基于最小能耗模型實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考核評(píng)估方法

杜成銳 王金龍 王莉麗 王穹躍 歐淵

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中評(píng)估水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況存在的技術(shù)不足，提出新型的考核評(píng)估方法。該方法通過(guò)對(duì)水電站發(fā)電情況以及水電站水庫(kù)耗能情況進(jìn)行分析，從整體上衡量水電站在發(fā)電過(guò)程中的能量變差，及時(shí)、有效地評(píng)估在各種因素下，影響水電站發(fā)電的功耗分析。并構(gòu)建出最小能耗數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)不同情況下水電站的能耗分析。在構(gòu)建最小能耗數(shù)學(xué)模型時(shí)，同步考慮了影響最小能耗數(shù)學(xué)模型計(jì)算的約束條件。試驗(yàn)表明，本研究的方法誤差低，適用范圍廣。

關(guān)鍵詞：水電站;考核評(píng)估方法;耗能;最小能耗數(shù)學(xué)模型;約束條件

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Aiming at the technical deficiencies assessed the economic operation of hydropower stations in the existing technologies， a new assessment method was proposed. This method analyzed the power generation situation of hydropower stations and the energy consumption of hydropower stations and reservoirs， and the energy deterioration of hydropower stations was measured as a whole during the power generation process， and the power consumption analysis of the power generation of hydropower stations under various factors was timely and effectively evaluated. And the minimum energy consumption mathematical model was constructed to realize the energy consumption analysis of hydropower stations under different conditions. When the minimum energy consumption mathematical model was constructed， the constraints that affect the calculation of the minimum energy consumption mathematical model were simultaneously considered. Experiments show that the method ?has low error and wide application range.

Key words：hydropower station; assessment method; energy consumption; mathematical model of minimum energy consumption; constraint conditions

水電站是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和促進(jìn)工業(yè)技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮著舉足輕重的作用。水電站運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益直接反映了其工作效率，為了充分利用水電站的現(xiàn)有資源，使水電站的運(yùn)行能夠發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)效益是目前要研究的課題。現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)弊端：

（1）水電站內(nèi)的水能利用效率不高，缺乏運(yùn)維管理人員，水電站的整體工作效率低下。

（2）對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)估方法落后，水電站的整體效益評(píng)估不準(zhǔn)確，難以實(shí)現(xiàn)水電站的利益最大化。

（3）水電站能源浪費(fèi)嚴(yán)重，節(jié)能發(fā)電、可持續(xù)發(fā)電做的不夠，水電站的運(yùn)行成本增加。

（4）水電站的調(diào)度能力差，在有限的資源范圍內(nèi)，難以實(shí)現(xiàn)資源的最佳化合理配置。

為了有效地評(píng)估水電站運(yùn)行狀況，以使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大值，文獻(xiàn)[1]通過(guò)分析影響水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素實(shí)現(xiàn)利益的最大化，但是這些分析方法局限于經(jīng)驗(yàn)值的考察，沒(méi)有系統(tǒng)的理論算法，文獻(xiàn)[2]利用流量法和容量法獲取水電站進(jìn)出水量的情況，根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算進(jìn)出流量的發(fā)電情況，雖然有一定的進(jìn)步，但是在評(píng)估水電站功耗、誤差以及在各種影響因素下，水電站的功耗情況以及功耗轉(zhuǎn)換成經(jīng)濟(jì)效益的能力，都無(wú)法獲取[2]。文獻(xiàn)[3]通過(guò)多種算法優(yōu)化方式實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)估，但是僅限于理論分析，實(shí)際運(yùn)行的可信度差[3]，實(shí)施起來(lái)困難，這就需要一種新型的方法來(lái)替代傳統(tǒng)技術(shù)。

1 水電站發(fā)電分析

1.1 水電站發(fā)電數(shù)據(jù)模型分析

利用水電站水庫(kù)發(fā)電時(shí)，水庫(kù)內(nèi)水量的實(shí)際負(fù)載量為Ptev，在t -t+1的時(shí)間時(shí)段內(nèi)，水電站水庫(kù)生成同樣的功率的電荷時(shí)，水庫(kù)內(nèi)最大水量用字母Pt+1ev，max 表示，水電站水庫(kù)的最小水量用字母Pt+1ev，min 來(lái)表示，則構(gòu)建以下數(shù)學(xué)模型[4]：

通過(guò)表1可以看到，在上述出庫(kù)水量、尾水位量和死水位任意一種情況的影響下，水電站在發(fā)電過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用上文水電站最小能耗的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，在最小能耗模型下，得出的能耗值相差很小，說(shuō)明本研究的方法能夠計(jì)算出變電站在各種情況下出力時(shí)最小能耗損失。

下面對(duì)水電站運(yùn)行過(guò)程中的功耗成本進(jìn)行分析。假設(shè)在三種因素出庫(kù)水量、尾水位量和死水位的影響下進(jìn)行發(fā)電時(shí)，觀(guān)察水電站的總成本、設(shè)備成本和損耗成本，單位為元， 假設(shè)在不同的時(shí)間時(shí)分析上述影響量下的水電站輸出功率情況。然后根據(jù)輸出功率，計(jì)算出不同時(shí)段范圍內(nèi)的最小成本。時(shí)間段（單位：小時(shí)）信息如表2所示。

通過(guò)上述計(jì)算，在應(yīng)用上述論述的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，誤差率較低。本研究的方法為實(shí)現(xiàn)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的分析提供技術(shù)依據(jù)。

4 結(jié) 論

通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)水電站的發(fā)電、放電分析，使得用戶(hù)能夠獲取不同時(shí)間段內(nèi)的水電站運(yùn)行狀況。同時(shí)又構(gòu)建出最小能耗數(shù)學(xué)模型，將水電站能耗情況以經(jīng)濟(jì)效益的方式計(jì)算出來(lái)。也通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出影響水電站在發(fā)電過(guò)程的多種因素造成的能耗損失，通過(guò)算理分析，本方案能夠在多種情況下評(píng)估水電站的運(yùn)行情況，為下一步水電站的評(píng)估工作奠定技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李婷. 流域梯級(jí)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益評(píng)價(jià)體系研究[J].經(jīng)濟(jì)， 2016，01（1）：28-28.

[2]王邦旭，蔡家林，蒙淑平，等. 基于流速儀法的柘林水電廠(chǎng)A1號(hào)機(jī)組效率試驗(yàn)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2017（10）：136-139.

[3]趙飛，林昌義. 基于多種算法優(yōu)化的水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J]. 能源研究與管理， 2013， 23（3）：78-80.

[4]肖楊， 鄺錄章， 王也. 水電站水庫(kù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度考核評(píng)價(jià)方法[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì)， 2018，11：66-71.

[5]牛曉紅. 水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)價(jià)的若干研究與討論[J].科學(xué)與財(cái)富， 2015（9）：647.

[6]崔宇龍，黃濤，劉政，等. 水電站環(huán)境影響后評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J]. 水資源與水工程學(xué)報(bào)[J/O]. 2015：2（2）：169-173.

[7]張虎成，閆海魚(yú)，邱興春.關(guān)于我國(guó)水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)環(huán)境影響后評(píng)價(jià)的思考[J].水力發(fā)電，2013（7）.1-3.

[8]宋升， 郭元元. 水利水電工程中節(jié)能降耗分析與評(píng)價(jià)[J]. 河南水利與南水北調(diào)， 2012，36 （4） ：45-46.

[9]劉波，牛運(yùn)華，石志超，等. 烏東德水電站施工能耗分析與節(jié)能措施[J]. 水利水電快報(bào)， 2018， 39（11）：46-48.

[10]康細(xì)洋，唐娟. 水利水電工程施工期能耗分析與節(jié)能措施[J]. 節(jié)能，2015， 34（9）：47-49.

[11]STANKO Z， YEH W G， ZHAO Yun-fa，et al. A multiobjective short-term optimal operation model for a cascade system of reservoirs considering the impact on long-term energy production[J].Water Resources Research，2015，51（5）：3353-3369.

[12]CEHGN Chun-tian， WANG Sen， CHAU K W， et al. Parallel discrete differential dynamic programming for multireservoir operation[J]. Environmental Modelling & Software，2014，57（7）：152-164.

[13]黃煒玲. 水利水電工程施工期能耗及其節(jié)能措施分析[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（33）：1239-1239.

[14]才慶欣. 基于水電站工程環(huán)境影響后評(píng)價(jià)研究[J]. 中國(guó)水能及電氣化，2019（2）：4-8.

[15]黃茹，祁昌軍，曹娜，等.水利水電建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響后評(píng)價(jià)實(shí)踐與建議[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2018（6）：169-173.

[16]郝紅升，吳程，徐天寶，等.水電工程建設(shè)的環(huán)境效應(yīng)研究[J].水力發(fā)電，2016（12）：169-173.