白山混合式抽水蓄能電站對紅石電站水能利用提高率的影響分析

徐小偉，李秀斌，韓尚峰，孫鈴鑫

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇省南京市 211106；2.白山發(fā)電廠，吉林省吉林市 132013）

1 概述

混合式抽水蓄能電站是相對于常規(guī)水電站及常規(guī)抽水蓄能電站而言的。常規(guī)水電站是利用天然來水、水工建筑物及水輪機(jī)組等實(shí)現(xiàn)水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合建筑物。抽水蓄能電站是利用高差較大、具有優(yōu)良的距高比L/H的上下兩個(gè)庫盆建成?；旌鲜匠樗钅茈娬臼侵附Y(jié)合常規(guī)水電站開發(fā)抽水蓄能電站，既可以在常規(guī)水電站建設(shè)的同時(shí)一并開發(fā)建設(shè)，也可以在已建成的常規(guī)水電站上進(jìn)行擴(kuò)建或續(xù)建[1]。

白山發(fā)電廠由白山水電站、白山抽水蓄能電站及位于下游的紅石電站組成，總裝機(jī)容量200萬kW。其中，白山抽水蓄能電站和白山電站共用一座大壩，裝有5臺(tái)常規(guī)機(jī)組和2臺(tái)可逆式抽水蓄能機(jī)組，電是松花江干流梯級(jí)電站的最上一級(jí)水電站，是東北地區(qū)最大的水電站，白山水庫為不完全多年調(diào)節(jié)水庫。

白山混合式抽水蓄能電站是利用已建成的白山常規(guī)梯級(jí)電站，利用相鄰的兩個(gè)梯級(jí)水庫（白山水庫和紅石水庫）分別做上下水庫，在上一級(jí)電站（白山電站）上建設(shè)抽水蓄能電站。目前，全國已建成的混合式抽水蓄能電站中，白山抽水蓄能電站是唯一一座梯級(jí)混合式抽水蓄能電站。紅石電站作為承擔(dān)白山抽水蓄能電站下庫盆作用，白山抽水蓄能電站建成后對紅石電站的運(yùn)行將產(chǎn)生較大影響。

水能利用提高率是評價(jià)水電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理性的技術(shù)指標(biāo)，是安全文明生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的考核標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此，紅石電站為主要研究對象，考慮白山混合式抽水蓄能電站建設(shè)前后對于紅石電站水能利用提高率影響為目標(biāo)。采用白山混合式抽水蓄能電站投產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)為分界線，分別選擇兩個(gè)階段的豐水年、平水年和枯水年典型年，對下游紅石電站水能利用提高率的影響進(jìn)行分析、對比、計(jì)算。

2 水電站水能利用提高率計(jì)算方法

水能利用提高率是水電廠年實(shí)際發(fā)電量與考核電量的差值占考核電量的百分比?？己穗娏渴墙?jīng)過審核部門審定的計(jì)算程序或者按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定計(jì)算得到的發(fā)電量（扣除經(jīng)網(wǎng)、省核定的因調(diào)度原因使電廠減發(fā)的電量）[3]。

式中N實(shí)際——年實(shí)際發(fā)電量；

N考核——年考核發(fā)電量。

年考核發(fā)電量按照當(dāng)年實(shí)際來水量考核核定?？己擞?jì)算程序中綜合出力系數(shù)K值，應(yīng)結(jié)合本年度前五年的實(shí)際平均水平論證確定；考核計(jì)算程序中棄水期發(fā)電負(fù)荷率r值，采用本年度棄水日實(shí)際發(fā)電負(fù)荷率的平均值；新投產(chǎn)的電廠尚未進(jìn)行能量指標(biāo)復(fù)核計(jì)算之前，其綜合出力系數(shù)K值原則上按照設(shè)計(jì)值考核，如需要變更應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行資料或者實(shí)驗(yàn)資料論證。

3 紅石電水電站水能利用提高率計(jì)算

3.1 紅石水電站概述

紅石水電站是白山水電站的下游電站，與白山水電廠同屬于白山發(fā)電廠，其主要的運(yùn)行方式是采用水位控制的方式，因此紅石電站的運(yùn)行受到上游白山電站的影響較大。在汛期，若來水較少時(shí)，白山混合式抽水蓄能電站消耗電網(wǎng)多余電量，抽水填谷，提高上游水位，同時(shí)紅石電站上游水位下降，者停止發(fā)電；當(dāng)來水較多，常規(guī)機(jī)組滿發(fā)時(shí)可能產(chǎn)生棄水時(shí)，抽蓄機(jī)組作為發(fā)電機(jī)組增加發(fā)電量，此時(shí)，紅石壩上水位上升，水頭抬高，增加發(fā)電。在非汛期，白山抽水蓄能電站進(jìn)行抽水填谷，消耗電網(wǎng)用電低谷多余電量，常規(guī)機(jī)組轉(zhuǎn)換為調(diào)峰容量，紅石電站根據(jù)白山電站運(yùn)行方式，調(diào)整發(fā)電時(shí)機(jī)。

3.2 典型年選取

以抽水蓄能機(jī)組投運(yùn)為分界點(diǎn)（2006年）選取白山混合式抽水蓄能電站建成前和建成后兩個(gè)階段的豐水年、平水年、枯水年3個(gè)典型年數(shù)據(jù)。典型年的選取應(yīng)綜合考慮的上下游各種工況條件，投運(yùn)前的豐水年、平水年、枯水年典型年分別為1995年、2001年和1998年。投運(yùn)后的豐水年、平水年、枯水年典型年分別為2013年、2012年和2014年。

表1 紅石水電站典型年水能利用提高率對比分析表Tab. 1 The comparison analysis of waterpower utilization rate of the Hongshi Hydropower Station

表2 紅石水電站典型年水位對比分析表Tab. 2 The Typical Year level analysis of the Hongshi Hydropower Station （m）

3.3 計(jì)算成果分析

根據(jù)3.2中確定的兩個(gè)階段典型年的選取，按照公式進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

從表1、表2計(jì)算結(jié)果中可以得出如下結(jié)論：

（1）白山抽水蓄能電站投產(chǎn)后，水能利用提高率明顯提高，紅石站由3.49%提高到6.07%。

（2）白山抽水蓄能電站投產(chǎn)后，紅石電站考核電量、實(shí)發(fā)電量以及增發(fā)電量均有所增加。

（3）白山抽水蓄能電站投產(chǎn)后，紅石電站耗水率略有增加，從計(jì)算成果上看，僅增加0.02，影響幾乎可以忽略。

（4）白山抽水蓄能電站投產(chǎn)后，下游紅石電站的壩上平均水位全年平均水位增加1cm，非汛期平均水位減少1cm，幾乎不變，影響非常有限。

（5）從上述結(jié)果中可以看出，白山抽水蓄能電站建成前后，紅石水庫平均水位基本沒有變化，但是水能利用提高率有較大增長。

4 結(jié)果分析

根據(jù)上文可知，紅石電站水能利用提高率以及增發(fā)電量等相關(guān)參數(shù)均較白山混合式抽水蓄能電站建成后略有增加，具體來說主要有以下原因：

（1）白山混合式抽水蓄能電站建成前，白山水電站和紅石水電站均按照設(shè)計(jì)方式運(yùn)行，紅石電站主要來水為白山水庫出流及區(qū)間入流?；旌鲜匠樗钅芙ǔ珊螅话憷靡雇碛秒姷凸葧r(shí)進(jìn)行抽水，紅石電站一般此時(shí)采用停止發(fā)電。

（2）停止發(fā)電后，避免了由于抽水導(dǎo)致的紅石上游水位降低，從而減少水頭而造成耗水率提升。

（3）在白山電站發(fā)電運(yùn)行后，紅石電站延遲開機(jī)，待白山電站水量到達(dá)紅石電站壩前，水位抬高后再開機(jī)，增加紅石電站水頭。

（4）由于上游白山電站蓄泄水量信息明確，白山、紅石又同屬于白山發(fā)電廠，調(diào)度方式銜接順暢，信息無障礙傳輸，屬于統(tǒng)一調(diào)度方式，可以充分利用白山、紅石之間的聯(lián)合調(diào)度充分利用來水進(jìn)行發(fā)電，提高誰能利用率。

5 進(jìn)一步的措施

采取洪前預(yù)泄調(diào)度、攔蓄洪尾等措施，努力提高水能利用提高率。當(dāng)水庫可能棄水或棄水時(shí)，水電盡量滿發(fā)，避免或減少棄水，多發(fā)水電。同時(shí)，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備維護(hù)檢修管理、優(yōu)化開機(jī)方式和負(fù)荷分配、及時(shí)排漂清污、開展尾水清渣工作、盡量減少機(jī)組空載損失，使有限的來水資源得到充分的利用。

以針對紅石電站由于受到上游白山電站影響較大，一般有以下具體措施：

（1）加強(qiáng)對白山、紅石兩座水利樞紐工程的維護(hù)消缺，提高主輔設(shè)備的完好率，保證蓄水建筑物和發(fā)送電設(shè)備能按設(shè)計(jì)指標(biāo)正常運(yùn)行。

（2）加強(qiáng)對水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，積極開展洪水滾動(dòng)預(yù)報(bào)，努力提高洪水預(yù)報(bào)精度，為白山水庫蓄泄提供理論依據(jù)，從而紅石電站充分利用來水提供保證。

（3）積極結(jié)合面臨時(shí)段的水庫水位開展預(yù)報(bào)調(diào)度。當(dāng)水文氣象預(yù)報(bào)未來時(shí)段內(nèi)入庫流量較大可能導(dǎo)致棄水時(shí)，提前加大負(fù)荷，用發(fā)電來預(yù)先騰庫，做到多蓄水多發(fā)電；當(dāng)水文氣象預(yù)報(bào)未來時(shí)段內(nèi)入庫流量較枯時(shí)，適當(dāng)調(diào)低負(fù)荷，保持水庫在高水位運(yùn)行，做到節(jié)水多發(fā)電。

（4）主汛期在確保防汛安全的前提下，征得有關(guān)防汛部門的同意，合理利用洪水退水段的水量，適當(dāng)超蓄水庫水位，并盡快通過發(fā)電消落水位，多蓄水多發(fā)電。

（5）主汛期末，在雨季結(jié)束之際，盡可能攔截洪尾將水位蓄到汛限水位。

（6）合理安排機(jī)組檢修時(shí)間，保證在來水較豐的月份盡量不進(jìn)行機(jī)組檢修，在洪水期有足夠的水電機(jī)組能夠根據(jù)水情變化及時(shí)投入運(yùn)行，增加季節(jié)性電能。

（7）充分利用白山紅石梯級(jí)水庫群水庫特性和水文條件的差異，進(jìn)行水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

6 結(jié)束語

水能利用提高率是反映水庫運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理程度的有效參數(shù)，準(zhǔn)確地表明是否完成了全年的電量考核任務(wù)。建設(shè)混合式抽水蓄能電站在一定程度上可以有效地提升下游水庫誰能利用提高率。

[1] 楊長富，李秀斌，劉學(xué)媛，莊小東，秦秀榮，李奕成，申家寧．白山梯級(jí)混合式抽水蓄能電站的優(yōu)越性及效益分析[C]．抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2014．北京:中國電力出版社，2014．YANG Changfu，LI Xiubin，LIU Xueyuan，ZHUANG Xiaodong，QIN Xiurong，LI Yicheng，SHEN Jianing．Advantage and Benefit analysis of the cascade pumped storage power plant in baishan[C]．Project Construction of Pumped Storage Power Station 2014．Beijing: China Electric Power Press，2014．

[2] 劉義林．淺析提高水能利用提高率的途徑[J]．江西電力，1998（3）：26-29．LIU Yilin．A brief analysis of the way to improve the utilization of water energy[J]．Jiangxi Electric Power，1998 （3）：26-29．

[3] 電力工業(yè)部．電力行業(yè)一流水力發(fā)電廠考核標(biāo)準(zhǔn)（試行）[S]．1996．Department of Power Industry．Assessment Standard for Power Plant of Power Industry （Trial） [S]．1996．