如何糾正小水電徑流式水電站裝機(jī)容量偏大的問(wèn)題

張偉

（重慶市開(kāi)州區(qū)水利局，重慶 450400）

徑流式水電站由于投資小、工期短、見(jiàn)效快，加上水能資源用之不竭、廉價(jià)、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)水電事業(yè)得到了穩(wěn)步積極發(fā)展。

目前，“水電扶貧”工程已全面展開(kāi)，但由于裝機(jī)容量偏大，造成資金浪費(fèi)和設(shè)備積壓，扶貧工程效益不能充分發(fā)揮。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，利用零散的小水電水力資源發(fā)電，在歷史上極大地改變了我國(guó)邊遠(yuǎn)山區(qū)的落后面貌。小水電靠近用戶，可節(jié)省輸電線投資和線路電能損失，加上水能資源用之不竭、廉價(jià)、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以，我國(guó)從中央到地方都十分重視小水電資源的開(kāi)發(fā)。

徑流式水電站，投資小、工期短、見(jiàn)效快，沒(méi)有水庫(kù)淹沒(méi)和移民問(wèn)題。為加快農(nóng)村脫貧致富步伐，“水電扶貧”工程已全面展開(kāi)。在小水電站建設(shè)中，絕大部分是徑流式水電站。

我國(guó)徑流式水電站，普遍存在著裝機(jī)容量偏大的問(wèn)題，造成資金和設(shè)備的積壓，這部分投資不能發(fā)揮效益，損失巨大。如我區(qū)已成小水電3.5萬(wàn)kW，其中徑流式占3.15萬(wàn)kW，枯水期最大出力僅1.1萬(wàn)kW，徑流式電站平均裝機(jī)容量偏大約1/3。若單位千瓦投資僅按10000元計(jì)，則浪費(fèi)的投資高達(dá)1.05億元。推至全國(guó)，這是一筆巨大的損失。所以討論如何糾正小水電徑流式電站裝機(jī)容量偏大的問(wèn)題，對(duì)指導(dǎo)今后小水電建設(shè)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

徑流式水電站裝機(jī)容量的大小，取決于形成的水頭和河流的水量以及供電區(qū)的負(fù)荷特性，此外，還得受制于水力資源利用與國(guó)家扶貧資金使用效果的關(guān)系等。但在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，最主要的兩個(gè)因素就是枯水期的保證出力的確定和豐水期利用棄水發(fā)電的重復(fù)容量的設(shè)置。因?yàn)楸ＷC出力容量和重復(fù)容量之和就是其總裝機(jī)容量。徑流式水電站所以普遍出現(xiàn)裝機(jī)偏大，主要就是這兩個(gè)因素出現(xiàn)了問(wèn)題。

1 關(guān)于徑流式水電站的保證出力

徑流式水電站是對(duì)河流徑流不做任何調(diào)節(jié)的水電站。它的保證出力就是在某個(gè)設(shè)計(jì)保證率的年數(shù)內(nèi)所能發(fā)出的最小平均出力。

現(xiàn)在，我國(guó)小水電站孤立運(yùn)行的很少，大都與電力系統(tǒng)相連，為了滿足電力系統(tǒng)正常工作的要求，必須給電力系統(tǒng)提供保證率高的不間斷的一定數(shù)量電能。由于徑流電站無(wú)調(diào)節(jié)能力，因此，只適于帶電力系統(tǒng)的基荷，帶峰荷是很不經(jīng)濟(jì)的，這就要求水電站的設(shè)計(jì)保證率要更大一點(diǎn)。

我國(guó)小水電站的設(shè)計(jì)流量的保證率的大小，過(guò)去一直沿用蘇聯(lián)大中型水電站設(shè)計(jì)中應(yīng)用的75%，由這個(gè)值確定的保證出力一般偏大，加上，現(xiàn)在10%的生態(tài)流量強(qiáng)制下泄，這就是徑流電站裝機(jī)容量偏大的主要原因。目前，我國(guó)公認(rèn)的小水電站設(shè)計(jì)保證率應(yīng)取85%是比較科學(xué)的，這樣既可糾正裝機(jī)偏大的現(xiàn)象，又可更好地滿足帶電力系統(tǒng)基荷的要求。

在什么樣的流量保證率曲線上確定設(shè)計(jì)保證率下的保證流量，更是至關(guān)重要不容忽視的。由于徑流式水電站無(wú)調(diào)蓄能力，而且還要帶電力系統(tǒng)的基荷，這就決定了它必須利用各年中最小的日平均流量，在扣除生態(tài)保證流量后去做保證率曲線。絕對(duì)不能利用年平均流量或月平均流量、或日平均流量去做保證率曲線，否則，也會(huì)造成裝機(jī)偏大。

保證率曲線的制作，可以用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法的公示求出數(shù)據(jù)后作圖。有了最小日平均流量保證率曲線后，我們?nèi)≡O(shè)計(jì)保證率為85%，便可從保證率曲線上求出相應(yīng)于設(shè)計(jì)保證率的最小日平均保證流量。再根據(jù)水電站的平均落差，便可利用公示：

N=9.81×η×QH ≈ 8QH

正確地確定出該電站的保證出力了。

2 關(guān)于徑流式水電站的重復(fù)容量

徑流式水電站的保證出力比河流水能可能的平均出力小得多，因此，在徑流式水電站的裝機(jī)容量中，除保證出力容量外，為了合理地利用水力資源，不使豐水期棄水很多，還應(yīng)再裝一些容量在棄水時(shí)發(fā)電，以節(jié)約電力系統(tǒng)中火電站的燃料。因?yàn)樵鲈O(shè)的這些容量在保證電力系統(tǒng)的正常工作是沒(méi)有任何意義的，所以我們稱它為重復(fù)容量。重復(fù)容量不能增加枯水期的保證出力，因此，增加水電站的重復(fù)容量并不能減少電力系統(tǒng)中火電站的必須容量。運(yùn)行成本要求我們對(duì)重復(fù)容量的設(shè)置必須慎重，必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析后才能確定合理的重復(fù)容量。徑流式水電站普遍裝機(jī)容量偏大的原因，主要就是重復(fù)容量設(shè)置過(guò)大。重復(fù)容量的另一個(gè)作用，就是可以起到電站自身的事故備用和檢修備用的作用。

確定徑流式水電站重復(fù)容量合理的經(jīng)濟(jì)計(jì)算，我們采用與可能替代方案相比較的方法來(lái)確定投資的相對(duì)效果指標(biāo)，對(duì)重復(fù)容量的任一增值進(jìn)行電力系統(tǒng)中水電站與火電站折算支出相比較確定是否經(jīng)濟(jì)合理。比較的前提是要確保對(duì)水電站和火電站同樣投資獲得同等國(guó)民經(jīng)濟(jì)效果，具體說(shuō)，也就是使電力系統(tǒng)獲得同樣多的電量。

折算支出是用年生產(chǎn)費(fèi)用加上投資之和來(lái)計(jì)算的，其中，投資是用標(biāo)準(zhǔn)效益系數(shù)乘以總投資折算成年度計(jì)算的折算投資。折算支出按下式計(jì)算：

Z=EH×K+u

式中，K和u分別表示為相比較方案的總投資和年生產(chǎn)費(fèi)用。EH為標(biāo)準(zhǔn)效益系統(tǒng)，通常取0.12。

當(dāng)水電站的重復(fù)容量增加△N重復(fù)時(shí)，則可多得電量△E，同時(shí)，水電站的投資也由于增加動(dòng)力設(shè)備，擴(kuò)大的廠房、引水工程等而增加投資△K，同時(shí)，與建筑物和設(shè)備的運(yùn)行年費(fèi)用也會(huì)增加△u。這樣水電站由于增設(shè)重復(fù)容量而增加的折算支出為：

△Z水=EH×△K+△u=（EH+α1）△u

式中，α1為從水電站的投資中折算出年費(fèi)用的換算系數(shù)，一般取3%。

當(dāng)水電站增設(shè)重復(fù)容量△N重復(fù)多得電力△E時(shí)，給電力系統(tǒng)的火電節(jié)約了燃料，但他是不能影響電力系統(tǒng)的必須容量的，也就是說(shuō)，在進(jìn)行比較時(shí)，不會(huì)由于水電站增設(shè)了重復(fù)容量而火電站也同樣要增加同等的裝機(jī)來(lái)進(jìn)行比較，火電站是不需要這部分裝機(jī)的。因此，在電力系統(tǒng)火電站方面，由此減少的折算支出只考慮節(jié)約的燃料費(fèi)，其算式構(gòu)成如下：

式中，h為火電的電量當(dāng)量系數(shù)，考慮到火電站比水電站的廠用電率高，取1.03；q為火電站的標(biāo)準(zhǔn)燃料消耗量；b為煤價(jià)，采用煤的影子價(jià)格，這樣就可以較真實(shí)地包括煤礦的單位燃料投資和生產(chǎn)費(fèi)用。

3 關(guān)于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的確定

水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)的多少，也是直接影響投資和效益問(wèn)題。由于水輪機(jī)在出力較小時(shí)效率急劇降低，因此，當(dāng)機(jī)組數(shù)較多時(shí)，水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均效率就高些。因?yàn)槿绻?fù)載下降，同時(shí)工作的幾個(gè)機(jī)組效率就要降低，這時(shí)就可以停止一個(gè)機(jī)組工作，而增大其他機(jī)組的出力以及提高效率。但是，機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，造成工程量大、基建投資增加、管理人員增加、運(yùn)行費(fèi)用提高。機(jī)組臺(tái)數(shù)少，則單機(jī)容量增大，大機(jī)組一般單位千瓦造價(jià)低，而且效率也要高一些，同時(shí)，機(jī)組臺(tái)數(shù)減少可以減少?gòu)S房的建筑面積。

為了正確解決機(jī)組臺(tái)數(shù)問(wèn)題，我們還得了解各種形式水輪機(jī)的工作特性，轉(zhuǎn)漿式最平穩(wěn)，軸流式變化劇烈，混流式居中，因此，如采用效率隨負(fù)荷變化劇烈的機(jī)型，就應(yīng)該采用較大的機(jī)組數(shù)。

水電站的機(jī)組臺(tái)數(shù)隨著單機(jī)容量的確定也就確定了。確定單機(jī)容量的大小，其值應(yīng)當(dāng)就是徑流式水電站的保證出力千瓦數(shù)，也就是枯水期的出力千瓦數(shù)。當(dāng)水電站孤立運(yùn)行時(shí)，水電站的單機(jī)容量的確定還得考慮水電站的最低負(fù)載和在低載下工作的時(shí)間。

經(jīng)驗(yàn)證明，計(jì)算單機(jī)額定容量所用的水頭，當(dāng)接近或等于正常最高水頭時(shí)，可以以最小的費(fèi)用增加機(jī)組的額定出力。這樣決定的單機(jī)容量要比用平均水頭決定的大些，從而更能體現(xiàn)大機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)。

我們知道徑流式水電站的總裝機(jī)容量是保證出力與重復(fù)容量之和。當(dāng)單機(jī)容量決定后，我們就可以酌情定出水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)了。

從電氣主接線角度看，偶數(shù)機(jī)組是比較有利的，因?yàn)檫@樣可使主接線的結(jié)構(gòu)達(dá)到對(duì)稱，給設(shè)計(jì)和運(yùn)行帶來(lái)方便，電氣接線的投資也可減少。

從目前的小水電實(shí)際裝機(jī)情況看，徑流式水電站其裝機(jī)臺(tái)數(shù)，一般可考慮兩臺(tái)相同容量的機(jī)組。我認(rèn)為這是比較妥當(dāng)?shù)模覀兛梢愿鶕?jù)保證出力，兼顧機(jī)組的效率，適當(dāng)加大單機(jī)容量，使裝機(jī)容量臺(tái)數(shù)盡量達(dá)到兩臺(tái)相同容量的機(jī)組，那是最理想的了。

4 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于選擇小水電徑流式水電站的裝機(jī)容量問(wèn)題，只要我們采用各年中最小日平均流量，在扣除生態(tài)流量后做出的保證率曲線，采用85%的設(shè)計(jì)保證率，確定出保證出力。再用折線支出的辦法，從比較水電站和火電站的單位千瓦的折算支出中確定最佳重復(fù)容量值。在機(jī)組臺(tái)數(shù)上，盡量靠近兩臺(tái)相同容量的機(jī)組。小水電徑流式電站普遍裝機(jī)偏大的問(wèn)題就可以得到糾正，資金和設(shè)備就不會(huì)再出現(xiàn)浪費(fèi)現(xiàn)象了，而且徑流式水電站的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)大大提高。