水庫調(diào)度在低水頭電廠中的經(jīng)濟(jì)效益分析

肖學(xué)友

（湖南五凌電力有限公司洪江水電廠 懷化市 418200）

1 概述

洪江水電廠位于沅水干流上，是沅水梯級(jí)開發(fā)的重要水利樞紐工程，具有發(fā)電、防洪、航運(yùn)、灌溉等綜合利用效益。共安裝有6臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組單機(jī)額定出力45MW，總裝機(jī)容量270MW，首臺(tái)機(jī)組于2003年2月投產(chǎn)，二期6#機(jī)組于2005年7月投產(chǎn)。設(shè)計(jì)水頭20m，額定流量252.24m3/s，最高水頭27.3m。

洪江水電廠水利樞紐工程包括水庫大壩、泄洪閘、船閘和壩后式水電站。水庫正常蓄水位190m，發(fā)電最低水位184.5m，水庫總庫容3.2億m3，死庫容1.2億m3，興利庫容0.75億m3，具有周調(diào)節(jié)能力。

洪江水電廠水庫大壩，按100年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核。大壩中間部分設(shè)有9孔溢洪道，用19 m×16.5m弧形鋼閘門控制。

洪江電廠上游庫區(qū)有洪江市、洪江區(qū)、雙溪鎮(zhèn)、托口鎮(zhèn)、江市鎮(zhèn)等多個(gè)地區(qū)，在生產(chǎn)高峰季節(jié)、高溫季節(jié)，特別是6、7、8月份，上游用水量大，為滿足生產(chǎn)和生活用水需求，提高庫水位尤其是迎峰度夏期內(nèi)的庫水位，有利于上游抗旱用水。下游洪江區(qū)有造紙廠、硅廠生產(chǎn)需求用水，必須24小時(shí)不間斷供水，最低出庫流量需保持在80m3/s左右，而在枯水季節(jié)，洪江水庫日平均入庫流量根本達(dá)不到80m3/s，因而保持高水位運(yùn)行勢在必行，可以適時(shí)為下游生活、生產(chǎn)提供供水補(bǔ)給。

2 水頭效益分析

水輪機(jī)的輸出功率：N=9.81ηQH

η代表水輪機(jī)的總效率：η=ηsηrηj

總效率是由水力效率ηs、流量效率ηr、機(jī)械效率ηj組成。

水輪機(jī)的總效率η在設(shè)計(jì)安裝時(shí)已經(jīng)確定，在輸出功率N確定時(shí)，水頭H越高，引用流量Q就越小，因而提高發(fā)電水頭是減小水耗的有效手段，尤其在低水頭電廠，水頭每提高1m，發(fā)電流量減小非常明顯，耗水率大幅降低，見表1。

統(tǒng)計(jì)存在一定的誤差，但是水頭效益是顯而易見的。2006年1月7日，洪江水電廠上游沅水龍頭三板溪電廠下閘蓄水，意味著洪江水庫來水比歷年來水將減少1/3，面對(duì)水庫來水將嚴(yán)重偏枯的形勢，洪江水電廠通過加強(qiáng)與中調(diào)和五凌公司梯調(diào)的密切聯(lián)系，合理安排日發(fā)電計(jì)劃，盡量保持水庫高水位運(yùn)行，抬高發(fā)電水頭，降低發(fā)電耗水率，增加發(fā)電量。

1～4月份，上游三板溪電廠下閘蓄水?dāng)r蓄水量8.3億m3,致使洪江水庫來水量為 30.8972億m3，較2005年同期減少32.5%，較歷年同期減少41.5%，但是發(fā)電水頭較2005年同期提高了1.53m，發(fā)電耗水率較2005年同期降低了0.92m3/kW·h，由此節(jié)約水量16600萬m3，增發(fā)電量976.38萬kW·h，見表2。

表1 2010年1～4月部分日期間水頭與耗水率對(duì)比表

表2 2006年洪江水庫1～4月入庫洪量統(tǒng)計(jì)表 億m3

3 保持高水位運(yùn)行的可行性

3.1 洪水預(yù)報(bào)

洪江水電廠具備完善且運(yùn)行穩(wěn)定的雨水情遙測、洪水預(yù)報(bào)等系統(tǒng)，有穩(wěn)定且預(yù)報(bào)精度較高的洪水預(yù)報(bào)方案。

洪江水電廠水情測報(bào)系統(tǒng)建于2002年，測報(bào)范圍覆蓋壩址以上流域以及壩址以下的整個(gè)巫水支流，測報(bào)面積接近30000km2，系統(tǒng)規(guī)模為1∶3∶43，即系統(tǒng)由1個(gè)中心站，3個(gè)中繼站，43個(gè)遙測站（包括31個(gè)雨量遙測站、1個(gè)水位遙測站，11個(gè)水位雨量遙測站）組成，系統(tǒng)的暢通率大于96%。三水源新安江模型洪水預(yù)報(bào)方案于2002年投入運(yùn)行，經(jīng)受了2003～2007年洪水的檢驗(yàn)，達(dá)到乙等以上方案規(guī)范要求，預(yù)報(bào)洪峰、洪量和實(shí)測過程，見表3。自動(dòng)化程度較高，有效預(yù)見期較長，是目前主要采用的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)方案。

表3 洪水預(yù)報(bào)與實(shí)測對(duì)比表

氣象部門的短期氣象預(yù)報(bào)的精度日益提高，流域降雨過程預(yù)報(bào)的預(yù)見期為3～5天，為洪江電廠及時(shí)發(fā)電騰庫提供了決策依據(jù)。

3.2 水位消落方案

當(dāng)預(yù)報(bào)來水大于全廠滿發(fā)流量1500m3/s時(shí)（以未安排檢修考慮，有檢修時(shí)需要相應(yīng)折減），而調(diào)度面臨日時(shí)段初水庫蓄水狀態(tài)可用調(diào)蓄庫容又不足以進(jìn)行完全調(diào)蓄情況下，為充分利用水量，面臨日需采用“加大發(fā)電騰庫運(yùn)行”策略。騰庫額度以尋求水量充分利用和水頭充分利用最佳結(jié)合點(diǎn)方法優(yōu)選確定，以發(fā)電量最大為優(yōu)化目標(biāo)。

說明：以預(yù)測期為6h為例，當(dāng)目前運(yùn)行庫水位為189m時(shí)，預(yù)計(jì)6h后，入庫流量大于1500m3/s，為保證在預(yù)見期內(nèi)充分騰庫，1臺(tái)機(jī)運(yùn)行預(yù)計(jì)6h后庫水位為188.88m，兩臺(tái)機(jī)運(yùn)行預(yù)計(jì)6h后庫水位為188.76m，3臺(tái)機(jī)運(yùn)行預(yù)計(jì)6h后庫水位為188.52m，以此類推，當(dāng)6臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，6h后庫水位為187.8m，見表4。

4 水庫優(yōu)化調(diào)度措施

洪江水電廠在確保防洪安全和滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的綜合利用要求的原則下，利用有限的水庫調(diào)節(jié)能力，通過科學(xué)預(yù)報(bào)，進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，以減少棄水、降低水耗、增加發(fā)電效益，實(shí)現(xiàn)安全防汛與最大發(fā)電效益。主要采取四大措施：

（1）積極開展優(yōu)化調(diào)度、充分利用水能。

進(jìn)入汛期，通過優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，保持較高的發(fā)電水頭，洪江水電廠設(shè)計(jì)汛限水位為187m，按照懷化市防汛抗旱指揮部批準(zhǔn)的汛期水庫運(yùn)行調(diào)度方案執(zhí)行，即汛期根據(jù)來水情況在水庫入庫流量較小時(shí)期以最高不超過190m為上限適當(dāng)抬高水位，分流量段控制運(yùn)行水位,確保實(shí)現(xiàn)水庫大壩防洪安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）做好洪前預(yù)騰庫、攔蓄洪尾增發(fā)電量。

在洪水調(diào)度過程中，水調(diào)人員充分利用水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的雨水情信息和預(yù)報(bào)成果，與調(diào)通中心水調(diào)處、五凌公司梯調(diào)、上游電站等單位密切聯(lián)系，精心調(diào)度，合理安排蓄泄，在洪水來臨前利用發(fā)電預(yù)騰庫容，及時(shí)將庫水位降至汛限水位以下運(yùn)行，洪末根據(jù)入庫流量變化情況及時(shí)關(guān)閘回蓄，減少棄水，是提高汛期發(fā)電效益的主要方式。

表4 洪江電廠騰庫運(yùn)行方式表

（3）加強(qiáng)水庫來水分析和預(yù)測，減少棄水，保發(fā)電。

水調(diào)人員充分利用氣象衛(wèi)星云圖系統(tǒng)、水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢，及時(shí)收集上游雨水情，開展洪水預(yù)報(bào)工作，精心調(diào)度，盡力協(xié)調(diào)防洪與發(fā)電的矛盾。在水庫入庫流量較小時(shí)期,水調(diào)人員加強(qiáng)與調(diào)通中心水調(diào)處、五凌公司梯調(diào)的聯(lián)系，及時(shí)根據(jù)水情和下達(dá)負(fù)荷曲線測算水庫水位，適時(shí)提出負(fù)荷調(diào)整建議，避免水庫水位消落到較低水位，控制維持較高的發(fā)電水頭，降低發(fā)電水耗，減少棄水，提高水量利用率。

（4）加強(qiáng)清污管理工作，提高發(fā)電水頭。

采取加強(qiáng)機(jī)組進(jìn)水口攔污柵的清污工作，在洪水來臨前提前清污，盡可能減少水電大發(fā)過程中停機(jī)清污次數(shù)；根據(jù)攔污柵壓差及機(jī)組運(yùn)行工況，及時(shí)組織人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行清污，減少過柵水頭損失和清污損失水量，提高機(jī)組運(yùn)行水頭，并在洪水消退時(shí)利用洪水期末有利時(shí)機(jī)及時(shí)根據(jù)污物堆積情況調(diào)整弧門開度，通過不損失水量的沖渣，減少水頭損失，提高水能利用率。

5 結(jié) 語

水電廠的水庫調(diào)度，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)原則和規(guī)定，結(jié)合實(shí)際情況，在確保大壩等主要水工建筑物安全的原則下，正確解決防洪與興利之間的矛盾，妥善處理蓄泄關(guān)系，考慮經(jīng)濟(jì)用水，以獲得更多的興利效益。對(duì)于庫容較小、發(fā)電水頭較低、調(diào)節(jié)性能較差的水電廠，在汛期開展水庫預(yù)報(bào)調(diào)度，合理抬高水庫運(yùn)行水位，可明顯地增加水電廠的發(fā)電效益，促進(jìn)水庫經(jīng)濟(jì)調(diào)度水平的提高，幾年來洪江水電廠的實(shí)踐已充分證明了這一點(diǎn)。在提倡發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，大力推行節(jié)能減排的當(dāng)前，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)在保證電網(wǎng)安全的前提下，應(yīng)科學(xué)調(diào)度，充分發(fā)揮水電廠的水頭效益，為社會(huì)提供清潔、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。