遼寧大雅河抽水蓄能電站裝機容量分析

白云鵬，張彥東，李曉軍

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧興城125100；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春130021）

遼寧大雅河抽水蓄能電站裝機容量分析

白云鵬1，張彥東2，李曉軍2

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧興城125100；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春130021）

大雅河抽蓄電站位于遼寧省東部，電站建成后將主要配合先期建設(shè)的蒲石河抽水蓄能電站及其它調(diào)峰電源，共同解決遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)調(diào)峰能力不足，維護電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。文中通過電力電量平衡、工程建設(shè)條件等因素，結(jié)合廠址實際情況推薦最優(yōu)的裝機容量方案。

抽蓄項目；調(diào)峰能力；裝機容量；方案比較

1 工程概況

大雅河抽水蓄能電站位于遼寧省桓仁滿族自治縣境內(nèi)，距桓仁縣城30 km，距本溪市106 km，距省會沈陽市152 km，下水庫利用渾江支流大雅河上擬建的大雅河水利樞紐工程。電站開發(fā)任務為承擔電力系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、負荷備用及緊急事故備用。綜合考慮遼寧電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)、負荷特點、電網(wǎng)受電等因素，為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，確定大雅河抽水蓄能電站的供電范圍為遼寧電網(wǎng)、兼顧東北電網(wǎng)。

大雅河抽水蓄能電站實施后，將配合先期建設(shè)的蒲石河抽水蓄能電站及其它調(diào)峰電源，共同解決遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)調(diào)峰能力不足，維護電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。

2 裝機容量研究

2.1 滿發(fā)利用小時數(shù)確定

抽水蓄能電站的滿發(fā)利用小時數(shù)取決于電力系統(tǒng)的負荷特性和調(diào)峰需求，以及電站本身的自然條件，需要尋找一個合適的滿發(fā)利用小時數(shù)，來保證抽蓄電站滿足電網(wǎng)在最優(yōu)工況下運行。

按照遼寧省電網(wǎng)2025年水平年預測的負荷特性，在一日內(nèi)出現(xiàn)三個負荷高峰、早峰、上午峰和晚間高峰，其中晚高峰比較突出，早、上午峰不太明顯，且較平緩，持續(xù)時間為1～2 h，需要的調(diào)峰容量也較??；變化幅度較大的主要是晚高峰最大持續(xù)時間約4 h，特別是在迎峰爬坡的2 h，系統(tǒng)的負荷由53 913 MW，增加到64 030 MW，平均每小時增加5 059 MW/h，系統(tǒng)負荷增加幅度較大，因此，晚高峰4 h時間系統(tǒng)需要的調(diào)峰容量也比較大。因此大雅河抽水蓄能電站滿發(fā)利用小時數(shù)不宜小于5 h。

從抽水蓄能電站的運行特點看，滿發(fā)利用小時數(shù)越大對電網(wǎng)調(diào)峰運行越有利，可見抽水蓄能電站的調(diào)峰發(fā)電小時數(shù)在條件允許的情況下，應盡可能大一些；從配合核電、風電等新能源方面看，抽水蓄能電站能夠降低風電對電網(wǎng)的沖擊，而發(fā)電小時數(shù)越大，將越有利于配合風電運行，實時調(diào)峰、儲能，以促進風能資源充分、有效利用；從電力系統(tǒng)備用的角度看，抽蓄電站反應迅速，備用容量越多對于系統(tǒng)運行越安全，當系統(tǒng)某些機組發(fā)生故障，蓄能機組能及時投入運行，保障電力系統(tǒng)安全。綜上分析，從電網(wǎng)調(diào)峰、備用需求、電站的建設(shè)條件分析，大雅河抽水蓄能電站選擇日調(diào)峰發(fā)電5 h，同時考慮1 h備用發(fā)電是比較合適。

2.2 裝機容量比較方案擬定

結(jié)合工程本身的自然條件、遼寧電網(wǎng)及東北電網(wǎng)需求，該電站裝機容量初擬時，主要考慮以下幾個方面因素：

1）工程自然條件。電站上水庫位于一撮毛山峰及與其北邊相鄰的次高峰之間的鞍部，通過開挖山脊鞍部和在鞍部兩側(cè)筑壩形成上水庫庫盆。南側(cè)山頂高程1 174～1 186 m，北側(cè)山頂高程1 134～1 140 m，鞍部最低點高程1 098 m，東側(cè)鞍部地形坡度17°～28°，西側(cè)鞍部地形坡度23°～26°。南北兩峰之間距離900 m，庫盆開挖至正常蓄水位1 066.0 m高程時，南側(cè)山體厚度約400 m，北側(cè)山體厚度約240 m，鞍部山體厚度約160 m。從地形地質(zhì)條件和建筑物布置等方面來看，上水庫的正常蓄水位不宜超過1 075.0 m。

2）機組制造國產(chǎn)化及參數(shù)。根據(jù)初步分析，大雅河抽蓄電站的水頭應在582.7～649.8 m之間。目前國內(nèi)抽水蓄能電站在該水頭段的機組已有運行實例，參考國內(nèi)同等規(guī)模的抽水蓄能電站機組參數(shù)、水頭變幅范圍、設(shè)計條件與機組制造難度等情況，大雅河抽水蓄能電站采用單級可逆混流式水泵水輪機，單機容量350～400 MW，國內(nèi)技術(shù)可行。

3）電網(wǎng)需求。從遼寧電網(wǎng)電源優(yōu)化配置角度分析，到2025年遼寧電網(wǎng)抽水蓄能電站最小配置規(guī)模需達到7 800 MW時，才能使整個電力系統(tǒng)的費用現(xiàn)值最小，運行最經(jīng)濟。目前遼寧電網(wǎng)中僅有蒲石河一座抽水蓄能電站，裝機容量1 200 MW，遠不能滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求?？梢娺|寧電網(wǎng)抽水蓄能電站發(fā)展空間較大。

基于上述因素，并考慮了目前可逆式水輪機的單機容量，初擬1 400 MW、1 600 MW、1 800 MW和2 000 MW四個比選方案，各方案動能指標見表1。

2.3 電力電量平衡

該電站供電范圍主要是遼寧電網(wǎng)，參加平衡的電源主要包括抽水蓄能電站、常規(guī)水電站、調(diào)峰火電機組。抽水蓄能電站考慮蒲石河抽水蓄能電站1 200 MW，同時考慮這次設(shè)計的大雅河抽水蓄能電站。常規(guī)水電站包括白山、紅石、豐滿、云峰、渭源、太平灣、水豐、尼爾基、白山蓄能等9座，東北電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的水電站和桓仁、回龍山、金哨、雙嶺、太平哨等5座遼寧省調(diào)水電站。根據(jù)東北電網(wǎng)關(guān)口調(diào)度規(guī)則，東北網(wǎng)統(tǒng)調(diào)水電46.67%分配給遼寧電網(wǎng)，共2 210 MW，加上遼寧省調(diào)水電608.5 MW，合計可用水電容量為2 818 MW。

表1 各方案動能指標匯總表

根據(jù)預測，到2025年遼寧電網(wǎng)火電機組容量為35 210 MW，其中能調(diào)峰的火電機組為24 247 MW，熱電機組10 963 MW。調(diào)峰火電機組中：單機容量200 MW機組3 200 MW，調(diào)峰幅度按30%考慮；單機容量300～600 MW機組為14 440 MW，調(diào)峰幅度45%；單機容量800 MW機組為1 600 MW；單機容量1 000 MW機組為2 000 MW，調(diào)峰幅度均按45%考慮。部分單機容量在100 MW及以下的小火電機組，可以開停機調(diào)峰，其調(diào)峰幅度為100%。

平衡原則：在滿足電力系統(tǒng)電力、電量及調(diào)峰能力平衡的前提下，使系統(tǒng)的燃料消耗最小，空閑容量最小為原則，采用電力系統(tǒng)電源優(yōu)化和生產(chǎn)模擬模型，分別對各裝機方案進行2025年設(shè)計水平年電力電量平衡，同時進行系統(tǒng)的燃料消耗計算。計算成果見表2。從平衡成果分析，隨著大雅河抽水蓄能電站的裝機容量增大，系統(tǒng)煤耗呈遞減趨勢，抽水蓄能電站容量能夠得到充分利用。電力電量平衡成果表明，電網(wǎng)對抽水蓄能電站的需求量較大，故裝機容量大的方案對電網(wǎng)較為有利。

表2 各方案電力電量平衡表

2.4 工程建設(shè)條件

水工布置：各方案樞紐布置格局基本相同，主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及下水庫等組成。上水庫采用全庫盆開挖方案，輸水系統(tǒng)壓力管道初擬采用鋼襯型式，擬采用首部布置方式，下水庫利用大雅河水利樞紐為下水庫。各方案上水庫、廠房水道系統(tǒng)主體工程量隨裝機容量增加而增加，但對裝機規(guī)模不存在制約性因素。

機電和金結(jié)：電站四個裝機容量方案的機組參數(shù)均處在國內(nèi)平均水平，其Kp值均在3 000～3 400范圍內(nèi)，Hpmax/Htmin比值在1.144～1.152之間，均在統(tǒng)計曲線的穩(wěn)定運行范圍之內(nèi)，機組設(shè)計、制造及大件設(shè)備的運輸均不存在制約因素。隨著裝機容量加大，機組尺寸、重量均有所增加，機電設(shè)備投資有所增加。

施工組織：四個裝機規(guī)模方案的施工導流、施工方法、施工交通、施工總布置基本相同，只是施工總布置中的渣場布設(shè)根據(jù)各裝機規(guī)模工程棄渣量不同而有所不同。四個裝機規(guī)模方案工程施工關(guān)鍵項目均為地下廠房系統(tǒng)，引水隧洞、壓力管道、尾水隧洞等非關(guān)鍵線路工程項目施工進度安排有所不同。

建設(shè)征地及環(huán)境保護：征地區(qū)主要涉及桓仁滿族自治縣普樂堡鎮(zhèn)，不涉及永久占用耕地和專業(yè)項目，不考慮移民安置和專業(yè)項目遷改建，臨時用地進行耕地復墾以及村內(nèi)調(diào)劑土地的方式進行安置，各裝機方案安置難度相當。建設(shè)征地移民安置對裝機規(guī)模方案選擇存在一定影響，但影響程度很小，不構(gòu)成制約性因素。工程建設(shè)不存在重大環(huán)境敏感問題。

2.5 經(jīng)濟比較

各方案運行期取30年。社會折現(xiàn)率取8%。蓄能電站運行費率取2.5%。隨著電站裝機容量的增加，電站靜態(tài)總投資不斷增加，而單位千瓦投資先降后增，1 600 MW裝機方案單位千瓦投資最低。從總費用現(xiàn)值來看，1 600 MW裝機方案總費用現(xiàn)值最低。具體詳見表3。

表3 不同方案經(jīng)濟比較成果表

3 研究結(jié)論

綜上分析，遼寧電網(wǎng)對抽水蓄能電站的需求空間很大，且大雅河抽水蓄能電站各裝機容量比選方案機組均可滿足國產(chǎn)機組相關(guān)要求，各方案在施工、金結(jié)、環(huán)保、征地移民等方面沒有本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)地形地質(zhì)條件及水工建筑物的布置，以及從挖填平衡角度考慮裝機容量不宜超過1 600 MW。從經(jīng)濟指標來看，裝機容量1 600 MW方案的單位千瓦投資和總費用現(xiàn)值最低。裝機容量1 600 MW方案較好地利用了上、下水庫天然地形地質(zhì)條件，裝機規(guī)模適中，經(jīng)濟性也較優(yōu)。因此，推薦大雅河抽水蓄能電站裝機規(guī)模為1 600 MW，電站滿發(fā)利用小時數(shù)為5 h，備用發(fā)電為1 h。

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2017-03-22