陸渾水庫(kù)水電站裝機(jī)容量復(fù)核研究

□ 程大鵬 □王國(guó)強(qiáng)

（1鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 2河南省陸渾水庫(kù)管理局陸渾水電站）

0 引言

水庫(kù)式水電站是我國(guó)水電站的重要組成部分，通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用對(duì)天然徑流進(jìn)行調(diào)配，調(diào)節(jié)性能較好。然而，由于某些電站建設(shè)年代較早，受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，其裝機(jī)往往難以與水庫(kù)相適應(yīng)，且由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，其設(shè)備陳舊老化，難以滿足電站的正常安全需要。通過(guò)更換高效設(shè)備，合理確定裝機(jī)容量，對(duì)水電站進(jìn)行必要的技術(shù)改造，已在國(guó)內(nèi)外取得了較好的效果。由于水電站具有明顯的個(gè)體差異性，因此，對(duì)電站技術(shù)改造必須采取必要的技術(shù)論證分析，以滿足電站的技術(shù)改造要求。本文針對(duì)陸渾水庫(kù)水電站的裝機(jī)容量復(fù)核，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，并充分考慮水庫(kù)及電站的運(yùn)行性能，通過(guò)多種方案的比選，最終確定其合理的裝機(jī)容量，對(duì)類似的工程具有一定的參考意義。

1 工程概況

陸渾水庫(kù)是一座多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、發(fā)電和供水等多項(xiàng)功能。水庫(kù)位于河南省洛陽(yáng)市嵩縣，建成后為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)及黃河干流的防洪灌溉都發(fā)揮了重要作用。陸渾水庫(kù)由輸水洞和灌溉洞兩電站組成。輸水洞裝機(jī)3750 kW（3×1250 kW）；灌溉洞設(shè)計(jì)裝機(jī)容量6500 kW（2×3000+500 kW），但是由于小機(jī)組500 kW出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，該機(jī)組自安裝后，從未正常運(yùn)行過(guò)。電站總裝機(jī)容量10250 kW。

陸渾水庫(kù)水電站經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，其設(shè)備老化較為嚴(yán)重，安全操作性差，綜合能效較低。為提高電站對(duì)水能的利用效率，進(jìn)一步發(fā)揮其發(fā)電效益，擬對(duì)陸渾水庫(kù)水電站進(jìn)行全面的技術(shù)更新改造。考慮陸渾水庫(kù)水電站建設(shè)年代較早，為合理確定其裝機(jī)方案，需通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)計(jì)算，結(jié)合水庫(kù)與電站的運(yùn)行特性，對(duì)其裝機(jī)方案進(jìn)行復(fù)核，選出其合理的裝機(jī)方案。

2 陸渾水庫(kù)調(diào)度模型

2.1 優(yōu)化調(diào)度模型

陸渾水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，建立其優(yōu)化調(diào)度模型如下：

式中：E為調(diào)度期內(nèi)總發(fā)電量；Nt為水庫(kù)時(shí)段平均出力；Δt為時(shí)段長(zhǎng)；T為時(shí)段數(shù)目，Nmax為電站最大出力限制，為電站最小出力限制。

2.2 其約束條件

2.2.1 水位約束

式中：Z死為水庫(kù)的死水位；Z汛為水庫(kù)的防洪高水位；Zmax為水庫(kù)非汛期正常高水位。

2.2.2 水電站出力限制

水電站出力限制條件：Nmin≤Nt≤Nmax

2.2.3 發(fā)電流量限制

發(fā)電流量限制條件：Qmin≤Q發(fā)電≤Qmax

式中：Qmin為水輪機(jī)允許的最小過(guò)流量；Q發(fā)電為發(fā)電流量；Qmax為水輪機(jī)允許的最大過(guò)流量。

2.2.4 用水部門(mén)的用水約束

用水部門(mén)的用水約束條件包括灌溉、供水、生態(tài)等下游用水。

3 水庫(kù)調(diào)度規(guī)則

利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃進(jìn)行陸渾水庫(kù)的水能調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，充分考慮水庫(kù)及電站的運(yùn)行特性，采用以下調(diào)度原則：一是汛期庫(kù)水位超過(guò)汛期限制水位（317m）時(shí)，水庫(kù)棄水；二是非汛期庫(kù)水位超過(guò)正常蓄水位（319.50m）時(shí)，水庫(kù)棄水；三是庫(kù)水位到達(dá)死水位時(shí)（298m）時(shí)，停止一切供水；四是對(duì)于逐月的來(lái)水資料，運(yùn)用水量平衡公式和離散的水位，利用庫(kù)容水位關(guān)系，最后得到出庫(kù)流量；五是出庫(kù)流量中首先滿足下游灌溉的要求，此部分流量流入灌溉洞并發(fā)電；然后多余的水量進(jìn)入輸水洞發(fā)電，當(dāng)流量使得輸水洞滿發(fā)時(shí)，多余的水量再轉(zhuǎn)入灌溉洞發(fā)電。若此部分水量仍然超過(guò)灌溉洞的滿發(fā)流量，則多余部分視為棄水；六是陸渾水庫(kù)的灌溉洞和輸水洞電站的最小出力限制取各電站最小機(jī)組出力的一半，最大出力限制取各電站的總裝機(jī)容量；七是灌溉洞和輸水洞電站作為整體進(jìn)行計(jì)算。

4 調(diào)度結(jié)果及最終方案確定

根據(jù)電站的實(shí)際情況，初步擬定兩種裝機(jī)方案。

方案一：輸水洞電站每臺(tái)機(jī)組均由原來(lái)的1250 kW增容至1400 kW，總裝機(jī)4200 kW（3×1400 kW）；灌溉洞電站小機(jī)組增容至800 kW，其余兩臺(tái)機(jī)組各增容至3600 kW，總裝機(jī)容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

方案二：輸水洞電站每臺(tái)機(jī)組均由原來(lái)的1250 kW增容至1600 kW，總裝機(jī)4800 kW（3×1600 kW）；灌溉洞電站小機(jī)組增容至800kW，其余兩臺(tái)機(jī)組各增容至3600 kW，總裝機(jī)容量8000 kW（800 kW+2×3600 kW）。

采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)陸渾水庫(kù)進(jìn)行長(zhǎng)系列的仿真模擬，則可以計(jì)算二種方案的調(diào)度結(jié)果如表1所示。

表1 不同增容方案水能計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

改造后電站發(fā)電量增加，增發(fā)電量可由三部分組成：第一部分，充分利用灌溉洞小機(jī)組小流量灌溉水量進(jìn)行發(fā)電；第二部分，利用陸渾水庫(kù)除險(xiǎn)加固后增加的上游水位，選用高效水輪發(fā)電機(jī)組，提高發(fā)電效率；第三部分，利用汛期富余水量，增加電站裝機(jī)容量增發(fā)的電量。

由表1分析可知，對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行模擬調(diào)度，計(jì)算結(jié)果表明發(fā)電量隨著電站總裝機(jī)容量的增加而增大，多年平均棄水量減少，即電站存在富余水量。年利用小時(shí)數(shù)隨著電站裝機(jī)容量的增加而降低，但是降低幅度不大?？紤]到電站總體發(fā)電效益和水能的充分利用，為了不造成設(shè)備資源上的浪費(fèi)，選取方案二作為陸渾水庫(kù)水電站最終裝機(jī)方案。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合陸渾水庫(kù)水電站技術(shù)改造工程，通過(guò)運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，結(jié)合水庫(kù)與水電站的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行長(zhǎng)系列的仿真調(diào)節(jié)計(jì)算，并通過(guò)對(duì)不同方案進(jìn)行比選，最終確定了合理的裝機(jī)方案，對(duì)陸渾水庫(kù)水電站的技術(shù)改造具有一定的指導(dǎo)意義，也可以為類似工程提供必要的參考。

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