冬季枯水期吉林臺(tái)梯級(jí)水電調(diào)度優(yōu)化方式的探討

李國(guó)慶，丘 剛，常喜強(qiáng)，趙新蔚，楊桂興

(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司，新疆 烏魯木齊 830000;2.國(guó)電龍?jiān)催_(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)，新疆 烏魯木齊 830039;3.國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 流域概況

喀什河為伊犁河的第二大支流，流域呈狹長(zhǎng)的柳葉形羽狀水系，總面積9 578 km2，河長(zhǎng)297 km，天然落差2 506 m。該河屬典型的冰川積雪補(bǔ)給為主的河流，徑流的補(bǔ)給方式是以冰川積雪融水補(bǔ)給為主，降雨補(bǔ)給為輔，地下水補(bǔ)給次之的混合型補(bǔ)給?？κ埠恿饔蚰壳斑\(yùn)行的水電站包括吉林臺(tái)水電站、吉林臺(tái)二級(jí)水電站、尼勒克水電站、溫泉水電站、托海水電站。模式為吉林臺(tái)一級(jí)電站水庫(kù)庫(kù)容較大，具有不完全多年調(diào)節(jié)性能;其余各級(jí)均為水庫(kù)調(diào)節(jié)能力較小的周調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)水電站或者是徑流式水電站 (見(jiàn)圖1)。

圖1 喀什河流域梯級(jí)水電站分布示意

2 2014年流域水情情況及來(lái)水預(yù)測(cè)

2014年喀什河遭遇60 a來(lái)最嚴(yán)重干旱，屬特枯年份，整個(gè)汛期來(lái)水嚴(yán)重偏枯，6、7、8月份日均出現(xiàn)超過(guò)200 m3/s的天數(shù)僅有14 d。2014年汛期的平均入庫(kù)流量?jī)H有157 m3/s，比多年汛期平均入庫(kù)流量214 m3/s偏少26.64%。由于水庫(kù)來(lái)水量偏少，屬于特枯水年，使得發(fā)電與下游用水間存在很多矛盾［1］。

根據(jù)喀什河流域水文特性分析，喀什河流域來(lái)水受氣候影響較為明顯，預(yù)計(jì)2015年度喀什河流域降雨、降雪量較往年嚴(yán)重偏少，就目前降水情況來(lái)看，2015年來(lái)水形勢(shì)不容樂(lè)觀。

根據(jù)吉林臺(tái)下游尼勒克縣灌區(qū)及溫泉下游喀什河流域管理處提供的2015年度灌溉用水計(jì)劃，喀什河中下游灌溉用水量較2014年有顯著增加。在2015年4～8月灌溉高峰期，很有可能多次出現(xiàn)因電網(wǎng)負(fù)荷受限喀什河流域下泄流量過(guò)小以及喀什河流域來(lái)水較小等而引發(fā)的供水矛盾問(wèn)題。

3 水庫(kù)調(diào)度方案制定原則

3.1 總原則

按照水庫(kù)調(diào)度設(shè)計(jì)確定的任務(wù)、參數(shù)、指標(biāo)及調(diào)度原則，在確保大壩安全的前提下，充分發(fā)揮水庫(kù)的綜合利用效益。考慮安全約束、以水定電，發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益和水電站在電網(wǎng)運(yùn)行中的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等作用［2］。

3.2 梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度細(xì)化原則

流域梯級(jí)調(diào)度根據(jù)來(lái)水預(yù)測(cè)，統(tǒng)一調(diào)度各站水庫(kù)，控制好不同時(shí)期水庫(kù)水位，確保首級(jí)水電站水庫(kù)不棄水，盡量減少下游水庫(kù)的棄水量。

4 方案制定存在問(wèn)題及考慮因素

4.1 喀什河梯級(jí)水電站冬季水電調(diào)度存在問(wèn)題

(1)蓄水問(wèn)題。10月初吉林臺(tái)一級(jí)水電站水庫(kù)水位僅比死水位高出2 m，比正常蓄水位低了接近38 m，少蓄水量15.3億m3，水庫(kù)已經(jīng)基本喪失調(diào)節(jié)能力。

(2)電站特殊作用。吉林臺(tái)水庫(kù)地理位置特殊，擔(dān)負(fù)著喀什河下游的城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水等任務(wù)。

(3)電站水電調(diào)度與電網(wǎng)運(yùn)行制約關(guān)系。吉林臺(tái)水電站擔(dān)負(fù)著新疆電網(wǎng)的基荷和調(diào)峰調(diào)頻調(diào)壓等任務(wù)，綜合要求較高，供水和蓄水矛盾較大，在特枯水年矛盾更加突出。

4.2 喀什河梯級(jí)水電站冬季水電調(diào)度考慮因素

為保證2014年冬天喀什河流域的防冰凌安全和2015年農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，對(duì)調(diào)度部門制定喀什河流域水電廠發(fā)電計(jì)劃提出了很高的要求，本次水庫(kù)調(diào)度方案的制定和優(yōu)化主要考慮了以下幾個(gè)方面:

(1)氣象預(yù)報(bào)和水文預(yù)報(bào)信息對(duì)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用的指導(dǎo)。利用準(zhǔn)確及時(shí)的中短期和長(zhǎng)期氣象及水文預(yù)報(bào)信息，對(duì)水庫(kù)蓄水、防冰凌及保證灌溉提供了很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

(2)特枯水年及時(shí)調(diào)整水庫(kù)運(yùn)行方式，保證水庫(kù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。調(diào)度部門在發(fā)電計(jì)劃的制定上以氣象預(yù)報(bào)、水文預(yù)報(bào)信息為參考，在運(yùn)行方式上進(jìn)行靈活調(diào)整、優(yōu)化，盡量彌補(bǔ)水庫(kù)因干旱帶來(lái)的蓄水損失。

(3)充分發(fā)揮梯級(jí)電站中各水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用。因吉林臺(tái)一級(jí)站尾水和吉林臺(tái)二級(jí)站庫(kù)區(qū)連在一起，吉林臺(tái)二級(jí)水庫(kù)有346萬(wàn)m3的調(diào)節(jié)庫(kù)容，可對(duì)吉林臺(tái)一級(jí)水電站調(diào)峰運(yùn)行起到一定的反調(diào)節(jié)作用，具備日調(diào)節(jié)能力。此次調(diào)度方案的制定充分考慮和發(fā)揮了吉林臺(tái)二級(jí)水庫(kù)的日調(diào)節(jié)能力，通過(guò)一級(jí)站集中發(fā)電放水由二級(jí)站水庫(kù)攔水，再通過(guò)二級(jí)站均衡穩(wěn)定的下泄，滿足了下游的基本用水需求。

5 水庫(kù)調(diào)度方案優(yōu)化及調(diào)整

根據(jù)喀什河流域的來(lái)水預(yù)測(cè)、用水需求、水庫(kù)水位等情況，此次新疆調(diào)控中心分別制定了連續(xù)發(fā)電、集中發(fā)電兩種運(yùn)行方式，并反復(fù)進(jìn)行對(duì)比，最終確定了最優(yōu)的運(yùn)行方案;即在伊犁河下游河道封凍前，吉林臺(tái)一級(jí)水電站“每天集中發(fā)電、最大限度蓄水”。具體運(yùn)行方式為:每天早晚新疆用電負(fù)荷高峰，即7∶00～11∶00和19∶00～23∶00期間，1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，出力為5.5萬(wàn)kW，其余時(shí)間全站停機(jī);為了保障吉林臺(tái)水庫(kù)下游生態(tài)及發(fā)電用水，吉林臺(tái)二級(jí)水電站帶基荷0.5萬(wàn)kW，確保下泄流量均衡穩(wěn)定。因吉林臺(tái)一級(jí)站尾水和吉林臺(tái)二級(jí)站庫(kù)區(qū)連在一起，吉林臺(tái)一級(jí)站停機(jī)期間不會(huì)產(chǎn)生此區(qū)間斷流問(wèn)題，吉林臺(tái)二級(jí)站下游將通過(guò)吉林臺(tái)二級(jí)水庫(kù) (日調(diào)節(jié)能力)調(diào)節(jié)滿足下游流量均衡穩(wěn)定和基本的用水需求。

在下游河道封凍后 (預(yù)計(jì)12月底左右)，將方式調(diào)整為:吉林臺(tái)一級(jí)水電站機(jī)組需要連續(xù)發(fā)電，單機(jī)3～5萬(wàn)kW，確保下泄流量在40～60 m3/s，以保障下游流域的防冰凌安全;下游其他水電站“以水定電”，盡量減少小水庫(kù)水位變幅，以確保大壩、引水渠道等水工建筑物的安全。

現(xiàn)將2014年10月底至11月初15 d期間的集中發(fā)電與連續(xù)發(fā)電兩種運(yùn)行方案進(jìn)行對(duì)比分析。

5.1 連續(xù)發(fā)電

吉林臺(tái)一級(jí)水電站單機(jī)運(yùn)行每天平均出力1.26萬(wàn)kW(每天發(fā)電量30萬(wàn)kW·h)，連續(xù)發(fā)電日計(jì)劃曲線如下所示 (見(jiàn)圖2)。

圖2 連續(xù)發(fā)電日計(jì)劃曲線

根據(jù)上述發(fā)電曲線可以得出15 d的發(fā)電量、耗水量及水位變化情況 (見(jiàn)表1)。

表1 連續(xù)發(fā)電的運(yùn)行方案

5.2 集中發(fā)電

將現(xiàn)有的單機(jī)運(yùn)行每天平均出力1.26萬(wàn)kW(每天發(fā)電量30萬(wàn)kW·h)調(diào)整為新疆用電負(fù)荷早晚高峰期 (7∶00～11∶00、19∶00～23∶00)發(fā)電，其他時(shí)間全站停機(jī)備用。集中發(fā)電日計(jì)劃曲線如下所示 (見(jiàn)圖3)。

圖3 集中發(fā)電日計(jì)劃曲線

根據(jù)上述發(fā)電曲線可以得出15 d的發(fā)電量、耗水量及水位變化情況 (見(jiàn)表2)。

從表1、表2的發(fā)電水量和水位升高對(duì)比看，集中發(fā)電的運(yùn)行方式比連續(xù)發(fā)電的運(yùn)行方式有明顯的節(jié)水效果，期間集中發(fā)電相對(duì)連續(xù)發(fā)電節(jié)約水量共0.208億m3，期末水位升高了0.72 m。連續(xù)發(fā)電的運(yùn)行方式由于機(jī)組長(zhǎng)期處于低水頭、低負(fù)荷運(yùn)行，造成水耗偏高為7.76 m3/kW·h;集中發(fā)電運(yùn)行方式的水耗為4.02 m3/kW·h。

表2 集中發(fā)電的運(yùn)行方案

6 結(jié)論及建議

通過(guò)上述分析，在目前吉林臺(tái)水庫(kù)低水頭運(yùn)行情況下，通過(guò)合理安排負(fù)荷，在兩種發(fā)電方式電量基本持平的情況下，集中發(fā)電較連續(xù)發(fā)電有較大優(yōu)勢(shì)，水耗大幅度下降，同期水位漲幅較高;吉林臺(tái)一級(jí)水電站集中發(fā)電時(shí)段與新疆電網(wǎng)、伊犁地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性相符合，滿足了電網(wǎng)調(diào)峰的需要，避開(kāi)了吉林臺(tái)一級(jí)水電站機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)區(qū) (3.5萬(wàn)kW以下)。因此在滿足喀什河流域下游冬季用水的前提下，采用集中發(fā)電的運(yùn)行方式不僅能達(dá)到吉林臺(tái)水庫(kù)蓄水的目的，還能在此基礎(chǔ)上多發(fā)電，降低水耗，提高水能利用率。