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1、水利水能规划 总 复 习 主要内容 n 水资源的综合利用 n 兴利调节 n 洪水调节 n 水利水电经济计算与评价 n 水能计算及水电站在电力系统中的运行方式 n 水电站及水库的主要参数选择 n 水库群的水利水能计算 n 水库调度 绪论 n 水资源的涵义和特点 w 流动性 w 多用途性 w 公共性 w 永续性 w 利与害的两重性 n 我国的水资源和水能资源 w 我国水资源的分布特点 n 地区分布不均匀 n 年内分布不均匀 n 年际变化大 水资源的综合利用 n 水力发电 —— 只利用水并不消耗水量 n
2、 灌溉 —— 消耗大量水量，用水年内变化大，有季节性 n 航运 —— 不消耗水量，要求有一定的水深 n 给水 —— 用水较均匀 n 防洪 —— 要求水库蓄水，以调节径流 水力发电 n 基本原理 n 水力发电的任务 w 利用这些被无益消耗掉的水能来生产电能 n 河川水能资源蕴藏量 w 落差和流量 河川水能资源的基本开发方式 n 坝式（dam hydropower station） w 坝后式水电站—— 厂房布置在坝的后面 w 河床式水电站—— 厂房成为挡水建筑物一部分 n 引水式（diversion hydro
3、power station ） w 有压引水式 w 无压引水式 n 混合式（mixed hydropower station ） w 当河段上游坡降较缓且有筑坝建库条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采用混合式开发较经济 防洪与治涝 n 洪灾与涝灾的区别和联系 w 洪灾 n 由于江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决，使客水入境而造成的灾害。除对农业造成重大灾害外，还会造成工业甚至生命财产的损失 w 涝灾 n 由于本地降水过多，地面径流不能及时排除，农田积水超过作物耐淹能力，造成农业减产的灾害 w 共同的特点 n 均为地表积水
4、或径流）过多 灌水方法 n 地面灌溉 w 投资省、技术简单，但用水量较大，易引起地表土壤板结 n 地下灌溉 w 土壤湿润均匀，避免板结，节约用水，但资金及田间工程量较大 n 喷灌 w 省水、增产，但投资较高且需要消耗动力，灌水质量受风力影响较大 n 滴灌 w 省水、省地、省肥，但投资较高 水库特性 n 水库面积特性 n 水库容积特性 n 水库的特征水位和特征库容 n 死水位（Z死）和死库容（V死） n 正常蓄水位（Z蓄）和兴利库容（V兴） n 防洪限制水位（Z限）和结合库容（V结） n 设计洪水位（Z设洪）和拦洪库容（V拦）
5、n 校核洪水位（Z校核）和调洪库容（V调洪） n 总库容（V总）和有效库容（V效） n 坝顶高程 水库的水量损失 n 蒸发损失 n 渗漏损失 w 通过坝身及水工建筑物止水不严实处的渗漏损失 w 通过坝基及绕坝两翼的渗漏损失 w 由坝底、库边流向较低水层的渗漏损失 n 结冰损失 水库淤积及淹没、浸没 n 水库淤积 w 纵向淤积形态 w 横向淤积形态 n 水库淤积防治 w 水力排沙 w 水力冲刷 w 机械清淤 n 水库淹没区的划分 w 经常淹没区—— 正常蓄水位以下库区 w 临时淹没区—— 正常蓄水位以
6、上一定标准的洪水回水和风浪、冰塞壅水等淹没地区 设计保证率 n 工作保证率 w 年保证率 n 多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比 n 蓄水式电站、灌溉用水等采用 n w 历时保证率 n 多年期间正常工作历时（日、旬、月）占总历时的百分比 n 径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用水部分采用 兴利调节计算 n 径流调节计算的基本依据 ——水量平衡原理 · 水库兴利调节计算的课题 n 根据用水要求，确定兴利库容——时历列表法 n 根据兴利库容，确定设计保证率条件下的供水水平（调节流量） n
7、根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程 多年调节计算 n 多年调节水库兴利库容 w 多年库容V多 —— 调整年际径流 n 概率法计算 w 年库容V年 —— 调节年内径流 n 时历法计算 洪水调节 n 任务 w 当水库有下游防洪任务时，其作用主要是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量 w 若水库是防洪与兴利相结合的综合利用水库，则除了滞洪作用还有蓄洪作用 n 影响因素 w 入库洪水、泄流建筑物型式及尺寸、汛期水库的控制运用方式以及下游的防洪要求 w n 方法 w 列表试算法 w 半图解法
8、 水库调洪计算的原理 n 基本原理 w 逐时段地联立求解水库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程 基本计算公式 n 一次收付期值公式 n 一次收付现值公式 n 分期等收（付）期值公式 n 基金存储公式 n 分期等付（收）现值公式 n 本利摊还（资金回收）公式 国民经济评价 w 费用与效益 n 费用 w 国民经济为项目建设所需投入的全部代价 w 水利建设项目投资 n 达到项目设计效益所需的全部一次性投资，包括主体工程投资和相应的配套工程投资 w 水利建设项目的年运行费 n 项目建成投产
9、后在运行管理中每年所需支付的各项费用，一般包括：材料和燃料动力费、维修费、大修理费、管理费及其他费用 n 效益 w 项目为国民经济所作出的全部贡献 n 水电效益包括水电站容量与电量效益以及水库防洪、灌溉、城镇供水、航运等综合利用效益 n 火电效益包括发电效益，并计及其对环境污染等的负效益 w 水利建设项目的效益按功能分类 n 防洪效益、治涝效益、灌溉效益、城镇供水效益、水力发电效益、航运效益等 国民经济评价指标和评价准则 w 经济内部收益率（EIRR） n 项目在计算期内的经济净现值累计等于零时的折现率，反映项目对国民经济所作贡献的相对指标 n 当经济内部收益率大于或等于社
10、会折现率时，该项目在经济上是合理的 w 经济净现值（ENPV） n 用社会折现率将项目计算期内各年的净效益，折算到计算期初的现值之和，反映项目对国民经济所作贡献的绝对指标 n 当经济净现值大于或等于零时，该项目在经济上是合理的 w 经济效益费用比（EBCR） n 项目效益现值与费用现值之比，反映项目单位费用为国民经济所作贡献的一项相对指标 n 当经济效益费用比大于或等于1.0时，该项目在经济上是合理的 财务评价 n 费用支出 w 总投资 n 总投资= 固定资产投资+ 建设期利息+ 流动资金 w 年经营成本 n 包括经营成本、折旧费、摊销费和利息支出 w
11、 税金 n 包括增值税、销售税金附加和所得税 n 财务收入 w 电量效益 w 容量效益 w 年利润总额 清偿能力分析 n 电价测算 w 构成—— 成本、股息及红利、盈余公积和公益金、还本利息和各种税金 n 借款偿还期 w 水电建设项目投产后用可用于还贷的资金偿还固定资产投资借款的本息所需要的时间 n 还贷资金 w 还贷利润= 税后发电利润－盈余公积金－公益金－应付利润 n 资产负债率 盈利能力分析 w 财务内部收益率（FIRR） n 衡量建设项目在财务上是否可行 n 大于或等于规定的财务基准收益率时财务上是可
12、行的 w 投资回收期（Pt） n 项目的净收益抵偿全部投资所需要的时间 w 财务净现值（FNPV） n 按行业的基准收益率或设定的折现率，将项目计算期内各年净现金流量折现到建设期初的现值之和 n 大于或等于零的建设项目在财务上是可行的 w 投资利润率 n 项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利润总额与项目投资的比率 n 年利润总额=年收入－年成本－销售税金附加 w 投资利税率 n 项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利税总额与项目总投资的比率 n 年利税总额=年收入－年成本+增值税 水能计算的目的与内容 n 水能计算的目的 w 确定水电站的工作情况
13、 n 出力、发电量及其变化情况 w 选择水电站的主要参数 n 水库的正常蓄水位、死水位和水电站的容量等 w 在电力系统中的运行方式 n 主要内容——水电站的出力与发电量 w 水电站的出力 n 概念：发电机组的出线端送出的功率（kW） w 水电站发电量 n 概念：水电站出力与相应时间的乘积（ kW·h） 水电站保证出力计算 n 水电站保证出力是指水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）内的平均出力 n 多年平均年发电量是指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量 电力系统及其用户特性 n 电力系统 w 若干个电站及用户
14、之间用输电线路联结成为一个共同的电力网 n 包括发电厂、变电站、输电中、电力用户 n 用户特性 w 工业用电 w 农业用电 w 市政用电 w 交通运输用电 电力负荷图 电力生产就是利用电能发、供、用同时进行的特点进行的 电力系统中各电站的出力过程和发电量必须与用电户对出力的要求和用电量相适应，这种对电力系统提出的出力要求称为电力负荷 n 日负荷图 w 负荷在一昼夜内的变化过程线 n 年负荷图 w 负荷在一年内的变化过程线 电力系统的容量组成 n 电力系统的容量组成 w 装机容量 ——所有电站装机
15、容量的总和，即铭牌出力 n 必需容量 最大工作容量： 为了满足系统最大负荷要求而设置 备用容量： 准备额外的容量，由负荷备用容量、事故备用容量和检修备用容量所组成 n 重复容量 ——利用弃水额外增发季节性电能所需额外增加的一部分容量，它不必增加水库、大坝等水工建筑物的投资 水电站的技术特性 w 水电站的出力和发电量是随天然径流量和水库调节能力变化而变化 w 水库具有综合利用任务，但各部门的用水要求不同，水电站所承受的调节能力也有所不同 w 水能是再生性能源，水电站的年运行费用与所生产的电能量无关，因此在丰水期内应尽可能多发水电，以节省系统燃料消耗 w
16、水电站机组开停灵便，迅速，因此水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务 w 水电站的建设地点要受水能资源、地形、地质等条件的限制。水工建筑物工程量大，水库淹没损失较大，但水电站发电不需消耗燃料，故单位电能成本比火电站低 火电站的特点 n 工作特点 w 只要保证燃料供应，火电站就可以全年按额定出力工作 w 火电站适宜担任电力系统的基荷，这样单位煤耗较小；火电站机组启动比较费时 w 火电站高温高压机组可以获得最高的热效率和最小的煤耗 w 火电站本身单位千瓦的投资比水电站的低 w 火电站单位发电成本比水电站高 水电站在电力系统中的运行方式 n 水电站在电力
17、系统中的运行方式 w 无调节水电站 n 任何时刻的出力主要决定于河中天然流量的大小 w 日调节水电站 n 除弃水期外，在任何一日内所能生产的电能量，与该日天然来水量所能发出的电能量相等 w 年调节水电站 n 供水期、蓄水期、弃水期、不蓄不供期 w 多年调节水电站 n 径流调节程度和水量利用率都比年调节水库大 水电站装机容量选择 n 水电站装机容量 w 最大工作容量 w 备用容量 w 重复容量 n 满足电力系统正常工作的基本要求 w 系统电力平衡 w 系统电量平衡 w 系统容量平衡
18、 工作容量的确定 n 水电站最大工作容量的确定 w 电站的保证出力 w 电站在电力系统中的工作位置 w 不同调节型式水电站最大工作容量的确定 n 电力系统各种备用容量的确定 w 负荷备用容量 w 事故备用容量 w 检修备用容量 n 水电站重复容量的确定 w 经济比较 水电站装机容量选择 n 收集基本资料 n 确定水电站的最大工作容量 n 确定水电站的备用容量 n 确定水电站的重复容量 n 选择水电站装机容量 n 以上三项容量之和大致等于水电站的装机容量 n 根据水电站的水头和出力变化范围定出机组的型式、台数、单位容量 n 进
19、行系统容量平衡 n 动能经济比较 水库正常蓄水位的选择 n 正常蓄水位与有关经济和工程技术问题 w 随着正常蓄水位的增高而产生的变化 n 水利枢纽的投资和年运行费是递增的 n 水库淹没损失必然增加 n 受坝址地质及库区岩性的制约因素愈多 w 结论 n 对综合利用各水利部门效益的有利影响—— 受到投资、水库淹没、工程地质等问题的制约 n 对下游地区防洪的有利影响—— 对上游地区防洪的不利影响 n 对下游地区灌溉的效益—— 特别是在耕地的淹没与浸没 n 对上下游航运的效益—— 船筏过坝的不便 选择正常蓄水位的步骤和方法 w 拟定
20、水库的消落深度 w 对各个方案采用较简化的方法进行径流调节和水能计算，求出各方案水电站的保证出力、多年平均年发电量、装机容量以及其他水利动能指标 w 求出各个方案之间的水利动能指标的差值 w 计算各个方案的水利枢纽各部分的工程量、各种建筑材料的消耗量以及所需的机电设备 w 计算各个方案的淹没和浸没的实物指标和移民人数 w 进行水利动能经济计算 选择死水位的步骤与方法 w 在已定的正常蓄水位条件下，根据库容特性、综合利用要求、地形地质条件、水工、施工、机电设备等要求，确定死水位的上、下限，然后在上、下限之间，拟定若干个死水位方案进行比较 w 根据水库情况及统计数据确定最有利消落深
21、度 w 选择水库死水位的上限 w 选择水库死水位的下限 w 求出相应的兴利库容和水库消落深度，并利用设计枯水年或枯水年系列资料进行径流调节，得出各方案的调节流量和平均水头 w 对各个死水位方案，计算保证出力和多年平均年发电量，通过系统电力电量平衡，求出各个方案水电站的各种容量 w 计算各方案的水工建筑物和机电设备的投资以及年运行费，求出不同死水位方案的年费用AC水 w 求出不同死水位方案替代电站的补充年费用AC火 w 根据系统年费用最小准则，并考虑综合利用要求以及其他因素，最终选择合理的死水位方案 水电站水库群的布置方式 n 梯级水库群（串联水库群） w 位于同一条河流的
22、上下游，以串联方式连接而成的水库群 n 并联水库群 w 在同一个电力系统中，位于不同河流上或位于同一河流的不同支流上的水库群 n 串并联组合的混合水库群 w 位于同一河流或不同河流上串联与并联混合的水库群形式 w 串联水库群 n 串联水库（梯级水库） n 一般的大江大河上，都分布着串联水库群 n 理想的梯级水电站开发方式为下一级回水正好衔接到上一级的底水而形成梯级，即充分利用落差 n 从发电角度来说，最理想的是在最上游找到一个调节性能好的水电站，它的调节可以给下游梯级带来效益 n 从防洪角度来说，最好是在最接近被保护地区有一大的防洪库容，可以调节以上流域
23、的全部洪水 水库群之间的补偿作用 n 径流补偿调节的概念和作用 n 径流补偿 n 就是利用各个水库的来水过程的不一致性和水库调节性能的不一致性，互相配合工作，取长补短，以达到提高水库群的总保证流量的目的 n 径流补偿调节的目的就是各水库联合运用以达到比单独运行更大的效益 n 水文补偿 w 利用两河（或两支流）丰、枯水期的起迄时间不完全一致、最枯水时间相互错开的特点，把它们联系起来，共同满足用水或用电需要，相互补充水量，提高两河的保证流量 n 库容补偿 w 利用各水库调节性能的差异，即库容差异所进行的径流补偿 并联水库水电站的电力补偿 n 如何划分补偿和被补偿电站 w
24、应以调节库容大、调节性能好的水电站担任补偿任务 w 调节性能相同时，应以综合要求（限制）较简单的水电站（即受约束条件较少，可以较灵活地运用）担任补偿任务 w 调节性能与综合利用要求均差不多时，应以水头较高，距用电中心较近，单位千瓦投资较少的电站担任补偿任务 并联水电站水库群蓄放水次序 n 供水期最优放水次序 w 应该由那一个水库先供水而使水电站群的不蓄出力损失最小 w 影响不蓄电能损失的两个因素 n 水头的下降值 n 天然来水量 n 蓄水期的最优蓄水次序 w 水电站不蓄电能的增加值最大 串联水电站水库群蓄放水次序 n 梯级水电站运行的
25、特点 w 上一级水电站的供水除了在本级电站对不蓄电能有影响，而且对下一级电站的不蓄电能也有影响 n 供水期放水次序 w 由K 值判定，K 小的先放 n 蓄水期蓄水次序 w 判别最优蓄水准则是所增加的不蓄电能最大 水库调度的意义及调度图 n 水库调度 w 在水库来水与用水变动的情况下，根据径流的特性和水库的任务和要求，有目的有计划地统筹安排水库蓄水与供水、拦洪与泄洪、防洪、兴利效益的一种技术措施，也称为水库控制运用 n 水库调度图 w 具有控制性意义的水库蓄水量（或水位）变化过程线，是根据过去水文资料和枢纽的综合利用任务所绘制出的 年调节水电站水库基本调度线 n 水库基本调度图 w 供水期出力保证区（A 区） w 蓄水期出力保证区（B 区） w 加大出力区（C 区） w 供水期出力减小区（D 区） w 蓄水期出力减小区（E 区）
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