淺談水電站機組經濟運行的措施

鄒林 王義

摘 要：水電站投資浩大，且對周邊生態會造成或多或少的影響。為了彌補這方面的不足，使水電站始終運行在經濟狀態是必然要求。文章從水庫調度、設備運維、機組調整等多個方面入手，闡述了提升水電站經濟運行的各項措施，以期為實現水電開發“多發電、發好電”的目標而拋磚引玉。

關鍵詞：水電站；經濟運行；措施

引言

隨著能源格局的調整，清潔能源將逐步取代傳統一次性化石能源（石油、煤炭等）。而在清潔能源的序列中，水電以其裝機容量大、調度靈活、技術成熟、成本經濟等諸多優點而“出類拔萃”，是今后相當長一段時期內必須倚重的能源形式。但根據大量數據統計，許多電站的水電機組運行并非處于經濟狀態下，是大有潛力可挖的。文章將從多個角度探討提升水電站經濟運行水平的措施，以期實現“多發電、發好電”的目標。

1 提升經濟運行的措施概述

水電站是一個龐大體系，包括水工建筑物、廠房、發電機組、輸變電配套設施等，提升水電站的經濟運行需要統籌兼顧、綜合考慮。作者結合多年運行經驗認為：首先要做好精益管理，即從頂層設計的角度謀篇布局，理順各種關系，使各類措施有法可依；其次，就是具體分析不同水庫的挖潛點，有針對性地去取得突破；最后，要做好經濟運行分析，總結所采取措施的合理性，并隨著時間的推移做好調整工作。下面，將就這幾個方面進行詳細論述。

2 精益管理層面

作為頂層設計，就是要從宏觀的角度保證水電站機組經濟運行所應具備的條件。大致來說，有以下幾點：（1）落實水電站設備運維、改造、消缺等各節點的制度制定，并從人、財、物等方面予以保證，這是實現經濟運行的基礎條件。（2）制定年度目標，使經濟運行的執行有明確方向。（3）盡可能將高技術設備吸納進水電站運行層面（因水電機組優化是一個多目標多維數問題，依靠人工較難實現），如全數字智能調度系統。（4）做好員工的教育培訓，使其掌握經濟運行的相關理論和知識。（5）明確安全生產、經濟運行等責任制，層層下達，使實現經濟運行具有組織保障。

3 具體技術層面

3.1 科學調度水庫

水電站的運行動力是水流。要保證水電站高效運行，就必須科學調度水庫（特別對我們這種總體缺水的國家）。但水庫調度牽涉面廣，既有水電站自身因素，也牽涉到流域水管部門。水庫調度的核心是要將有限的水資源利用好，為此應做好以下工作：（1）建立覆蓋流域相關區域的中短期天氣預報系統、水調和洪水自動化調度系統以及水情自動測報系統，并培養責任心強、業務能力優的人員對以上系統進行人工校正。（2）加強與電力調度部門的聯動，避免低負荷時出現機組空轉、浪費水力；加強與防汛抗旱部門的溝通，靈活快速調整機組負荷曲線，充分利用現有水量。（3）重視基礎數據的統計和分析，整理出機組水頭與綜合出力的關系曲線、水路出庫力量與綜合出力的關系曲線等，為優化水庫調度提供輔助決策。（4）針對各種特殊情況（如春季農忙、夏季汛期），制定完備的調度預案和控制水庫水位的規章，實現水庫調度管理的制度化、合理化。

3.2 充分挖掘水庫潛力

眾所周知，當負荷需求較大時，提升發電機組經濟運行的一大措施是提高發電水頭。文章“3.1”主要從流域整體調控、水電站內外部統籌的角度論述如何保證水庫的必要水量，而沒有分析在水庫已經成型以及外部條件變化不大時，如何挖掘水庫潛力。作者認為，可以在以下兩方面嘗試提高發電水頭：

（1）在設計標準內，通過對弧形閘門加設防浪板等措施適當提高水庫運行水位。當然，為確保攔水壩安全，在汛期必須視情況謹慎該項操作。（2）降低尾水位。很多水電站在建設中存在著溢流壩段上、下游施工圍堰拆除不徹底以及尾水渠開挖等問題，長時間運行后尾水渠內不可避免會淤積大量土石泥沙，在一定程度上影響尾水位，并最終降低發電水頭。因此，應定期對尾水渠實施清淤。以青海某電站為例：自2012年首次實行尾水渠清淤，當年即實現發電量增加2530.7萬kW·h，同比提高20%。

3.3 優化機組運行

水電站的機組往往是兩臺以上并列運行，共同承擔著電力系統的給定負荷。顯然，隨著機組數目的增加，機組運行工況組合數也是直線上升。水電站機組經濟運行所要解決的主要問題就是在給定負荷下，選擇何種機組運行組合以及如何在選定機組間進行負荷分配，以使水電站在一個運行周期內產生最大的經濟效益。這是一個非線性、高維數且動態規劃的問題，需要考慮機組開、停機轉換，空載損耗，附加損耗等一系列因素。

根據以往經驗，求解以上優化問題的方法主要有：逐步優化法、按比例分攤法、動態規劃法、等微增率法等。其中，比例分攤法簡單地將負荷按比例分攤，忽視機組自身性能，已很少被采用；等微增率法和動態規劃法迭代次數多，易發生維數災；逐步優化法的收斂速度也受限于機組數目。

文章的思路是：（1）應以有限水資源利用為龍頭，以運行水頭H和機組效率？濁為抓手，設定機組調節目標為給定負荷下“通過各機組的總流量最小”。（2）應重點追求一個時期內（如一周）加權平均后的水頭最高、效率最優。（3）做好對機組運行區域的劃分工作（安全運行區、過渡運行區和禁止運行區），并以綠色、黃色和紅色相區分。應盡量避免在過渡運行區，不可在禁止運行區運行。

機組運維人員應熟悉每一臺發電機的運行高效區。對于建立有自動化監控系統的水電站，值班人員應加強實時效率比對和監盤，及時調整運行出力，使水輪機始終運行在高效區。對于調節容庫的引水式一洞多機電站，在非汛期應注意避免全部開機，以減少沿程水頭損失。對于反調節水庫電站，則應做好機組高水頭運行保持。

3.4 其他措施

提升水電站運行經濟性的另外一個要點是減少損失水量。這主要指那些建在地質條件不佳、有可能存在滲漏的水電站。對于這些電站，應在閘門等處配置在線監測裝置，及時消除滲漏缺陷。

4 經濟比對方法

在實施經濟運行措施后，應及時進行數據比對，以確認所采取措施的有效性。就目前技術來看，可將相關措施實施前后的水庫和機組數據進行采集，然后采用公式法和耗水率曲線法來評判經濟效益的大小。下面簡要介紹這兩種方法。

（1）公式法，見式（1）所示。其中，△E為電能增量，K為出力系統，根據實際運行資料反算；Q為平均發電流量，△H為水頭增量，T為時間。

△E=KQ（△H）T （1）

（2）耗水率曲線法。即根據水頭—耗水率關系曲線，查出措施實施前后的發電耗水率，求二者之差即為措施所帶來的每度電節約水量。然后依照實際發電量而得到的節約水量，再除以實際發電耗水率，即能獲得措施所帶來的電量增加。

5 結束語

與火力發電廠不同，水電站因其自然屬性不一（主要指機組容量級差大、電站類型各式各樣）、與外界聯系密切等因素，其經濟運行工作較為復雜。在實際運行中，我們應緊緊抓住流量、水頭、機組效率這三個控制要素，從各個可能的角度去查找問題、挖掘潛力，全面提升水電站經濟運行水平。同時，國家也應盡快出臺相關辦法，鼓勵水電站展開這方面的探索。我國資源緊缺，水量也不充沛，做好水電站經濟運行是十分有意義的。

參考文獻

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