瀟水流域梯級電站群聯合調度及效益優化探析

肖立軍

（湖南省雙牌水電站 永州市 425203）

目前，我國已建成或正在建設大水電基地，逐步形成由多個調節性能較好的水庫組成梯級水庫群聯合調度的局面。瀟水流域作為湖南省水電開發較為成熟的區域，梯級水電站群已具規模。借鑒梯級水電站聯合運行經驗，結合瀟水流域水電站運行管理現狀，探討流域水電站群聯合調度思路、目標和模式，對實現瀟水流域水電站群安全度汛，增強流域上下游水庫群水能補償作用，提高梯級水電站群的水能利用和綜合效益具有重要戰略意義。

1 瀟水流域梯級電站群基本情況及運行特點

瀟水為湘江主要一級支流，是湖南永州地區流域面積最大的河流，發源于永州市藍山縣野豬山南麓，流經藍山、江華瑤族自治縣、江永縣、道縣、雙牌縣，于永州頻島匯入湘江。干流長354 km，流域面積12 099 km2，多年平均徑流總量108.8億m3，平均流量345 m3/s。流域規劃有涔天河水庫、沱江電站、大林江電站、向陽電站、五洲電站、雙牌電站、五里牌電站和南津渡電站八級電站。

1.1 基本情況

（1）涔天河水庫。

瀟水流域梯級開發龍頭水庫，位于江華縣東田鄉涔天河口。1966年6月正式動工，1970年3月主體工程竣工?？刂屏饔蛎娣e2 466 km2，校核庫容1.05億 m3，設計灌溉農田 0.82 萬 hm2（12.3 萬畝），裝機容量2.25萬kW。2012年8月擴建工程正式開工。擴建后，最大壩高113 m，正常蓄水位313 m，總庫容15.1億m3，電站裝機容量20萬kW，灌區控制灌溉面積達7.56 萬 hm2（113.35 萬畝）。

（2）沱江電站。

瀟水流域規劃第二級水電站，位于江華縣沱江鎮境內。2005年8月，江華劍橋水電有限公司委托初步設計裝機12 800 kW，年發電量5 300萬kW·h。目前該工程已停工。

（3）大林江電站。

瀟水流域規劃第三級電站，位于江華縣界牌鄉境內，為引水式電站。正常運行水位205.84 m,設計水頭14.5 m，3臺單機12.5 MW的燈泡貫流式機組,總裝機容量37.5 MW。

（4）向陽電站。

原為道縣向陽壩水輪泵站。2003年9月，道縣政府與廣東省連南縣瀟湘水電投資有限公司簽訂了正式《投資開發道縣向陽壩電站合同書》，2004年成立道縣新向陽壩水利開發有限公司。

（5）五洲電站。

瀟水流域規劃第五級電站，位于道縣萬家莊鄉五一村。電站裝機容量1.5萬kW，為引水式電站。2010年12月，電站第1臺機組試運行，2011年1月3臺機組全部投入運行。

（6）雙牌電站。

瀟水流域規劃第六級電站，瀟水開發第一期工程，位于雙牌縣瀧泊鎮周沖。控制流域面積10330km2，設計總庫容6.9億m3，灌溉農田2.13萬hm2（32萬畝）。1958年11月動工，1963年工程全部完成。1979年，裝機容量擴充到13.5萬kW。2013年機組增容改造完成后裝機容量達15萬kW。

（7）五里牌電站。

瀟水第七級電站，位于雙牌縣五里牌鎮陶家渡。由湖南鴻鑫投資開發有限公司投資興建，2008年8月動工，2011年9月竣工運行。裝機容量4.5萬kW，2臺單機22.5 MW燈泡貫流式水輪發電機組，年設計發電量1.79億kW·h，相應庫容2 650萬m3。

（8）南津渡電站。

瀟水流域梯級開發的末端電站，是永州和全省第一座利用外資修建的水電站，3臺單機20 MW奧地利引進貫流式燈泡式機組。工程籌建于1984年，1989年動工，1991年11月第1臺機組投產發電，1992年3月、5月第2、3臺機組相繼并網發電。

1.2 運行特點

由于歷史建制沿革、投資管理主體及隸屬關系不同，瀟水流域梯級電站群運行呈現出一定特點。一是實現有限聯調。目前,瀟水流域電站群仍是以單一電站為對象的發電防洪調度模式，因五里牌電站由雙牌水電站代運行維護，南津渡電站、雙牌電站屬同一系統，該三級電站在合作運行和經濟調度等方面具備了一定的基礎和條件，實現了有限聯調。二是防汛電力調度多頭。瀟水流域各水電站投資、管理主體不同，防汛調度、電力調度分屬多級，具有一定庫容和電力基礎調度能力的雙牌電站，防汛屬于省防辦調度，電力屬于中調，其他電站防汛調度權在市、縣，電力調度在地調。涔天河水庫擴建后，其防汛、電力調度權限是否有所調整，尚不可知。三是電站功能作用差異。一般流域電站具有防汛、灌溉、發電、航運等多方面功能，但因流域電站地域分布差異，電站功能定位不盡相同，如雙牌電站、正在擴建的涔天河水庫因具有一定的庫容調節功能，防汛、灌溉及下游調水等社會公益性職能和作用更為突出，南津渡電站、五里牌電站等徑流式電站，大都采取引水式發電，防汛、灌溉功能較小，偏重發電經濟效益。

2 瀟水流域梯級電站群運行存在的主要問題

因瀟水流域電站群電站投資管理主體和運營模式的差異，以及市場取向帶來生產經營觀念變革和利益上難均衡，給流域電站群安全運行、聯合調度帶來新的問題和挑戰。

2.1 缺乏流域統籌協調管理

協調機制是水庫群聯合運行成功與否的關鍵制約因素。瀟水流域電站群涉及較多運行管理單位和不同利益主體，各水庫和水電站的運行調度基本上是各自為政，梯級電站運行之間缺乏有效協調和協作，存在一些不利影響，比如汛前不經濟棄水，或汛后下游缺水現象。如果要實現流域電站群經濟聯調，需要協調單個水庫調度目標與流域調度目標的矛盾、電調與水調的矛盾、日常調度與應急調度矛盾、生活用水與生態用水的矛盾、上中下游水庫之間的利益協調。需要尋求包括加強流域綜合管理在內的各種管理措施，統籌好地區間經濟社會的協調發展；需要尋求包括調整調度方式在內的各種措施，以減輕或消除水電工程建設和運行的不利影響，維護河流健康和生態安全。

2.2 約束因素復雜強藕合性

流域梯級電站群聯合調度受氣象循環、水文過程、發電控制、電網運營、用水需求等多因素制約，不僅要考慮各水庫水位、庫容、出力等基本約束條件，還要考慮各水庫（電站）間的水力、電力聯系、水庫間的補償和協調能力等。特別是隨著流域水利樞紐綜合利用要求日益提高，水庫群聯合調度更要在注重經濟和社會效益的同時，考慮生態環境效益，以利于河流生態健康和可持續發展，這使得聯合調度的約束和限制比單一水庫更為復雜。既要建立多水庫聯合調度模型，又要考慮影響因素的不確定性帶來的調度風險等，還必須衡量好發電效益與防洪風險之間的關系，尋求包括庫容補償調度方式在內的各種措施，使得梯級水庫的聯合運行變得十分復雜和困難。因此，確保水電站和水庫的安全高效運行，處理好水調與電調之間的矛盾，尋求水文補償與電力補償相互配合的最佳途徑，提高電網供電能力和質量，這對梯級水電站群調度提出新挑戰。

2.3 優化調度目標多維度變化

一方面水電站已成為市場競爭主體，在運行管理方面不能只考慮水量因素、電量因素，還要從經濟角度出發，重視電能的時效性。另一方面隨著流域水電站裝機規模增大，水電在電網中的作用愈顯突出，水電運行調度事關電網能否安全運行。這樣用電市場需求及來水條件多變，調度實時性增強，梯級水庫調度的最優準則和目標函數必將發生變化，必須研究適合現行電價政策的發電調度最優準則和目標函數，以及干支流和上下游水能和水資源的優化配置問題，尋求包括梯級水電站群聯合調度在內的各種優化手段，以提高水能資源利用效率。為此，水庫調度人員需要不斷地調整運行方式或運行計劃，合理協調長、中、短期以及實時調度之間的關系等，使得水庫調度成為 “決策-實施-修正-再決策-再實施”的循環過程，因而調度決策支持系統變得十分重要。

3 瀟水流域聯合調度功能需求分析

瀟水流域水電站形成了上下游梯級水庫群格局，實施聯合調度對下游水電站運行和功效發揮有著直接影響，對優化水資源配置、提高發電效益、保證生活生產生態用水等都有益處。

（1）聯合調度有利于提高流域防洪安全保障。

瀟水是湘江的主要支流，是湘江洪水的主要來源區，給中下游防洪帶來巨大的壓力。實施聯合調度，利用各梯級水庫調節性能的不同，相互配合調蓄洪水，進行削峰、錯峰，可有效提高流域整體防洪能力，有利于保障水庫自身及上游的防洪安全和減輕中下游的防洪壓力。

（2）聯合調度有利于保障流域水資源供給安全。

水庫群聯調是滿足應急供水的減災措施之一，充分利用梯級水庫之間的庫容補償，將更多的洪水留存下來，提高水資源供給能力，保障居民生活和工農業生產用水的基本安全。特別是涔天河水庫擴建后，瀟水流域防洪調控能力增強，通過聯合調度，將進一步提升干旱年份和枯水季節的用水保障作用，湘江流域尤其是長株潭用水保障能力有助增強。

（3）聯合調度有利于優化水能資源配置。

瀟水流域水電資源相對豐富，水電站群較為集中，具有一定規模。若各水電站單獨運行，不從流域整體考慮，容易導致水能資源浪費。實施聯合調度，優化水能資源配置，能有效增加水電產出。并通過對流域水電站群中各梯級單獨優化調度和系統聯合優化調度的成果比較，可以推動水文補償效益、庫容補償效益、電力價格形成比較效益等補償機制形成。在獲取經濟效益的同時，減輕工程建設對河流生態的負面效應，甚至補償和修復河流生態，有助于協調水電能源開發和河流生態保護之間關系。

（4）聯合調度有利于增強電網供電能力和質量。

瀟水流域水電站群實施聯合調度后，各水電站在不增加水電站運行成本的前提下，可增強水調和電調系統穩定的適應能力。不僅可以發揮系統整體優勢，更好地促進電調與水調統一協調，減輕電網調度任務；而且還可根據電力市場需求，合理調配水電資源，尤其是少水年份或來水不均衡的情況下，聯合調度更能提高供電保障。

4 瀟水流域聯合調度目標設置、系統建設及風險防范

要有效實現流域水電站群聯合調度，不僅需要明確調度目標，而且需要確立聯合調度系統的管理體制、組織機構和協調機制，對水電站運行調度實行協調和管理，實現新的利益協調均衡。

4.1 聯合調度目標設置

在現代化流域統一管理體制下，瀟水流域電站群運行調度應當逐步由有限調度向更深層聯合調度拓展，充分發揮梯級水電站群擁有的調節作用和梯級補償效益，進一步提高水能資源利用效率，增強電網調峰、調頻和事故備用等安全運行能力，實現流域內的水文補償、庫容補償和電力補償等聯合統一調度。統籌考慮興利與除害，在保障生活、生產和生態用水安全的同時，削弱對下游地區及湘江的洪水威脅，維持河流健康和保護生態環境，促進流域可持續協調發展。

結合瀟水流域水電開發進程和運行管理現狀，本著統籌規劃、因地制宜的原則，采取市場引導和行政協調相結合等方式，統籌發電、防洪、供水、航運和生態環境保護等多目標需求之間關系，確保聯合調度系統的科學合理、高效安全、依法有序運行。瀟水流域梯級電站群聯合調度主要有三種情況：一是流域梯級電站群全部納入聯合調度。關鍵是要建立各方認可的多開發主體的協作模式，就當前情況而言，聯合協調機制建立任務艱巨，實現全部梯級電站群聯合調度難度很大。二是流域關鍵水電站實現聯合調度。瀟水流域具有一定調節庫容的關鍵電站主要有涔天河電站和雙牌水電站，但由于涔天河電站正在實施擴建工程，是仍由涔天河水庫管理局管理，抑或采取獨立運作模式，不能確定，因此其具體運行管理模式尚不明確，籌劃涔天河電站和雙牌電站聯合調度近階段具有不可操作性。在涔天河電站擴建完成并明確管理主體后，可嘗試聯合調度事宜。三是流域下游關聯電站實現聯合調度。目前，因五里牌電站由雙牌水電站代運行維護，同時南津渡電站與雙牌電站屬同一系統內的兩個平級電站，雙方在水情服務方面實現了一定程度的共享。該三級梯級電站在聯合調度方面具備了一定基礎和條件，從合作運行和調度來看，在防洪度汛和經濟運行等方面發揮了一定效能。對該三家梯級電站深化實施聯合調度，具有現實意義。探索、實踐聯合調度模式和協調機制后，可逐步將涔天河電站及流域其他電站納入聯合調度范圍，甚至可向跨地區、跨流域方向發展，范圍延展至整個湘江流域。

4.2 聯合調度系統建設

為了確保瀟水流域電站群聯合調度目標實施，應當分階段、分區域逐步完善聯合調度協作系統、運行系統及硬件、軟件系統建設與管理。

（1）協作系統建設管理。

需要研究制定多開發主體的協作模式、利益分配與補償機制；制定梯級水電站群聯合調度管理體制、管理辦法和協調機制，構建梯級水電站群聯合調度協調機構。并由此建立較為完善的梯級水電站群聯合調度管理體制、管理辦法和協調機制。

（2）運行系統建設管理。

建立聯合調度系統多目標優化模型，確定各大型水電站在水調和電調系統中的功能定位，制定各梯級水庫的水文補償、庫容補償和電力補償等調度計劃、調度規程以及相應調度作業圖，明確各梯級的調度計劃、發電任務、蓄泄水時序、庫容分配方案、電網調峰方案。制定特殊條件下的應急調度預案，包括汛期防洪聯合調度預案、枯水期供水和航運等聯合調度預案；制定兼顧生態保護和恢復的水庫調度技術方案和聯合調度模式。

（3）硬件系統建設管理。

依據群落布局、水力聯系、投資開發主體等特點，加強聯合調度基礎設施建設，以及測報、調控、網絡通信、信息平臺等硬件建設，滿足聯合調度所需硬件保障條件。

4.3 聯合調度風險防范

聯合調度雖能使資源得到優化利用，但還需要保證資源利用的公平合理和系統內部良性競爭，尤其要兼顧上下游和區域間經濟社會協調發展，需要建立健全聯合調度機制、電力市場競價規則和水能資源交易機制，在公平協商基礎上，促進資源優化利用，確保各方利益都能得到保護。

（1）政策運行風險及防范。

目前國內在梯級水電站群聯合調度管理方面，缺乏適用的管理體制、協調機制和補償政策措施，缺乏針對性的、可操作性強的管理辦法、法律條文，這是水庫群聯合調度難以推進的一個重要障礙。因此，有必要出臺配套的法律法規和政策措施，明確聯合調度的管理主體及其責任、權利和義務，保障聯合調度系統運行與管理的依法、有序進行。

（2）協調機制風險及防范。

聯合調度管理成功的關鍵在于協調。瀟水流域水電站群，涉及眾多地方政府和行業部門，還包括水電與電調的協調，各投資主體的協調，各梯級調度的協調等等，其調度管理將是一項極為復雜的系統工作，也是聯合調度不可回避的問題。如何平衡各方利益，調動各方面積極性顯得尤為重要，保證聯合調度方案順利實施，需要好的協調機制和協調平臺，這是聯合調度必須解決的難題。

1 許繼軍，陳進，陳廣才.長江上游大型水電站群聯合調度發展戰略研究[J].中國水利，2011，04.

2 李小芹，李延頻，趙夢蝶，等.梯級水庫群發電優化調度評述[J].人民黃河，2008，30（4）.