TP 水庫電站裝機容量的選擇

丁 鈺

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊830000）

1 概述

TP 水庫工程位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州的某河上。TP 水庫工程壩址以上流域面積3009 km2，多年平均徑流量為1.653×108m3，多年平均流量為5.24 m3/s。TP 水庫是某河上唯一的控制性工程，是一座灌溉、防洪等綜合利用的水利工程。TP 水庫正常蓄水位2394.50 m，最大壩高61.5 m，總庫容6098.93 萬m3，水庫控制灌溉面積14.13 萬畝。工程等別為Ⅲ等工程，工程規模為中型。工程由擋水壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞組成。地震設防烈度為Ⅷ度。

TP 電站工程是依托新疆克州恰克瑪克河TP 水庫工程，在不影響TP 水庫工程各項任務和布局的前提下，利用灌溉放水洞的供水水量和水頭進行發電。TP 電站主要由發電洞進口、洞身段、出口明管段、岔管段、電站廠房及尾水渠等組成。本工程為五等小（2）型工程，結合TP 水庫工程，水工建筑物級別如下：引水發電進水口為3 級建筑物；新建發電洞洞身段、出口明管段、岔管段、電站廠房及尾水渠為5 級建筑物，次要建筑物為5 級。

根據滿足某河流域灌區和防洪的要求進行水庫長系列徑流調節分析，依據下游綜合利用要求的出庫過程結合發電，擬定TP 水電站裝機容量為4 MW[1]，多年平均年發電量為1528 萬kW·h，裝機年利用小時數為3743 h。電站最大水頭62.04 m，最小水頭35.92 m，額定水頭48.26 m，電站采用兩臺不等大機組，單機容量1.25 MW+2.75 MW。

2 裝機容量的選擇

裝機容量的選擇直接關系到電站的投資規模和經濟效益。根據水工布置、發電洞和施工地質條件，結合電站供電范圍、系統內電源組成情況及動能經濟指標等，初擬定裝機容量為3 MW、4 MW、5 MW、6 MW 四個方案進行比較。各方案均采用混流式，機組臺數按2 臺考慮。各方案動能經濟指標見表1。

表1 TP 水電站裝機容量方案動能指標表

從表1 可以看出：

（1）動能指標。TP 水電站裝機容量從3 MW 逐漸增加到6 MW，多年平均發電量增幅從萬134 kW·h 減少到57 kW·h，相應動能指標增加，但增幅逐漸減少。從能量指標和資源合理利用分析得知，裝機容量不易過大。

（2）裝機利用小時數。隨著裝機容量從3 MW 逐漸增加至6 MW，裝機利用小時數從4543 h 減小至2730 h。

（3）投資指標。TP 水電站裝機容量從3 MW 增加到4 MW，投資增加301.10 萬元，裝機容量從4 MW 增加到5 MW，投資增加320.00萬元，裝機容量從5MW增加到6MW，投資增加405.89萬元。

（4）經濟指標，社會折現率為8%。裝機容量從3 MW 增加到4 MW，差額投資經濟內部收益率為8.13%，其值比社會折現率大，而裝機容量從4 MW 增加到5 MW，從5 MW 增加到6 MW，其差額投資經濟內部收益率分別為7.83%、7.56%，均小于社會折現率。因此，從經濟角度看，電站的裝機容量為4 MW 最優。

（5）從電站靜態經濟指標來看，各方案的單位電能投資較為經濟的是方案二和方案三，分別為4.25 萬元/(kW·h)、4.20 萬元/(kW·h)。從補充單位電能投資角度看，裝機容量從5 MW 增加到6 MW，為7.12 萬元/（kW·h），高于本身的單位電能投資；裝機容量從3 MW 增加到4 MW、從4 MW 增加到5 MW，為3.00 萬元/(kW·h)、3.15 萬元/(kW·h)，低于本身的單位電能投資。因此，從電能利用的經濟性考慮，在方案二和方案三兩個方案中作比較，最終選擇裝機容量為4 MW 的方案二。

綜上所述，從動能經濟指標綜合分析考慮，本次推薦經濟上最優的裝機容量4 MW 方案。

3 機組臺數及單機容量的確定

電站水頭在35.92 m～62.04 m 之間，電站在系統中擔任基荷，此水頭段和單機容量的條件下國內混流式機組已有較為成熟的制造和運行經驗，效率較高，制造難度不大。本電站單機容量較小，經估算轉輪直徑小于1.2 m，故本階段初擬選用臥軸混流式機組。

機組臺數確定應考慮單機容量占系統容量比重，機組運行方式，電站樞紐布置等因素，通過技術、經濟綜合比較確定。本電站的裝機容量為4 MW，屬于小型電站，考慮到冬季和夏季來水量變幅較大，而且電站保證出力較小，從機組運行的靈活性、電站在電力系統中的作用及機組穩定運行等方面考慮，擬定機組臺數為兩大一小（1×0.75 MW+2×1.63 MW，小機不發電）、兩臺等大（2×2.0 MW）和兩臺不等大（1.25 MW+2.75 MW）三種方案進行比較[2]。機組臺數比較見表2。

表2 機組臺數比較表

（1）從電站運行方面來講。由于計算機技術廣泛應用于水輪機水力設計、性能預測、穩定性分析，效率水平有了很大提高。方案一、二、三機組均可在高效率區域內運行，但方案三較方案一、二的效率略高。如果無其他特殊要求，所采用的方案應是機組效率較高的組合。

（2）從經濟投資這塊來講。在機電設備總投資方面看，三臺機組自然會比兩臺機組設備投資大。從主廠房尺寸大小比較，方案二比方案三尺寸略小一些，但從機電設備總投資方面看，兩者相差不大。從靜態總投資來看，方案三將總投資控制下來。基于經濟效益指標考慮，選擇方案三兩臺不等大機組。

（3）從電站投產使用和檢修情況來看，所選的機組組合方案要求應與運行檢修管理相協調。3 臺機方案相對2 臺機方案來講，不但配件多及技術儲備量大，而且全廠運行維護及檢修的工作量也大及維修費用也高。從這個意義上講，機組臺數與類型越少越好，但事故停機對電廠出力影響大。

綜上所述，對于本電站機組參數選擇，一方面要盡可能獲得較好的經濟效益，另一方面過機泥沙含量較高，尤其應考慮汛期水庫排沙運行時泥沙含量較大。在水輪機水力設計中，需綜合考慮能量特性、穩定性和抗磨蝕性能的影響。選擇方案三兩臺不等大（1.25 MW+2.75 WM））。

4 結語

綜上所述，通過TP 水電站的特征指標分析，理清各方面需要考慮的問題以及應考慮的次序，通過深入的分析論證，確定電站的裝機容量，提出擬定水電站建設規模的思路，并按照該思路提出擬定水電站建設規模的思路的基本步驟和工作方法，從而用此方法合理確定水電站的建設規模。對于水電站而言，裝機容量和機組臺數方案的設計所要參考的要素是多方面的。只有技術上可行、經濟上合理的設計才是最優的設計。水電站安全經濟、技術可靠是一個永恒的話題，需要我們不斷地研究和探索。TP 電站的建成及投產使用，不僅水能資源利用效率顯著提高、整個過程經濟指標最優，而且能有效地緩解電力緊缺矛盾，更好地為邊疆人民造福。