水庫擴建對下游梯級電能影響分析

陳金松

（中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，410014，長沙）

傳統(tǒng)認為，水庫擴建后調(diào)節(jié)能力增強，對徑流的蓄峰補枯作用明顯，從而提高下游梯級的電能數(shù)量和質(zhì)量。然而，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水庫承擔的綜合利用要求越來越多，水庫擴建后需綜合分析對下游梯級電能的影響：①水庫擴建后，一般灌區(qū)規(guī)模將會擴大，灌溉流量從庫中直接引走，使下游梯級入庫流量減少，從而使發(fā)電量減少；②水庫擴建后，若承擔下游較重的防洪任務，汛期必將預留較大的防洪庫容，從而大大削弱水庫的調(diào)蓄能力；③水庫擴建后，本身電站隨之擴機增容，機組引用流量大大增加，從而導致上下游機組過流能力不匹配，當上游梯級調(diào)峰時，下游調(diào)節(jié)性能較弱的梯級將白白棄水，損失電能?？梢?，水庫擴建后，下游梯級電能變化需綜合各方面因素深入分析研究。水庫擴建后影響下游梯級電能因素示意圖見圖1。

一、水庫擴建后影響下游梯級電能的各因素分析

1.調(diào)蓄作用

水庫擴建后，大壩加高，水庫各特征水位隨之抬高，水庫總庫容增大，興利庫容增加，水庫調(diào)節(jié)性能增強，水庫蓄峰補枯作用明顯，使下游梯級水量利用率提高，年發(fā)電量增加，汛、枯出力比減小，電能質(zhì)量得到較大改善。水庫擴建后，下游梯級水量利用率提高a%時，表明下游梯級發(fā)電量較擴建前增加約a%。

2.灌溉、供水

具有灌溉和供水任務的水庫擴建以后，由于庫容增加，往往會擴大灌溉面積和供水規(guī)模，從而加大引用流量。這部分水量將從庫中直接引走，從而造成下游梯級入庫流量減小，減小幅度即為灌溉、供水因素對下游梯級電能的影響程度。當水庫擴建后新增的灌溉、供水流量占下游梯級壩址徑流的b%時，則表明下游梯級較擴建前將減少約b%的電量。

3.電站調(diào)峰

水庫擴建后，水庫正常蓄水位抬高，調(diào)節(jié)性能增強，原先的老機組已不能適應新的水頭參數(shù)，電站須更換新的機組，并提高機組容量。隨著電網(wǎng)公司全面實行峰谷分時電價及豐枯季節(jié)電價，具有調(diào)節(jié)性能的電站必將按照調(diào)峰工況運行，在裝機年利用小時數(shù)和水頭參數(shù)一定的情況下，提高機組的過流能力是增加機組容量的有效途徑。機組額定引用流量增加后，對下游梯級的電能影響如下：

（1）下游梯級無調(diào)節(jié)性能

下游梯級電站設計時，機組引用流量一般按與上游梯級設計引用流量加上區(qū)間流量基本相當考慮，當上游水庫擴建后，電站機組額定引用流量增加，將導致上下游梯級機組過流能力不匹配。

當水庫擴建后，機組過流能力加區(qū)間流量大于下游梯級機組過流能力時，電站調(diào)峰將會迫使下游梯級增加棄水，特別是在水資源寶貴的枯水期，電站棄水對電能影響較大。

當水庫擴建后，機組過流能力加區(qū)間流量小于下游梯級機組過流能力時，電站調(diào)峰對下游梯級電能基本無影響。

（2）下游梯級有調(diào)節(jié)性能

水庫擴建后，上游機組增加了額定引用流量，在電站調(diào)峰時，下游梯級在與上游同步調(diào)峰的同時，將多余水量先蓄起來，待上游調(diào)峰停止時，下游水庫再逐步消落，水量較上游水庫擴建前未增加損失，因此，當下游梯級有調(diào)節(jié)性能時，上游梯級擴機調(diào)峰對下游梯級電能基本無影響。

4.防洪

上游水庫對下游梯級的調(diào)蓄作用主要體現(xiàn)在枯水期，對汛期電量影響較小，因此，上游水庫蓄水期末所蓄庫容的大小在考量其對下游梯級的補償作用方面至關重要。具有綜合利用要求的水庫一般會承擔下游的防洪任務，水庫擴建后，主汛期將設置汛限水位，主汛期結(jié)束后水庫可蓄至正常蓄水位。當蓄水期末水庫水位高于擴建前水庫正常蓄水位時，表明枯水期可調(diào)水量高于擴建前可調(diào)水量，從而可增加下游梯級枯水期電量；當蓄水期末水庫水位低于擴建前水庫正常蓄水位時，表明枯水期可調(diào)水量較擴建前小，從而降低了下游梯級枯水期電量。

5.其他

承擔向下游補水任務的水庫，如湖南省的東江、涔天河等水庫擴建后承擔向下游補水任務，水庫實際運行時將優(yōu)先考慮向下游補水，從而無法充分發(fā)揮調(diào)蓄功能，對下游梯級調(diào)蓄作用有限。

水庫其他工程任務如航運、旅游、養(yǎng)殖等因素對下游梯級電能影響較小，暫不分析。

6.綜合分析

針對具體水庫，研究水庫擴建后運行方式的各方面因素對下游梯級電能影響程度，找出其中的主導因素，考量水庫擴建對下游梯級電能的利弊影響。當以發(fā)電為主的水庫擴建后，水庫調(diào)蓄能力加強，水庫對下游的調(diào)蓄作用占主導因素，下游梯級電能增加；當以灌溉、供水為主要任務的水庫擴建后，灌溉、供水引水流量加大，該因素在影響下游電能方面占主導作用時，下游梯級電能減少；當上游水庫擴建后，裝機大幅度增加，機組引用流量增幅較大，導致與下游梯級引水流量嚴重不匹配時，若下游梯級無較好的應對措施，必將造成大量棄水，從而引起下游梯級發(fā)電量減少。

二、下游梯級應對措施研究

水庫擴建后，增加較多綜合利用要求，各任務要求的實施對下游梯級電能都會產(chǎn)生一定的影響，其中有些因素的影響，通過下游梯級的補救措施可以得到減緩。

當上游電站擴機增容后，機組過流量加大，因電站調(diào)峰導致下游梯級棄水而損失電能時，下游梯級可通過兩個措施彌補。第一，下游梯級增加機組，從而與上游梯級機組過流量相匹配；第二，下游水庫加高，增加水庫調(diào)節(jié)庫容，提高電站調(diào)節(jié)能力。

當下游梯級與上游水庫樞紐為同一業(yè)主時，實際運行中聯(lián)合調(diào)度的可能性較大，從而可以達到上下游梯級效益最大化。若下游梯級與上游水庫樞紐不屬同一業(yè)主時，兩家可以通過協(xié)商，找出雙方均可接受的調(diào)度運行方式進行水庫調(diào)度，對上游水庫擴建帶來的下游梯級電能增加或減少問題，雙方可商定具體分利和賠償方案。

[1]電力工業(yè)部成都勘測設計院.水能設計 [M].北京:電力工業(yè)出版社,1981.

[2]劉亮凱.國家控股投資涔天河水庫擴建工程的利弊分析 [J].湖南水利水電，2006(4).

[3]洪法祥,姚林祥，等.里畈水庫擴建工程的意義與作用[J].浙江水利科技,1997(1).