三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行水資源利用影響分析

郭 樂

(中國長江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，湖北宜昌443133)

三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行水資源利用影響分析

郭 樂

(中國長江電力股份有限公司三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，湖北宜昌443133)

三峽電站單機(jī)容量從700 MW提高至756 MW運(yùn)行不僅是可行的，還能有效提高三峽水庫水資源利用效率，一方面減少棄水量提高水資源利用效率；另一方面是優(yōu)化電站方式安排節(jié)約水資源。通過對近年實(shí)際運(yùn)行方式和設(shè)定方式下減少棄水量和增發(fā)電量計(jì)算表明，機(jī)組單機(jī)容量提高至756 MW運(yùn)行，可以有效提高水資源利用效率和三峽電站發(fā)電效益。

機(jī)組；水資源利用；756 MW運(yùn)行；三峽電站

0 引 言

長江是我國第一大河，年來水豐沛。三峽工程利用長江水資源，電站裝有32臺單機(jī)容量700 MW的發(fā)電機(jī)組，巨大的發(fā)電效益為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展提供了有力的能源支持。長江來水雖豐沛，但年內(nèi)分配不均勻，汛期(6～9月)的來水約占全年的60%以上，加上工程防洪等綜合利用要求，在電站運(yùn)行時，有棄水發(fā)生[1]。

為合理利用水資源，針對三峽水庫汛期運(yùn)行水位低、流量大的特點(diǎn)，動能設(shè)計(jì)中機(jī)組的額定水頭左岸機(jī)組選擇80.6 m、右岸和地下電站機(jī)組選擇85 m。在機(jī)組設(shè)計(jì)和制造階段，為解決機(jī)組在高水頭時運(yùn)行穩(wěn)定問題，設(shè)置了最大出力區(qū)，也就是拓寬了機(jī)組在高水頭的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，在85 m水頭以上發(fā)電時，單機(jī)最大出力可達(dá)756 MW。機(jī)組按756 MW運(yùn)行，一方面可提高機(jī)組運(yùn)行安全，另一方面可增加高水頭時機(jī)組過流能力，增加發(fā)電效益，減少棄水。目前三峽水庫正在研究在確保防洪安全的前提下，利用雨洪資源的優(yōu)化調(diào)度方式增加汛期三峽電站在偏高水頭運(yùn)行的幾率，機(jī)組按756 MW運(yùn)行時間相應(yīng)增加，從而提高三峽電站水資源的利用率。本文主要針對在三峽水庫優(yōu)化運(yùn)用方式下機(jī)組按756 MW運(yùn)行，如何提高電站水資源利用率進(jìn)行分析。

1 三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行的可行分析

在三峽電站機(jī)組招標(biāo)文件中已明確水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)：發(fā)電機(jī)額定容量777.8 MVA，功率因數(shù)為0.9，對應(yīng)有功功率為700 MW；最大容量840 MVA，最大容量運(yùn)行時的功率因數(shù)0.9，對應(yīng)有功功率為756 MW。也就是說，三峽電站安裝的機(jī)組，在技術(shù)上均具備756 MW出力運(yùn)行的能力。

從2006年開始，多次在汛末試驗(yàn)性蓄水過程中組織開展了機(jī)組高水頭下的單機(jī)756 MW運(yùn)行試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)和運(yùn)行驗(yàn)證，機(jī)組在高水頭下以756 MW出力運(yùn)行是安全、穩(wěn)定的，在高水頭運(yùn)行時按單機(jī)756 MW控制調(diào)度有利于擴(kuò)大機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行范圍。

三峽水輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造，不僅滿足高水頭運(yùn)行工況下額定出力700 MW，還能滿足最大出力756 MW長期運(yùn)行。為了驗(yàn)證三峽機(jī)組在高水頭和高出力運(yùn)行方式下的狀況和性能，2006年～2011年先后組織了4次大負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)既有對試驗(yàn)機(jī)組的較長時間的考驗(yàn)，也有針對每種機(jī)型756 MW試運(yùn)行。試驗(yàn)表明：三峽機(jī)組在高水頭下以756 MW出力運(yùn)行是安全、穩(wěn)定的，三峽電站機(jī)組具備756 MW出力長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

2 三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行水資源利用影響分析

三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行不僅是可行的，還能有效提高三峽水庫水資源利用效率，提高三峽工程綜合利用效益。主要體現(xiàn)在兩方面：一是減少棄水量的增發(fā)效益，即當(dāng)三峽水庫發(fā)生棄水且水頭足夠時(主要在汛期，少數(shù)在水庫蓄滿后發(fā)生秋汛時)，機(jī)組按照最大出力756 MW運(yùn)行能提高電站裝機(jī)容量，從而提高電站最大過機(jī)流量，可多利用部分棄水發(fā)電，適當(dāng)減少棄水量；二是優(yōu)化電站方式安排節(jié)約水資源效益，即當(dāng)三峽電站水頭較大時，將三峽電站機(jī)組最大出力放寬到756 MW能有效提高機(jī)組方式優(yōu)化安排的空間，提高機(jī)組整體運(yùn)行效率，減少發(fā)電耗水率，節(jié)約水資源。本文將從以上兩方面分析機(jī)組756 MW運(yùn)行對水資源利用的影響。

2.1 756 MW運(yùn)行減少棄水量分析

2.1.1 水量和水頭分析

(1)水量分析。三峽電站單機(jī)額定出力700 MW裝機(jī)32臺，電站總最大過流能力約為31 000 m3/s。對三峽壩址來水進(jìn)行分析，根據(jù)長系列(1877年～2010年)統(tǒng)計(jì)，多年平均來流量大于31 000 m3/s時間約為32天。水庫按綜合利用要求調(diào)度運(yùn)行時，樞紐總下泄流量將大于電站的發(fā)電流量，造成棄水。

(2)水頭分析。按設(shè)計(jì)的調(diào)度方式，三峽水庫汛期一般維持汛限水位運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生大洪水時，水庫攔洪、庫水位抬高，洪水過后降至汛限水位，在實(shí)施防洪調(diào)度時，攔蓄洪水使發(fā)電水頭升高，機(jī)組有按756 MW運(yùn)行的條件。

為充分發(fā)揮三峽水庫的綜合效益，試驗(yàn)蓄水以來三峽水庫在汛期開展了利用洪水資源的優(yōu)化調(diào)度，一方面在未發(fā)生洪水時，水庫水位可上浮至146.5 m運(yùn)行；另一方面為減輕下游防洪壓力，適當(dāng)開展中小洪水調(diào)度[2- 3]，攔蓄部分洪水，降低荊江河段水位，2010年與2012年水庫由于滯洪庫水位分別抬升至161.02 m和163.11 m。因此，三峽電站機(jī)組在汛期可按756 MW運(yùn)行的幾率將大幅提高，電站具備利用棄水增發(fā)的條件。另外，三峽水庫在汛末蓄水結(jié)束后，如發(fā)生秋汛，三峽水庫也可能發(fā)生棄水，此時三峽電站也具備增發(fā)條件。在上述情況下，三峽電站機(jī)組按756MW運(yùn)行能提高電站總裝機(jī)容量，增加電站過機(jī)流量，減少棄水量，增發(fā)電量。

2.1.2 近年實(shí)際運(yùn)行方式下，機(jī)組按756 MW運(yùn)行減少棄水量分析

2009年以來，三峽水庫汛期開展了中小洪水優(yōu)化調(diào)度，汛期庫水位受防洪調(diào)度影響有所抬升，具備機(jī)組出力756 MW運(yùn)行所需要的水頭。因此可針對近年的實(shí)際水庫運(yùn)行方式，分析機(jī)組按756 MW運(yùn)行減少的棄水量和增發(fā)電量效益。

根據(jù)2009年～2012年4年的實(shí)際日來水資料，按照水庫實(shí)際運(yùn)行方式，計(jì)算單機(jī)最大容量從700 MW增大至756 MW，各年度減少的棄水量和增發(fā)電量，具體結(jié)果如下表1。

三峽水庫汛末蓄水結(jié)束后，長江上游流域也常發(fā)生秋汛洪水，如2008年和2011年11月，三峽水庫就發(fā)生了秋汛。2008年11月初三峽水庫發(fā)生秋汛洪水時，日均入庫流量最高達(dá)32 700 m3/s，此時，三峽水庫試驗(yàn)性蓄水結(jié)束，開始加大出庫發(fā)生棄水，棄水量為40億m3。若單機(jī)最大容量增加至756 MW，按當(dāng)時最大開機(jī)臺數(shù)電站總出力可增加1 200 MW左右，可增加過機(jī)流量約1 200 m3/s，減少棄水量約9億m3。即使在地下電站全部投產(chǎn)后，若發(fā)生類似

表1 2009年～2012年三峽機(jī)組最大出力增至756 MW減少的棄水量和增發(fā)電量

年份年減少棄水量/億m3年增發(fā)電量/億kW·h200929.72.7201041.95.0201100201250.76.7均值30.63.6

2008年的秋汛，三峽電站仍將棄水，機(jī)組按最大容量756 MW運(yùn)行可減少棄水、增發(fā)電量。

2011年11月7日三峽水庫蓄滿后由于發(fā)生秋汛洪水導(dǎo)致棄水，棄水量為0.36億m3。若單機(jī)最大容量增加至756萬MW，按當(dāng)時最大開機(jī)臺數(shù)計(jì)算，電站總出力可增加1 500 MW，可增加過機(jī)流量約1 500 m3/s，基本可確保不棄水。

2.1.3 設(shè)定運(yùn)行方式下，機(jī)組按756 MW運(yùn)行多年平均減少棄水量和增發(fā)電量

(1)水庫汛期調(diào)度方式。假定以下兩種調(diào)度方式進(jìn)行重點(diǎn)分析：①調(diào)度方式a(按40 000 m3/s控泄攔蓄洪水方式)。當(dāng)來量大于40 000 m3/s時，水庫按40 000 m3/s控泄，水庫水位由汛限水位145 m開始攔洪蓄水，蓄洪至160 m水位后按來量下泄，當(dāng)來量小于40 000 m3/s時按40 000 m3/s控泄消落至145 m。②調(diào)度方式b(按滿發(fā)流量攔蓄洪水方式)。汛期來量大于機(jī)組滿發(fā)裝機(jī)流量時水庫開始攔蓄洪水，水庫水位由汛限水位145 m開始攔洪蓄水，蓄洪至160 m水位后則按來量下泄，當(dāng)來量小于滿發(fā)流量時按滿發(fā)流量控泄消落至145 m。

(2)增發(fā)電量和減少棄水量。按上述計(jì)算條件，對1950年～2010年逐年進(jìn)行計(jì)算，水庫汛期分別按調(diào)度方式a和調(diào)度方式b運(yùn)行，機(jī)組最大出力756萬MW與700 MW方案估算平均減少棄水量的和平均增發(fā)電量見表2。

表2 指定調(diào)度方式下1950年～2010年三峽機(jī)組最大出力756 MW減少棄水量和增發(fā)電量

調(diào)度方式估算減少棄水量/億m3多年平均增發(fā)電量/億kW·ha232.92b516.41

2.2 機(jī)組756 MW運(yùn)行負(fù)荷優(yōu)化分配效益分析

三峽蓄水期和供水期時，水庫水位較高，而在高水頭下(>100 m)，單機(jī)出力越大耗水率越低。表3是水頭在105 m下，各種機(jī)組類型對應(yīng)的耗水率。由表3可知，各種機(jī)組的最低耗水率均出現(xiàn)在出力700～760 MW之間。因此，機(jī)組756 MW運(yùn)行能進(jìn)一步提高三峽電站負(fù)荷優(yōu)化分配的空間，有效提高機(jī)組運(yùn)行效率，節(jié)約水資源。

表3 三峽凈水頭105 m下對應(yīng)各種機(jī)組類型流量耗水率

機(jī)組類型不同出力對應(yīng)耗水率/m3·s-1·(萬kW)-170717273747576VGS10.3410.3110.2810.2610.2310.2110.20ALSTOM10.3710.3510.3410.3210.3010.2910.27東電10.3010.2810.2810.2810.2810.2910.29右岸ALSTOM10.2910.2810.2610.2510.2310.2310.21哈電10.2510.2310.2310.2510.2610.2610.27

根據(jù)近年來三峽水庫的水頭變化情況，按照在高水頭下(>100 m)三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行考慮，理論上單位出力流量耗水率能降低0.05 m3/s/萬kW的潛力，相當(dāng)于，每年發(fā)同樣的電量節(jié)約5億m3水量或者用同樣的水量可增發(fā)1.3億kW·h。

3 結(jié) 論

(1)在2006年～2011年的先后組織了4次大負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果表明：三峽電站機(jī)組在高水頭下以756 MW出力運(yùn)行是安全、穩(wěn)定的，具備756 MW出力長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

(2)中小洪水優(yōu)化調(diào)度為三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行創(chuàng)造了條件，大幅提高了洪水資源的利用效率。2009年以來，三峽水庫在汛期開展了中小洪水優(yōu)化調(diào)度，汛期庫水位受防洪調(diào)度影響有所抬升，具備機(jī)組出力756 MW運(yùn)行所需要的水頭。通過分析計(jì)算，2009年～2012年實(shí)際運(yùn)行方式下，756 MW運(yùn)行能平均減少棄水量30.6億m3和增發(fā)電量3.6億kW·h。對1950年～2010年逐年進(jìn)行計(jì)算，水庫汛期按兩種優(yōu)化調(diào)度方式運(yùn)行，機(jī)組按756 MW運(yùn)行，調(diào)度方式a與調(diào)度方式b估算分別平均減少棄水量為23億m3和51億m3，計(jì)算分別平均增發(fā)電量約為2.9億kW·h和6.4億kW·h。

(3)秋汛是三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行的最好時機(jī)，通過優(yōu)化調(diào)度可基本避免秋汛棄水。三峽水庫汛末蓄水結(jié)束后，長江上游流域也常發(fā)生秋汛洪水。如2008年和2011年11月，2008年秋汛洪水棄水量為40億m3，2011年棄水量為0.36億m3。分析計(jì)算三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行，2008年秋汛可減少棄水量約9億m3，2011年秋汛可基本確保不棄水。

(4)枯季高水頭下三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行可提高水資源利用效率。根據(jù)近年來三峽水庫的水頭變化情況，按照在高水頭下(>100 m)時三峽電站機(jī)組756 MW運(yùn)行考慮，理論上三峽電站流量耗水率有降低0.05 m3/s/萬kW的潛力，相當(dāng)于每年發(fā)同樣的電量節(jié)約5億m3水量或用同樣的水量可增發(fā)電量1.3億kW·h。

[1]張曙光， 周曼. 三峽樞紐水庫運(yùn)行調(diào)度[J]. 中國工程科學(xué)， 2011， 3(7)： 61- 65．

[2]陳桂亞， 郭生練. 水庫汛期中小洪水動態(tài)調(diào)度方法與實(shí)踐[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)， 2012， 31(4)： 22- 27．

[3]李義天， 甘富萬， 鄧金運(yùn)， 等. 三峽水庫汛限水位優(yōu)化調(diào)度初步研究[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)， 2008， 27(4)： 1- 6．

[4]趙南山， 張雅琦. 三峽水庫汛期運(yùn)行調(diào)度分析[J]. 水電廠自動化， 2009(1)： 64- 66.

(責(zé)任編輯焦雪梅)

Impact Analysis in Water Resources Utilization of Three Gorges Power Station when Unit Operated in the Capacity of 756 MW

GUO Le

(Three Gorges Water Conservancy Complex Cascade Dispatch &Communication Center,China Yantze Power Co., Ltd., Yichang 443133, Hubei, China)

The unit operation capacity of Three Gorges Power Station increased from 700MW to 756MW not only is feasible, but also can effectively improve the efficiency of water resources utilization. The unit operation in 756 MW can reduce the non-generation flow to improve water use efficiency, and can also optimize plant operation arrangement to save water resources. The reductions of non-generation flow and the power generation increases are calculated respectively when the unit operation capacity increases from 700 MW to 756 MW under actual operation mode in recent years and designed operation mode. The calculation results show that the utilization efficiency of water resources and the generation benefit of Three Gorges Power Station can be effectively improved．

impact; water resources utilization; operation in 756MW; Three Gorges Power Station

2015- 02- 26

國家“十二五”水專項(xiàng)(2014ZX07104- 005);國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB036406- 4)

郭樂(1984—)，男，湖北廣水人，工程師，從事水文預(yù)報(bào)和水庫調(diào)度．

TV697.1(263)

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0559- 9342(2015)12- 0093- 03