)在多沙河流上并要考虑不同时期水库泥沙淤积对原始库容面积曲线的影响所引起的变化。(3)水库蒸发、渗漏损失。(4)下游水位与流量关系曲线。(5)综合利用各部门用水过程线(发电除外)。提示:应分为坝上取水和坝下取水两部分。(6)洪水资料：各种频率的洪峰流量及洪水过程线。(7)永久泄洪建筑物及其泄流曲线。3.2社会调查资料3.2.1地区社会经济概况收集工程影响地区的社会经济现状和发展规划资料，包括人口、土地、矿产、水资源、能源等以及自然灾害、工农业生产、交通运输业状况及发展规划。3.2.2电力发展的要求3.2.2.1收集电力系统现状及发展规划资料：(1)负荷资料：负荷现状及发展资料的负荷特性，各负荷水平年的各月最大负荷、平均负荷和典型日负荷曲线；(2)电源资料：主要包括现有、在建和拟建的各类电站的地区分布、装机规模、运行特性(各月出力、调峰能力、煤耗曲线等)、发电经济指标以及待建电站的投资、年运行费等；(3)电网资料：主要有网络结构及其发展、供电经济指标、新建输电线路的投资及费用等。3.2.3综合利用要求(1)防洪：防护对象、现有设施及其标准，对本工程的要求；(2)灌溉：灌区范围：面积、保证率、用水量及年内分配、取水地点、取水方式和高程；6(3)城镇和工业供水：供水现状和规划需水量、保证率、年引水量及过程线，取水口位置和高程；(4)航运及过木：航道及货运量现状和规划、通航季节、船舶规模、吃水深度以及对流量、水位的要求；(5)其它：渔业、旅游、环境保护等要求。4水利水能计算4.1选择发电保证率和设计代表年4.1.1选择发电设计保证率提示:(1)根据系统中的水电容量比重、水电站的规模和在电力系统中的任务和作用以及径流特性、水库调节性能、系统负荷特性等参照下表按水电站群统一选用。水电站设计保证率表电力系统中水电容量的比重，%2525～5050水电站设计保证率，%80～9090～9595～98(2)选择设计保证率时，应以保证率以外特枯水年水电站(群)的不足出力可以用系统中火电站全部事故备用容量的50%弥补为限，否则须提高设计保证率；(3)年或多年调节水库通常采用年保证率，季调节和径流式电站则采用历时保证率。4.1.2选择设计代表年提示:(1)可以用丰、平、枯三个代表年或用丰、平、枯、平偏丰及平偏枯五个代表年。一般应采用长系列径流资料进行计算；(2)水量选年法(年水量选年或蓄水期水量、供水期水量、供水期调节流量选年)精度较差。出力选年法(即用供水期的出力选年)精度较高，故以发电为主者常采用。4.2保证出力计算提示:(1)保证出力计算有按流量(等流量或变流量)调节计算和按出力(等出力或变出力)调节计算两种。以发电为主初设阶段常采用精度较好的按出力调节计算的方法。一般常用的等出力的调节计算方法如下：先假设一个保证出力值N保，再逐月假设调节流量Q调，按N=AQ调H计算各月出力N(其中H为净水头，A为系数，初算可取8.3～8.5，初设阶段可根据可研阶段机组选取)，使其等于N保。当计算至供水期末，水库水位正好降到死水位时，则所假设的N保即为所求的保证出力。否则，则需重新假设N保，重新进行上述试算过程。见下表。7保证出力计算表(等出力调节)年月入库流量m3/s调节流量m3/s水库蓄放m3/(s月)水库蓄水量上游水位m下游水位m水头m出力MW月末m3/(s月)水中m3/(s月)水库的调节性能好的水电站在装机容量选择时，常采用更适应电力系统负荷季节性变化的变出力调节计算，即水电站按系统负荷要求发出各月的出力。其计算表格同上表；(2)在实际工作中，常遇到的情况是水电站放水既要满足下游综合利用用水要求，又要满足系统用电要求。这时应对不同月份按控制的要求下泄流量。4.3多年平均发电量计算提示:可以用代表年和长系列径流资料计算多年平均发电量。取各代表年发电量的均值或者取长系列发电量的均值做为多年平均发电量。4.4水电站群的补偿调节计算提示:水电站群的补偿调节，有水量补偿调节和出力补偿调节两种。其目的是为了提高系统中水电站群的综合效益。补偿调节可以使水电站的部分季节性电能转化为保证电能，从而提高水电站群总的发电效益。4.4.1选择补偿水库的条件(1)调节库容大，调节性能好者；(2)调节性能相同时，优先选用综合利用要求简单者；(3)调节性能和综合利用要求相同时，优先选用水头高、距用电中心较近或单位投资低者。提示:补偿电站可以是一个或几个。4.4.2补偿调节计算方法提示:通常采用时历法列表计算。既可按等出力，也可按变出力进行计算。方法步骤如下：(1)对被补偿电站利用本身的调节库容进行调节计算，用N=AQH公式求出各月平均出力N被；8(2)假定一个水电站群的总保证出力N总，扣除各月的N被，即得各月所需的补偿出力N补；(3)补偿水库按照各月的N补放水发电；(4)若补偿水库的综合利用要求都能满足，且到补偿期末其水位仍恢复至补偿起始水位，则所假定的N总即为所求之总保证出力。否则需重新假定N总，再进行计算；(5)对设计水电站不同特征值方案所计算出的水电站群总保证出力及各水电站逐月的平均出力，作为方案比较的基本资料。以上为无水利联系的水电站群补偿调节计算。若是有水利联系则计算要复杂些。当补偿电站处于被补偿电站下游时，被补偿电站的调节计算与无水利联系的一样，而下游电站的入库流量需根据上游电站的下泄流量进行修正。当补偿电站处于上游时，下游被补偿电站的入库流量受上游补偿电站发电的影响，计算就比较复杂了。5洪水调节计算提示:以发电为主的水库，洪水调节的主要任务是：(1)提供泄洪建筑物设计依据；(2)选择洪水起调水位(一般以正常蓄水位为起调水位)；(3)确定各种标准的防洪库容和相应水位。5.1设计依据5.1.1水工建筑物的设计洪水标准：按SDJ12－78及补充规定和SDJ217－87的有关规定确定。5.1.2下游防洪要求、上游重要厂矿防洪要求、防护对象、防洪标准和允许泄量。5.1.3水库防洪运用方式，要确保水库的安全和实现下游防洪的要求。提示:(1)下游若无防洪要求，防洪运用方式比较简单，水库超过一定水位即可敞开泄洪设施泄洪，保证水库安全。下游若有防洪要求，则需拟定合理的水库运用方式，既要满足下游防洪要求，又要确保大坝安全，故需有控制的泄流。水库需确定防洪限制水位和防洪高水位。(2)调洪计算中，当来水流量大于一定防洪标准或库水位超出某个限制时，下泄量即不受限制。此时下泄量突然加大很多。当考虑对下游堤防和消能设施有不利影响时，应采用逐步加大泄量的方式。(3)水库最大泄量，不应超过最大入库流量。当利用预报腾空库容或对双峰型洪水的后峰腾空库容时，泄量可适当大于入库流量。5.1.4汛期防洪限制水位选择9提示:(1)汛期防洪限制水位是汛期允许兴利蓄水的上限水位，并作为洪水的起调水位。要考虑对发电、水库淹没、泥沙冲淤及淤积部位、水库寿命、枢纽布置及水轮机运行条件等的影响，通过不同方案的效益和费用比较，综合分析确定。(2)根据水情规律有时可分期逐级提高汛期限制水位以提高水库的发电效益；(3)汛期限制水位与正常蓄水位关系密切，两者常结合进行选择；(4)在防洪、淹没、泥沙、枢纽布置等条件不变或相近的情况下，汛期限制水位选高些对发电和水轮机运行有利(其上限为正常蓄水位)。5.2洪水调节计算方法提示:用不稳定流进行洪水调节是严格的方法，但在实际工程设计中，采用简化的方法也能满足设计要求。故可按照“列表试算法”(见下表)编成电算程序进行计算。计算步骤如下：水库调洪计算表时间入库泄量水库蓄水水库水库平均流量时段初时段末平均量变化蓄水量水位tQq1q2qVQqt()VZdhm3/sm3/sm3/sm3/sm3m3m3(1)已知初始时间t1、入库流量Q1、起调水位Z1和初始的水库蓄水量V1及时段初的泄量q1；(2)假设时段末的泄量q2，算出平均泄量q、水库蓄水量变化V、时段末的水库蓄水量V2，并根据V2查出时段末的Z2，根据Z2查出q2；(3)如计算的q2等于假设的q2则该时段的计算完毕；如不相等则需重新假设q2进行计算；(4)以上述时段末的q、V、Z做为第2个时段的初始值，继续进行计算；(5)计算出水库最高水位，它与起调水位间的库容即所需的防洪库容。5.3洪水调节计算成果(1)水库设计洪水位、校核洪水位、防洪高水位及汛期限制水位；(2)水库调洪库容和防洪库容；(3)设计洪水时最大泄量及相应下游水位；校核洪水时最大泄量及相应下游水位；(4)水库淹没征地和移民要求的调洪成果。106电力电量平衡6.1电力电量平衡的原则电力电量平衡要求全电力系统在电力、电量和调峰能力方面都达到供需平衡。电力电量平衡