尼爾基水庫尾水段清淤發(fā)電效益研究

劉 濤，王飛宇，胡寶軍

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

1 概述

2013年，尼爾基水庫遭遇超過50年一遇特大洪水的襲擊，為承擔(dān)水庫的防洪任務(wù)，保障上下游的防洪安全，水庫共開啟溢洪道下泄洪水30 d，水流沖刷了下游河床并使部分泥沙向水電站尾水段淤積，加上尾水段殘留的一處混凝土圍堰，造成機組發(fā)電運行時水流受阻而壅水，發(fā)電水頭減小，水電站發(fā)電效益因此受損。

為了改善下游河道的過流條件，增加機組發(fā)電水頭，降低耗水率，提高電站發(fā)電效益，2014年10月，公司針對殘留混凝土圍堰以及泥沙淤積的尾水段開展了有關(guān)清淤處理工作。

本文從清淤前后發(fā)電水頭和機組耗水率的變化趨勢入手，開展有關(guān)的數(shù)據(jù)分析研究工作，計算出清淤前后水電站年發(fā)電量的變化值，進(jìn)而從定量角度確定清淤工作對發(fā)電效益的影響情況。

此次清淤主要完成了壩下殘留混凝土圍堰和淤積泥沙的清除工作?；炷羾呓ㄔ趬蜗录s200 m處，位于河道右側(cè)，長度約占河道寬度的一半，堰頂高程約181.30 m，拆除后圍堰處底板高程179.00 m。

2 研究資料選取

2.1 選取原則

對比清淤前后機組發(fā)電耗水率的變化情況，分析研究清淤對機組發(fā)電耗水率的影響程度。在具體資料選擇過程中，應(yīng)遵循以下原則：

1）因開啟溢洪道造成的尾水段泥沙淤積發(fā)生在2013年特大洪水后，故此次研究所選取清淤前后資料都應(yīng)為2013年以后的數(shù)據(jù)。

2）為排除封凍對上下游水位的影響，不應(yīng)選取11月至次年4月的水情數(shù)據(jù)資料。

2.2 資料選取結(jié)果

根據(jù)以上原則，選取清淤前后的相關(guān)資料進(jìn)行對比分析，確定清淤后的數(shù)據(jù)采用2015年5月1日至2017年9月21日（不含11月至翌年3月）的水情數(shù)據(jù)，共計308 076條；清淤前采用2014年5月1日至9月11日的水情數(shù)據(jù)，共計147 413條。

3 研究方法

機組耗水率是反映水電站發(fā)電效益情況的重要指標(biāo)，為研究水電站發(fā)電效益的增減，可以從機組耗水率入手。水電站機組耗水率公式：

式中：μ——機組耗水率；E——發(fā)電量；W——發(fā)電用水量；η——機組綜合系數(shù)；η——發(fā)電水頭；Q——發(fā)電流量；T——發(fā)電時長。

在實際水務(wù)計算中機組綜合系數(shù)采用定值（8.0），因此，從公式（1）可以看出，機組耗水率的變化只與發(fā)電水頭變化有關(guān)。

經(jīng)分析，發(fā)電水頭主要受壩上水位、電站出力和清淤工作等因素的影響，因此，在分析清淤工作前后發(fā)電水頭的變化情況時，首先應(yīng)使清淤前后上述前兩個因素（即壩上水位和電站出力）一致，然后計算電站水頭的變化情況，從而判斷出清淤工作對發(fā)電水頭的影響情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步推算出清淤對耗水率和發(fā)電效益的影響情況。

4 研究步驟

1）從數(shù)據(jù)庫中提取清淤前后2個研究時段的各單機出力及壩上壩下水位瞬時值；

2）由于機組出力等數(shù)據(jù)采集時段過短或過長，致使數(shù)據(jù)時間節(jié)點不一致和不連續(xù)，故應(yīng)對提取的2個研究時段各項數(shù)據(jù)資料進(jìn)行插值處理；

3）先按全廠出力一致的原則，篩選出2個對比時段中滿足條件的數(shù)據(jù)，再在篩選出的數(shù)據(jù)中按壩上水位相同的原則，查找出符合要求的樣本；

4）對比分析清淤前后樣本壩下水位的變化規(guī)律，計算出水頭增加或減少的數(shù)值，進(jìn)而推出耗水率的變化趨勢。

5 耗水率對比分析研究

5.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1）數(shù)據(jù)處理

在耗水率的數(shù)據(jù)篩選、分析、研究過程中，按照研究方法和步驟，對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：清淤后數(shù)據(jù)自2015年5月1日0時4分開始，清淤前數(shù)據(jù)自2014年5月1日0時4分開始，每間隔1 min進(jìn)行處理，沒有資料的進(jìn)行插值處理，以保證數(shù)據(jù)在時間節(jié)點上的一致性。

2）壩上水位、電站出力一致的假定

為了研究清淤對耗水率的影響，即清淤對發(fā)電水頭的影響，在實際分析過程中，應(yīng)保持清淤前后壩上水位和電站出力2個要素一致。

壩上水位方面，水位相差2 cm，約占平均水頭22 m的0.09%，據(jù)此將壩上水位相差2 cm以內(nèi)假定為壩上水位一致；而在電站出力方面，機組發(fā)電時全廠出力一般控制在120 MW（單機出力約30 MW）和240 MW（單機出力約60 MW）兩級，由于全廠出力120 MW的樣本較少，歷史數(shù)據(jù)不能較準(zhǔn)確反映水電站該工況運行時的水頭變化情況，因此，出力只考慮全廠出力240 MW左右的運行工況，在分析研究過程中，將電站出力相差0.2 MW（占全廠出力0.08%）以內(nèi)假定為電站出力一致。

此外，如果遇到壩下水位波動較大、不穩(wěn)定時，對應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)予舍棄。

5.2 變化統(tǒng)計

根據(jù)分析研究方法和研究步驟，將水情數(shù)據(jù)按表1所示邊界條件進(jìn)行劃分和篩選，統(tǒng)計發(fā)電水頭及耗水率的變化情況。

表1 耗水率研究邊界條件劃分表

表2 各運行工況下發(fā)電水頭及耗水率變化統(tǒng)計表

5.3 變化分析

利用篩選出的數(shù)據(jù)，計算整理出清淤前后不同運行工況下發(fā)電水頭和耗水率的變化情況，具體統(tǒng)計結(jié)果見表2。

從表2可以看出，清淤以后機組發(fā)電水頭較清淤前增加約0.29 m，表明原殘留混凝土圍堰和泥沙淤積對機組尾水段的壅水作用明顯，清淤有效改善了尾水段的過流條件，提高了電站發(fā)電效益。

在機組耗水率方面，清淤后的耗水率較清淤前降低約1.08%，尼爾基水庫多年平均發(fā)電量為6.387億kW·h，則清淤后年發(fā)電量增加約695萬kW·h，每年可以為公司帶來約269萬元的額外經(jīng)濟(jì)收入。

由于清淤前后資料的欠缺，此次分析結(jié)論只基于壩上水位在209.88 m至211.90 m之間和機組滿負(fù)荷運行的情況，未能涵蓋所有運行工況。要更準(zhǔn)確地分析研究發(fā)電效益的變化情況，應(yīng)在發(fā)電調(diào)度過程中按各種出力組合控制運行（調(diào)度運行時不易實現(xiàn)），收集相關(guān)資料，據(jù)此進(jìn)行更加精細(xì)化的分析對比，從而得出更為可靠的結(jié)論。