福建仙游抽水蓄能電站水庫(kù)調(diào)度探討

(福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351267)

水電站技術(shù)

福建仙游抽水蓄能電站水庫(kù)調(diào)度探討

鄒仕鑫

(福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351267)

本文通過(guò)綜合分析福建仙游抽水蓄能電站投入運(yùn)行以來(lái)水庫(kù)所處區(qū)域的氣象情況、水庫(kù)庫(kù)容變化以及機(jī)組運(yùn)行情況，得到電站所屬上下庫(kù)庫(kù)容與雨量變化關(guān)系，探尋降雨量與機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)性，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行情況提前對(duì)水庫(kù)水位進(jìn)行合理控制，保證上下水庫(kù)庫(kù)容滿足機(jī)組運(yùn)行需要，并在遭遇大暴雨等惡劣天氣時(shí)，提前計(jì)算得出庫(kù)容變化及水位變幅，騰出庫(kù)容應(yīng)對(duì)極端情況，保證電站的生產(chǎn)安全及福建電網(wǎng)的調(diào)度需求。

抽水蓄能電站；調(diào)度；探討

1 工程概況

福建仙游抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱仙游電站)為周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。電站裝機(jī)容量為1200MW(4×300MW)，樞紐系統(tǒng)由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開(kāi)關(guān)站及下水庫(kù)等組成。

仙游電站所在地屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)候區(qū)，受海洋性氣候影響，氣候溫暖濕潤(rùn)，全年幾乎無(wú)霜，區(qū)域多年平均降雨量上水庫(kù)為2014mm、下水庫(kù)為1890mm。降雨主要集中在4—9月，占全年總雨量的80%。月平均以6月最大，達(dá)244.6mm，8月次之，為223.9mm。年平均降雨天數(shù)142.3天。根據(jù)流域氣象要素特性知雨期蒸發(fā)量是降雨量的40%。

流域洪水由鋒面雨及臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的暴雨形成，暴雨均發(fā)生在4—9月，以6—7月梅雨期最多。上水庫(kù)庫(kù)區(qū)位于西苑鄉(xiāng)廣橋村大濟(jì)溪源頭，為狹長(zhǎng)帶狀的山間谷地，集雨面積僅4km2，多年平均流量0.16m3/s，最低月平均流量0.05m3/s。下水庫(kù)庫(kù)區(qū)位于木蘭溪支流——溪口溪上，壩址以上集雨面積約17.40km2，其多年平均流量為0.63m3/s。

2 降雨量與庫(kù)容變化關(guān)系分析

仙游電站水庫(kù)庫(kù)容變化主要包括三部分：一是降雨(扣除雨期蒸發(fā)量40%)所形成的徑流入庫(kù)，二是溢洪道泄洪出庫(kù)，三是生態(tài)放水管泄流及水庫(kù)滲漏、蒸發(fā)等其他原因出庫(kù)。因仙游電站上下水庫(kù)面積較小，且上庫(kù)滲漏量?jī)H為20L/s，下庫(kù)滲漏量?jī)H為10L/s左右，與泄洪道和生態(tài)放水管的泄量(m3/s)相比小很多，故本文不統(tǒng)計(jì)滲漏量及水面蒸發(fā)量等原因出庫(kù)的影響。

抽水蓄能電站因電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的需要，或抽水運(yùn)行，或發(fā)電運(yùn)行，因此，上下庫(kù)水位變化頻繁，每日變化范圍在10～15m之間，溢洪道閘門和生態(tài)放水管閥門開(kāi)啟后，受水位變化頻繁的影響無(wú)法直接計(jì)算每日泄量，故本文通過(guò)繪制下泄流量隨時(shí)間的變化曲線，再進(jìn)行匯總計(jì)算得到溢洪道每日泄洪量，然后根據(jù)水位庫(kù)容變化關(guān)系，通過(guò)每日水位變化計(jì)算得到每日水庫(kù)庫(kù)容變化，加上溢洪道和生態(tài)放水管的泄洪量補(bǔ)償，就可以得到降雨量與水庫(kù)庫(kù)容的變化關(guān)系。

2.1 溢洪道每日泄洪量計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[1]式(3-1-4)計(jì)算溢洪道閘孔出流流量：

Q=μ0enb(2gH0)0.5

(1)

式中Q——下泄流量，m3/s；

μ0——閘孔自由出流的流量系數(shù)；

e——閘門開(kāi)啟高度，m；

n——閘孔孔數(shù)；

b——每孔凈寬，m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

H0——含行近流速的堰上水頭，m。

溢洪道閘門為平板鋼閘門，按文獻(xiàn)[1]式(3-4-6)計(jì)算流量系數(shù)：

μ0=0.745-0.274(e/H)， 0.1<(e/H)<0.75

(2)

式中H——不含行近流速的堰上水頭，m。

忽略行近流速水頭的影響，令H=H0，將式(1)μ0由式(2)代替，得

Q=[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(3)

式(3)中若堰上水頭為固定值或變化很小，則下泄流量可以準(zhǔn)確計(jì)算，根據(jù)泄流時(shí)間就可以較容易地計(jì)算出每日泄洪量。但由于抽水蓄能電站運(yùn)行的特殊性，水庫(kù)水位每日變化頻繁，導(dǎo)致溢洪道下泄流量為一變化量，很難準(zhǔn)確計(jì)算每日泄洪量，故本文根據(jù)每日水庫(kù)水位變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，繪制出堰上水頭隨時(shí)間的變化曲線，根據(jù)式(3)可得下泄流量隨時(shí)間的變化曲線，再匯總計(jì)算即可得到溢洪道的每日泄洪量。

式(2)中μ0的應(yīng)用范圍為0.1<(e/H)<0.75，實(shí)際泄洪時(shí)因庫(kù)水位為變化值，當(dāng)庫(kù)水位下降到較小時(shí)，往往e/H值會(huì)大于0.75或小于0.1，再綜合考慮其他影響水流的因素，通過(guò)曲線匯總得出的泄洪量與實(shí)際泄洪值相比必然會(huì)有偏差，本文對(duì)兩者的偏差進(jìn)行了匯總統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表1)。

從表1數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溢洪道閘門開(kāi)度在50cm附近時(shí)，由曲線匯總計(jì)算所得的泄洪量比實(shí)際泄洪值偏大25%左右；當(dāng)溢洪道閘門開(kāi)度在25cm附近時(shí)，由曲線匯總計(jì)算所得的泄洪量比實(shí)際泄洪值偏大40%左右。受下游河道行洪能力影響，溢洪道閘門開(kāi)度自仙游電站投產(chǎn)以來(lái)未超過(guò)50cm，但根據(jù)表1數(shù)據(jù)推算，閘門開(kāi)度越大，e/H不適用時(shí)的泄流量所占總泄流量的比例越小，兩者相差也越小。

表1 實(shí)際泄洪值與曲線匯總值對(duì)比

注因數(shù)據(jù)較多，表中數(shù)據(jù)選取的為不同開(kāi)度時(shí)的部分泄洪時(shí)段。

由此，對(duì)式(3)進(jìn)行修正：

當(dāng)閘門開(kāi)度為50cm左右時(shí)Q=0.8[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(4)

當(dāng)閘門開(kāi)度為25cm左右時(shí)Q=0.7[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(5)

由此就可根據(jù)式(4)或式(5)比較精確地計(jì)算出溢洪道每日泄洪量，得到溢洪道每日泄洪量后，加上生態(tài)放水管泄量，即可得到每日僅受降雨影響的水庫(kù)庫(kù)容變化。

2.2 降雨量與水庫(kù)庫(kù)容變化關(guān)系分析

根據(jù)水文學(xué)中流域出口斷面流量中推求單位線的倍比假定和疊加假定，采用歷時(shí)較短的5次降雨所形成的單峰洪水推求電站所處流域的單位線，取單位線凈雨量10mm、單位時(shí)間24h，推求出的單位線(見(jiàn)表2)。

表2 10mm凈雨單位線

按倍比假定和疊加假定，以幾場(chǎng)較明顯的降雨對(duì)上述單位線進(jìn)行復(fù)核。

表3 2016年9月11—21日庫(kù)容變化復(fù)核

表4 2016年9月28日—10月4日庫(kù)容變化復(fù)核

表5 2016年10月21—31日庫(kù)容變化復(fù)核

從表3～表5中的庫(kù)容變化復(fù)核可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本文所推求出的單位線計(jì)算得到的庫(kù)容變化值與實(shí)際庫(kù)容變化值的誤差均在10%左右，僅在庫(kù)容變化最后時(shí)段誤差稍大，由此表明本文所推求的單位線能較好地反映仙游電站所處流域的匯流情況，為后續(xù)預(yù)估水庫(kù)庫(kù)容變化提供了有力的計(jì)算工具。

3 降雨量與機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)性分析

仙游抽水蓄能電站投產(chǎn)前，福建電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大，無(wú)專用調(diào)峰電源，且由于福建水電徑流式電站比重大，汛期除需火電深度調(diào)峰外，還需水電棄水調(diào)峰運(yùn)行。仙游抽水蓄能電站投入運(yùn)行后，充分利用抽水蓄能電站特有的調(diào)峰、填谷功能能有效降低火電機(jī)組的深度調(diào)峰幅度，并緩解水電棄水情況。本文根據(jù)2015年、2016年福建省降水強(qiáng)度及仙游抽水蓄能電站的4臺(tái)機(jī)組抽水電量，探尋降雨量對(duì)福建電網(wǎng)的影響。

圖1 2015年5—6月降水強(qiáng)度指數(shù)與抽水電量相關(guān)曲線

圖2 2015年7—8月降水強(qiáng)度指數(shù)與抽水電量相關(guān)曲線

圖3 2016年5—8月降水強(qiáng)度指數(shù)與抽水電量相關(guān)曲線

圖4 2016年9—10月降水強(qiáng)度指數(shù)與抽水電量相關(guān)曲線

從圖1～圖4可以看出，抽水電量隨降水強(qiáng)度指數(shù)變化而變化，當(dāng)福建省內(nèi)降雨較少時(shí)，仙游電站抽水電量基本維持在低位水平，當(dāng)福建省內(nèi)降雨較多時(shí)，仙游電站抽水電量根據(jù)需要迅速提升至低位水平的1～1.5倍左右，充分體現(xiàn)了抽水蓄能電站調(diào)峰填谷、儲(chǔ)存能量、緩解水電棄水甚至不棄水的作用。圖1～圖4中抽水電量變化存在一定滯后，這是由于降雨形成徑流需要一定時(shí)間所致。

對(duì)比2015年和2016年降水強(qiáng)度指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)2016年福建全省降水明顯比2015年偏多，故仙游電站抽水電量峰值2016年也比2015年明顯增大，2015年最大為830萬(wàn)kW·h左右，2016年峰值達(dá)910萬(wàn)kW·h左右，說(shuō)明仙游抽水蓄能電站所發(fā)揮的作用愈發(fā)明顯，為福建電網(wǎng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行提供了有力保障。

通過(guò)對(duì)降水強(qiáng)度指數(shù)與抽水電量進(jìn)行相關(guān)性分析，可以根據(jù)氣象預(yù)報(bào)預(yù)估仙游電站機(jī)組未來(lái)運(yùn)行情況，若遇臺(tái)風(fēng)暴雨等極端天氣時(shí)，全省降雨量預(yù)計(jì)將明顯增多，則仙游電站機(jī)組將抽水頻繁，此時(shí)可通過(guò)有效方式提前控制上下庫(kù)水位，盡量降低上庫(kù)水位，抬升下庫(kù)水位，以應(yīng)對(duì)各種極端情況并使電站整體經(jīng)濟(jì)效益最大化。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)綜合分析仙游電站上下水庫(kù)所處區(qū)域的氣象情況、水庫(kù)庫(kù)容變化以及機(jī)組運(yùn)行情況，首次根據(jù)抽水蓄能電站運(yùn)行的特殊性修正了溢洪道平板鋼閘門閘孔出流流量公式，推求出根據(jù)降雨量預(yù)估上下庫(kù)庫(kù)容的單位線，并探尋了福建省降雨量與仙游電站機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)性，為提前控制水庫(kù)水位提供了量化依據(jù)，以應(yīng)對(duì)各種極端情況并最大化地提升仙游電站的整體經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李煒. 水力計(jì)算手冊(cè)：第2版[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2006: 75-76.

[2] 葉守則， 詹道江. 工程水文學(xué)：第3版[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2000: 84-89.

[3] 李志剛. 廣州蓄能水電廠水庫(kù)調(diào)度探討[J]. 大壩與安全，2004(3): 22-25.

DiscussiononReservoirSchedulingofFujianXianyouPumpedStoragePowerStation

ZOU Shixin

(FujianXianyouPumpedStorageCo.,Ltd.,Xianyou351267,China)

In the paper, Upper and lower reservoir capacity and rainfall change relationship is obtained through comprehensive analysis on weather conditions, reservoir capacity change and unit operation situation in reservoir location since operation of Fujian Xianyou Pumped Storage Power Station. The correlation between rainfall and unit operation is explored. Reservoir level is controlled rationaly in advance combined with unit operation condition, thereby ensuring that the upper and lower reservoir capacity can meet the demand of unit operation. The reservoir capacity change and water level range can be calculated and obtained in advance in heavy rain and other bad weather. The reservoir capacity can be emptied for dealing with extreme situation, thereby ensure the safe operation of the power plant and scheduling requirement of Fujian Power Grid.

pumped storage power station; scheduling; discussion

TV743

A

1673-8241(2017)09-0019-04

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.006