淺談水電站機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

鄒林 王義

摘 要：水電站投資浩大，且對(duì)周邊生態(tài)會(huì)造成或多或少的影響。為了彌補(bǔ)這方面的不足，使水電站始終運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)是必然要求。文章從水庫調(diào)度、設(shè)備運(yùn)維、機(jī)組調(diào)整等多個(gè)方面入手，闡述了提升水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的各項(xiàng)措施，以期為實(shí)現(xiàn)水電開發(fā)“多發(fā)電、發(fā)好電”的目標(biāo)而拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：水電站；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；措施

引言

隨著能源格局的調(diào)整，清潔能源將逐步取代傳統(tǒng)一次性化石能源（石油、煤炭等）。而在清潔能源的序列中，水電以其裝機(jī)容量大、調(diào)度靈活、技術(shù)成熟、成本經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)而“出類拔萃”，是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)必須倚重的能源形式。但根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，許多電站的水電機(jī)組運(yùn)行并非處于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下，是大有潛力可挖的。文章將從多個(gè)角度探討提升水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的措施，以期實(shí)現(xiàn)“多發(fā)電、發(fā)好電”的目標(biāo)。

1 提升經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施概述

水電站是一個(gè)龐大體系，包括水工建筑物、廠房、發(fā)電機(jī)組、輸變電配套設(shè)施等，提升水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要統(tǒng)籌兼顧、綜合考慮。作者結(jié)合多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：首先要做好精益管理，即從頂層設(shè)計(jì)的角度謀篇布局，理順各種關(guān)系，使各類措施有法可依；其次，就是具體分析不同水庫的挖潛點(diǎn)，有針對(duì)性地去取得突破；最后，要做好經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，總結(jié)所采取措施的合理性，并隨著時(shí)間的推移做好調(diào)整工作。下面，將就這幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 精益管理層面

作為頂層設(shè)計(jì)，就是要從宏觀的角度保證水電站機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所應(yīng)具備的條件。大致來說，有以下幾點(diǎn)：（1）落實(shí)水電站設(shè)備運(yùn)維、改造、消缺等各節(jié)點(diǎn)的制度制定，并從人、財(cái)、物等方面予以保證，這是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。（2）制定年度目標(biāo)，使經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的執(zhí)行有明確方向。（3）盡可能將高技術(shù)設(shè)備吸納進(jìn)水電站運(yùn)行層面（因水電機(jī)組優(yōu)化是一個(gè)多目標(biāo)多維數(shù)問題，依靠人工較難實(shí)現(xiàn)），如全數(shù)字智能調(diào)度系統(tǒng)。（4）做好員工的教育培訓(xùn)，使其掌握經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的相關(guān)理論和知識(shí)。（5）明確安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等責(zé)任制，層層下達(dá)，使實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有組織保障。

3 具體技術(shù)層面

3.1 科學(xué)調(diào)度水庫

水電站的運(yùn)行動(dòng)力是水流。要保證水電站高效運(yùn)行，就必須科學(xué)調(diào)度水庫（特別對(duì)我們這種總體缺水的國(guó)家）。但水庫調(diào)度牽涉面廣，既有水電站自身因素，也牽涉到流域水管部門。水庫調(diào)度的核心是要將有限的水資源利用好，為此應(yīng)做好以下工作：（1）建立覆蓋流域相關(guān)區(qū)域的中短期天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)、水調(diào)和洪水自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)以及水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，并培養(yǎng)責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)能力優(yōu)的人員對(duì)以上系統(tǒng)進(jìn)行人工校正。（2）加強(qiáng)與電力調(diào)度部門的聯(lián)動(dòng)，避免低負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)機(jī)組空轉(zhuǎn)、浪費(fèi)水力；加強(qiáng)與防汛抗旱部門的溝通，靈活快速調(diào)整機(jī)組負(fù)荷曲線，充分利用現(xiàn)有水量。（3）重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，整理出機(jī)組水頭與綜合出力的關(guān)系曲線、水路出庫力量與綜合出力的關(guān)系曲線等，為優(yōu)化水庫調(diào)度提供輔助決策。（4）針對(duì)各種特殊情況（如春季農(nóng)忙、夏季汛期），制定完備的調(diào)度預(yù)案和控制水庫水位的規(guī)章，實(shí)現(xiàn)水庫調(diào)度管理的制度化、合理化。

3.2 充分挖掘水庫潛力

眾所周知，當(dāng)負(fù)荷需求較大時(shí)，提升發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一大措施是提高發(fā)電水頭。文章“3.1”主要從流域整體調(diào)控、水電站內(nèi)外部統(tǒng)籌的角度論述如何保證水庫的必要水量，而沒有分析在水庫已經(jīng)成型以及外部條件變化不大時(shí)，如何挖掘水庫潛力。作者認(rèn)為，可以在以下兩方面嘗試提高發(fā)電水頭：

（1）在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，通過對(duì)弧形閘門加設(shè)防浪板等措施適當(dāng)提高水庫運(yùn)行水位。當(dāng)然，為確保攔水壩安全，在汛期必須視情況謹(jǐn)慎該項(xiàng)操作。（2）降低尾水位。很多水電站在建設(shè)中存在著溢流壩段上、下游施工圍堰拆除不徹底以及尾水渠開挖等問題，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后尾水渠內(nèi)不可避免會(huì)淤積大量土石泥沙，在一定程度上影響尾水位，并最終降低發(fā)電水頭。因此，應(yīng)定期對(duì)尾水渠實(shí)施清淤。以青海某電站為例：自2012年首次實(shí)行尾水渠清淤，當(dāng)年即實(shí)現(xiàn)發(fā)電量增加2530.7萬kW·h，同比提高20%。

3.3 優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行

水電站的機(jī)組往往是兩臺(tái)以上并列運(yùn)行，共同承擔(dān)著電力系統(tǒng)的給定負(fù)荷。顯然，隨著機(jī)組數(shù)目的增加，機(jī)組運(yùn)行工況組合數(shù)也是直線上升。水電站機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所要解決的主要問題就是在給定負(fù)荷下，選擇何種機(jī)組運(yùn)行組合以及如何在選定機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷分配，以使水電站在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。這是一個(gè)非線性、高維數(shù)且動(dòng)態(tài)規(guī)劃的問題，需要考慮機(jī)組開、停機(jī)轉(zhuǎn)換，空載損耗，附加損耗等一系列因素。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，求解以上優(yōu)化問題的方法主要有：逐步優(yōu)化法、按比例分?jǐn)偡ā?dòng)態(tài)規(guī)劃法、等微增率法等。其中，比例分?jǐn)偡ê?jiǎn)單地將負(fù)荷按比例分?jǐn)偅鲆暀C(jī)組自身性能，已很少被采用；等微增率法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法迭代次數(shù)多，易發(fā)生維數(shù)災(zāi)；逐步優(yōu)化法的收斂速度也受限于機(jī)組數(shù)目。

文章的思路是：（1）應(yīng)以有限水資源利用為龍頭，以運(yùn)行水頭H和機(jī)組效率？濁為抓手，設(shè)定機(jī)組調(diào)節(jié)目標(biāo)為給定負(fù)荷下“通過各機(jī)組的總流量最小”。（2）應(yīng)重點(diǎn)追求一個(gè)時(shí)期內(nèi)（如一周）加權(quán)平均后的水頭最高、效率最優(yōu)。（3）做好對(duì)機(jī)組運(yùn)行區(qū)域的劃分工作（安全運(yùn)行區(qū)、過渡運(yùn)行區(qū)和禁止運(yùn)行區(qū)），并以綠色、黃色和紅色相區(qū)分。應(yīng)盡量避免在過渡運(yùn)行區(qū)，不可在禁止運(yùn)行區(qū)運(yùn)行。

機(jī)組運(yùn)維人員應(yīng)熟悉每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行高效區(qū)。對(duì)于建立有自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的水電站，值班人員應(yīng)加強(qiáng)實(shí)時(shí)效率比對(duì)和監(jiān)盤，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行出力，使水輪機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)。對(duì)于調(diào)節(jié)容庫的引水式一洞多機(jī)電站，在非汛期應(yīng)注意避免全部開機(jī)，以減少沿程水頭損失。對(duì)于反調(diào)節(jié)水庫電站，則應(yīng)做好機(jī)組高水頭運(yùn)行保持。

3.4 其他措施

提升水電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的另外一個(gè)要點(diǎn)是減少損失水量。這主要指那些建在地質(zhì)條件不佳、有可能存在滲漏的水電站。對(duì)于這些電站，應(yīng)在閘門等處配置在線監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)消除滲漏缺陷。

4 經(jīng)濟(jì)比對(duì)方法

在實(shí)施經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，以確認(rèn)所采取措施的有效性。就目前技術(shù)來看，可將相關(guān)措施實(shí)施前后的水庫和機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后采用公式法和耗水率曲線法來評(píng)判經(jīng)濟(jì)效益的大小。下面簡(jiǎn)要介紹這兩種方法。

（1）公式法，見式（1）所示。其中，△E為電能增量，K為出力系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行資料反算；Q為平均發(fā)電流量，△H為水頭增量，T為時(shí)間。

△E=KQ（△H）T （1）

（2）耗水率曲線法。即根據(jù)水頭—耗水率關(guān)系曲線，查出措施實(shí)施前后的發(fā)電耗水率，求二者之差即為措施所帶來的每度電節(jié)約水量。然后依照實(shí)際發(fā)電量而得到的節(jié)約水量，再除以實(shí)際發(fā)電耗水率，即能獲得措施所帶來的電量增加。

5 結(jié)束語

與火力發(fā)電廠不同，水電站因其自然屬性不一（主要指機(jī)組容量級(jí)差大、電站類型各式各樣）、與外界聯(lián)系密切等因素，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作較為復(fù)雜。在實(shí)際運(yùn)行中，我們應(yīng)緊緊抓住流量、水頭、機(jī)組效率這三個(gè)控制要素，從各個(gè)可能的角度去查找問題、挖掘潛力，全面提升水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。同時(shí)，國(guó)家也應(yīng)盡快出臺(tái)相關(guān)辦法，鼓勵(lì)水電站展開這方面的探索。我國(guó)資源緊缺，水量也不充沛，做好水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是十分有意義的。

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