小水電站發(fā)電效率的影響因素及策略研究

聶勇勇

摘要：十二五規(guī)劃中明確表示，今后應(yīng)當(dāng)在充分保護(hù)生態(tài)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上推動(dòng)我國水電事業(yè)發(fā)展，說明中國水電開發(fā)事業(yè)已步入生態(tài)制約的關(guān)鍵時(shí)期。本文主要從水輪機(jī)的層面闡述了其對小水電站發(fā)電效率的影響，并分析其影響因素，在此基礎(chǔ)上，闡明提高小水電站發(fā)電效率的有關(guān)策略。

關(guān)鍵詞：小水電工程，發(fā)電效率，策略

水電在中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著非常重要的作用，其屬于一種可再生能源，具有清潔環(huán)保等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)資料表明，2010年中國電力總裝機(jī)中水電裝機(jī)所占份額為22.3%。2012年11月19日，黨的十八大報(bào)告里面明確表明，為充分確保國家能源安全，今后應(yīng)當(dāng)支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展。充分顯示出發(fā)展水電在我國發(fā)展過程中扮演著非常關(guān)鍵的戰(zhàn)略作用。作為水電的有機(jī)內(nèi)容之一，小水電在多年的風(fēng)雨歷程中，獲得非常顯著的進(jìn)展。水電發(fā)展十二五規(guī)劃中指出，到2010年為止，我國小水電裝機(jī)規(guī)模在總水電裝機(jī)中的比例超過27%，達(dá)到5840萬千瓦。伴隨中國對環(huán)境重視程度的逐漸提升以及生態(tài)文明建設(shè)的日益深入，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐漸改善，中國電網(wǎng)日益完善，為發(fā)展小水電事業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)該項(xiàng)事業(yè)具有非常大的潛力。然而，現(xiàn)階段小水電站運(yùn)行過程中依舊存在很多問題，例如發(fā)電成本太大及其效率相對較低，現(xiàn)狀不容樂觀。因此，不斷提升小水電站發(fā)電效率已經(jīng)成為國家水電發(fā)展十二五規(guī)劃的重要內(nèi)容之一。鑒于這一個(gè)方面的原因，本文主要基于水輪機(jī)的視角下研究小水電站發(fā)電效率的影響因素，提出相應(yīng)的發(fā)展策略，以期為提高小水電站發(fā)電效率提供指導(dǎo)和借鑒。

一、小水電站發(fā)電效率的影響因素

（一）水輪機(jī)對發(fā)電效率的影響

我們知道，水輪機(jī)效率主要涉及到機(jī)械、容積以及水力三個(gè)方面的效率，在共過程中的水電站，如果想使其機(jī)械效率提升，那么一定要充分確保機(jī)組軸承與油封等處于一個(gè)較好的運(yùn)行狀態(tài)之中。如果想使容積效率提高，那么一定要充分確保止漏裝置與轉(zhuǎn)輪間隙保持正常。如果想使水力效率提高，那么一定要最大限度地降低蝸殼進(jìn)口經(jīng)轉(zhuǎn)輪至尾水管出口這一個(gè)過程的損失，降低泥沙磨損與汽蝕，從而充分確保水輪機(jī)工作條件滿足設(shè)計(jì)需求。發(fā)電機(jī)效率是產(chǎn)生的電能與機(jī)械能兩者的比值。一般情況下，水輪機(jī)效率往往可以描述為有效水頭與流量的函數(shù)，也就是我們所說的效率曲線。隨著水的流量的提高，水輪機(jī)效率同樣不斷提高，一直至最大值為止，接著將不斷減小。為防止空化與振動(dòng)，對各有效水頭來說，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)規(guī)定其流量波動(dòng)區(qū)間。所以，增加水力效率屬于機(jī)組效率提升的關(guān)鍵所在，同時(shí)屬于水電站效率提升的一個(gè)關(guān)鍵的渠道和方法。必須充分確保整個(gè)機(jī)組保持在高效率區(qū)工作，最終實(shí)現(xiàn)電站效益的不斷提升。

（二）水輪機(jī)發(fā)電的影響因素

在這里，諸多因素能夠?qū)λ啺l(fā)電機(jī)組效率產(chǎn)生影響，大體上涉及到下面幾點(diǎn)。水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)裝置的影響。直聯(lián)運(yùn)行具有最高的效率，三角帶傳動(dòng)比平皮帶傳動(dòng)的效率高，平皮帶傳動(dòng)比半交叉?zhèn)鲃?dòng)的效率高。當(dāng)流量與水頭保持不變的時(shí)候，在這個(gè)條件下，需要最大限度地防止小于機(jī)組額定輸出的40%工作，如果2機(jī)組均于半負(fù)荷狀態(tài)下工作，在這種情況下，需要先將其中1臺(tái)停止，使其與2臺(tái)處于滿負(fù)荷條件。需要密切關(guān)注機(jī)組的溫度狀況，發(fā)電機(jī)各個(gè)組成原件的溫度太大，則會(huì)對其發(fā)電效率產(chǎn)生非常大的影響。

二、提高小水電站發(fā)電效率的有效策略

（一）努力對水輪機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化

第一，關(guān)于定子方面，將定子的各個(gè)舊部件拆除，例如線棒、鐵芯沖片、拉伸螺桿等，在此基礎(chǔ)上，還需要將機(jī)座清理干凈。第二，根據(jù)相關(guān)的操作流程掛裝定位筋、鐵芯疊片。鐵芯疊片環(huán)節(jié)需要實(shí)施分段預(yù)壓、整體熱壓，結(jié)束這一個(gè)環(huán)節(jié)以后，根據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。例如，根據(jù)來對檢驗(yàn)鐵損狀況，檢驗(yàn)其是否滿足要求；安裝端箍，這一個(gè)環(huán)節(jié)主要是根據(jù)《定子工地下線工藝守則》來對上下層線棒進(jìn)行布設(shè)，槽電位處理，打槽楔。第三，測試水輪機(jī)性能，對其中的各個(gè)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，包括效率、短路、空載等等。第四，做好轉(zhuǎn)子絕緣處理工作，將其磁極都拔除，然后需要認(rèn)真清洗它的表面，在此基礎(chǔ)上，還需要封堵其縫隙；清洗其磁軛通風(fēng)溝，通過這種方法實(shí)現(xiàn)除塵；更換其磁極鍵相關(guān)組件；優(yōu)化發(fā)電機(jī)通風(fēng)；將原機(jī)風(fēng)扇及其擋風(fēng)板拆除，然后適當(dāng)降低風(fēng)路結(jié)構(gòu)簡化；在轉(zhuǎn)子磁極上下端利用原機(jī)把合風(fēng)扇的螺桿，把合一圈高強(qiáng)度玻璃鋼旋轉(zhuǎn)風(fēng)斗，通過這種方式來提高定轉(zhuǎn)子氣隙壓頭，使定子有效段風(fēng)量增加；對其線圈根部進(jìn)行封堵，通過這種方式來增加上下齒壓板的散熱效果。

（二）對小發(fā)電站運(yùn)行過程進(jìn)行優(yōu)化

小水電站應(yīng)當(dāng)在充分符合水庫安全度汛、防汛抗洪的基礎(chǔ)上，完全按照整個(gè)電力系統(tǒng)容量平衡與調(diào)度要求，充分考慮有效利用的命令，始終遵循耗水量最小化、發(fā)電量最大化、的指導(dǎo)思想。具體來說，對運(yùn)行過程的短期優(yōu)化需要以長期的計(jì)劃為參考借鑒，應(yīng)當(dāng)盡可能的利用好水庫的調(diào)節(jié)作用，使電力系統(tǒng)的調(diào)峰作用提高。對于小發(fā)電站運(yùn)行的站內(nèi)優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)根據(jù)水輪機(jī)組間最佳負(fù)荷分配的策略，應(yīng)當(dāng)充分兼顧機(jī)組效率曲線，主要通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃法或者等微增率法等技術(shù)手段，來開展最佳負(fù)荷分配工作。而對于小發(fā)電站運(yùn)行的站外優(yōu)化，需要按照電網(wǎng)電壓考核相關(guān)規(guī)定，在大雨情、高水頭條件下盡可能使其保持在高功率角狀態(tài)下，多發(fā)有功、少發(fā)無功。

（三）對小電站運(yùn)行效率進(jìn)行監(jiān)測

現(xiàn)階段，我國有大量的小水電，但是它們的現(xiàn)狀不容樂觀，其中設(shè)備陳舊、效率相對較低、技術(shù)嚴(yán)重不足的所在比例非常高，因此，需要先監(jiān)測這些小型水電站的效率，對其實(shí)施深入的挖潛改造，這屬于提升其效率的一個(gè)比較可行的方法。具體來說，通過計(jì)算機(jī)測控方法來監(jiān)測水輪發(fā)電機(jī)組效率的動(dòng)態(tài)變化狀況，為優(yōu)化其運(yùn)行提供參考依據(jù)，能夠在很大程度上降低運(yùn)行故障、縮減成本、提高效率。相關(guān)專家在充分借鑒前人理論和實(shí)踐的前提下，提出了優(yōu)化的水輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)--新型嵌入式DSP的應(yīng)用系統(tǒng)，主要是引入相對先進(jìn)的元器件來開展設(shè)計(jì)，開發(fā)軟件過程中堅(jiān)持軟件工程原理，科學(xué)的開展模塊劃分，充分凸顯人機(jī)界面的交互性，尤其是強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。該系統(tǒng)具有相對較高的模塊化程度，滿足現(xiàn)階段業(yè)界倡導(dǎo)的“封裝”思想，使其穩(wěn)定性明顯提升，同時(shí)為維護(hù)系統(tǒng)提供了便利條件，其在各種水利發(fā)電廠的優(yōu)化升級中非常適用。另一方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還盡可能的兼顧到實(shí)時(shí)性這一個(gè)顯示特征，引入科學(xué)合理的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，充分保證了能夠動(dòng)態(tài)的采集信息、傳輸、控制信息。其在實(shí)踐中取得非常不錯(cuò)的運(yùn)行效果，穩(wěn)定性良好。除此之外，軟件的用戶控件方式設(shè)計(jì)，從設(shè)置方面為各種類型的水力發(fā)電廠的引入創(chuàng)造了良好的條件，為其實(shí)踐推廣以及軟件優(yōu)化提供有力條件。

三、結(jié)束語

綜上所述，提高小水電站發(fā)電效率，一方面對其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的作用，另一方面還能夠解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉問題。為提高小水電站效率，應(yīng)當(dāng)努力對水輪機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，對小發(fā)電站運(yùn)行過程進(jìn)行優(yōu)化，對小電站運(yùn)行效率進(jìn)行監(jiān)測。今后，伴隨科技的不斷發(fā)展以及政府對水電事業(yè)關(guān)注程度以及投入的不斷提高，相信小水電站發(fā)電效率肯定會(huì)不斷提高。

參考文獻(xiàn)

[1]郭仁雄.小水電站經(jīng)營收益與可持續(xù)發(fā)展探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013，6.

[2]韓勇.淺談應(yīng)用新技術(shù)提高小水電站設(shè)備改造水平[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，30.