樂灘水電站老廠房改造工程規(guī)模及效益分析

盧 冰

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，南寧 530023）

LU Bing

(Guangxi Electric Power Design&Research Institute CO.,LTD.of China Energy Engineering Group,Nanning 530023,China)

樂灘水電站老廠房改造工程規(guī)模及效益分析

盧 冰

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，南寧 530023）

介紹了樂灘（新、老）水電站的工程概況，分析了樂灘新水電站建成后的運(yùn)行情況及其存在的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)過多，不利于電站機(jī)組檢修，提出了改造該電站老廠房，利用電站棄水發(fā)電，減輕新電站機(jī)組運(yùn)行壓力，提高電站整體調(diào)峰能力。論述了改造工程建設(shè)的規(guī)模及效益。

老廠房改造；規(guī)模；效益；樂灘水電站

1 概述

樂灘水電站為紅水河流域規(guī)劃開發(fā)的第八個(gè)梯級(jí)電站，壩址位于廣西忻城縣紅渡鎮(zhèn)上游3.0 km，上下游梯級(jí)分別為百龍灘水電站和橋鞏水電站。水庫正常蓄水位112 m，死水位為110 m，調(diào)節(jié)庫容為2 700萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)4×150 MW。2005年底4臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。

樂灘老電站是廣西電力部門利用樂灘原有航運(yùn)樞紐建成的紅水河干流最早的一座中型水電站，電站于1977年1月開工建設(shè)，1981年5月建成發(fā)電，裝機(jī)1臺(tái)，容量60 MW。2004年，在原壩址下游22.7 m處建設(shè)的樂灘水電站開始發(fā)電，樂灘老廠房位于現(xiàn)樂灘水電站下游右岸，緊靠大壩，由于水庫水位抬高后超出了老電站的設(shè)計(jì)水頭范圍，引水渠亦被新的大壩阻斷，老電站因此停運(yùn)，目前廠房及內(nèi)部設(shè)施保留較為完好。

隨著廣西經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷增長(zhǎng)較快，根據(jù)廣西區(qū)內(nèi)能源資源條件、開發(fā)利用現(xiàn)狀和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，廣西區(qū)政府提出要深度開發(fā)水電資源，因此，對(duì)現(xiàn)有水電進(jìn)行改造增容是彌補(bǔ)電網(wǎng)電力缺口的重要途徑。為更好地利用水能資源，提高電站的調(diào)峰能力，對(duì)樂灘老廠房利用改造進(jìn)行研究是必要的。

2 樂灘水電站運(yùn)行情況

根據(jù)收集到的運(yùn)行記錄，樂灘水電站平均水庫水位約為111.2 m，絕大多數(shù)情況水庫均控制在死水位110 m以上運(yùn)行；樂灘各機(jī)組在18～22時(shí)及9～12時(shí)出力超過140 MW的累計(jì)時(shí)間明顯多于其他時(shí)間，相應(yīng)頻率分別約為30%和20%，說明樂灘水電站承擔(dān)了較多的電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行任務(wù)，配合廣西電網(wǎng)兩個(gè)高峰時(shí)段進(jìn)行調(diào)峰。樂灘水電站調(diào)峰運(yùn)行期間，水庫水位多在110～112 m之間變化，水庫實(shí)際運(yùn)行方式基本按設(shè)計(jì)運(yùn)行方式執(zhí)行。樂灘水電站各機(jī)組出力超過140 MW（按出力較大的工況考慮）運(yùn)行小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)成果見圖1（統(tǒng)計(jì)時(shí)段為2010年1月1日～2015年12月31日）。

圖1 各機(jī)組出力超過140 MW運(yùn)行小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)成果

3 樂灘老廠房改造工程建設(shè)必要性

（1）適當(dāng)降低樂灘水電站裝機(jī)利用小時(shí)，有利于改善電站運(yùn)行條件。樂灘水電站上游巖灘水電站和大化水電站均已擴(kuò)建完成，投入運(yùn)行。其中，巖灘水電站擴(kuò)建后設(shè)計(jì)裝機(jī)利用小時(shí)降低為4 170 h。根據(jù)設(shè)計(jì)成果，龍灘水電站一期工程建成后（正常蓄水位375 m），樂灘水電站設(shè)計(jì)多年平均可發(fā)電量為28.7 765億kW·h，年裝機(jī)利用小時(shí)為4 796 h，樂灘水電站建成后，電站結(jié)合汛期來水情況優(yōu)化水庫調(diào)度運(yùn)行方式，進(jìn)一步提高了電站發(fā)電效益，電站實(shí)際運(yùn)行裝機(jī)利用小時(shí)相對(duì)較高。此外，根據(jù)近兩年樂灘水電站運(yùn)行記錄，2014年和2015年平均入庫流量分別為1 733 m3/s和2 239 m3/s，參照設(shè)計(jì)年徑流頻率成果，相應(yīng)約為75%和50%設(shè)計(jì)頻率，大致屬于平偏枯和平水年份水平，而這兩年平均發(fā)電量分別為30.24億kW·h和34.92億kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)分別為5 040 h和5 820 h，裝機(jī)利用小時(shí)較高；結(jié)合電站實(shí)際水庫優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行方式，平水年份機(jī)組處于較高的發(fā)電利用小時(shí)，尤其是2015年，樂灘水電站棄水量較多，棄水天數(shù)約40 d，枯水期因機(jī)組檢修亦不時(shí)發(fā)生棄水情況。樂灘老廠房改造后，可利用樂灘水電站的棄水發(fā)電，并可適當(dāng)降低樂灘水電站裝機(jī)利用小時(shí)，增加本電站的有效電量及有效容量，有利于改善電站的運(yùn)行條件，提高本電站運(yùn)行可靠性與經(jīng)濟(jì)效益。

（2）利于機(jī)組檢修安排，減輕電站檢修壓力。根據(jù)樂灘水電站檢修記錄，4臺(tái)機(jī)組近10年平均計(jì)劃?rùn)z修天數(shù)約40 d，與原設(shè)計(jì)檢修時(shí)間及同類電站機(jī)組檢修時(shí)間相比偏多。根據(jù)2015年運(yùn)行記錄分析，在正常來水年份下，樂灘水電站年裝機(jī)利用小時(shí)達(dá)5 800 h以上，棄水天數(shù)達(dá)40 d，與往年相比，機(jī)組檢修時(shí)間偏少，給電站運(yùn)行帶來一定的壓力。根據(jù)機(jī)組近10年實(shí)際運(yùn)行檢修特性，樂灘水電站需安排較多的時(shí)間進(jìn)行檢修，若今后遇到較豐水年份，裝機(jī)利用小時(shí)將進(jìn)一步提高，并產(chǎn)生更多棄水，機(jī)組正常檢修安排可能較困難，機(jī)組疲勞運(yùn)行易發(fā)生故障。若樂灘水電站有機(jī)組故障停機(jī)或進(jìn)行正常檢修時(shí)，來水量又大于3臺(tái)機(jī)組引用流量的情況下，改造機(jī)組便可替代檢修機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，減少檢修棄水，或根據(jù)系統(tǒng)需求參與調(diào)峰，發(fā)揮其容量效益，減輕檢修壓力，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（3）可作為樂灘水電站的備用電源。由于老廠房改造工程能獨(dú)立發(fā)電運(yùn)行，可將它作為樂灘水電站的備用電源。因此，如果樂灘水電站廠用電故障引起全廠停機(jī)時(shí)，可發(fā)揮改造工程備用電源的作用，以保證樂灘水電站的運(yùn)行安全。

（4）提高電站調(diào)峰能力，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。樂灘水電站具有日調(diào)節(jié)性能，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，根據(jù)樂灘水電站典型日運(yùn)行方式，主要配合廣西電網(wǎng)18～22時(shí)及9～12時(shí)兩個(gè)高峰時(shí)段進(jìn)行調(diào)峰。樂灘老廠房改造為一臺(tái)70 MW機(jī)組后，可提高電站的調(diào)峰、調(diào)頻能力，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，在一定程度上緩解電網(wǎng)調(diào)峰容量的緊張狀況，有利于改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件，減少電網(wǎng)低谷調(diào)峰棄水電量，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）充分利用水能資源，提高樂灘水電站水量利用系數(shù)。樂灘水電站平均每年約有50.6 d棄水，水量利用系數(shù)為88.3%。為了提高水量利用率，減少棄水天數(shù)，對(duì)樂灘老廠房進(jìn)行改造，利用樂灘水電站因裝機(jī)容量過流限制產(chǎn)生的棄水，可增加季節(jié)性電能約0.5 511億kW·h（龍灘375 m，下同），樂灘水電站與改造工程總水量利用系數(shù)提高為91.0%。

（6）節(jié)能減排保護(hù)生態(tài)環(huán)境。樂灘老廠房利用改造后，可充分利用水能資源。改造工程裝機(jī)容量為70 MW時(shí)，多年平均可發(fā)電量0.5 511億kW·h，每年節(jié)約標(biāo)煤約1.74萬t，并可減少二氧化硫、二氧化碳及其他污染物的排放，有利于保護(hù)環(huán)境。

（7）老廠房改造工程充分利用樂灘水電站現(xiàn)有資源，利用樂灘水電站工程已有水庫發(fā)電，無水庫淹沒損失，無移民搬遷，此外本項(xiàng)目的建設(shè)還可以利用樂灘水電站工程的對(duì)外交通設(shè)施及送出工程，縮短建設(shè)工期并節(jié)約工程投資，使得改造工程的單位投資為3 913元/kW，遠(yuǎn)低于目前新建水電站的單位千瓦投資水平，改造工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。

4 規(guī)模分析

4.1 正常蓄水位及死水位

樂灘老廠房改造工程主要利用樂灘水電站工程已有大壩和水庫發(fā)電，與樂灘水電站一起承擔(dān)電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，因此不改變?cè)娬镜乃畮焖患八畮爝\(yùn)行方式，水庫正常蓄水位112 m，汛期運(yùn)行水位110 m，死水位110 m。

4.2 裝機(jī)容量

為充分利用老廠房及部分老設(shè)備，根據(jù)老廠房結(jié)構(gòu)形式，改造方案仍采用豎軸軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，在不改變老廠房機(jī)組流道的情況下安裝新轉(zhuǎn)輪。樂灘水電站下游橋鞏水電站建成投產(chǎn)后，最大水頭由31.5 m降低至29.5 m，電站水頭范圍在6～29.5 m之間，根據(jù)本電站水頭范圍，以大化水電站擴(kuò)機(jī)工程的模型轉(zhuǎn)輪（A834b）綜合特性曲線進(jìn)行分析。

樂灘老廠房改造工程具有特殊性，是直接利用原廠房基坑及機(jī)組流道，機(jī)組運(yùn)行條件及綜合效率將受到轉(zhuǎn)輪直徑及老機(jī)組流道限制，根據(jù)大化水電站擴(kuò)機(jī)工程實(shí)際運(yùn)行情況分析，提出本工程改造機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的單位流量不宜超過1.85 m3/s。因此，改造機(jī)組裝機(jī)容量及額定水頭主要受機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑8 m、機(jī)組綜合效率及單位流量的限制。

樂灘老廠房位于樂灘壩址下游約60 m，經(jīng)進(jìn)水口方案比較，采用右岸獨(dú)立進(jìn)水口方案，通過約210 m引水段引水至老廠房發(fā)電。采用復(fù)核后的水頭損失進(jìn)行初步水能出力計(jì)算分析，當(dāng)上游水位為正常蓄水位112 m時(shí)，樂灘水電站4臺(tái)機(jī)組優(yōu)先發(fā)電后，改造機(jī)組發(fā)70 MW出力時(shí)，下游水位約93.2～93.4 m（相應(yīng)下游橋鞏水庫運(yùn)行水位82～84 m），改造機(jī)組發(fā)出70 MW容量相應(yīng)發(fā)電水頭范圍約16.8～17 m。

樂灘水電站為低水頭電站，主要開發(fā)任務(wù)是發(fā)電，并在廣西電網(wǎng)中承擔(dān)一定調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，為了更好地發(fā)揮其容量效益及電量效益，應(yīng)盡量減少容量受阻，在額定水頭下，電站應(yīng)能發(fā)滿裝機(jī)容量，在考慮留有一定裕度的情況下擬定額定水頭16.6 m。當(dāng)改造機(jī)組裝機(jī)容量為70 MW、額定水頭為16.6 m時(shí)，核算其額定單位流量為1.84 m3/s。初步分析，若增大裝機(jī)容量，受到轉(zhuǎn)輪單位流量的限制，其額定水頭必須抬高，根據(jù)上述滿發(fā)裝機(jī)相應(yīng)發(fā)電水頭分析，此時(shí)又將引起改造機(jī)組裝機(jī)容量受阻，在額定水頭下無法滿發(fā)裝機(jī)容量。因此，改造機(jī)組裝機(jī)容量70 MW、額定水頭16.6 m方案的額定工況的過流能力已接近槳葉最大轉(zhuǎn)角限制線，裝機(jī)容量不宜再增大。

綜上所述，樂灘老廠房利用改造工程推薦裝機(jī)容量為70 MW，額定水頭16.6 m。

5 節(jié)能減排效益分析

本工程投產(chǎn)運(yùn)行后，與同等裝機(jī)規(guī)模的火電廠相比，每年不僅可節(jié)省大量燃煤，還大大減少了SO2、煙塵、NOx等污染物的排放。樂灘老廠房改造工程主要利用樂灘水電站棄水進(jìn)行發(fā)電，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量為0.5 511億kW h。按照廣西火電標(biāo)煤耗315 g/kW h，本工程可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.74萬t/a，可減少 SO2、NOx、CO、CO2和灰渣排放量分別為278 t/a、218 t/a、1 054 t/a、39 547 t/a、3 480 t/a，具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。具體情況見表1。

表1 本工程節(jié)煤及污染物減排情況表

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Scale and benefit analysis of old powerhouse reconstruction project at Letan Hydropower Station

An introduction was made on the general information of new and old powerhouses of Letan Hydropower Station.The operating situation of new powerhouse since it was put into operation was analyzed,based on which it was put forward that too high utilization hours led to inconvenient maintenance and repair,so the old powerhouse shall be reconstructed to utilize the surplus water for power generation,and to alleviate the operating pressure of new powerhouse,improve the total peak load regulating capacity of whole station.A discussion was made on the scale and benefit of old powerhouse reconstruction project.

Reconstruction of old powerhouse;scale;benefit;Letan Hydropower Station

LU Bing

(Guangxi Electric Power Design&Research Institute CO.,LTD.of China Energy Engineering Group,Nanning 530023,China)

TV61

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1003-1510（2016）06-0029-03

2016-10-13

盧 冰（1979-），女，福建漳平人，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，碩士，主要從事水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。