三峽電站機組756 MW運行水資源利用影響分析

郭 樂

(中國長江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級調度通信中心，湖北宜昌443133)

三峽電站機組756 MW運行水資源利用影響分析

郭 樂

(中國長江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級調度通信中心，湖北宜昌443133)

三峽電站單機容量從700 MW提高至756 MW運行不僅是可行的，還能有效提高三峽水庫水資源利用效率，一方面減少棄水量提高水資源利用效率；另一方面是優化電站方式安排節約水資源。通過對近年實際運行方式和設定方式下減少棄水量和增發電量計算表明，機組單機容量提高至756 MW運行，可以有效提高水資源利用效率和三峽電站發電效益。

機組；水資源利用；756 MW運行；三峽電站

0 引 言

長江是我國第一大河，年來水豐沛。三峽工程利用長江水資源，電站裝有32臺單機容量700 MW的發電機組，巨大的發電效益為我國經濟建設、社會發展提供了有力的能源支持。長江來水雖豐沛，但年內分配不均勻，汛期(6～9月)的來水約占全年的60%以上，加上工程防洪等綜合利用要求，在電站運行時，有棄水發生[1]。

為合理利用水資源，針對三峽水庫汛期運行水位低、流量大的特點，動能設計中機組的額定水頭左岸機組選擇80.6 m、右岸和地下電站機組選擇85 m。在機組設計和制造階段，為解決機組在高水頭時運行穩定問題，設置了最大出力區，也就是拓寬了機組在高水頭的穩定運行區，在85 m水頭以上發電時，單機最大出力可達756 MW。機組按756 MW運行，一方面可提高機組運行安全，另一方面可增加高水頭時機組過流能力，增加發電效益，減少棄水。目前三峽水庫正在研究在確保防洪安全的前提下，利用雨洪資源的優化調度方式增加汛期三峽電站在偏高水頭運行的幾率，機組按756 MW運行時間相應增加，從而提高三峽電站水資源的利用率。本文主要針對在三峽水庫優化運用方式下機組按756 MW運行，如何提高電站水資源利用率進行分析。

1 三峽電站機組756 MW運行的可行分析

在三峽電站機組招標文件中已明確水輪發電機組參數：發電機額定容量777.8 MVA，功率因數為0.9，對應有功功率為700 MW；最大容量840 MVA，最大容量運行時的功率因數0.9，對應有功功率為756 MW。也就是說，三峽電站安裝的機組，在技術上均具備756 MW出力運行的能力。

從2006年開始，多次在汛末試驗性蓄水過程中組織開展了機組高水頭下的單機756 MW運行試驗。經試驗和運行驗證，機組在高水頭下以756 MW出力運行是安全、穩定的，在高水頭運行時按單機756 MW控制調度有利于擴大機組的穩定運行范圍。

三峽水輪發電機組的設計和制造，不僅滿足高水頭運行工況下額定出力700 MW，還能滿足最大出力756 MW長期運行。為了驗證三峽機組在高水頭和高出力運行方式下的狀況和性能，2006年～2011年先后組織了4次大負荷試驗，試驗既有對試驗機組的較長時間的考驗，也有針對每種機型756 MW試運行。試驗表明：三峽機組在高水頭下以756 MW出力運行是安全、穩定的，三峽電站機組具備756 MW出力長期安全穩定運行的能力。

2 三峽電站機組756 MW運行水資源利用影響分析

三峽電站機組756 MW運行不僅是可行的，還能有效提高三峽水庫水資源利用效率，提高三峽工程綜合利用效益。主要體現在兩方面：一是減少棄水量的增發效益，即當三峽水庫發生棄水且水頭足夠時(主要在汛期，少數在水庫蓄滿后發生秋汛時)，機組按照最大出力756 MW運行能提高電站裝機容量，從而提高電站最大過機流量，可多利用部分棄水發電，適當減少棄水量；二是優化電站方式安排節約水資源效益，即當三峽電站水頭較大時，將三峽電站機組最大出力放寬到756 MW能有效提高機組方式優化安排的空間，提高機組整體運行效率，減少發電耗水率，節約水資源。本文將從以上兩方面分析機組756 MW運行對水資源利用的影響。

2.1 756 MW運行減少棄水量分析

2.1.1 水量和水頭分析

(1)水量分析。三峽電站單機額定出力700 MW裝機32臺，電站總最大過流能力約為31 000 m3/s。對三峽壩址來水進行分析，根據長系列(1877年～2010年)統計，多年平均來流量大于31 000 m3/s時間約為32天。水庫按綜合利用要求調度運行時，樞紐總下泄流量將大于電站的發電流量，造成棄水。

(2)水頭分析。按設計的調度方式，三峽水庫汛期一般維持汛限水位運行，當發生大洪水時，水庫攔洪、庫水位抬高，洪水過后降至汛限水位，在實施防洪調度時，攔蓄洪水使發電水頭升高，機組有按756 MW運行的條件。

為充分發揮三峽水庫的綜合效益，試驗蓄水以來三峽水庫在汛期開展了利用洪水資源的優化調度，一方面在未發生洪水時，水庫水位可上浮至146.5 m運行；另一方面為減輕下游防洪壓力，適當開展中小洪水調度[2- 3]，攔蓄部分洪水，降低荊江河段水位，2010年與2012年水庫由于滯洪庫水位分別抬升至161.02 m和163.11 m。因此，三峽電站機組在汛期可按756 MW運行的幾率將大幅提高，電站具備利用棄水增發的條件。另外，三峽水庫在汛末蓄水結束后，如發生秋汛，三峽水庫也可能發生棄水，此時三峽電站也具備增發條件。在上述情況下，三峽電站機組按756MW運行能提高電站總裝機容量，增加電站過機流量，減少棄水量，增發電量。

2.1.2 近年實際運行方式下，機組按756 MW運行減少棄水量分析

2009年以來，三峽水庫汛期開展了中小洪水優化調度，汛期庫水位受防洪調度影響有所抬升，具備機組出力756 MW運行所需要的水頭。因此可針對近年的實際水庫運行方式，分析機組按756 MW運行減少的棄水量和增發電量效益。

根據2009年～2012年4年的實際日來水資料，按照水庫實際運行方式，計算單機最大容量從700 MW增大至756 MW，各年度減少的棄水量和增發電量，具體結果如下表1。

三峽水庫汛末蓄水結束后，長江上游流域也常發生秋汛洪水，如2008年和2011年11月，三峽水庫就發生了秋汛。2008年11月初三峽水庫發生秋汛洪水時，日均入庫流量最高達32 700 m3/s，此時，三峽水庫試驗性蓄水結束，開始加大出庫發生棄水，棄水量為40億m3。若單機最大容量增加至756 MW，按當時最大開機臺數電站總出力可增加1 200 MW左右，可增加過機流量約1 200 m3/s，減少棄水量約9億m3。即使在地下電站全部投產后，若發生類似

表1 2009年～2012年三峽機組最大出力增至756 MW減少的棄水量和增發電量

年份年減少棄水量/億m3年增發電量/億kW·h200929.72.7201041.95.0201100201250.76.7均值30.63.6

2008年的秋汛，三峽電站仍將棄水，機組按最大容量756 MW運行可減少棄水、增發電量。

2011年11月7日三峽水庫蓄滿后由于發生秋汛洪水導致棄水，棄水量為0.36億m3。若單機最大容量增加至756萬MW，按當時最大開機臺數計算，電站總出力可增加1 500 MW，可增加過機流量約1 500 m3/s，基本可確保不棄水。

2.1.3 設定運行方式下，機組按756 MW運行多年平均減少棄水量和增發電量

(1)水庫汛期調度方式。假定以下兩種調度方式進行重點分析：①調度方式a(按40 000 m3/s控泄攔蓄洪水方式)。當來量大于40 000 m3/s時，水庫按40 000 m3/s控泄，水庫水位由汛限水位145 m開始攔洪蓄水，蓄洪至160 m水位后按來量下泄，當來量小于40 000 m3/s時按40 000 m3/s控泄消落至145 m。②調度方式b(按滿發流量攔蓄洪水方式)。汛期來量大于機組滿發裝機流量時水庫開始攔蓄洪水，水庫水位由汛限水位145 m開始攔洪蓄水，蓄洪至160 m水位后則按來量下泄，當來量小于滿發流量時按滿發流量控泄消落至145 m。

(2)增發電量和減少棄水量。按上述計算條件，對1950年～2010年逐年進行計算，水庫汛期分別按調度方式a和調度方式b運行，機組最大出力756萬MW與700 MW方案估算平均減少棄水量的和平均增發電量見表2。

表2 指定調度方式下1950年～2010年三峽機組最大出力756 MW減少棄水量和增發電量

調度方式估算減少棄水量/億m3多年平均增發電量/億kW·ha232.92b516.41

2.2 機組756 MW運行負荷優化分配效益分析

三峽蓄水期和供水期時，水庫水位較高，而在高水頭下(>100 m)，單機出力越大耗水率越低。表3是水頭在105 m下，各種機組類型對應的耗水率。由表3可知，各種機組的最低耗水率均出現在出力700～760 MW之間。因此，機組756 MW運行能進一步提高三峽電站負荷優化分配的空間，有效提高機組運行效率，節約水資源。

表3 三峽凈水頭105 m下對應各種機組類型流量耗水率

機組類型不同出力對應耗水率/m3·s-1·(萬kW)-170717273747576VGS10.3410.3110.2810.2610.2310.2110.20ALSTOM10.3710.3510.3410.3210.3010.2910.27東電10.3010.2810.2810.2810.2810.2910.29右岸ALSTOM10.2910.2810.2610.2510.2310.2310.21哈電10.2510.2310.2310.2510.2610.2610.27

根據近年來三峽水庫的水頭變化情況，按照在高水頭下(>100 m)三峽電站機組756 MW運行考慮，理論上單位出力流量耗水率能降低0.05 m3/s/萬kW的潛力，相當于，每年發同樣的電量節約5億m3水量或者用同樣的水量可增發1.3億kW·h。

3 結 論

(1)在2006年～2011年的先后組織了4次大負荷試驗，結果表明：三峽電站機組在高水頭下以756 MW出力運行是安全、穩定的，具備756 MW出力長期安全穩定運行的能力。

(2)中小洪水優化調度為三峽電站機組756 MW運行創造了條件，大幅提高了洪水資源的利用效率。2009年以來，三峽水庫在汛期開展了中小洪水優化調度，汛期庫水位受防洪調度影響有所抬升，具備機組出力756 MW運行所需要的水頭。通過分析計算，2009年～2012年實際運行方式下，756 MW運行能平均減少棄水量30.6億m3和增發電量3.6億kW·h。對1950年～2010年逐年進行計算，水庫汛期按兩種優化調度方式運行，機組按756 MW運行，調度方式a與調度方式b估算分別平均減少棄水量為23億m3和51億m3，計算分別平均增發電量約為2.9億kW·h和6.4億kW·h。

(3)秋汛是三峽電站機組756 MW運行的最好時機，通過優化調度可基本避免秋汛棄水。三峽水庫汛末蓄水結束后，長江上游流域也常發生秋汛洪水。如2008年和2011年11月，2008年秋汛洪水棄水量為40億m3，2011年棄水量為0.36億m3。分析計算三峽電站機組756 MW運行，2008年秋汛可減少棄水量約9億m3，2011年秋汛可基本確保不棄水。

(4)枯季高水頭下三峽電站機組756 MW運行可提高水資源利用效率。根據近年來三峽水庫的水頭變化情況，按照在高水頭下(>100 m)時三峽電站機組756 MW運行考慮，理論上三峽電站流量耗水率有降低0.05 m3/s/萬kW的潛力，相當于每年發同樣的電量節約5億m3水量或用同樣的水量可增發電量1.3億kW·h。

[1]張曙光， 周曼. 三峽樞紐水庫運行調度[J]. 中國工程科學， 2011， 3(7)： 61- 65．

[2]陳桂亞， 郭生練. 水庫汛期中小洪水動態調度方法與實踐[J]. 水力發電學報， 2012， 31(4)： 22- 27．

[3]李義天， 甘富萬， 鄧金運， 等. 三峽水庫汛限水位優化調度初步研究[J]. 水力發電學報， 2008， 27(4)： 1- 6．

[4]趙南山， 張雅琦. 三峽水庫汛期運行調度分析[J]. 水電廠自動化， 2009(1)： 64- 66.

(責任編輯焦雪梅)

Impact Analysis in Water Resources Utilization of Three Gorges Power Station when Unit Operated in the Capacity of 756 MW

GUO Le

(Three Gorges Water Conservancy Complex Cascade Dispatch &Communication Center,China Yantze Power Co., Ltd., Yichang 443133, Hubei, China)

The unit operation capacity of Three Gorges Power Station increased from 700MW to 756MW not only is feasible, but also can effectively improve the efficiency of water resources utilization. The unit operation in 756 MW can reduce the non-generation flow to improve water use efficiency, and can also optimize plant operation arrangement to save water resources. The reductions of non-generation flow and the power generation increases are calculated respectively when the unit operation capacity increases from 700 MW to 756 MW under actual operation mode in recent years and designed operation mode. The calculation results show that the utilization efficiency of water resources and the generation benefit of Three Gorges Power Station can be effectively improved．

impact; water resources utilization; operation in 756MW; Three Gorges Power Station

2015- 02- 26

國家“十二五”水專項(2014ZX07104- 005);國家重點基礎研究發展計劃(2013CB036406- 4)

郭樂(1984—)，男，湖北廣水人，工程師，從事水文預報和水庫調度．

TV697.1(263)

A

0559- 9342(2015)12- 0093- 03