陸渾水庫水電站裝機容量復核研究

□ 程大鵬 □王國強

（1鄭州大學水利與環(huán)境學院 2河南省陸渾水庫管理局陸渾水電站）

0 引言

水庫式水電站是我國水電站的重要組成部分，通過水庫的調(diào)節(jié)作用對天然徑流進行調(diào)配，調(diào)節(jié)性能較好。然而，由于某些電站建設(shè)年代較早，受當時技術(shù)水平的限制，其裝機往往難以與水庫相適應(yīng)，且由于運行時間較長，其設(shè)備陳舊老化，難以滿足電站的正常安全需要。通過更換高效設(shè)備，合理確定裝機容量，對水電站進行必要的技術(shù)改造，已在國內(nèi)外取得了較好的效果。由于水電站具有明顯的個體差異性，因此，對電站技術(shù)改造必須采取必要的技術(shù)論證分析，以滿足電站的技術(shù)改造要求。本文針對陸渾水庫水電站的裝機容量復核，采用動態(tài)規(guī)劃模型，并充分考慮水庫及電站的運行性能，通過多種方案的比選，最終確定其合理的裝機容量，對類似的工程具有一定的參考意義。

1 工程概況

陸渾水庫是一座多年調(diào)節(jié)水庫，具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、發(fā)電和供水等多項功能。水庫位于河南省洛陽市嵩縣，建成后為當?shù)亟?jīng)濟及黃河干流的防洪灌溉都發(fā)揮了重要作用。陸渾水庫由輸水洞和灌溉洞兩電站組成。輸水洞裝機3750 kW（3×1250 kW）；灌溉洞設(shè)計裝機容量6500 kW（2×3000+500 kW），但是由于小機組500 kW出現(xiàn)嚴重質(zhì)量問題，該機組自安裝后，從未正常運行過。電站總裝機容量10250 kW。

陸渾水庫水電站經(jīng)過多年運行，其設(shè)備老化較為嚴重，安全操作性差，綜合能效較低。為提高電站對水能的利用效率，進一步發(fā)揮其發(fā)電效益，擬對陸渾水庫水電站進行全面的技術(shù)更新改造。考慮陸渾水庫水電站建設(shè)年代較早，為合理確定其裝機方案，需通過水庫的調(diào)節(jié)計算，結(jié)合水庫與電站的運行特性，對其裝機方案進行復核，選出其合理的裝機方案。

2 陸渾水庫調(diào)度模型

2.1 優(yōu)化調(diào)度模型

陸渾水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，建立其優(yōu)化調(diào)度模型如下：

式中：E為調(diào)度期內(nèi)總發(fā)電量；Nt為水庫時段平均出力；Δt為時段長；T為時段數(shù)目，Nmax為電站最大出力限制，為電站最小出力限制。

2.2 其約束條件

2.2.1 水位約束

式中：Z死為水庫的死水位；Z汛為水庫的防洪高水位；Zmax為水庫非汛期正常高水位。

2.2.2 水電站出力限制

水電站出力限制條件：Nmin≤Nt≤Nmax

2.2.3 發(fā)電流量限制

發(fā)電流量限制條件：Qmin≤Q發(fā)電≤Qmax

式中：Qmin為水輪機允許的最小過流量；Q發(fā)電為發(fā)電流量；Qmax為水輪機允許的最大過流量。

2.2.4 用水部門的用水約束

用水部門的用水約束條件包括灌溉、供水、生態(tài)等下游用水。

3 水庫調(diào)度規(guī)則

利用動態(tài)規(guī)劃進行陸渾水庫的水能調(diào)節(jié)計算時，充分考慮水庫及電站的運行特性，采用以下調(diào)度原則：一是汛期庫水位超過汛期限制水位（317m）時，水庫棄水；二是非汛期庫水位超過正常蓄水位（319.50m）時，水庫棄水；三是庫水位到達死水位時（298m）時，停止一切供水；四是對于逐月的來水資料，運用水量平衡公式和離散的水位，利用庫容水位關(guān)系，最后得到出庫流量；五是出庫流量中首先滿足下游灌溉的要求，此部分流量流入灌溉洞并發(fā)電；然后多余的水量進入輸水洞發(fā)電，當流量使得輸水洞滿發(fā)時，多余的水量再轉(zhuǎn)入灌溉洞發(fā)電。若此部分水量仍然超過灌溉洞的滿發(fā)流量，則多余部分視為棄水；六是陸渾水庫的灌溉洞和輸水洞電站的最小出力限制取各電站最小機組出力的一半，最大出力限制取各電站的總裝機容量；七是灌溉洞和輸水洞電站作為整體進行計算。

4 調(diào)度結(jié)果及最終方案確定

根據(jù)電站的實際情況，初步擬定兩種裝機方案。

方案一：輸水洞電站每臺機組均由原來的1250 kW增容至1400 kW，總裝機4200 kW（3×1400 kW）；灌溉洞電站小機組增容至800 kW，其余兩臺機組各增容至3600 kW，總裝機容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

方案二：輸水洞電站每臺機組均由原來的1250 kW增容至1600 kW，總裝機4800 kW（3×1600 kW）；灌溉洞電站小機組增容至800kW，其余兩臺機組各增容至3600 kW，總裝機容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

采用動態(tài)規(guī)劃算法對陸渾水庫進行長系列的仿真模擬，則可以計算二種方案的調(diào)度結(jié)果如表1所示。

表1 不同增容方案水能計算結(jié)果對比表

改造后電站發(fā)電量增加，增發(fā)電量可由三部分組成：第一部分，充分利用灌溉洞小機組小流量灌溉水量進行發(fā)電；第二部分，利用陸渾水庫除險加固后增加的上游水位，選用高效水輪發(fā)電機組，提高發(fā)電效率；第三部分，利用汛期富余水量，增加電站裝機容量增發(fā)的電量。

由表1分析可知，對上述兩個方案進行模擬調(diào)度，計算結(jié)果表明發(fā)電量隨著電站總裝機容量的增加而增大，多年平均棄水量減少，即電站存在富余水量。年利用小時數(shù)隨著電站裝機容量的增加而降低，但是降低幅度不大。考慮到電站總體發(fā)電效益和水能的充分利用，為了不造成設(shè)備資源上的浪費，選取方案二作為陸渾水庫水電站最終裝機方案。

5 結(jié)語

結(jié)合陸渾水庫水電站技術(shù)改造工程，通過運用動態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合水庫與水電站的實際運行情況，對水庫進行長系列的仿真調(diào)節(jié)計算，并通過對不同方案進行比選，最終確定了合理的裝機方案，對陸渾水庫水電站的技術(shù)改造具有一定的指導意義，也可以為類似工程提供必要的參考。

[1]趙鵬.基于模糊物元的中小型水電站增容改造方案研究[D].鄭州大學,2010.

[2]伯納德·佩利肯，張學進.奧地利小水電發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國農(nóng)村水利水電,2002(8):56-57.

[3]鄒進，劉可真.水資源系統(tǒng)運行與優(yōu)化調(diào)度[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[4]陳洋波，陳安勇.水庫優(yōu)化調(diào)度[M].武漢：湖北科學技術(shù)出版社，1996.