潘口建庫對黃龍灘發(fā)電效益影響研究

于 茜

（中國南水北調(diào)集團東線有限公司，北京 100053）

1 潘口、黃龍灘水電站概況

堵河為漢江中上游南岸一大支流，發(fā)源于大巴山北麓，有西、南兩源：匯灣河與官渡河，在兩河口匯合后稱堵河。潘口與黃龍灘水電站依次位于堵河下游，形成梯級串聯(lián)水庫群。

黃龍灘水電站位于鄂西北山區(qū)堵河下游、十堰市黃龍鎮(zhèn)以上4 km 的峽谷出口處，壩址以上控制流域面積11 140 km2，年徑流量60.4 億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。總庫容11.625 億m3，工程以發(fā)電為主，同時具有工業(yè)供水，農(nóng)田灌溉，改善航運，發(fā)展?jié)O業(yè)等綜合效益。2005 年黃龍灘機組改造擴建，電站裝機增容至510 MW。

潘口水電站位于湖北省堵河下游河段，下距湖北省十堰市竹山縣城13 km，壩址以上流域面積8 950 km2，年徑流量51.8 億m3，調(diào)節(jié)庫容11.2 億m3，為年調(diào)節(jié)水庫，工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉，梯級補償?shù)染C合效益。潘口于2008 年12 月正式發(fā)電。

2 基本研究資料

潘口水電站建成后，與黃龍灘形成串聯(lián)水庫群，研究統(tǒng)一采用竹山站歷史水文資料作為潘口建庫前后的入庫流量，以正常蓄水位、防洪限制水位、死水位，以及各電站的裝機容量、保證出力、最大過機流量等為約束條件，結(jié)合水位庫容曲線、尾水水位流量曲線，以發(fā)電量最大為目標(biāo)[1]，研究潘口、黃龍灘單庫優(yōu)化調(diào)度及聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的發(fā)電效益[2]。潘口與黃龍灘水電站的基本特征參數(shù)見表1。

3 潘口、黃龍灘單庫發(fā)電調(diào)度分析

3.1 黃龍灘單庫發(fā)電調(diào)度

假設(shè)潘口水電站未建，以竹山站歷史多年平均旬時段入流作為黃龍灘的入庫流量，設(shè)黃龍灘初始水位為230 m，分別采用常規(guī)算法設(shè)計調(diào)度圖模擬法[3]和優(yōu)化算法逐次逼進動態(tài)規(guī)劃法[4]（DPSA）求解黃龍灘的年發(fā)電計劃，發(fā)電結(jié)果見表2。

表2 黃龍灘單庫調(diào)度發(fā)電結(jié)果表

根據(jù)黃龍灘設(shè)計調(diào)度圖模擬計算，黃龍灘年平均發(fā)電量為82 599.26 萬kW·h，若采用優(yōu)化算法對全年水位過程進行優(yōu)化，可增加發(fā)電量3 114.25 萬kW·h，提高3.8%。DPSA[5]單庫優(yōu)化的黃龍灘年水位過程如圖1 所示，發(fā)電過程如圖2 所示。可見，黃龍灘單庫優(yōu)化調(diào)度規(guī)律是，時段初降低水位加大發(fā)電流量，既補充來水不足，又騰空庫容做汛前準備，自汛期開始不斷蓄水抬高水頭，保持高水頭發(fā)電，時段末加大流量利用高水頭多發(fā)電的同時，再消落至初始水位。因而，其全年各時段的發(fā)電量會出現(xiàn)汛期和年末兩個過程較高。

圖1 DPSA 單庫優(yōu)化黃龍灘水位過程線

圖2 DPSA 單庫優(yōu)化黃龍灘發(fā)電量柱狀圖

3.2 潘口單庫發(fā)電調(diào)度

若潘口水電站建成后，只考慮其獨立運行情況，以竹山站歷史多年平均旬時段入流作為潘口的入庫流量，設(shè)潘口初始水位為340 m，分別采用常規(guī)算法設(shè)計調(diào)度圖模擬法和優(yōu)化算法逐次逼進動態(tài)規(guī)劃法（DPSA）求解潘口的年發(fā)電計劃，發(fā)電結(jié)果見表3。

表3 潘口單庫調(diào)度發(fā)電結(jié)果表

根據(jù)潘口設(shè)計調(diào)度圖模擬計算，潘口年平均發(fā)電量為88 188.89 萬kW·h，若采用優(yōu)化算法對全年水位過程進行優(yōu)化，可發(fā)電量98 377.74 萬kW·h，增發(fā)10 188.85 萬kW·h，提高11.6%。在相同的入流條件下，潘口水電站的優(yōu)化調(diào)度作用明顯高于黃龍灘水電站，這是由于潘口具有年調(diào)節(jié)性能，而黃龍灘僅具有不完全年調(diào)節(jié)性能，因而潘口水庫的調(diào)節(jié)作用遠大于黃龍灘，優(yōu)化效果更為顯著。DPSA 單庫優(yōu)化的潘口年水位過程如圖3 所示，發(fā)電過程如圖4 所示。可見，潘口單庫優(yōu)化調(diào)度規(guī)律與黃龍灘相似，均為先降低水位，騰空庫容，汛期蓄水抬高水位以高水頭多發(fā)電，汛末水位逐漸消落，年末降至初始水位。由于潘口庫容大，調(diào)節(jié)能力強，汛期可調(diào)控使水位均勻緩慢蓄起，因而其發(fā)電量均勻穩(wěn)定，僅在汛末和年末出現(xiàn)兩個發(fā)電量高峰。

圖3 DPSA 單庫優(yōu)化潘口水位過程線

圖4 DPSA 單庫優(yōu)化潘口發(fā)電量柱狀圖

4 潘口、黃龍灘聯(lián)合發(fā)電調(diào)度分析

潘口水電站建成后，在堵河上與黃龍灘形成串聯(lián)水庫群，對兩庫進行梯級聯(lián)合發(fā)電調(diào)度分析，以竹山站歷史多年平均旬時段入流作為潘口的入庫流量，假設(shè)黃龍灘與潘口無區(qū)間流量，設(shè)潘口初始水位為340 m，黃龍灘初始水位為230 m，分別采用常規(guī)算法設(shè)計調(diào)度圖模擬法和優(yōu)化算法逐次逼進動態(tài)規(guī)劃法（DPSA）求解梯級年發(fā)電計劃，發(fā)電結(jié)果見表4。

表4 潘口、黃龍灘梯級調(diào)度發(fā)電量結(jié)果表單位：萬kW·h

前面已經(jīng)分析過，采用逐次逼進動態(tài)規(guī)劃法對潘口、黃龍灘進行單庫優(yōu)化，發(fā)電量增發(fā)效果顯著，在同樣的已知條件下，采用該方法進行潘口、黃龍灘梯級優(yōu)化調(diào)度計算，較常規(guī)梯級調(diào)度圖模擬可增發(fā)電量30 188.14 萬kW·h，增發(fā)18.9%，充分體現(xiàn)了該方法的梯級尋優(yōu)能力。研究以DPSA 優(yōu)化結(jié)果分析潘口、黃龍灘梯級優(yōu)化調(diào)度發(fā)電量與該兩庫單庫優(yōu)化調(diào)度發(fā)電量，結(jié)果對比情況見表5，潘口與黃龍灘的梯級優(yōu)化水位過程線分析見圖5、圖6。

圖5 潘口梯級優(yōu)化與單庫優(yōu)化水位過程線對比圖

圖6 黃龍灘梯級優(yōu)化與單庫優(yōu)化水位過程線對比圖

圖7 潘口投產(chǎn)運行前后黃龍灘發(fā)電量對比圖

表5 潘口、黃龍灘梯級與單庫調(diào)度發(fā)電量優(yōu)化結(jié)果對比表單位：萬kW·h

潘口、黃龍灘聯(lián)合優(yōu)化后，潘口優(yōu)化發(fā)電量比單庫優(yōu)化時減少了116.49 萬kW·h，黃龍灘梯級優(yōu)化發(fā)電量比其單庫時多了5 934.27 萬kW·h，增發(fā)了6.9%，整個梯級優(yōu)化較各電站分別單庫優(yōu)化增發(fā)5 817.78 萬kW·h，增發(fā)了3.2%。可見，潘口、黃龍灘聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度后，潘口犧牲了自身發(fā)電效益，充分發(fā)揮梯級補償作用，大大提高了黃龍灘的發(fā)電量。

如圖5 與圖6，潘口梯級聯(lián)合運行與單庫優(yōu)化調(diào)度相比，水位過程線幾乎無變化，僅在調(diào)度期末略提前降低水位回落，而黃龍灘在梯級聯(lián)合運行之后，其水位過程與單庫優(yōu)化調(diào)度差異較大，不再遵循單庫優(yōu)化調(diào)度規(guī)律，以調(diào)度期內(nèi)時段初蓄水抬高水頭，時段末加大流量利用高水頭多發(fā)電的方式提高黃龍灘的發(fā)電量。

黃龍灘單庫優(yōu)化時，由于調(diào)度期初來水較少，為了多發(fā)電，只能降低水位，加大流量，至來水增多，才蓄水抬高水頭，以高水頭發(fā)電；而黃龍灘梯級優(yōu)化時，由于上游潘口的調(diào)節(jié)作用，自調(diào)度期初就有充足的水量抬高水位以高水頭多發(fā)電，至第4 時段，由于上游潘口降至死水位，無法繼續(xù)調(diào)節(jié)出庫流量，黃龍灘水位略有降低，加大流量增加發(fā)電量，后期來水增大，潘口、黃龍灘都蓄至高水位運行，由于黃龍灘庫容比潘口小，因而比潘口更快蓄滿，充分利用高水頭大流量增加發(fā)電量。

同時，在堵河來水不大的情況下，潘口汛前騰空庫容即可滿足洪水調(diào)度要求，由于龍頭電站潘口的調(diào)節(jié)作用，下游黃龍灘不用汛前騰空庫容，而是保持較高水頭，利用潘口的出庫流量增加發(fā)電量。

5 結(jié)論

潘口投產(chǎn)運行之后，對黃龍灘的發(fā)電量影響很大，顯著提升黃龍灘的發(fā)電效益。潘口作為堵河流域潘口、黃龍灘梯級串聯(lián)的龍頭電站，充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)補償?shù)淖饔茫ㄟ^其調(diào)控，不僅能增加黃龍灘的發(fā)電量，還能利用潘口水庫的滯洪庫容，控制下泄流量，提高黃龍灘的防洪標(biāo)準[6]，為整個堵河以及漢江流域帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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