東津水庫優(yōu)化調(diào)度分析

黃 輝

1 前言

東津水庫位于贛西北修水縣修河上游。水庫壩址以上流域面積1 080 km2，多年平均流量30.2 m3/s，庫容7.95億m3，水庫正常蓄水位190 m，洪水標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇設(shè)計，萬年一遇洪水校核。裝機(jī)容量2×3萬kW，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水電工程。電站于1992年1月開工建設(shè)，1995年7月25日和11月23日兩機(jī)組分別并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計多年平均發(fā)電量1.164億kWh。

東津水庫調(diào)度計劃在每年初根據(jù)本水庫的控制運(yùn)用指標(biāo)、水庫調(diào)度方式及有關(guān)要求制定，并結(jié)合水庫調(diào)度圖擬定年內(nèi)水庫運(yùn)行控制水位過程線及其可能的變幅，作為指導(dǎo)執(zhí)行年度調(diào)度計劃的重要依據(jù)。目前，發(fā)電調(diào)度由省電力調(diào)度中心進(jìn)行調(diào)度指揮，防汛調(diào)度由九江市防汛抗旱指揮部進(jìn)行調(diào)度指揮。本文研究了歷年資料，為進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度提供了必要的操作性指導(dǎo)，使水庫調(diào)度更加科學(xué)。

2 歷年資料分析

為了提出合理的調(diào)度方案，現(xiàn)將我廠歷年各月水庫發(fā)電調(diào)度相關(guān)的平均數(shù)值，進(jìn)行統(tǒng)計分析，以便從中找出規(guī)律。

下面表格中數(shù)據(jù)，為建庫后歷年各月水庫運(yùn)行平均數(shù)值。把1996年至2013年看作水庫的一個調(diào)節(jié)周期（也可分解為3個或5個等調(diào)節(jié)周期，這里不作敘述），對表格中歷年各月數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析如下，詳見表1、2、3。

2.1 歷年降雨、來水及發(fā)電用水情況

歷年降雨量、發(fā)電量和水位情況見表1。

歷年各月降雨平均值與均值對比見表2。

表1 1996年至2013年各月平均水位

表2 1996年至2013年各月平均降雨量

圖1 各月降雨量平均值與均值對比

歷年各月入庫水量平均值與發(fā)電水量對比見表3。

表3 歷年入庫水量與發(fā)電水量

圖2 各月平均入庫水量與發(fā)電水量

通過表3及圖1、2，將數(shù)值統(tǒng)計分析如下：

1）從月平均數(shù)值統(tǒng)計來看，上述表格及圖表中，東津水庫流域歷年各月降雨及來水情況主要發(fā)生在4月至7月份，其全年各月降雨過程的變化趨勢圍繞均值上下波動，且偏離均值不遠(yuǎn)。

歷年3-7月份平均發(fā)電水量利用率偏低，均低于70%，其中，6月份水量利用率低于50%。我廠庫區(qū)年降雨主要發(fā)生在3-7月份，水量利用率低，勢必會造成棄水。

歷年9-12月份平均發(fā)電水量利用率過高，10月份水量利用率高于300%，其中，9月份、12月份水量利用率為200～250%，勢必會造成發(fā)電水頭偏低，耗水率增大。其次，年末水位控制過低，不利于來年年初發(fā)電，若遇上來年是枯水年份，勢必造成來年發(fā)電困難，整個全年水位偏低，發(fā)電耗水率過大。

2）從年平均數(shù)值統(tǒng)計來看，透過上述表格數(shù)值，分析見表4。

表4 歷年耗水率對比

可見，東津水電站實際歷年降雨量、徑流量、發(fā)電量的平均值，均滿足設(shè)計規(guī)劃要求，體現(xiàn)了該流域降雨及徑流情況的一般規(guī)律。水庫歷年運(yùn)行調(diào)度情況總體良好，如果5-7月份水量利用程度更高些，發(fā)電量會更多。

2.2 水庫歷年各月平均庫水位與月末平均水位控制情況

表5是水庫歷年各月平均庫水位與月末平均水位的對比及控制情況，從表格中數(shù)值及圖表情況反映來看，總結(jié)分析如下：年初1-4月份，水庫月平均庫水位均低于179.0 m；汛后10-12月份，各月平均庫水位均低于183.0 m。汛期內(nèi)，6-8月份，水庫月平均庫水位均高于184 m，且月末平均庫水位均高于185 m。

表5 各月庫水位

可見，整個調(diào)節(jié)周期內(nèi)，汛前（1-3月份）、汛后（10-12月份），因庫水位過低，無法充分發(fā)揮水庫可以在高水頭發(fā)電。而6-7月份，因庫水位運(yùn)行相對過高，故棄水量過大在所難免。東津水庫5、6、7月份，是一年之中來水最充足的時期，棄水的可能性概率最大，在考慮發(fā)電水頭與棄水兩者的重要性時，應(yīng)優(yōu)先選擇棄水更為重要，其次再考慮發(fā)電水頭?？梢?，水庫發(fā)電調(diào)度方式有待改進(jìn)。

2.3 東津水庫歷年棄水情況

歷年棄水統(tǒng)計情況見表6。

表6 歷年棄水統(tǒng)計情況

從上述表格數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，歷年來各月發(fā)生棄水次數(shù)統(tǒng)計如下：2月份1次、4月份2次、5月份3次、6月份5次、7月份5次、8月份1次、11月份1次（冬汛）棄水。

可見，水庫棄水主要發(fā)生的次數(shù)，在5、6、7月份次數(shù)最多，棄水概率最大。如何做到減少棄水或不發(fā)生棄水，通過上述洪水出現(xiàn)的洪峰頻率大小統(tǒng)計，水庫進(jìn)入汛期，應(yīng)能主動承擔(dān)一場洪峰頻率在5-10年一遇的洪水為妥，具體調(diào)算見表7。

表75 、6、7月份棄水調(diào)算統(tǒng)計

透過上述表格中數(shù)據(jù)，我們可以看出，洪水來臨時，只要提前控制好汛期各月（5-7月份）庫水位，即使發(fā)生棄水，也可將棄水量控制在較小的范圍內(nèi)，或避免棄水。由于還有后續(xù)（6、7月份）來水，故5月份庫水位控制相對可以低一些。8月份以后來水偏少且降雨不集中，故7月初庫水位控制相對要高些。

水庫調(diào)度是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科，需要遵循調(diào)度規(guī)則，按規(guī)律辦事，不能蠻干，調(diào)度工作需要從多方面考慮、比較，做到取舍合理，方能取得好的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益和社會經(jīng)濟(jì)效益。否則，就會造成一定程度的經(jīng)濟(jì)損失或一定程度的社會影響。

我廠水庫發(fā)電調(diào)度，從1995年到2014年之間，在該調(diào)節(jié)周期（20年）內(nèi)，累計棄水總量24.635 8億m3，折合電量30 117萬kWh，相當(dāng)于平均每年棄水1.231 8億m3，折合電量1 500萬kWh。我廠屬多年調(diào)節(jié)水庫，從數(shù)據(jù)中可以看出，沒有充分發(fā)揮水庫的周期調(diào)節(jié)能力。

2.4 歷年東津水庫發(fā)電調(diào)度期望值

歷年平均值按95%的水量利用率計算各月平均發(fā)電出力及日平均出力，具體計算可參照表8。

表8 各月平均出力

對上述表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)修訂，可暫定為年發(fā)電計劃參考。

3 2015年至2017年水庫運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

1）2015年至2017年水庫運(yùn)行數(shù)據(jù)分析見表9、10、11、12。

表9 流域降雨量對比表

表10 月度發(fā)電量對比表

表11 月度入庫水量

表12 各月單位毫米降雨發(fā)電量

2）2015至2017年數(shù)據(jù)分析總結(jié)。

最近三年（2015-2017年）與多年（1995-2013年）情況比較，庫區(qū)流域情況未發(fā)生明顯變化，主汛期依然發(fā)生在3-7月份，最近三年，強(qiáng)降雨及產(chǎn)生的來水情況主要在5、6、7月份。

2016及2017年發(fā)電量比往年(1996-2013年)有比較大的增幅,通過數(shù)據(jù)對比,得出下面這些結(jié)論：

1）2015、2016及2017年降雨量分別為1 821.5 mm、1 844.9 mm、1 977.4 mm，降雨量為往年平均值（1996-2013年）1 558 mm的118%，降雨量增多是導(dǎo)致這三年發(fā)電量增多的一個因素；

2）水庫調(diào)度更加合理，2015年發(fā)電耗水率為6.80m3/kWh，2016年發(fā)電耗水率為6.87 m3/kWh，2017年發(fā)電耗水率為6.72 m3/kWh，歷年平均值（1996-2013年）為6.983m3/kWh，耗水率下降，發(fā)電量增加；

3）2017年來水偏豐，但主汛期（4-7月份）水能利用系數(shù)偏低（水能利用系數(shù)為68.7%，來水量9.51億m3，發(fā)電用水量為6.53億m3），棄水量達(dá)2.39億m3，折合電量3 400萬kWh，水庫調(diào)度管理還有較大的優(yōu)化空間。

4 結(jié)論

最近幾年，公司通過優(yōu)化水庫調(diào)度，發(fā)電量及年末水位控制均優(yōu)于歷年情況。2014年發(fā)電量1.347億kWh，2015年發(fā)電量1.702億kWh，2016年發(fā)電量1.619億kWh，2017年發(fā)電量1.6 079億kWh，對比設(shè)計多年平均發(fā)電量1.164億kWh，水庫優(yōu)化調(diào)度成績突出。優(yōu)化調(diào)度主要是控制好水庫水位，重點(diǎn)做好5-7月的水位控制，每年5-7月控制水位在185 m以下，如遇大的降雨，加大發(fā)電下泄流量，盡最大可能把水位降低到185 m以下；7月下旬應(yīng)放開水位控制，減少發(fā)電，年末水位建議控制在180 m以上，以便提高水庫水位。

總之，安排合理調(diào)度，積極與省電力調(diào)度中心協(xié)調(diào)水庫運(yùn)行情況，通過發(fā)電嚴(yán)格控制好各時期的庫水位，按時收集庫區(qū)氣象預(yù)報信息，提前合理做好發(fā)電計劃等，最大限度地減少棄水，發(fā)電效益會明顯提升。

[1]劉涵.水庫優(yōu)化調(diào)度新方法研究[D].西安：西安理工大學(xué),2006∶1-14.

［2］劉鐵宏.水電站水庫優(yōu)化調(diào)度研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].吉林水利，2010，3（10）∶34-35.