流域梯級(jí)水電站集控中心管理的必要性及對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用

杜成銳, 趙永龍, 陳 堯

(1.四川省電力公司調(diào)度中心,四川 成都 610041;2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)

1 梯級(jí)水電站集控中心管理的必要性

1.1 保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要

流域梯級(jí)電站群往往具有多級(jí)電站、裝機(jī)容量大等特點(diǎn)。流域梯級(jí)電站的集中控制管理可以通過(guò)具有年調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)攔蓄豐水期來(lái)水,減少無(wú)益棄水,補(bǔ)充枯水期水量以提高枯期發(fā)電量,緩解電力系統(tǒng)豐枯矛盾和峰谷矛盾,提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性。另外,梯級(jí)水電站往往承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰任務(wù)。通過(guò)集中控制管理,一方面可增大系統(tǒng)調(diào)峰容量,減輕火電參與系統(tǒng)調(diào)峰容量,使火電機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行在基荷帶,降低火電煤耗;另一方面,通過(guò)合理分配各水電站出力,優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行工況,可減少機(jī)組在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)備用的運(yùn)行時(shí)間和機(jī)組空載運(yùn)行率,并統(tǒng)一躲避機(jī)組振動(dòng)區(qū),降低發(fā)電耗水率,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。

1.2 提高流域水資源利用率的需要

實(shí)施流域梯級(jí)電站集控中心管理,可充分利用水資源[2]。流域梯級(jí)電站間具有緊密的水力聯(lián)系和電力聯(lián)系,各電站發(fā)電效益受上下游電站的影響較大。下游電站的調(diào)度用水及發(fā)電水頭直接受上游電站的制約,同時(shí)下游電站的回水又直接影響上游電站的發(fā)電水頭。若各梯級(jí)電站單獨(dú)運(yùn)行,不從全流域整體考慮,容易造成顧此失彼,使梯級(jí)整體水能利用率較低,易導(dǎo)致水庫(kù)及下游電站無(wú)益棄水,從而造成大量棄水電量。而集控中心的實(shí)施,則從流域整體水能利用率最大化角度出發(fā),不僅龍頭水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用可以得到充分發(fā)揮,而且梯級(jí)水庫(kù)之間可通過(guò)徑流電力補(bǔ)償調(diào)節(jié),合理確定梯級(jí)水庫(kù)蓄放水次序,如汛初水庫(kù)蓄水時(shí)可先蓄調(diào)節(jié)能力較小的水庫(kù),而龍頭水庫(kù)后蓄,從而提高梯級(jí)電站的引用水頭;汛后則龍頭水庫(kù)先開始加大發(fā)電,對(duì)下游各梯級(jí)水庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié),可使梯級(jí)電站枯季的發(fā)電能力有大幅度的提高,從而相應(yīng)提高流域徑流的水量利用率。

1.3 流域和梯級(jí)電站安全防洪度汛的需要

流域梯級(jí)水電站集控中心管理有利于流域各梯級(jí)電站的安全防洪渡汛。根據(jù)流域的水文特點(diǎn),流域降雨在時(shí)間和地區(qū)分布上存在著差異,利用各梯級(jí)水庫(kù)調(diào)節(jié)性能的不同,充分發(fā)揮龍頭水庫(kù)、大型水庫(kù)的調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì),通過(guò)水庫(kù)之間的削峰、錯(cuò)峰,可以提高流域梯級(jí)整體的防洪能力。另外,隨著流域梯級(jí)水電站集控中心管理的實(shí)施,全流域洪水預(yù)報(bào)和局部流域的洪水預(yù)報(bào)成果,不僅可以為各梯級(jí)水電站的防洪度汛提供可靠的信息,而且使梯級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)成為全流域的水情信息中心,有利于防洪調(diào)度方案的快速?zèng)Q策。

1.4 減輕電網(wǎng)調(diào)度任務(wù),提高工作效率的需要

隨著我國(guó)流域梯級(jí)水電站的開發(fā),梯級(jí)水電站數(shù)目劇增,必將加重電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)、供電調(diào)度工作的任務(wù),若所有梯級(jí)電站都由電網(wǎng)調(diào)度中心直接調(diào)度,其任務(wù)將極其繁重;其次,各梯級(jí)所在流域均有自己的特性,而掌握一個(gè)流域的水文、氣象、電站特性需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的摸索,各電網(wǎng)調(diào)度中心的發(fā)、供電調(diào)度其本身任務(wù)已非常繁重,再要求電網(wǎng)調(diào)度人員去掌握各梯級(jí)所在流域特性是不現(xiàn)實(shí)的,也是不必要的。因此,通過(guò)設(shè)立梯級(jí)集控中心,電力調(diào)度部門即可將梯級(jí)總負(fù)荷曲線下達(dá)給梯調(diào)中心,再由梯調(diào)中心下達(dá)至各梯級(jí)電站,這樣即可減輕電網(wǎng)調(diào)度的工作量,從而大大提高工作效率。

1.5 節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本,改善員工工作環(huán)境的需要

梯調(diào)中心作為流域開發(fā)公司下屬各梯級(jí)電站監(jiān)視、控制和調(diào)度管理中心,可實(shí)現(xiàn)對(duì)各電站的遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信、遙視以及梯級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和調(diào)度管理,不僅可以精簡(jiǎn)水庫(kù)調(diào)度人員、發(fā)電運(yùn)行值班人員,減少相關(guān)管理崗位人員數(shù)量,達(dá)到精簡(jiǎn)運(yùn)行維護(hù)人員的目的,還可以通過(guò)集控模式實(shí)現(xiàn)流域梯級(jí)各電站的備品備件和相關(guān)裝置、設(shè)備的共享,消除了備品備件和物資材料的重復(fù)儲(chǔ)備現(xiàn)象,從而降低生產(chǎn)成本。此外,流域梯級(jí)電站大多處于偏遠(yuǎn),環(huán)境、氣候條件較差的地區(qū),而“五遙”的實(shí)施和“無(wú)人值班”(少人值守)集中控制管理模式的推行,能有效地把電站運(yùn)行人員從艱苦的環(huán)境中解脫出來(lái),真正實(shí)現(xiàn)企業(yè)“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀。

1.6 電力體制改革的需要

隨著電力體制改革的推進(jìn),廠網(wǎng)分開及競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的逐步實(shí)施,電網(wǎng)對(duì)電力的調(diào)度將逐步從原來(lái)的微觀管理走向宏觀控制,即對(duì)各發(fā)電公司的電力調(diào)度將采用總負(fù)荷曲線控制的方式,使各發(fā)電公司的電力調(diào)度管理更加靈活。水電廠的水庫(kù)調(diào)度任務(wù)已不再是單純的水庫(kù)調(diào)度,企業(yè)須按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的要求對(duì)防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和管理,利用水庫(kù)運(yùn)用水位的允許變幅,統(tǒng)一制定梯級(jí)電站發(fā)電計(jì)劃,降低水耗,實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)效益最大化,同時(shí)還要優(yōu)化梯級(jí)樞紐的發(fā)電調(diào)度和檢修計(jì)劃,以滿足電力市場(chǎng)對(duì)機(jī)組和負(fù)荷控制的要求。

另外,電力體制改革的推進(jìn)將促進(jìn)電力交易實(shí)時(shí)競(jìng)價(jià)體系的形成。競(jìng)價(jià)上網(wǎng)是關(guān)系到電量合同和電價(jià)協(xié)議簽訂的重要環(huán)節(jié)。為迎接這一改革需要,爭(zhēng)取主動(dòng),流域梯級(jí)電站必須通過(guò)水電集控中心管理設(shè)置水電結(jié)合的實(shí)時(shí)調(diào)度以應(yīng)對(duì)電價(jià)實(shí)時(shí)交易。實(shí)時(shí)調(diào)度通過(guò)對(duì)水情信息的充分掌握,以及對(duì)售電能力和發(fā)電能力的信息收集,有效根據(jù)電力市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)信息、未來(lái)水情,做好發(fā)電計(jì)劃并實(shí)施最優(yōu)運(yùn)行方式,提升水電等可再生清潔能源開發(fā)企業(yè)在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力[3]。

2 梯級(jí)電站集控中心管理的可行性

2.1 政策支持

黨的十七大報(bào)告指出:“堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策,關(guān)系人民群眾切身利益和中華民族生存發(fā)展”。目前,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、大力推行節(jié)能環(huán)保成為舉國(guó)上下的共識(shí),也是當(dāng)前及今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)我國(guó)經(jīng)濟(jì)工作的中心任務(wù)之一。電力工業(yè)是生產(chǎn)清潔二次能源的重要產(chǎn)業(yè),電力被我國(guó)政府列為節(jié)能減排的重要行業(yè)之一,節(jié)能發(fā)電調(diào)度是綜合治理發(fā)電企業(yè)能耗與排放的重要突破口。據(jù)估算,節(jié)能發(fā)電調(diào)度若能全面推行,全國(guó)每年將節(jié)約發(fā)電用原煤 1億 t以上,由此初步推算,還能減排煙塵約 30萬(wàn) t、二氧化硫約 90萬(wàn) t、氮氧化物約 50萬(wàn) t、二氧化碳約 1.6億t。節(jié)能發(fā)電調(diào)度一方面直接降低發(fā)電用煤及相應(yīng)污染物的排放,同時(shí)還能間接地減少煤炭開采對(duì)環(huán)境的破壞和煤炭運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的污染,其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分巨大。

節(jié)能發(fā)電調(diào)度以節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)為標(biāo)準(zhǔn),使?jié)崈舻乃苜Y源得到優(yōu)先使用,并要求積極提高水資源利用率。為此,節(jié)能發(fā)電調(diào)度明確要求:“對(duì)流域梯級(jí)水電廠,應(yīng)積極開展水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度和水庫(kù)群的集控中心管理,合理運(yùn)用水庫(kù)蓄水”。

2.2 國(guó)內(nèi)外已有成功經(jīng)驗(yàn)

目前不少發(fā)達(dá)國(guó)家的梯級(jí)電站都實(shí)行集控中心管理,各種相關(guān)技術(shù)也已非常成熟。如法國(guó)電力公司、加拿大魁北克水電公司、委內(nèi)瑞拉 EDELCA公司等的流域梯級(jí)電站集控中心管理的實(shí)踐和取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均有力地證明了梯級(jí)水電站集控中心管理切實(shí)可行,不僅不會(huì)給電網(wǎng)安全造成負(fù)面影響,相反,先進(jìn)的集控系統(tǒng)的采用還能提高工作效率和調(diào)度指令執(zhí)行的準(zhǔn)確率,增強(qiáng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

國(guó)內(nèi)已建成的梯級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)有湖北清江梯調(diào)管理中心、三峽梯調(diào)通信中心、烏江流域梯級(jí)電站遠(yuǎn)程集控中心、黃河水電公司梯級(jí)電站集控中心等。這些流域性的梯級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)成立后,在優(yōu)化生產(chǎn)、提升管理水平、人才培養(yǎng)等方面積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

3 梯級(jí)水電站集控中心的管理效益

筆者以大渡河干流梯級(jí)電站為例,說(shuō)明集控中心管理能夠帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

該河流以發(fā)電為主,兼顧防洪、航運(yùn)。規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)電站 22級(jí)。其中,以下爾呷為上游“龍頭”水庫(kù),以雙江口為上游控制性水庫(kù),以瀑布溝為中游控制性水庫(kù),總裝機(jī)容量 2340萬(wàn) kW。

通過(guò)梯級(jí)水電站集控中心管理能夠獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益,全梯級(jí)多年平均年發(fā)電量可由單獨(dú)調(diào)度運(yùn)行的 1053億 kW?h提高到 1123億 kW?h,增長(zhǎng) 6.6%,保證出力由 479萬(wàn) kW增長(zhǎng)到1083萬(wàn) kW,增加 126%,其中枯期電量由 195億kW?h增加到 413億 kW?h,增加 112%。

實(shí)施梯級(jí)水電站集控中心管理,水電增發(fā)電量,進(jìn)而減少火電發(fā)電量和耗煤量。水電站每多發(fā) 1kW?h電量,按保守估計(jì)可節(jié)約 300g標(biāo)煤計(jì)算(目前水平,小火電機(jī)組發(fā)電煤耗率約為 380～500g/kW?h,30萬(wàn) kW、60萬(wàn) kW的高效發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約 275～330g/kW?h),大渡河干流梯級(jí)電站實(shí)施集控中心管理后一年可增發(fā)電量 70億 kW?h,相當(dāng)于少燃燒約 210萬(wàn) t標(biāo)煤;

實(shí)施梯級(jí)水電站集控中心管理,將減少污染排放。由于減少了發(fā)電燃煤,相應(yīng)減少污染物排放,節(jié)約 210萬(wàn) t標(biāo)煤,相當(dāng)于減少約 300萬(wàn) t噸原煤的采掘、運(yùn)輸、燃放和排放。

4 結(jié) 語(yǔ)

水電是優(yōu)質(zhì)、綠色、清潔的可再生能源。實(shí)施流域梯級(jí)水電站集控中心管理是堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧流域梯級(jí)上下游,統(tǒng)籌兼顧水量、水頭,科學(xué)利用水能資源的根本方法,符合建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求,是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑,對(duì)貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,促進(jìn)又好又快發(fā)展具有重要意義。因此,隨著我國(guó)各大流域水電項(xiàng)目的陸續(xù)投產(chǎn),將會(huì)形成愈來(lái)愈多的梯級(jí)水電站群。因此,開展流域梯級(jí)水電站集控中心管理是十分必要的。

[1] 張勇傳.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,1998.

[2] 馬光文,劉金煥,李菊根.流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度[M].北京:中國(guó)電力出版社,2008.

[3] 楊東方,馬光文,過(guò)夏明,張 建,王立明.競(jìng)價(jià)上網(wǎng)環(huán)境下梯級(jí)水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題研究[J].東北水利水電,2003,21(1):1-3.